基于单片机的温度控制系统设计研究

摘 要：使用51单片机作为控制中心，来实现对温度系统有效准确的相应控制，不但具有控制简单、组态简洁与灵活性好等各种优点，并且能够大幅度地提升被控温度的技术性能指标。在详细分析基于单片机的温度控制系统的硬件构成、软件设计与相应的通信接口电路设计理论基础上，研究在实际过程控制当中单片机温度控制系统中的实际应用，最后提出了单片机的温度控制系统实现的合理性与有效性。

关键词：单片机；温度传感器；检测与控制

1 引言

近些年以来，伴随着社会的上升发展，温度的测量与控制逐渐变得愈来愈重要，然而在实际测量与控制环节当中，怎样保证迅速实时地对温度实现采样功能，保证数据的正确无误传输，而且可以对所测温度场实行较为精确的控制，是目前阶段温控系统应当迫切关注并且给予充分解决的重要环节[1]。在实际的具体实践应用当中，通常使用单片机对温度实行相应的控制，由于其不但具有控制方便、使用简单与灵活性强等各种不同的实质优点，并且能够大幅度地提升并且满足被控温度的技术性能指标要求，然后对提升产品的质量与数量具有极大的帮助。

2 单片机的理论介绍

单片机即为单片微型计算机的名字简称。其为一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口与中断系统等各个部件于一体模式的器件，体积虽然小然而功能强大，只需要外加电源与晶振就能够简单实现对数字信息的相关操作与控制。所以单片机在现代工业控制领域中已经得到相当良好的实际应用。单片微型计算机是伴随着超大规模形式集成电路技术的前进发展而产生的。因为其具有体积小、功能强与性价比高等各种实质优点，主要可以改善劳动条件，节约能源，预防生产与设备事故，以便可以取得较好的技术性能指标与经济效益[2]。

3 温度系统的控制设计

（1）使用纯硬件形式的闭环控制系统。此系统的突出优点在于执行速度较快，但是可靠性相对比较差、控制精度相对比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装等各种环节都表现出不方便，需要实现题目所有的要求难度相对较大。

（2）FPGA/CPLD或者使用配置有IP内核的FPGA/CPLD执行形式。即为使用FPGA/CPLD完成采集、存储、显示与A/D等各种实质化功能，根据IP核实现人机交互与信号测量分析等各种功能。这种类型方案的优势在于系统结构体系紧凑，能够实现复杂形式的测量和控制，操作便捷；其相应的缺点为调试过程复杂与成本较高。

（3）单片机和高精度温度传感器相互结合的方式。即为使用单片机实现人机界面，系统相关控制，信号分析处理，根据前端温度传感器实现信号的采集和转换目的。此类方法克服了前面两种方法的缺陷，因此使用基于单片机与温度传感器实现对温度系统的实质控制。

4 单片机的温度控制原理

传感器作为测量温度数据信息的主要器件，经过传感器将通过的温度数据信息放大于电路中，先经过转换变为毫伏级的电压信号，将弱电压信号逐渐放大至单片机可以实现自由处理的可调控范围以内，然后再经过输入A/D转换器将电压信号转变成为数字信号，经过相应的软件将取得的数字信号成功地输送到主机模块中[3]。在应用单片机对信号实现采集时，通常为了强化测量的准确度，应当要求在进行采样的同时对信号实现数字滤波处理。通过数字滤波的信号之后就会逐步转变成为相应的标度，将获取到的温度指数显示于LED屏上。

在温度控制系统总体设计的具体环节当中，其主要目的在于为了使得单片机可以对温度实现实时有效的检测与准确的相应控制，从而可以解决工业生产与日常生活领域当中对温度控制难以掌握的实质问题。对于这种难以实现控制的状况，使用十进制的数码形式来显示实际的温度数值，会有有助于简便地实现对温度的检测。当实际环境的温度没有呈现出规定温度范围之内时，系统则会启动自动调节温度的功能，以便维持不间断地提供稳定的温度，从而达到自动控温的操作目的。

5 温度控制系统的设计

5.1 硬件电路的开发与应用

在硬件电路的实际研究实践开发过程当中，通常选取单片机作为系统控制主机，然后再配置两路传感变送器与多路开关，充分结合D/A 转换器、V/l 转换器与调节阀等各种操作设备，就基本能够达到预先设定的目标，可以轻松实现对于贮液容器温度进行有效的自动控制目的。同时能够依据各自实际操作应用过程当中的不同实际需求，适当搭配设定一部分比如键盘、报警电路与显示电路等各种设备以便可以更好完善系统的实际功能[4]。

5.2 软件开发与应用

系统的操作软件主要是使用C语言实现，对单片机实行编程以达到各项功能的目的。主程序对于模块实行初始化操作，然后进行读温度、处理温度、显示、键盘等各种处理模块的调用处理。使用循环查询形式，用于显示与控制温度，主程序的主要功能为负责温度的实时显示、读出并且处理控制芯片的测量当前温度值，同时负责调用各个子程序。热电偶测量得到的温度数值会逐步从模数转换电路变为数字，再通过P11：3将其传输至单片机内部。然后每隔10s的阶段，时间自动中断控制系统便开始功能实现，对实际测量的温度实现集中采样操作，并且统一把采集到的温度和之前预定的温度数值实行比对分析。依据不同程度的比较结果，系统则会实行自动调节控制。假如实际测量的温度和预先在系统内部设置的温度具有一定程度的差距时，系统能够自动执行截断功能，或者可以经过全功率的输出指令来实现可控硅的导通角，从而达到调整偏差的目的。

5.3 温度检测的开发与应用

热电偶传感器是对温度系统实现温度检测过程时通常使用的一种传感器。这种热电偶传感器不但有质优价廉的优点，而且具有非常高的精度，和其它一部分传感器相对比，其整体构造显得相对比较简单，然而其测量的范围却显得极为广泛，并且有反应速度较为快速的理想优势。然而目前阶段的热电偶传感器所输出的电压信号仍然相对比较微弱，只可以识别几毫伏至几十毫伏范围以内的电压，所以通常在实行AID转换的时候，首先应当对其信号实行一定程度的调节处理，然后经过使用高放大倍数的电路放置于AID转换器上来得以实现[5]。

6 结束语

基于单片机的温度控制系统在当前阶段的工业生产领域中表现相当的实用，不但能够实现对环境温度的实时有效的检测与精确测量，还可以依据提前设置的温度数值来进行调节温度与控制温度的目的。这系统具有研制成本低、精度高、可靠性强、操作灵活与可扩展性强的实质特点，能够极大地方便使用者实现查询操作，很大程度上能够提升生产效率，具有很高的推广价值与较理想的应用发展前景。

参考文献

[1]赵娜，赵刚.基于51单片机的温度测量系统[J].微计算机信息，2007（6）.

[2]刘伯春.智能PID调节器的设计及应用[J].电子自动化，2005（3）.

[3]王忠飞，胥芳.MCS-51单片机原理及嵌入式系统应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[4]刘攀，俞杰.基于单片机的温度测控系统[J].兰州交通大学学报，2005（6）.

[5]夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制[J].现代电子技术，2005（24）.

作者简介

田少锋（1989-），男，学历，本科，研究方向： 工厂供配电方向。