单片机的温度控制系统

张轶

摘要：本文介绍了一种以MCS-51单片机为核心的温度检测控制系统，由温度检测电路、显示电路、A/D传换电路、执行机构、控制电路和单片微处理器等组成。用单片机作为控制器，可对执行机构发出指令，实现温度参数调节，具有上下位机直接设置温度范围，温度实时显示等功能。实现了对培养容器内温度参数的自动检测及显示，可由键盘输入两项参数的设定值，也可用PC上位机设定温度值送入单片机。通过比较检测值和设定值（包括上限和下限）的大小来控制继电器的开关，从而控制相应执行机构的通断，调节容器内温度，使其达到所设定的范围内。系统结构简单、可靠性高，可解决实际应用中的问题。

关键词：温度监控系统；MCS-51单片机；检测控制

一、引言

温度是与人类的生活和工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测定的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器等各个技术领域都离不开测温和控温。因此，测温、控温技术发展最快，范围最广。

众所周知，温度对生物繁殖起着至关重要的作用。就生物总体而言，其生长温度范围很宽，但各种生物都有其生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度，称为生长温度三基点。所以我们需要将培养液的温度设定在生物繁殖需要的温度以供其生长。采用单片机来对培养液温度控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高生物繁殖的速度和质量。

温度监控系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的监控电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式，但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用温度传感器AD590，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。温度传感器AD590传感器有三个引脚，在使用时“+”极引脚接电源，“一”极接一电阻到地，“NC”悬空即可，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于AD590芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把温度传感器AD590做成探头，探入到狭小的地方，增加了實用性。

二、设计要求及系统框图

（一）控制要求

1）生物繁殖培养液的温度要保证在适于细胞繁殖的温度内，温度控制范围为15℃～25”，升温、降温阶段的温度控制精度要求为0.5℃，保温阶段温度控制精度为0.5℃，温度控制曲线见图1。

2）微机自动调节正常情况下，系统投入自动。

3）模拟手动操作当系统发生异常，投入手动操作。

4）微机监控功能显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出。

（二）系统整体工作过程

生物繁殖的培养液主要用于生物的繁殖研究，而温度是影响生物繁殖的重要因素。本系统要求长时间监视培养液的温度，并对当前的温度进行控制。本控制对象为生物繁殖用培养液，采用继电器进行控制。

本系统的一大特点是用户可以通过下位机中的键盘输入温度的上、下限值，也可以通过上位机对温度的上、下限值进行输入，从而实现上位机对培养容器温度检测控制的远程操作。

系统下位机设在培养容器里，下位机中的温度传感器可以将环境中的温度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，单片机读取数据后将数据送到缓冲区内，通过LED数码管进行实时显示，同时与原来内部设定的上、下限值进行比较，单片机可以根据比较的结果对温度控制电路内的继电器发出相应的通断信号，并通过继电器的吸合状态去控制相应的设备进行操作，调节培养容器内的温度状态。用户直接通过键盘对温度的上、下限值进行设置后，如果环境的实时参数超越上、下限值，系统自动启动执行机构调节培养容器内温度状态，直到温度状态处于上下限值范围内为止。

下位机LED显示部分能直接实现温度值的实时显示。上位机可通过通信接口模块接收下位机传送过来的温度值，可以设置温度值并通过单片机去控制执行机构对培养容器进行操作。

参考文献：

[1]何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[D].北京：北京航空航天大学，1990.

[2]许志详.D590集成温度传感器的应用[J].利水文自动化，2000（1）：58-59.

[3]何希才.薛勇毅.感器及其应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]徐爱钧.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[5]谢自美.电子线路设计（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2000.

[6]江国强.现代数字逻辑电路[M].北京：电子工业出版社，2002.

[7]樊昌信.通信原理（第五版）[M].北京：国防工业出版社，2001.