基于AT89C52的智能温度控制系统的设计

袁媛 魏秀岭 袁观娜

摘 要：随着科技的进步，温度控制不仅应用在工厂生产方面，也广泛应用于日常生活中的各领域，使得温度控制不断朝着智能化的方向发展。本文以AT89C52为核心设计智能温度控制系统，采用Pt100铂电阻作为温度采集传感器进行温度测量，系统以最低成本实现智能化的温度控制。

关键词：AT89C52单片机 Pt100铂电阻 温度控制 数码显示

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0012-02

温度体现一个物体表面或内在的冷热程度，实际生产中人们希望能够实现系统内部与外界之间的热量吸收与发散的平衡，这就要求系统需要绝热，为达到这一需求必须利用科学技术方法进行控制。热力学第二定律提出系统能够达到内外热量平衡的条件是系统与外界间具有相同的温度；因此，为了能够使得隔离系统与外界环境间的热量交换，设计一个智能温度控制系统来实现系统的温度平衡。

1 系统总体方案设计

本系统以AT89C52为核心进行设计，主要由单片机主控模块、温度测量模块、转换模块及显示模块等构成[1]，总体结构框图如图1所示。其工作过程是采用铂电阻（Pt100）进行温控箱的温度检测并将测得数据信号转换为电压信号，使用A/D转换（AD7705）进行的A/D转换，以输送到AT89C52中。经过AT89C52计算测的温度值并通过显示模块进行显示，同时比对预置的温度初始值；根据比对值输出加热或者降温的控制信号进行温度控制，同时进行报警，以此来实现保持温控箱在恒定温度的状态。

2 系统的软件设计

针对系统的总体方案进行相应的软件设计，包括系统主程序设计、温度采集及数据处理设计、键盘输入设计和数码管显示设计4个方面。

2.1 系统主程序设计

针对系统进行主程序设计，首先需设置系统的初始化程序，然后采集Pt100不同时刻的电阻输出值，对采集到的阻值实行温度转换公式进行电阻到温度之间的转换后，同时将转换后的温度值进行实时的读取，最后将实时读取的温度值进行实时的显示，从而实现对温度的实时处理及显示。主程序流程图如图2所示。

2.2 温度采集及数据处理设计

本系统是对某型号气相测谱仪的温度控制子系统中温控箱的温度进行恒温控制，为了保证测量精度在士1℃范围内浮动具有較高的工作稳定性，选择Pt100进行温度的测量，主要是因其具有较高的稳定性，测量温度的精度和灵敏度方面也高，耐氧化能力很强。Pt100的测温根据IEC标准751-1983[2]：

由式（1）可看出，铂电阻温度传感器呈现出非线性，采用最小二乘法对铂电阻的非线性进行优化，以减少误差。通过随机抽取100个不同的温度值，这些值要求在0℃～850℃范围间且等时间间隔进行抽取，然后设计相应的采样电路能够使采样到的温度值转换为相应的电压值，采用最小二乘方法进行采样数据的近似拟合，代入式（2）进行计算，然后与实际温度值作比较得出相应的误差。

温度的变化将会导致Pt100在输出相应的阻值时也会发生变化，通过一定的温度变换公式得到此时需要的温度变化值，接着将采集到的温度变化值输入到单片机中的A/D转换器中进行相应的数据处理，最后将处理后的数据输送到数码管进行实时显示。温度采集及数据处理子程序流程图如图3所示。

2.3 键盘处理设计

首先判断是否有按键闭合，如有闭合则跳入二次调用子程序，如没有则调用子程序延迟6ms[3]。二次调用后检测是否有按键闭合，如有则判断闭合键号，否则跳到第一次检测按键闭合；如有释放则判断释放键号，否则延迟6ms返回。

2.4 数码管显示设计

数码管的8个点段的同名端是连在一起的，但其公共端均独自接受三极管的控制。当向数码管输入字形或数字时需判断是哪个显示器点亮的决定性因素取决于公共端。因此只需控制输出数据就能决定何时显示哪一位。数码管显示采用动态扫描方式即采用分时的方法，轮流控制显示器公共端，使其轮流点亮。

3 系统调试

利用Ptoteus对低温状态进行检测，即设置温度值为室温，AD7705输出值小于室温，从而启动升温继电器，加热部件工作，风扇关闭；高温工作状态正好与之相反。

（1）在测温过程中LED实时显示当前的温度。当温度还差3℃就达到设定上下限值时进行相应温度控制处理，达到上下限值后，就会发出相应的报警声。

（2）对系统进行软硬件联调，当超出最高温度600℃，风扇和蜂鸣器都开始工作，说明系统正常，调试结果如图4所示。

4 结语

本系统以AT89C52为控制核心，采用温度传感器为铂电阻桥式Pt100，它具有稳定性高、操作简单等特点，而且温度测量范围大，数据采集和处理可靠性高容易实现。同时，本系统具有实时显示的功能，可以直观地将采集到的温度信息及时显示出来。因而该系统的硬件设计简单可靠，而且本系统具有很强的可扩展性能，易于和其他系统共同开发，成本低廉，实用性强，性价比高。

参考文献

[1] 齐志才，赵继印.MCS-51系列单片机原理及接口技术红[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 张宇.高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计[D].合肥工业大学，2005.

[3] 胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2002.