以单片机为基础的温度控制系统研究

杨大春

广东松山职业技术学院，广东　韶关　512126

以单片机为基础的温度控制系统研究

杨大春* 1

广东松山职业技术学院，广东韶关512126

摘要：近些年来，利用单片机对温度进行控制技术已经在工业领域得到了广泛应用，其在工业领域的使用价值越来越高。单片机具有结构简单、操作容易等特点。在现代集成工业的控制系统中的应用越来越广泛，甚至已经逐步发展成为控制系统中最为重要的组成部分。单片机能够实现精准的控制温度，极大的增加了人们对温度的操作能力和控制能力。

关键词：温度控制系统；单片机；温度控制

一、绪论

在日常工业设计中，对电机控制的研究一直很活跃。这是因为电机控制系统在各个领域都有应用。以往传统的电机控制系统中控制系统的升级存在很多问题，主要原因在于，在温度控制过程中，控制系统会消耗大量的电子器。这就导致在更改控制系统方案的时候还必须重新进行电路的设计，使用不方便。与此相反，单片机的电机控制系统没有那么复杂，这是由于单片机控制系统是软件控制电机，完全克服了传统电机控制系统的种种麻烦。正因如此，单片机控制系统受到了广大机械研究人员的喜爱，由此可见，单片机应用领域的广泛性和美好的发展前景。[1]无论是从当前智能家居、智能化产品等方面的应用，还是从单片机的发展历史来看，都说明了这一点。因此，我们研究单片机的电机温度控制系统对于工业的发展和国家的繁荣都有着十分重要的意义。

二、单片机及控制系统

众所周知，不同的单片机在控制系统中往往发挥着不同的作用，因此，我们可以根据作用的不同来对控制系统进行划分，常见的控制系统类型为电机控制系统、基于单片机的控制系统等等。电机控制系统主要由四部分构成，这四部分分别是脉冲控制器、环形分配器以及驱动电路和电机。电机控制系统主要通过脉冲控制器将信号发布出去，并通过环形分配器实现对信息的合理分配，从而进一步提高电机运作的功率。单片机控制系统主要有四个部分构成，其中包含单片机系统、驱动系统等。单片机控制系统主要是将软件和硬件有机结合在一起，并以此为有效途径进一步提升单片机的最佳控制。与其他零件不同，单片机在控制系统中具有独特的功能，在设计过程中可以从实际情况出发增加外围线路。将单片机同温度控制系统有机结合在一起，可以实现控制系统的诸多优点，对于那些比较复杂的控制过程，实现单片机外围电容键盘电路的有机结合，进一步提升交互性能。将单片机应用到数字控制系统中，有利于进一步提高控制系统的精准度，且不会产生零点飘移的现象，可谓是一举多得。近些年来，电子技术发展迅猛，企业以及社会对电控系统的要求也逐步提高，为了满足这些要求，科研人员研制出了一单片机为基础的温度控制系统，这种控制系统增加了高速转换器、输出端等部分，极大的提高了单片机的速度，并在此基础上实现了系统跟踪。

三、以单片机为基础的温度控制系统的功能及工作原理

(一)功能

作为温度控制系统中最为重要、最为基础的核心元器件，以单片机为基础的温度控制系统的产生实现了产品生产过程中的全方位温度控制。如果深入的分析以单片机为基础的温度控制系统，就会得出这样的结论，该系统的主要功能是实现对温度的科学、有效、精准的检测，并将所得结果通过一定的形式传递给数据监控人员。除此之外，该系统还具有一定的自主性，它能够根据温度情况，实现对温度的自动调整，极大地提高了温度调整的针对性。如果控制系统发现实际温度与所需求的温度存在一定差距，则会自动调节，保证产品生产过程的温度控制，实现产品质量保障。[2]

