浅谈嵌入式单片机的自动调温系统设计

陈晓红

摘 要：文章以嵌入式单片机的自动调温系统设计作为研究点，通过介绍其设计程序，不断提升其利用效率，以期能为业内外专业人士提供参考与建议。

关键词：嵌入式单片机；自动调温系统；设计

一、嵌入式单片机的自动调温系统设计

（一）选择合理的单片机与传感器。单片机属于系统中较为核心的部分，对回路控制、数据显示、数据采集以及数据处理等系统功能都起着决定性作用。结合传感器的经济性、特点意义质量等信息，本次研究以DS18B20数字温度传感器作为主要选择。该传感器属于单总线类器材，不仅线路较为简单，且占地面积小，其基本原理是铂电阻测温，且相同通信系统的走线上能够挂数个传感器，因此其操作程序较为简便。同时，DS18B20数字温度传感器还能采集温度信息，借由走线与单片机连接之后，即可直接集成传感器和数字/模拟转换电路[1]。而通过设定接口，单片机还能和数个传感器进行数据传输操作。这样的系统模式具备较高抗干扰性，而且还能迅速适应周围环境。

单片机将传输接口、运算器及控制器等元件功能直接集成到同一个芯片之上，所组成的计算机为单芯片式，尽管数量较少，但是其功能较为丰富。单片机整体体积较小，只会消耗少量电能，因此在工业领域中得到了广泛应用，且在智能化的发展进程中也具有显著优势。

温度传感器不仅能够经由电源线直接供电，还能达到寄生电源的供电目标，由于其接地端是GND，信号端是DQ，外接电源的输入端是VCC，因此为了保证传感器可在特定时间段内持续性供电，可在金属氧化物半导体场效应管上拉总线。而采取电源供电方案时，需对主机的控制温度进行转换。

（二）暖气温度自动调温系统设计。温度测量电路承担着对暖气温度进行二次测量的职责，本次研究以PT100铂热电阻作为主要选择。该测温仪表的温度可控制在-200℃-600℃之间，不仅精度较高，而且复现性好、信号强以及稳定性佳。

（三）单片机人机接口模块设计。人机接口模块属于系统和操作者传输信息的重要渠道，主要包括数据输入、操作者对系统状态的干预、系统向操作者报告运行状态和运行结果等功能。该模块在设计环节的优劣，会直接对操作程序的直观性、系统的智能化功能造成直接影响，而人机交换环节的常用设备即显示器与键盘。其中，键盘属于应用系统中较为关键的部件之一，不仅可以输入数据进单片机的自动调温系统内，同时还能够传递计算机发出的命令，在人工对应用系统进行干预的过程中会起着重要作用。键盘通常被安装于控制面板，包括向上、向右、向下、向左、确认以及主菜单等按键，而为了节约电能消耗量，通常将液晶显示器设置为关机状态[2]。通过按键，系统能够在不同时段内分别设定温度与时间，同时还能借由按键查看设置情况、时间以及热量消耗情况等。同时，智能设备中通常需要显示相关测控信息，然而由于设备体积与功耗等条件具有限制性，因此不建议选用CRT显示器。

（四）流量测量电路的系统设计。流量测量电路以UGN31

44开关型霍尔传感器作为主要选择，当霍尔器件成功输出电压之后，该传感器会对其阈值进行甑别与处理，将其无限放大之后，会直接输出数字信号，且根据实际需求确定数字信号电平值的高低。但是，由于霍尔传感器所输出的有效波形并非理想方波，一旦受到外界因素的干扰，就会使波动出现异常抖动，因此对于电路还需进行适当的整形与滤波。

（五）模糊控制。该系统对模块的控制主要通过模糊神经网络计算方法实现，调温通常需要经历三个过程，分别是检测——实施——效果体现，该过程不仅经历的时间较长，而且并非始终保持线性变化，因此在建立数学模型时会出现较大难度，其精确性无法得以保证。鉴于此，若要实现对室温的有效控制，建议选择模糊控制技术作为主要技术类型，通过合理设定精度，实现对温度的准确控制。对于嵌入式单片机的自动调温系统，如果设定温度趋向于室内温度时，需要及时调整固态继电器导通时间，以此方式不仅能有效达到既定调温效果，还能节省能源输出总量，具有较高实践价值。

室内温度模糊控制系统以模糊控制器作为其核心，而控制器内部结构、模糊对策、合成推理计算法、控制规则等直接影响着系统性能。若将室内温度变化率和误差视作输入变量，将电磁阀实际开启程度视作输出量，在限定输入狼论域基础上，将模糊语言划分成七个不同等级，那么输出的实际论域会明显扩大约一倍左右。当模糊量取代精确量之后，还可将精确量划分成几个不同的档次，而且每一个档次和模糊集必须一一对应。

结束语：自动调温系统设计必然会朝着智能化方向不断发展，嵌入式单片机的自动调温系统整体精确度也在不断提升，其调节效果愈加显著。通过使用嵌入式单片机，相关数据可以达到无线通信标准，同时还能对自动化程序进行远端控制，因此该单片机适用于所有环境中，且其温度调节也更加精准，具有较高可靠性与稳定性，使用前景较为明朗。而在具体设计环节，需要设计人员不断提高自身操作技能，确保自动调温系统充分发挥其优势。

参考文献：

[1] 张玉良.基于嵌入式DSP的光电平台图像自动调焦控制系统设计[J].国外电子测量技术，2014，33（07）：64-67.

[2] 杨正校，沈健.一种基于PIC16F877A单片机的智能升降椅的系统设计[J].工业控制计算机，2014，27（07）：147-150.