基于单片机的温度控制系统设计分析

文/刘益志

现如今，科技的不断发展，对环境产生了极大的负担，如大气污染、水污染等问题变得十分严峻，势必会对人们的实际生活构成威胁。新时期，为改善当前环境质量，应加强对温度与湿度等的管控，从而营造更为舒适、和谐的生活环境，可为人们健康提供保障。为实现对温度的管控，应重视温度控制系统的规范化设计，全面了解单片机的运行原理，强化对各项参数的管控，从而提高温度控制效果。

1 硬件设计

1.1 整体结构

结合系统功能分类，温度控制系统的硬件主要分成单片机、主控模版、输入通道、输出通道与保护电路五部分，其中，单片机属于温度控制系统的主角与核心，利用单片机来对外部存储器进行扩展，从而形成了一个主控模板。温控箱主要扮演保护电路的角色，其主要是利用铂电阻温度传感器来测量温度，并将其转化为电压信号，利用A/D转换器来对数字量工作进行转换。在此基础上，对数字量实施数字滤波处理，既可在显示器上将温控箱温度显示出来，运用控制算法计算之后，能结合温度值数据来对温控箱功率进行管控，从而实现对温度的管控。

1.2 主控模板的设计

温度控制系统中的主控模板主要是由单片机、复位、外部始终与存储器扩展等电路所组成的，独立的单片机内部的存储器，其容量定不会满足系统需求，在此种情况下应予以扩展。对存储器进行扩展时，应注意将PO口作低8位地址线与数据总线，其中，P2口担任高8位地址线，主要是由于PO口分时复用，要将高8位地址线利用地址锁存器来进行锁存处理。对于单片机而言，复位功能主要是由外部复位电路来执行，且复位电路连接方法呈现多样化，如手动复位、上电复位等方式。时钟电路属于一种内部运行模式，其会在内部系统中产生高增益反相放大器，进而产生振荡器，其和外接晶体谐振荡器会产生相应的自激振荡器，可获取标准波特率。

1.3 输入通道的设计

输入通道主要包含A/D转化器、温度传感器等电路，主要是借助温度传感器来将温控箱温度予以转化，转化成电量之后输出去，这成为输入通道的核心性作用。在此种模式下，电量单片机无法进行识别，此时，则需要借助A/D转换器来予以转换，可将模拟的电量转变为数字值，以便单片机更好的控制和判断。通常来讲，温度传感器种类繁多，鉴于传感器构成方法、测量原理与材料等的差异，温度传感器的测量精度与测量范围会产生明显差异，可见，必须要结合使用的实际用途来选择合适的温度传感器。在温度控制中，A/D转化器是关键环节之一，其分辨率、应用价值、精度与转换速度等都会对温度控制器产生极大的影响，因此，在选择A/D转化器时，必须要考虑其转换率、测量精度等因素。

1.4 输出通道的设计

通常来讲，输出通道主要包含可控硅输出与温控箱功率调节模块等电路。当前，温度控制系统可介乎可控硅来对功率进行调节。其中，可控硅又可划分为零位控制与相位控制，相位控制在调节电压有效值上更为便捷，主要被应用在电炉与灯光上；而零位控制主要被应用到加热器负载之中，既可调控温度，也不会污染环境。可控硅又可分为单向可控硅与双向可控硅，其主要扮演功率驱动器的角色，被应用到微机控制系统之中。

1.5 保护电路

保护电路主要是在温控箱的温度发生超标时予以保护，及时将传感器测量数据和所提供的定值同电压比较器进行比较之后，如若发生温度超标现象，电压比较器可将电源断开，进而达到保护温控箱的效果。

1.6 抗干扰处理

开展抗干扰处理时，硬件抗干扰属于基础模式，其主要从防与抗角度出发来开展抗干扰操作。而今，实施抗干扰处理时，主要是就干扰源进行消除或抑制处理，把系统耦合通道予以断开。硬件的抗干扰设计处理，主要是采取接地、滤波与隔离等处理方式。

2 软件设计

2.1 主程序模块设计

所谓的主程序模块包含上电之后的整体软件框架结构与系统初始化性两个部分。开展系统初始化处理时，应对串口、A/D芯片与单片机等模块实施初始化处理，待到初始化完毕之后，科学设定温度参数。设定完温度之后，全面分析与判断系统运行键的运行性能，等到按下运行键之后，应结合系统的实际需求来对各模块功能予以调节，如数据处理、采集等功能，要求其实施循环控制，直到系统彻底停止之后。

2.2 数据采集模块设计

此模块主要是利用采集温度信号来把模拟量在A/D转换器下转换成数字量，并向单片机提供。软件工作之后，系统会将多个样本进行连续性采集，经过系列转换之后来判断数字量是否达到标准，若未达到，应继续循环运行直至彻底停止，并开展数字滤波处理。

2.3 数据处理模块设计

在此模块中，主要包含显示处理与数字滤波等层面，其主要发挥A/D转换之后的数字量处理工作，在此过程中，数字滤波扮演着重要的角色。通过转换后，模拟信号会被单片机接受，对采集的样本实施多次验证，以求降低偏差值。实施多次采样之后，运用软件算法能大大提升最终值可靠度与精准度，主要应用数字滤波算法。

2.4 抗干扰设计

在软件上的抗干扰设计上，应采取数字滤波器与按键消抖两种抗感染处理方法。数字滤波器主要是将输入的数据运用科学的运算法则转换成另一组数据，并作滤波处理，其安全性强、可靠度高。而按键消抖则是以硬件电路、软件来达到消抖的效果。

3 结束语

近些年来，我国信息技术、科学技术等都得到了质的发展，诞生了微信计算机，通过不断的发展，产生了单片机。基于单片机的温度控制系统，其可对环境温度进行测量与显示，可依照一定的温度标准来进行调整，从而满足温度指标。新时期，温度控制系统设计工作的实施，应从硬件设计与软件设计两个角度出发，进而提高设计质量，以确保温度控制系统的高效运行。

参考文献

[1]霍坤明.基于单片机的温度控制系统设计[J].企业导报,2015(06):15+17.

[2]吕俊亚.一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真,2012,29(07):230-233.