单片机温度控制系统设计分析

唐媛红 章芳芳

[摘要]在人们日常生产生活中，温度是一个重要的测量参数，很多温度控制系统已经普遍应用于各种场合。目前，温度控制系统在温度控制的精度、控制效率等方面还存在一些问题，急需加以完善。而单片机具有控制简单、使用方便、灵活性高等特点，运用到温度控制系统中，可以有效提高温度控制系统的性能。本文对单片机温度控制系统整体设计思路、软硬件开发与设计等方面问题进行了分析。

[关键词]单片机;温度控制;系统设计;温度检测

温度控制系统被普遍用于社会生产生活的控制系统中，单片机是温度控制系统开发中需要用到的一种芯片。根据单片机技术发展情况，可将其分为ARM单片机、AT89S51单片机和AT89C51单片机等几种类型，这几种单片机受到外界广泛关注并开始逐步运用于实践当中。本文将AT89C51单片机作为研究对象，在此基础上对温度控制系统进行设计，以期进一步提升单片机温度控制的精度。

一、单片机温度控制系统整体设计思路

单片机温度控制系统主要由温度检测、主机、控制执行三大部分组成，在具体操作中，这三大部分相互配合、协作，确保整个系统的正常运转。温度检测部分主要是对检测对象的温度值进行实时检测，并传输给主机，主机做出相应的处理命令，然后由控制执行部分进行反馈和执行，这就是单片机温度控制系统运转的全过程。

在单片机温度控制系统设计的过程中，需要注意几个方面的问题。当温度检测装置将检测信息传输至主机时，主机需要利用对比分析系统，将检测信息同系统预设的温度信息进行对比，假如不一致，那么就要对实时温度进行调节和控制，并发出控制指令，控制执行部分就可以对温度进行调节。通常情况下，为了方便使用，温度控制系统的主机上需安装显示电路、输入键盘、报警器等装置，如果实时温度超过预设温度，报警器就可以发出警报提醒，这就是一个完整的单片机温度控制系统需要具备的功能。

单片机温度控制系统最主要的作用就是对实时温度进行调节。也就是说，系统不仅可以对温度值进行实时检测，还可以对检测结果进行调节和控制。具体设计原理可见图1。

二、单片机温度控制系统硬件开发

（一）单片机的选择

在单片机温度控制系统的设计中，单片机是整个系统的核心组成部分，本人对常见的单片机进行比较发现，AT89C51单片机在温度控制系统设计中是比较适合的，其功能全面，属于一种只读存储器，还具备4k字节闪烁功能，还可以进行编程、擦除等操作，稳定性佳，功耗低，这些优势让它能够在众多的单片机中脱颖而出，成为实际运用率较高的单片机产品。另外，AT89C51单片机拥有CMOS8位处理器，可以同各种类型的指令相互兼容。AT89C51单片机外部还连接有键盘及显示接口电路，可以通过LED显示屏显示温度实时变化数据。

（二）温度检测器件的选择

在单片机温度控制系统设计过程中，选择合适的温度检测器件非常重要。在对单片机温度控制系统的硬件进行设计时，需要运用到两种温度检测器件，分别是XTR101和变换器RCV420。XTR101具有精度高、低漂移等优点，既可以在恶劣环境中实现微小信号的传输，还可以把微小信号进行放大，实现信号的成功传输。另外，还要运用到变换器RCV420，它可以把XTR101中的4-20mA信号转换成o-5v电压输出信号，方便系统对传输信号的处理，降低系统制造成本，方便系统的维护与后期开发。这两种温度检测器件的运用，进一步提升了单片机温度控制系统采集信息、传输信息的精度。

（三）系统的温度控制設计

单片机温度控制系统前端的温度检测部分非常重要，后端的温度控制也非常关键，只有几个部分相互协调配合，才能确保整个温度控制系统正常运转。对系统的温度控制部分进行设计时，需要把系统采集到的实时温度值进行模数转换和放大，把采集好的信息存储到单片机上，这时LED显示屏就会进行数据显示，可以对温度值进行实时更新。在进行信息对比分析过程中，AT89C51单片机就会利用PID算法对数据信息进行处理，如果结果出现偏离，单片机就会输出指令，温度控制、执行系统就会对被测对象进行降温或者升温处理。

三、单片机温度控制系统的软件开发

除了硬件的开发和设计，温度控制系统还需要对软件进行开发和设计。在对温度控制系统的硬件设计及组装完成之后，就要对软件系统进行设置，这样才能让系统正常运行。在系统运行之前，需要检查和判断复位键是否被按下，假如被按下，就需要设计人员对温度控制系统的单片机和外部接口进行初始化处理。初始化处理的内容主要有：对相关参数进行设置、键盘扫描、温度检测、信息采集等，然后系统就会对数据进行相应的处理，利用PID算法对采集到的数据进行处理，同时根据处理结果控制输出指令，LED显示屏上也会出现实时温度值。在软件编程过程中，通过C语言可以达到预期效果。在系统运行以前，一定要进行调试，确定满足了预定功能要求，才能正式投入使用。

参考文献：

[1]刘琳霞.单片机在温度控制系统设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2017 （21）：107

[2]李先利，张家为基于51单片机的温度控制系统设计[J].科技资讯，2013 （30）：105.

[3]高晓阳.甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D].甘肃农业大学，2010.