浅析单片机温度控制系统的设计与实现

【摘 要】工业生产中，温度是常见的工艺参数之一，生产中任何的物理变化与化学反应过程都和温度有密切的关系，所以温度控制也是工业现代化的重要任务之一。单片机的温度控制系统是通过硬软件共同作用来控制温度的，本文以 AT89C51单片机为例，对炉温控制系统的硬件和软件进行了设计。

【关键词】单片机 温度控制 硬件 软件 AT89C51

一、引言

随着我国工业生产水平的提高与电子技术的发展，以单片机技术发展为重要代表的大规模集成电路的发展也十分迅速，为人们的生活带来了翻天覆地的变化，也为现代工业带来了新技术的又一次革命。

在工业生产中，经常会遇到有关单片机的问题，其中也包括了对单片机温度的控制。例如针对各热处理炉、加工炉、锅炉及反应炉进行的温度控制，若采用单片机对温度进行控制可以让操作更为简便快捷，同时对提高产品品质和产品数量也有很大帮助。

二、单片机温度控制系统原理

本文所采用的是以AT89C51单片机为例的单片机温度控制系统，通过其实现数据的收集与处理等功能，最终来实现对单片机温度的控制。具体过程如下：首先单片机中传感器吧装置中的非电量信号转换成为电量信号，这使得温度的变化得以用相应的电信号变化来表示；然后再将转换后的电量信号输入A/D转换器形成数字显示，使得温度变化得以用数字来表示；再将数字传送至单片机进行数据处理；最后由LED来显示人们可以看到的温度数据。这一过程的电路主要由单片机的控制和数码管的显示两部分组成。

三、单片机温度控制中的硬件选择

单片机温度控制系统中硬件的选择是整个系统设计中举足轻重的一步，因为它关系着整个系统是否可用，可靠性是否较高，系统运行是否稳定。在一步情况下，硬件系统主要是由以下几部分组成的：温度检测系统、单片机、A/D转换器和信号放大系统。另外，在测量温度时，热敏电阻尤其重要，它起到对温度感知的作用。当温度升高时，热敏电阻以其特有的负电阻温度特性使得电阻变小，当温度降低时，电阻则变大。因此在热敏电阻上给一个恒定电流就会测量到两端的电压。再通过相应的计算公式我们可以得到电阻变化所带来的电压变化曲线，通过温度传感器的工作，最终将温度信号转换成模拟信号，最终达到对整个硬件系统进行操控的目的。

在整个单片机温度控制系统中，硬件设计最基本的思路可概括为：首先，利用温度传感器，再通过 A/D 转换器把抽象的非电量信号转换成单机片可读取的电量信号，通过转换将所测温度显示于数码管上；其次，利用定时器对热敏电阻丝进行加热控制来实现温度控制；最后，利用数据采样将滤波器等装置整体联系起来。

四、硬件电路设计

（一）传感器设计，由于本次的设计我们选择对炉温进行测量，因此属于0-800度的大范围温度测量。不能采用传统的热敏电阻温度传感器、集成温度传感器，而更适合用热电偶。本文可选择WRE型热电偶，此款精度也较高，价格也低廉。

（二）放大电路的设计，一般热电偶的输出电压较低，为0-30mv，而本文所采用的ADC0809处理信号则要求标准信号，达到0-5V，因此要放大电偶的输出电压。本次设计采用OP07这一款放大器，它的低漂移运算可以有效抑制温漂。在本次的设计中，我们选用的ADC0809要求输入的电压在0至5伏之间，而热电偶的输出电压则在0至30毫伏之间，两者之间差以百倍，因此要求放大电路可以放大百倍。可选择可调电阻来进行的电压调节。

（三）A/D转换电路设计，由于 ADC0809 操作简单，价格低廉，十分适合本系统的需要，因此本设计选用它。其具体的指标和特性如下：

分辨率：8 位。

转换时间：这取决于芯片的时钟频率，1次转换所需的时间为64个时钟周期。

单一电源：+5V。

模拟输入的电压范围：单极性为0至+5V；双极性为+/-10V或+/-5V。启动转换控制为正脉冲，上升沿令内部所有寄存器清0，下降沿令A/D转换开始。

（四）人机对话部分的设计，人机对话部分是单片机温度控制系统中应用系统与人员操作的交互界面，它起到连接双方的作用，设计主要包括显示和键盘两部分。

1.显示部分设计。在本设计中，P0口与P2口的部分位，将作为动态显示器显示输出的端口。段码是由P0口并行输出至4位LED显示器的，位码是由P2.0、P2.1 P2.2 P2.3轮流输出的。2.键盘设计。在本系统中，由于设定的温度只需要温度+、温度-与确认3个键，因此采用的是独立式的按键。在开机后输入设定的温度值即可进行操作。

（五）显示接口的设计，在单片机系统中，通常采用的显示器一般有数码管显示器（LED）与液晶显示器（LCD）。由于在本系统中仅需数字的显示，因此选用LED显示器即可。LED具有亮度高、反应速度快的特点，且价格便宜。这里选用的是较常使用的7段共阴极LED显示器。

五、软件系统设计

硬件电路设计完之后，再进行的就是软件设计的工作，通常单片机的工作必须要做到软硬件相结合，因为许多的硬件功能都是需要依靠软件的支持来实现的，所以软件的设计也至关重要，其成功与否关系着单片机工作的稳定性与可靠性。一般在软件的设计中，主程序的功能是将定时器与 I/O 接口初始化，另外需要依靠中断程序来控制与检测温度，而中程序则是单片机初始化过程与CPU 的终端。AT89C51单片机共有5个中断源。各个中断源的功能在总体设计时就已经确定，设计者根据已定义的功能来编写相应的中断服务程序。作为设计者，在设计前期就应充分考虑与中断服务程序所相关的各项处理，包括合理分配程序任务，保证程序合理运行。

六、总结

在现今，数字化技术日益普及，单片机的发展也越发迅猛，利用单片机来进行电路控制正逐步代替着传统的电路控制。纵观全文，单片机的温度控制系统设计主要包含了硬件与软件设计两方面的内容，设计人员在硬件的选择以及软件程序的编写方面应尤为重视。本文以 AT89C51单片机为例，对炉温控制系统的硬件和软件进行了设计，旨在抛砖引玉，为读者提供思路，希望能够发掘出更好的单片机温度控制系统。

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