基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究

黃超

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，在很多行業(yè)都需要對溫度進(jìn)行控制，當(dāng)前在一些應(yīng)用中基于AT89C51的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣，以此為基礎(chǔ)，再結(jié)合DS18B20溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，軟件與硬件結(jié)合，最終將溫度通過顯示器顯示出來，將此溫度與要求的溫度進(jìn)行對比，如果溫度過高則啟動制冷裝置，如果溫度過低則啟動加熱裝置。另外，為了驗證系統(tǒng)的可行性，同時也是提高系統(tǒng)的制作效率，在確定硬件制作之前，可以先利用軟件對計劃進(jìn)行仿真，之后在硬件平臺上實現(xiàn)設(shè)計功能。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度控制；研究

在工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對溫度這個參數(shù)進(jìn)行控制，所以研究溫度控制系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的意義，如今關(guān)于溫度的控制更是應(yīng)用到養(yǎng)殖業(yè)之中，例如：豬舍溫度，孵化室溫度等，為了保證某種環(huán)境下溫度的適宜，要做好溫度控制系統(tǒng)的研制和探究工作，進(jìn)而保證工作效益，提高經(jīng)濟(jì)收益。當(dāng)前以AT89C51為核心的溫度控制系統(tǒng)比較常用，同時也可以實現(xiàn)很好的溫度控制，在選擇溫度傳感器時DS18B20比較常用，利用所測量的溫度值與預(yù)先設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，溫度較低則要啟動加熱裝置，溫度較高則要啟動制冷裝置。本文就是基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，使溫度控制更加有效。

1 單片機(jī)簡介

單片微型計算機(jī)簡稱為單片機(jī)，它是將多種接口與系統(tǒng)都集成于一體的一種器件，盡管體積很小，但是可以實現(xiàn)的功能卻很強(qiáng)大，應(yīng)用起來也比較方便，只需要外加電源和晶振就可以實現(xiàn)數(shù)字信息處理和控制，也正是由于集成度很高并且應(yīng)用方便這些優(yōu)勢，所以單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。隨著單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，它不但可以改善勞動條件，在工作效率上和能源節(jié)約等方面都有了大幅度的提高，并且獲得了比以往更高的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。所以基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)受到了多個領(lǐng)域的重視，應(yīng)用也很廣泛。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本文以豬舍的溫度控制系統(tǒng)作為實例，闡明基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)硬件介紹

本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，在溫度采集時應(yīng)用DS18B20作為溫度傳感器，這兩個部分作為整個系統(tǒng)的溫度采集、處理以及控制的主要硬件部分，構(gòu)成一個具有反饋作用的閉環(huán)系統(tǒng)。在工作時，實現(xiàn)輸入豬舍要求的溫度，之后單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度的采集和處理工作，將采集到的實際溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行對比，如果實際溫度高于設(shè)定溫度，則啟動風(fēng)扇降溫裝置，如果設(shè)定溫度高于實際溫度則啟動加熱裝置，直到實際溫度符合設(shè)計溫度范圍。

2.2 溫度檢測電路

單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是溫度檢測部分的原件，在應(yīng)用時只要用一條口線與AT89C51單片機(jī)進(jìn)行連接，實現(xiàn)兩者之間的通信，在很大程度上簡化了系統(tǒng)設(shè)計，使電路更加簡單化。另外DS18B20的測量溫度范圍在-88℃至+125℃之間，完全符合豬舍的溫度測量要求，并且在使用時對于外接電源的要求也不高，一般3V至5.5V之間的電源都適用。在測量完成之后會將溫度結(jié)果以數(shù)字溫度信號的方式傳送給AT89C51單片機(jī)，另外還可以同時實現(xiàn)校驗碼的傳輸，抗干擾能力極強(qiáng)。

2.3 顯示電路

采集后的溫度可以應(yīng)用顯示器件顯示出來，一般可以根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇不同的顯示器件，這里主要介紹常用的LCD1602液晶構(gòu)成顯示電路，LCD1602可以顯示的內(nèi)容很多，所以也較為常用，除了顯示數(shù)字之外，還可以通過程序設(shè)計顯示字母以及一些符號等，屬于點陣型液晶模塊，顯示范圍也比較廣泛，可以顯示兩行，每行顯示十六個字符。值得注意的是在應(yīng)用之前要接上拉電阻，電阻可以選擇10K歐姆，以保護(hù)顯示電路不受破壞。

