谈单片机在温度控制系统中的应用

摘要：单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。本文阐述单片机在温控系统中的应用原理，希望学习单片机应用时能理论与实践并重。

关键词：单片机 温度 控制

0引言

随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。及时准确地获取温度信息并对其进行适当的控制，这在许多工业场合中都是很重要的环节。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式和控制方式均不同。目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。单片机由于自身的优势，使得它在当代社会占据着很大的位置。单片机具有体积小、处理能强、成本低运行速度快、功耗低及应用面广等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。

1单片机温度控制系统的组成及工作原理

1.1单片机AT89S51的工作原理

硬件部分CPU主控制采用单片机AT89S51，电路部分主要由4个部分组成：温度采集电路、按键显示电路、电热丝控制电路和电源电路。主要是通过采用智能温度传感器DS18B20集成芯片来完成温度采集，此芯片可以把温度传感器、A/D传感器、寄存器、接口电路集成在一块芯片中，然后可以直接数字化输出和测试。按键显示电路主要经过HD7279A芯片驱动共阴数码管的显示和实现按键功能。实现电源电路主要是通过TL431二极管的稳压。而对于电热丝控制电路，可直接由电热丝接继电器和电源并通过单片机控制继电器的开和关，从而得以实现控制电热丝的加热。

1.2 AT89C52单片机控制原理

AT89C52单片机作为一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其具有8K在系统可编程Flash存储器。从硬件上看，Vcc接外部电源是连接DS18B20与单片机的部件，GND接地，还有I/O与单片机的I/O线相连接。而相对复杂的接口编程是DS18B20简单的硬件接口的代价。经过单总线与单片机进行通讯，因此DS18B20的通讯功能是分时进行完成的。通过严格的时序来实现传感器与单片机的接口协议，然而只能是在特定的时隙，才能对DS18B20数据的写入和读出进行实现。AT89C52对DS18B20的访问流程如下：先对DS18B20进行初始化操作，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器和数据进行操作。严格的遵循工作时序和通信协议来对DS18B20进行每一步的操作。如由AT89C52控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，完成这一过程应经过三个步骤：在进行每一次读写之前应对DS18B20进行复位，复位成功后应发送ROM指令，最后再对RAM指令进行发送，只有进行这样一系列的操作才能预定操作DS18B20。DS18B20在通过上面的命令时，对外界的温度进行测试，用存储器将测试的温度记录下来，对其数据处理后，经过与89C52之间的通信协议，将相关的信息发送到89C52，然后将该信息交由89C52处理。

1.3 89C51单片机应用原理

本设计对89C51单片机应用系统进行采用以实现我们的设计要求，由于89C51单片机在片内已经含4KB的EEPROM，因此并不需要外扩展存储器，这样可使整个系统的整体结构简单。采用89C51串行口的输出工作方式，大大提高了89C51的利用率，如此也简化了外部电路。89C51可直接扫描读数键盘，可用串/并转换模块74Ls164驱动LED直接对温度值进行显示。由于其的利用率很高，负载又重，只需在后向电路加一块同向驱动器，单片机就可正常工作。在进行串行传输数据时，可达到1MHz的频率，对温度的显示完全可以达到测控精度要求。

2单片机在贮液容器温控系统中的应用

该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。

2.1硬件设计

选单片机AT89C51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、A/D转换器、D/A转换器、V/I转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。

2.1.1前向通道的设计

采用JUMU90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4mA～20mA（DC），测量精度为0.5％，选用10位逐次逼近式A／D转换芯片AD571，接收到有效的CONV ERT命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的D A C在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，SAP中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，SAP发出DR信号（低电平有效），单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。

2.1.2后向通道的设计

为了满足系统的精度要求，选用10位的D／A转换器DAC1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过I／O口才能与AT89C51单片机连接，又由于AT89C51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此AT89C51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到AC1020。为了使10位数据能够同时送人DAC1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。

2.2系统软件设计整体思路

一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。为使编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。本装置可工作于软件主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的初始化子程序、写程序和读程序。

3结束语

目前单片机的应用已涉及到了生活中的各个领域并起着重要作用，本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定实际应用价值。该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方。温度控制系统可以应用于多种场合，而单片机的控温会直接影响单片机在这些场合的使用情况，所以我们要想使单片机在各领域中发挥更大的作用就要继续努力研究出更好的单片机控温系统。

参考文献：

[1]王慧强.基于MCS51单片机温度控制系统设计[J].装备制造技术，2010，（05）.

[2]康惠燕.AT89C52单片机大棚温度控制系统设计[J].科技资讯2010，（07）.

[3]李燕.浅析单片机在温度控制系统中的应用[J].现代企业教育2010，（02）.