(二)原理

传感器在捕捉温度信息方面具有非常重要的意义。以单片机为基础的温度控制系统是运用传感器来实现电压信号的转换，并在此基础上无限放大电压信号，这样就可以将温度控制在一定的范围内。通常情况下，经过数字滤波之后，信号的标度就会发生转换，并将温度检测信号显示出来。不仅如此，其还可以实现实际检测的温度同设定好的温度进行比较，从而得出控制量的数值，实现输出。在输出数值的过程中，以单片机为基础的温度控制系统会优化导通的时间和加热的功率。[3]在设计以单片机为基础的温度控制系统的过程中，我们要着重关注单片机的质量，因为单片机是整个温度控制系统的重要组成部分，它可以实现对温度的实时监测，并根据实际情况对监测结果进行科学有效的控制，如果将这一系统应用到工业生产以及我们日常的生活中，我们就可以实现对整个温度的有效控制，并进一步提高温度控制方面的精确度，确保整个应用系统的稳定性、可靠性以及灵活性。

四、以单片机为基础的温度控制系统的温度检测方法

根据标准的不同，我们以单片机为基础的温度控制系统的温度检测方法也存在较大的差异，因此，依据温度控制标准的不同我们可以将以单片机为基础的温度控制系统划分为不同的类型。依据敏感元件与被测介质之间的关系可以将温度控制系统分为两大类：接触式和非接触式温度检测方法。这两种方法并不是完全孤立存在，它们是存在一定的共有区间。前者的主要设计原理是热胀冷缩原理，而后者所利用的原理则是热辐射特性与温度之间的对应关系原理。在日常的生产生活过程中，我们常用的温度检测方法就是利用半导体模拟温度传感器。这种方式能够将所测量的温度信息根据一定的方式转换为电流或转换为电压，并将信息传输出去。由上述内容可知传感器输出的电流或电压与温度之间并不是两个独立的个体，而是存在着线性关系。这种测量方法能够实现电压与电流和测量温度之间的相互转换，使温度呈现出可视化的特点，进一步放大了采样信息的特征。[4]

除了上述方式以外，还有一种有效的测量方式，也就是热电偶测量方式。与半导体模拟温度传感器测量方式相比，该种测量方法并不是特别强大，但是如果将这种方法应用到具体实践中，可以有效弥补半导体模拟温度传感器测量法的不足，进一步提高测量温度的准确性。但应当注意的是，这种测量方式相对比较复杂，测量时间比较长。不仅如此，在应用热电偶测量温度的过程中要使用电路，且受外界因素影响较大，很容易导致测量结果与实际结果存在误差，给使用者带来不必要的麻烦。基于单片机的温度控制系统增加了一定数量的外部接口，能够满足温度控制系统的需求，并根据实际环境，定期或不定期的对物质温度进行检测。一旦，检测的温度与标准温度存在差距，温度控制系统就会发出警报，并做好相关的提醒记录，为工作人员的查询提供方便。[5]

五、以单片机为基础的温度控制系统的硬件和软件组成部分

(一)以单片机为基础的温度控制系统中的硬件部分

以单片机为基础的温度控制系统只有具备了中央处理器、控制部件、温度检测部件、模数转换部件才能够实现对温度的有效控制。这些部件当中最重要的、最基础的部件则是众所周知的温度测量部件。通常情况下，热敏电阻是我们在测量温度变化时采取的有效措施，它能够实现对温度的精确感应，从而帮助工作人员实现对温度的有效控制。温度测量部分的设计思路包括：首先，应当充分发挥温度传感器的作用，实现与环境和物体温度的有效采集。其次，将采集到的模拟信号通过转换器转换成数字信号。[6]再次，将转换完城的数字信号传递给单片机，从而实现温度的显示。这里的显示部分通常是指数码管等。最后，单片机依据所得到的信息，实现对温度的调节和控制。以加热炉温度控制为例进行系统的阐述。加热炉的主机部分为89C52芯片，该芯片是单片机温度控制的核心。之所以选择89C52芯片的主要目的是因为其能够满足以单片机为基础的温度控制系统对温度控制的需求。加热炉温度控制系统中温度检测部分主要由三部分构成，分别是温度传感器、电传感器以及A/D转换器等。其中，根据系统要求的不同，我们所采用的电传感器以及温度传感器也不同。造成这种现象的主要原因在于热敏电阻所能工作的范围是有局限性的，并不是无所不能的。由于热电偶的结构相对简单，且其测量范围非常广泛等原因，即使在那些温度非常高的场所我们都可以实现高精准度的测量，正是这个原因，所以热电偶成为了我们首选的电传感器。[7]充分利用热电偶可以实现温度信号向电信号的转变，并以放大滤波等形式实现A/D转换。温度控制部分所应用的可控硅调节器能够科学合理的控制电炉的温度。这种方式有其自身的优势，它能够实现双向可控硅同电炉加热电阻丝之间的有效连接，对于提高温度控制系统的适应性来说具有非常重要的意义。温度控制系统中的单片机输出端口可以经过光耦合和驱动电路将控制信号输送出去，实现可控硅的有效控制，这种做法有利于进一步加强温度控制器的稳定性，从而有效避免干扰。不仅如此，还能够实现对控制信号的变换进行控制以及可控硅状态的有效控制。为了进一步提高以单片机为基础的温度控制系统工作效率，在设计加热炉温度控制系统的过程中，我们还赋予其控制系统人机交换功能，人机交换功能主要由三个部分组成，分别为输入键盘、LED显示、超范围报警灯等。键盘的主要作用是为了输入温度控制信号，并保障温度控制系统维持恒定的温度。LED显示部分能够与单片机联系在一起，既能够将单片机输出的信号接收进来，还能够将信号显示出来，有利于操作人员实现温度的控制。报警部分同蜂鸣器连接在一起，一旦温度控制系统的温度检测过高或是过低，单片机就会发出报警信号，通过蜂鸣器实现报警，以保证温度的稳定性。为了满足系统的要求，加热炉温度控制系统还添加了时钟电路，实现对周期、PLD控制算法的控制。[8]

