基于单片机的温度控制系统的研究与实现

摘 要

本次研究当中将以51单片机作为研究对象，对其打造温度控制系统的理念进行深入剖析，解读温度控制系统所具有的优点，以及对被控温度技术指标进行分析。在温度控制系统的结构组成部分当中，硬件、软件、接口电路等设计方面作为研究主体，详细分析上述组成部分在温度控制过程当中所能起到的作用，同时提出实现基于单片机技术实施温度控制系统的可行性方案。

【关键词】单片机 温度控制系统 可行性方案

人们生活水平的提高标志着对于生活质量有着越来越高的要求，对于产品的使用寿命也逐渐加重关注程度。在实际的应用当中，如何对待测温度进行实时采样、确保数据的准确传输、对所测温度场进行有效的控制等工作，成为目前温度控制系统需要解决的核心问题。目前单片机在实际应用当中较为广泛，在温度控制领域当中不仅使用便捷灵活，还能够将被控温度的技术指标进行有效提高，进而提升产品的生产效率。由此可见，单片机技术在温度控制系统应用于工业生产控温工作当中具有非常广阔的发展空间与重要作用。

1 单片机概述

单片机指的是单片微型计算机，集CPU、RAM、ROM、I/O接口以及中断系统等多个部件于一体的计算机型，虽然体积较小，但是却具有非常强大、全面的功能，只需要在单片机上安装外用电源以及晶振就可以对数字信息进行有效的处理与控制，在现代工业制造与控制当中得到了非常广泛的应用。

单片机的诞生是随着超大规模集成电路的发展而逐渐形成的，由于单片机体积较小，功能性较强，性价比较高，因此常用于改善劳动条件、节约能源、避免设备与生产事故等方面，以此来获得较为理想的技术指标与经济效益。正是因为如此，单片机理念下建立的温度控制系统在世界范围内才得到了大量的应用，在工业当中大放异彩。

2 温度控制的实现方法

2.1 采用纯硬件的闭环控制系统

其优势在于速度较快，但劣势在于可靠性达不到理想要求，控制精准性不高，同时灵活性、线路复杂程度，以及调试、安装等方面都具有很多不如意之处，因此很难在实际工作当中进行应用与推广。

2.2 FPGA/CPLD或采用IP内核下的FPGA/CPLD

这种方法指的是采用FPGA/CPLD将温度进行采集、储存、显示以及A/D等功能，进而采用IP核对人机交互以及信号测量分析等功能予以实现。其优势在于系统结构较为紧凑，能够在简便的操作下实现复杂的测量与控制，缺点在于调试过程较为繁琐，同时具有较高的成本，性价比较低。

2.3 单片机与高精度温度传感器相结合

该方法指的是采用单片机对人机界面进行建立，同时对系统进行控制，对数据信息以及信号进行分析与处理，通过前端安装的温度传感器对信号进行采集与转换。

3 单片机下温度控制的原理

在测量温度信息方面，传感器作为主要载体，可以将收集到的温度信息进行扩大后传递到电路当中，随后转换为毫伏级的电压信号，将其中的弱电压信号进行再次扩大后传递至单片机能够进行自由调控与处理的范围之内，随后通过A/D转换器将该电压信号转换成为数字信号，最后采用相应软件将该数字信号传输到主机当中。采用单片机对温度进行收集的过程当中，为提高测量的精确性，通常在采样时对温度信号进行数字滤波，随后将处理过的温度信号转换成为相应的标度，进而将温度指数显示在LED屏幕上。

4 单片机下温度控制系统的开发与应用

4.1 硬件电路

在对硬件电路进行开发与研究的过程当中，均以单片机作为主机，配备两路传感变送器以及多路开关，在结合D/A、V/I转换器以及调节阀等辅助设备后，能够达到预期的设计要求，满足对储液容器进行温度自动控制的要求。另外，还能够通过在实际应用当中的个性化需求，按照相应的设置进行辅助元件的搭配，例如键盘、报警电路、显示电路等，进而完善系统功能。

4.2 软件系统

在温度控制系统当中目前常用的软件为C语言，进而通过单片机进行编程后实现温度控制系统的各项功能，以主程序对模块进行初始化，随后采用读温度、处理温度、键盘以及显示器等模块，选取循环查询的方式对温度进行显示与控制，而主程序的功能为对温度进行实施显示，同时读出温度并采用AT89S51对实时温度值进行测量，调用各个子程序。随后，热电偶检测到额温度值会将模糊数值通过电路转换为数字，将其送至单片机当中，每10s将控制系统中断一次，进而发挥其功能与租用，对实际收集到的温度进行测量，与预先设定的温度进行对照比较。

4.3 温度检测

传感器是温度检测的首选元件，热电偶传感器是温度控制系统在进行温度检测时最为常用的传感器类型，不仅性价比较高，同时还具有极高的精准性，与其他常规传感器相比，构造较为简单，但是却具有极大的测量范围，敏感性较高，测量速度较快。该传感器的劣势在于，输出电压信号比较微弱，仅能对几毫伏至几十毫伏之间的电压予以识别，因此在进行常规AID转换时，首先要对信号进行一定程度上的调整与处理后，采用高放大倍数的电路在AID转换器当中进行设置，进而实现热电偶传感器的实际应用。

另一方面，热电偶传感器在使用当中，如果热电偶温度并非为0℃的情况下，热点偶传感器所输出的电压将会逐渐偏离冷锻0℃的温度数值，因此必须采用冷端补偿的方法予以纠正，以此在异常情况下能偶对系统及时予以修正，确保平稳的温度提供。

5 结语

基于单片机的温度控制系统在目前的工业生产当中实用性较高，不仅能够对环境温度进行实施监测，还能够根据预先设定的温度数值进行控制与调节，具有成本低、精准性高、可靠性强、灵活性高、可扩展性强等特点，便于操作人员对其进行查询，进而提升工业制造行业、生产行业的生产效率，具有实际应用与推广的价值与良好的发展空间。

参考文献

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作者单位

北京理工大学珠海学院 广东省珠海市 519000