基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)

黃彥

摘 要：時(shí)代的發(fā)展伴隨著科技的創(chuàng)新，特別是對(duì)于很多行業(yè)而言，自動(dòng)化、智能化也是它們目前發(fā)展的主要趨勢(shì)。以溫度控制為例，溫度控制是工業(yè)、電力、冶煉等多個(gè)行業(yè)至關(guān)重要的控制流程，而傳統(tǒng)的溫度控制及數(shù)據(jù)收集往往是通過人工手段，不但需要通過繁瑣的流程，更需要人員具備更高的技術(shù)水平，也讓溫度控制效率受到影響，特別是收集數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，往往難以證實(shí)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫度控制 研究分析

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（c）-0007-02

自動(dòng)化的理念普及也讓溫度控制智能化實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步，比如利用AT89S51單片機(jī)與PC機(jī)的通信機(jī)制，根據(jù)一般不同線程的串行通信理念，將與上位機(jī)通信方式進(jìn)行深入研究，同時(shí)保證無需現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的自動(dòng)化、智能化、現(xiàn)實(shí)化等多元化的監(jiān)測(cè)，同時(shí)保證自行調(diào)控及科學(xué)報(bào)警反饋。而且根據(jù)研究結(jié)論顯示，整個(gè)體系的投入資金較少，而且運(yùn)用較為簡(jiǎn)便，適用性強(qiáng)，因而可以作為多數(shù)人正常工作、生活以及科研方面的運(yùn)用技術(shù)。而就此，筆者將通過該文，將從基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)入手，將進(jìn)行具體的分析與探討。

1 單片機(jī)基本控制原理及基礎(chǔ)組成

溫度管控與數(shù)據(jù)收集一般是根據(jù)規(guī)劃位置及范圍落實(shí)溫度即時(shí)獲取，同時(shí)即時(shí)取得且記錄相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，從而保證在溫度的智能化范疇內(nèi)完成科學(xué)管控、調(diào)整，從而保證溫度范圍不會(huì)超出規(guī)劃范圍。而主要的系統(tǒng)模塊類型涵蓋溫度管控范圍制定、溫度檢測(cè)、升溫調(diào)整、數(shù)據(jù)收集、錄入、數(shù)據(jù)表示及高溫預(yù)警等多個(gè)模塊構(gòu)成，而具體控制范疇的溫度一般以溫度傳感設(shè)備取得以得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，然后通過AT89S51單片機(jī)，從而取得傳感設(shè)備反饋的電壓數(shù)據(jù)，并且以串口輸送方法輸送到可攜帶電腦中，由后者的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)電壓信息轉(zhuǎn)為溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的時(shí)間線排布，并且通過液晶屏幕展示，且完成數(shù)據(jù)存檔。此外，上位機(jī)軟件同時(shí)還會(huì)根據(jù)溫控范疇及運(yùn)算規(guī)則，自行判定當(dāng)下控制目標(biāo)位置的溫度是否滿足規(guī)定的指標(biāo)范疇，并經(jīng)由串口反饋調(diào)控命令給AT89S51單片機(jī)，而后者則按照具體的調(diào)控命令自動(dòng)調(diào)控繼電器運(yùn)行命令，同時(shí)明確是否需要以加熱設(shè)備對(duì)所控目標(biāo)范圍進(jìn)行加熱，從而保證溫度升高至預(yù)期范圍，而以上控制流程也是閉環(huán)控制的流程。當(dāng)然，若是所控目標(biāo)范圍溫度未能在規(guī)定的周期內(nèi)調(diào)至溫度至預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，則上位機(jī)軟件則會(huì)相應(yīng)反饋預(yù)警命令至AT89S51單片機(jī)，同時(shí)由后者啟動(dòng)蜂鳴設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。

2 單片機(jī)各個(gè)電路模塊設(shè)計(jì)

2.1 硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1.1 串口通信電路

對(duì)于AT89S51單片機(jī)，一般串口類型分為RXD與TXD兩類，而電腦主機(jī)也同時(shí)對(duì)應(yīng)一樣的端口。因而只要將對(duì)應(yīng)的串口進(jìn)行連接，就可以完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換通信，從而保證數(shù)據(jù)的管控、收集等操作實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然針對(duì)單片機(jī)的TTL邏輯電平值為的2～5 V與0～0.8 V，無法與電腦的標(biāo)準(zhǔn)高低電平指標(biāo)進(jìn)行匹配（即-3～-25 V與3-25 V），因而則要根據(jù)MAX232串口芯片完成彼此的通信線路關(guān)聯(lián)。具體連接方式為：將單片機(jī)上TXD引腳連接MAX232的第二個(gè)電平轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入引腳T2IN（10管腳），而通過具體轉(zhuǎn)換，由T20UT（7管腳）的輸出電平數(shù)據(jù)到達(dá)計(jì)算機(jī)RXD端口。相對(duì)而言，計(jì)算機(jī)TXD端口則主要連接到MAX232上的R2IN（8管腳），然后采取電平轉(zhuǎn)換操作，則由R20UT（9管腳）將數(shù)據(jù)直接由單片機(jī)RXD端口進(jìn)行反饋。

2.1.2 溫度信號(hào)調(diào)整線路

溫度信號(hào)調(diào)整線路一般是依靠K類熱電偶的特征完成規(guī)劃。因?yàn)檫@類熱電偶運(yùn)用溫度范疇就是其工作溫度范疇，即-200 ℃～1 200 ℃，具體輸出電壓指標(biāo)為mV級(jí)，因而，溫度信號(hào)調(diào)整線路主要涵蓋放大、濾波及冷端補(bǔ)償?shù)榷喾N電路。此外，熱電偶測(cè)定的冷端補(bǔ)償，該次研究主要是以軟件補(bǔ)償為主[1]。

