基于单片机的温度控制系统的研究

【摘 要】在实际的生产生活当中，温度的控制往往有很高的精度要求，要实现精确的温度控制，就需要设计和开发高精度的温度控制系统，来满足生产生活的要求。本文简要介绍了国内外对温度控制系统的研究现状，介绍了基于单片机的温度控制原理和温度控制办法，并详细介绍了基于单片机的温度控制系统的开发与研究。

【关键词】单片机；温度控制系统；开发与研究

基于单片机的温度控制系统的开发与研究有很高的技术要求，控制系统分为硬件系统和软件系统两大部分，可以实现对温度的精确控制，在实际的生产生活当中，精确的温度控制具有很大的意义，可以大大提高系统的性价比，可以提高整个装置的稳定性与安全性。目前，国内外都很重视对温度控制系统的开发与研究，经过长期的努力与开发，基于单片机的温度控制系统的开发与研究已经取得了很大的发展，但是在实际应用过程中，仍然存在不小的问题，难以完全实现对温度的精确控制，整个装置的稳定性有待加强。

1.国内外温度测控系统的研究

1.1国外温度测控系统研究

在实际的生产生活中，对温度的精确控制具有相当重要的意义，国外很早就开展对温度控制技术的研究，这个研究始于20世纪70年代。国外最先采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，在80年代末出现了分布式控制系统，目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

1.2国内温度测控系统研究

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

2.基于单片机的温度控制原理

2.1基于单片机的温度控制系统的组成

传统单片机的温度控制系统在实际工作中，很容易受到外界环境的影响，工作很不稳定，功能比较单一。多功能温度控制系统由五部分组成，这五个部分分别是温度测控电路、按键电路、报警电路、显示器和恒温控制器，这种多功能的温度控制系统具有很多的有点，它的能耗比较低，整个装置的体积比较小，节省空间，在实际工作中，工作可靠性高，对温度的控制精度也很高。

2.2基于单片机的温度控制原理

在生产生活中，要实现对温度的控制与采集，通常情况下都会用到传感器。传感器可以对温度信息进行采集和记录，并将信息进行转换，转换成为豪伏级的电压信号，微弱的电压信号经过放大就可以被单片机处理，处理之后的数据输入A/O转换器，就可以转换成数字信号，这个数字信号又会被输入到主机中去。基于单片机的温度控制系统，要想大幅度的提高温度的测量精度，在进行温度采样工作时，就必须要对数字信号进行数字滤波操作，这个操作可以将信号的标度逐渐转换出来，并可以借助其他仪器将温度数值清楚地显示出来。

3.单片机温度检测方法

在实际的生产生活中，温度测量大多采用集成的半导体模拟温度传感器，这种传感器可以将测量的温度信息转换成电压或者电流，而且传感器输出的电压或电流与温度在一定范围呈线性关系。这种测量信息之间的相互转换，可以实现对温度的更直观研究，可以实现对采样信息的放大。

温度测量可以使用热电偶进行测量工作，这种测量方法没有半导体模拟温度传感器测量法使用的普遍，在实际应用中，热电偶测量法的测量精度是相当高的，但是整个测量过程相对来说复杂，测量工作持续的时间比较长，此外，这种测量方法要使用电路，受到外界环境干扰的程度比较大，稳定性较差，容易出现较大的测量误差。

温度检测方法的分类有很多种，按照敏感元件和被测介质接触与否，可以分为接触式与非接触式两大类，每一种温度检测方式在一定程度上具有相应的检测范围。基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表以及基于热电效应的热电偶温度检测仪表采用的是接触式温度检测方法，非接触式温度检测方法主要是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系。基于单片机的温度控制系统，通过在单片机的外部添加各种接口，可以实现对不同物质的温度检测与显示，并且可以通过不断的改进，或者根据实际情况进行调整，实现对温度检测的报警与提醒记录，便于工作人员使用。

4.单片机的温度控制系统的开发与应用

4.1硬件电路的开发与应用

基于单片机的温度控制系统的设计，采用单片机为主机，配合两路传感变送器和多路开关，并包含各种转换器，快速实现不同信息之间的转换与显示，还配有调节阀等，可以实现对贮液容器温度的自动控制。在开发与研究中，基于单片机控制的温度系统有很多种，有时间温度控制系统和数字温度系统等。

下图是基于单片机控制的时间温度控制系统的仿真图，在这个图上，P1口来控制键盘扫描，其中P1.0～P1.3为行线输入，P1.4～P1.7为列线输入；P2口是控制字形的，而P0口控制位；P3.7为电平输出。这个温度控制系统的使用操作是很简单的，在进行温度监测时，操作人员通过数字键盘选择好系统提示需要选择的对象，这个选择对象可以是时间或者其他的参数，然后输入需要控制的时间，时、分、秒位都要认真输入，检查无误之后按下确认键，整个温度控制系统就会开始倒计时；在计时结束时，控制模块会通过P3.7输出一个电平，在下图的仿真图中，这个电平会驱动发光二极管，而在实际的电路中，这个电平要经过放大器进行放大然后传输到执行模块，这样才能最终实现对整个电路的自动控制触发，使后续电路动作。整个倒计时过程会在液晶显示屏上显示出来，便于人们的直观理解。最简单的控制模块可采用双向可控硅来实现，从P3.7输出的高电平经三极管放大后送至可控硅的控制极，而可控硅的其他两极分别与被控器件、电源相接即可。

时间控制系统仿真图

4.2软件开发与应用

在整个温度控制系统中，采样得到的温度信息要经过多次转换，还要经过相关电路的放大作用使得数据进入单片机的处理范围之内，经过一系列作用的数据最终会被输入到单片机之中进行处理与显示，显示的结果可以根据人们的实际需要进行调整，温度信息可以借助于一定的数学表达式、图标、函数等进行显示，便于人们对数据的直观认识。

5.结语

在实际的生产生活当中，精确的温度控制具有十分重要的意义，国内外都相当重视对温度控制系统的开发与研究，随着经济社会的发展，人们对温度控制精度的要求越来越高，与此同时，新型的温度采集技术和温度控制办法开始逐渐应用到整个温度控制系统当中，整个系统的检测精度和工作稳定度得到很大提升，性价比也不断提升！

【参考文献】

[1]樊军庆，张宝珍.温度控制理论的发展概况[J].工业炉，2008，30（6）：12-15.

[2]刘百芬，吕涛.基于PIC单片机的温度控制器[J].半导体技术，2008，33（9）：833-835.