單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)論文

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1單片機(jī)的簡單介紹及其工作原理

所謂的單片機(jī)（MCU）是一個微型計算機(jī)。它是在一個設(shè)備中的CPU，RAM，ROM，I/O接口的一組或多個組件和中斷系統(tǒng)，以及作為當(dāng)前主流的STM32ARM公司生產(chǎn)的的A6和A7都屬于微控制器。只要給一個外部單片機(jī)加上電源，并設(shè)置振蕩電路和外部中斷電路，就可以方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制。由于其體積小，功能強(qiáng)大，成本優(yōu)勢，主要作用是改善勞動條件，節(jié)約能源，生產(chǎn)設(shè)備，并且可以防止事故的發(fā)生，以獲得良好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)外受到越來越多的關(guān)注，并已被廣泛使用。

2分析并選擇出最適合的溫度控制方式

（1）第一種方法是使用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但可靠性相對較差，控制精度是比較低的，彈性小，電路復(fù)雜，調(diào)試，安裝都不容易實(shí)現(xiàn)，高精度的溫度控制的要求變得更加困難。

（2）第二種方法是將FPGA/CPLG或與使用FPGAIP核/CPLG方式。它是用FPGA/CPLG完成采集，存儲，顯示和A/D轉(zhuǎn)換等功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)由IP核的相互作用和信號測量和分析功能。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測量和控制，操作簡便;但其缺點(diǎn)是在調(diào)試過程的復(fù)雜性，成本較高。（3）第三種方法是將高精度溫度傳感器組合在一個芯片上。這是完全與微控制器接口進(jìn)行系統(tǒng)控制和信號分析，由溫度傳感器信號采集和轉(zhuǎn)換的前端進(jìn)行。此方法克服了前兩種方法的缺點(diǎn)，所以基于單片機(jī)和溫度傳感器控制的溫度在理論上非常的可行。

3在一個溫控系統(tǒng)中如何選擇合適的單片機(jī)和傳感器

3.1選擇AT89C51作為系統(tǒng)的單片機(jī)單片機(jī)在整個控制系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。在主要考慮選擇時應(yīng)該考慮單片機(jī)的處理速度，數(shù)據(jù)存儲容量，價格和通信方式。在考慮適當(dāng)后選擇了控制系統(tǒng)的AT89C51作為主芯片。AT89C51具有以下特點(diǎn)：具有4KB的閃存芯片和128KB的程序存儲器。AT89C51的最高頻率可以達(dá)到32MHz的，具有8位數(shù)據(jù)的處理能力，擁有32個IO端口和兩個定時器。

3.2選擇DS18B20作為系統(tǒng)的傳感器該系統(tǒng)采用DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，DS18B20屬于全新一代的微處理器專為智能溫度傳感器的配置。在溫度測量和控制儀表，測量和控制系統(tǒng)，以及大型設(shè)備的工業(yè)，民用，軍事等眾多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是特別明顯，具有結(jié)構(gòu)緊湊，簡單界面，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。

3.3確定適合單片機(jī)溫度控制的系統(tǒng)框架系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示5部分模塊，溫度設(shè)定模塊和所述驅(qū)動電路。實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集溫度數(shù)據(jù)，收集溫度數(shù)據(jù)給單片機(jī)，由數(shù)據(jù)顯示部分上顯示所處理的微控制器。設(shè)置模塊可以設(shè)置在預(yù)定的溫度，當(dāng)檢測到的溫度低于設(shè)定溫度的情況下，單片機(jī)控制所述驅(qū)動電路以開始加熱，并發(fā)出報警聲；當(dāng)檢測到的溫度高于設(shè)定溫度時，停止加熱。

4單片機(jī)溫度控制原理概述

傳感器是測量溫度信息的主要載體，通過將電壓信號轉(zhuǎn)化成的毫伏級后的傳感器的溫度信息提供給電路，然后通過電路放大，弱電壓信號慢慢地放大，微控制器的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的可自由支配的，然后通過輸入端A/D轉(zhuǎn)換器的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，相應(yīng)軟件的數(shù)字信號被輸入到主機(jī)中去。使用中的信號采集到微控制器中，為了提高測量的精確度，必須在采樣時將信號進(jìn)行數(shù)字濾波。同時，信號的數(shù)字濾波處理后，它就會逐漸被轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，所得到的溫度指標(biāo)顯示在IED屏幕上。同時還可以將溫度值與提前設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，然后按照積分分離PID控制偏差之間的兩個算法分析的大小，從而得出最終輸出的控制值，然后確定出導(dǎo)通時間與輸出功率以及控制量的熱值，從而有效地調(diào)節(jié)環(huán)境的溫度來達(dá)到目的。整個溫度控制系統(tǒng)，它的主要目的是使實(shí)時單芯片溫度可以有效地檢測和精確的控制，從而解決了工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的溫度控制方面很難解決的問題。在難以控制的情況下，利用十進(jìn)制數(shù)字顯示器的實(shí)際溫度值，這有利于實(shí)現(xiàn)人們進(jìn)行簡單和方便的溫度監(jiān)測。

5單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計硬件和軟件系統(tǒng)

5.1溫度控制系統(tǒng)的硬件電路系統(tǒng)的原理及組成溫度控制系統(tǒng)的硬件電路包括溫度傳感器電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，帶通濾波電路，放大電路，以及一個數(shù)字的復(fù)用器電路的電磁閥控制電路和開關(guān)電路等。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計要求，仍然可以建立在一個單一的芯片上而在系統(tǒng)的外圍設(shè)備不同的電路和在不同的配置。例如可以使用鍵盤來控制矩陣電路，可用于實(shí)現(xiàn)溫度報警蜂鳴器和使用一些液晶顯示模塊，在溫度異常時將在液晶顯示屏上顯示出來。通過這些不同的外設(shè)模塊，可以更好地提高單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)。

5.2溫度控制系統(tǒng)軟件開發(fā)理論溫度控制系統(tǒng)的軟件主要是用C語言編寫，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的控制權(quán)。通過C語言可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對溫度的采集的頻率的控制、實(shí)現(xiàn)溫度的顯示和控制等不同的功能。控制系統(tǒng)程序包括主程序和子程序。主程序主要用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化，將溫度傳感器的初始化設(shè)置（讀取溫度，加工溫度，存儲溫度）被初始化，并且進(jìn)行鍵盤與液晶顯示器的初始化。使用該方法的主程序循環(huán)查詢來實(shí)現(xiàn)對溫度的采集和對溫度顯示的控制。主程序的主要作用是實(shí)時采集溫度的，并且所述傳感器的二進(jìn)制代碼讀入到單片機(jī)內(nèi)，并隨后經(jīng)單片機(jī)的處理轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制顯示在液晶顯示器的上方。

6結(jié)束語

在目前的工業(yè)生產(chǎn)中基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)是非常有用的，它不僅能有效的對壞境溫度進(jìn)行精確的測量，而且能夠通過提前設(shè)定的溫度數(shù)值來調(diào)節(jié)溫度的變化。并且系統(tǒng)開發(fā)成本低，精度高，可靠性強(qiáng)，操作靈活的特點(diǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。因此，我們應(yīng)大力推廣使用單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。

作者：王雪麗單位：長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院