2.2 軟件模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 基礎(chǔ)軟件

單片機(jī)主要作用在于信息收集、反饋、管控，而這些作用也可以根據(jù)各類程序模塊達(dá)成，按照具體落實(shí)相關(guān)功能，單片機(jī)的軟件制定模塊則能夠劃分為收集管控及串口通信兩類?；跍y(cè)控體系特征，根據(jù)特性完成調(diào)控、A/D轉(zhuǎn)變的輸入溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)主程序內(nèi)部運(yùn)用查詢方式可以實(shí)現(xiàn)不間斷反復(fù)收集。在編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，則按照溫度反饋情況，配合K類熱電偶的溫度范疇，運(yùn)用極限判定發(fā)實(shí)現(xiàn)反復(fù)濾波，從而從根本上去除干擾因素，從而保證資料收集的安全性及現(xiàn)實(shí)性。當(dāng)然，判定通信模塊反饋的加溫命令，可以即時(shí)完成繼電設(shè)備管控加溫操作，以保證控制位置溫度達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)。串口通信模塊則是以信號(hào)或管控指令等多種方式實(shí)現(xiàn)通信輸送。即每次間斷50 ms下達(dá)對(duì)應(yīng)的指令信息，并且需要在單片機(jī)中完成信息傳輸。若是調(diào)整溫度管控范疇等相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，由上位機(jī)優(yōu)先發(fā)布指令串，再輸出信息資料，串口通信模塊則分析指令串與參數(shù)信息提前判定調(diào)整的溫度范疇數(shù)據(jù)是否滿足要求，若信息有誤，則對(duì)上位機(jī)反饋相應(yīng)的錯(cuò)誤報(bào)告，如果無誤，則進(jìn)行管控收集工作。

2.2.2 串口通信模塊

數(shù)據(jù)通信程序使用計(jì)算機(jī)Com端口與單片機(jī)通信，在Visual C++6.0中利用Windows API接口函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)。根據(jù)通信協(xié)議，上位機(jī)軟件使用WriteFile（）函數(shù)將控制命令傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在后續(xù)進(jìn)行循環(huán)采集、發(fā)送，將數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)串口緩沖區(qū)，上位機(jī)軟件以緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)到來為判斷條件，采用中斷方式，使用ReadFile（）函數(shù)，即時(shí)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)取出，進(jìn)而進(jìn)行即時(shí)保存及顯示。同時(shí)，串口通信模塊循環(huán)監(jiān)測(cè)信號(hào)控制模塊送來的控制命令，以確保即時(shí)將控制命令傳送至單片機(jī)[2]。

2.2.3 參數(shù)存入模塊

參數(shù)存入模塊一般是基于SQL數(shù)據(jù)庫完成構(gòu)建，即在串口緩沖位置取得中對(duì)于參數(shù)同時(shí)進(jìn)行即時(shí)記錄，收入到數(shù)據(jù)庫。一般是結(jié)合VC++軟件的ADO Data及DataGrid兩類控制插件以達(dá)到數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)用的目的，而兩類控制插件的作用也存在差異性，前者一般是用作關(guān)聯(lián)與適配數(shù)據(jù)源，而后者則用作調(diào)用、翻閱、檢索數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)數(shù)據(jù)資料。此外，要最大程度提升數(shù)據(jù)庫的連接效果，則應(yīng)當(dāng)適配ODBC數(shù)據(jù)源。

2.2.4 即時(shí)數(shù)據(jù)表現(xiàn)模塊

即時(shí)數(shù)據(jù)表現(xiàn)模塊的重要作用在于即時(shí)地測(cè)溫度參數(shù)，從而幫助工程人員隨時(shí)獲得控制目標(biāo)位置的溫度改變特點(diǎn)，同時(shí)按照具體的狀況，即時(shí)完成溫度調(diào)控及研究。

2.2.5 信號(hào)管控模塊

信號(hào)管控模塊一般是在控制面板上設(shè)定溫度管控的極限及對(duì)應(yīng)的預(yù)警周期。特別是被控位置的溫度高于極限，則信號(hào)管控模塊會(huì)自動(dòng)憑借串口信息輸送溫控指令給單片機(jī)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程管控加溫設(shè)備目標(biāo)位置升溫，并且即時(shí)測(cè)定在串口通信模塊受到溫度數(shù)據(jù)，若溫度已經(jīng)達(dá)到指標(biāo)范圍，又由通信模塊對(duì)單片機(jī)反饋控制指令，同步完全終止對(duì)應(yīng)位置的升溫。若控制位置的溫度長(zhǎng)期高于預(yù)期的溫度極限，則信號(hào)控制模塊則會(huì)將警報(bào)信號(hào)反饋給單片機(jī)，從而啟動(dòng)報(bào)警，提示相關(guān)操作人員到操作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)[3]。

3 結(jié)語

綜合而言，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫控與數(shù)據(jù)收集是完全可行的，而該文中的系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)在于研發(fā)資金少、高精準(zhǔn)度、高安全性、操作便捷、拓展功能強(qiáng)大，而且適用范圍廣泛，可以滿足各類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳勇，許亮，于海闊，等.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2016，2（2）：77-79.

[2] 楊晶，王鐵濱，孫珊珊，等.模糊控制在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].軟件工程師，2013，7（7）：30-32.

[3] 夏志華.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭技術(shù)，2013，2（2）：31-32.