2.4 溫度控制電路

由于豬舍的溫度可能會高于設(shè)定溫度也可能會低于設(shè)定溫度，所以在設(shè)計溫度控制電路時都要將這兩者考慮在內(nèi)，分為升溫控制電路和降溫控制電路分別設(shè)計。在實現(xiàn)溫度控制時可以利用單片機(jī)控制繼電器來完成。例如，可以通過程序設(shè)定當(dāng)實際溫度大于設(shè)定溫度時使得降溫電路的繼電器線圈導(dǎo)通，進(jìn)而開關(guān)被吸附，降溫電路開始工作，降溫風(fēng)扇啟動，豬舍降溫；當(dāng)實際溫度小于設(shè)定溫度時，使得升溫電路的繼電線圈導(dǎo)通，開關(guān)被吸附，升溫電路工作，加熱裝置工作，豬舍升溫。除此之外，為了防止溫控系統(tǒng)被破壞，要設(shè)定溫度上限值與下限值，當(dāng)溫度超出界限時，警報電路工作，提醒溫度超出界限。

3 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

3.1 硬件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

在溫度控制系統(tǒng)開發(fā)過程中，經(jīng)常會選用單片機(jī)作為核心控制器件，由單片機(jī)控制多種轉(zhuǎn)換器、傳感變送器以及多路開關(guān)實現(xiàn)溫度控制。另外，為了使系統(tǒng)更加具體，在實際應(yīng)用時還可以增加其他電路設(shè)計，例如為了避免電路遭到破壞，可以應(yīng)用報警電路提醒溫度已經(jīng)超出界限范圍；還可以外加顯示電路，實現(xiàn)更為直觀的觀測溫度；應(yīng)用鍵盤輸入設(shè)定溫度值，可以根據(jù)不同場合對于溫度的要求而重新設(shè)定，使溫控系統(tǒng)可以用于多個場所。

3.2 溫度檢測的開發(fā)與應(yīng)用

在進(jìn)行溫度檢測時經(jīng)常會選用熱電偶傳感器，因為較其他傳感器比較，熱電偶傳感器不但價格較低，而且精度要更高一些，反應(yīng)速度也很快，測量范圍也比較廣，綜合來看性價比較高，所以應(yīng)用比較實用。但是熱電偶傳感器存在一個缺點，就是它輸出電壓信號在幾毫伏到幾十毫伏之間，十分微弱，所以在使用熱電偶傳感器時一般都會搭配放大電路使用，通常運用熱電偶調(diào)理模板可以實現(xiàn)這一要求。另外，要使用冷端補(bǔ)償法保證熱電偶在使用時提供恒定不變的溫度。

3.3 軟件開發(fā)與應(yīng)用

單片機(jī)進(jìn)行編程來實現(xiàn)各種功能的語言主要是C語言，應(yīng)用循環(huán)查詢的方式顯示和控制溫度，首先要對模塊進(jìn)行初始化，之后調(diào)用讀取溫度、處理溫度、顯示溫度等模塊的程序，實現(xiàn)溫度的控制，主程序的作用就是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)讀取溫度、顯示溫度、啟動溫度控制模塊等。軟件處理之后，熱電偶測量到的溫度值會經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路的處理，變?yōu)閿?shù)字，再經(jīng)過單片機(jī)借口傳送到單片機(jī)內(nèi)部。根據(jù)對比結(jié)果的不同，系統(tǒng)通過程序自動控制升溫系統(tǒng)和降溫系統(tǒng)工作，如果測量溫度與設(shè)定溫度之間差距較大，則要達(dá)到兩者平衡則需要一段時間，所以要執(zhí)行截斷功能，在這段時間內(nèi)，溫度修正，逐漸與設(shè)定溫度平衡。由此可知，溫控系統(tǒng)的軟件開發(fā)是系統(tǒng)的控制核心，硬件工作由軟件編程控制。

結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，在很多領(lǐng)域中都會用到溫度參數(shù)，所以實現(xiàn)溫度控制很重要，本文主要介紹了基于AT89C51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計方面用DS18B20溫度傳感器作為溫度采集電路實現(xiàn)溫度的檢測，在用顯示電路作為輔助，實現(xiàn)溫度的控制。此外，本文還針對單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行了介紹，主要可以分為硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及溫度檢測三個方面的開發(fā)與應(yīng)用。

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