(二)以单片机为基础的温度控制系统中的软件部分

首先，温度控制系统在上电之后的所有工作流程。以单片机为基础的温度控制系统会在上电后发出相应。在响应的过程中，键盘器会自动启动启动键。与此同时，键盘会预先设置相应的温度，并随后启动系统，在此基础上，以事先预定的工作方式实现对温度的有效检测。这一过程中，判断电炉的温度是否需要调节。如果温度信号所显示的温度与预设温度相比差距较大，则会自动调节温度，使其能够符合温度设定。不仅如此，LED还能够将温度控制系统所采集的温度显现出来，从而达到对温度进行实时监控和控制。

其次，资源分配：如下表：

地址位地址位50H-51H地址位52H-53H地址位54H-56H地址位59H-7FH系统思想用来检测温度用来存储预设温度采用BCD码显示缓冲区报警标志位为PSW.5位,F0为0时表示禁止报警,F0为1时表示允许报警。

最后，软件设计。想要实现主程序功能就必须实现中断，各中断为相应的功能模块。初始化结束后，系统会马上设置预设温度，并实现定时器0的设置。之所以设置定时器0，主要原因在于产生中断。根据相关调查显示，我们可以从系统的实际情况出发，对中断方式以及间隔进行科学有效的设置。通常温度控制系统的设定中断时间相对较短，仅为5秒。因此，必须实现精准的编程计数，来达到对5秒的定时采样。

总而言之，以单片机为基础的温度控制系统对于进一步提高温度控制系统的稳定性、精准度来说，具有非常重要的作用。因此，我们应当对其予以高度的重视，采取多种方法、多管齐下，多策并举，将单片机同温度控制系统有机结合在一起，从而确保生产生活中各种温度的平稳。

[参考文献]

[1]张林.微波加热器温度自动控制系统的研究与设计[D].电子科技大学，2008.

[2]徐继涛.发动机冷却系的智能控制系统研究[D].大连理工大学，2006.

[3]刘秀红.基于模糊PID控制的电阻炉炉温系统的研究[D].燕山大学，2004.

[4]魏广芬.基于微热板式气体传感器的混合气体检测及分析[D].大连理工大学，2006.

[5]黄非.基坑冻土挡墙强度及温度测控系统的研究[D].吉林大学，2015.

[6]李村.注塑机料筒温度控制设计与研究[D].昆明理工大学，2011.

[7]杨沉陈.基于AVR单片机农产品害虫耐热特性测试系统的研制[D].西北农林科技大学，2012.

[8]王静静.智能分布式工程机械自动润滑系统设计[D].南京航空航天大学，2014.

*作者简介：杨大春，女，研究生，广东松山职业技术学院，控制理论与控制工程专业。

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1006-0049-(2016)11-0216-02