單片機溫度控制系統(tǒng)設計分析

唐媛紅 章芳芳

[摘要]在人們日常生產生活中，溫度是一個重要的測量參數，很多溫度控制系統(tǒng)已經普遍應用于各種場合。目前，溫度控制系統(tǒng)在溫度控制的精度、控制效率等方面還存在一些問題，急需加以完善。而單片機具有控制簡單、使用方便、靈活性高等特點，運用到溫度控制系統(tǒng)中，可以有效提高溫度控制系統(tǒng)的性能。本文對單片機溫度控制系統(tǒng)整體設計思路、軟硬件開發(fā)與設計等方面問題進行了分析。

[關鍵詞]單片機;溫度控制;系統(tǒng)設計;溫度檢測

溫度控制系統(tǒng)被普遍用于社會生產生活的控制系統(tǒng)中，單片機是溫度控制系統(tǒng)開發(fā)中需要用到的一種芯片。根據單片機技術發(fā)展情況，可將其分為ARM單片機、AT89S51單片機和AT89C51單片機等幾種類型，這幾種單片機受到外界廣泛關注并開始逐步運用于實踐當中。本文將AT89C51單片機作為研究對象，在此基礎上對溫度控制系統(tǒng)進行設計，以期進一步提升單片機溫度控制的精度。

一、單片機溫度控制系統(tǒng)整體設計思路

單片機溫度控制系統(tǒng)主要由溫度檢測、主機、控制執(zhí)行三大部分組成，在具體操作中，這三大部分相互配合、協(xié)作，確保整個系統(tǒng)的正常運轉。溫度檢測部分主要是對檢測對象的溫度值進行實時檢測，并傳輸給主機，主機做出相應的處理命令，然后由控制執(zhí)行部分進行反饋和執(zhí)行，這就是單片機溫度控制系統(tǒng)運轉的全過程。

在單片機溫度控制系統(tǒng)設計的過程中，需要注意幾個方面的問題。當溫度檢測裝置將檢測信息傳輸至主機時，主機需要利用對比分析系統(tǒng)，將檢測信息同系統(tǒng)預設的溫度信息進行對比，假如不一致，那么就要對實時溫度進行調節(jié)和控制，并發(fā)出控制指令，控制執(zhí)行部分就可以對溫度進行調節(jié)。通常情況下，為了方便使用，溫度控制系統(tǒng)的主機上需安裝顯示電路、輸入鍵盤、報警器等裝置，如果實時溫度超過預設溫度，報警器就可以發(fā)出警報提醒，這就是一個完整的單片機溫度控制系統(tǒng)需要具備的功能。

單片機溫度控制系統(tǒng)最主要的作用就是對實時溫度進行調節(jié)。也就是說，系統(tǒng)不僅可以對溫度值進行實時檢測，還可以對檢測結果進行調節(jié)和控制。具體設計原理可見圖1。

二、單片機溫度控制系統(tǒng)硬件開發(fā)

（一）單片機的選擇

在單片機溫度控制系統(tǒng)的設計中，單片機是整個系統(tǒng)的核心組成部分，本人對常見的單片機進行比較發(fā)現，AT89C51單片機在溫度控制系統(tǒng)設計中是比較適合的，其功能全面，屬于一種只讀存儲器，還具備4k字節(jié)閃爍功能，還可以進行編程、擦除等操作，穩(wěn)定性佳，功耗低，這些優(yōu)勢讓它能夠在眾多的單片機中脫穎而出，成為實際運用率較高的單片機產品。另外，AT89C51單片機擁有CMOS8位處理器，可以同各種類型的指令相互兼容。AT89C51單片機外部還連接有鍵盤及顯示接口電路，可以通過LED顯示屏顯示溫度實時變化數據。

（二）溫度檢測器件的選擇

在單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程中，選擇合適的溫度檢測器件非常重要。在對單片機溫度控制系統(tǒng)的硬件進行設計時，需要運用到兩種溫度檢測器件，分別是XTR101和變換器RCV420。XTR101具有精度高、低漂移等優(yōu)點，既可以在惡劣環(huán)境中實現微小信號的傳輸，還可以把微小信號進行放大，實現信號的成功傳輸。另外，還要運用到變換器RCV420，它可以把XTR101中的4-20mA信號轉換成o-5v電壓輸出信號，方便系統(tǒng)對傳輸信號的處理，降低系統(tǒng)制造成本，方便系統(tǒng)的維護與后期開發(fā)。這兩種溫度檢測器件的運用，進一步提升了單片機溫度控制系統(tǒng)采集信息、傳輸信息的精度。

（三）系統(tǒng)的溫度控制設計

單片機溫度控制系統(tǒng)前端的溫度檢測部分非常重要，后端的溫度控制也非常關鍵，只有幾個部分相互協(xié)調配合，才能確保整個溫度控制系統(tǒng)正常運轉。對系統(tǒng)的溫度控制部分進行設計時，需要把系統(tǒng)采集到的實時溫度值進行模數轉換和放大，把采集好的信息存儲到單片機上，這時LED顯示屏就會進行數據顯示，可以對溫度值進行實時更新。在進行信息對比分析過程中，AT89C51單片機就會利用PID算法對數據信息進行處理，如果結果出現偏離，單片機就會輸出指令，溫度控制、執(zhí)行系統(tǒng)就會對被測對象進行降溫或者升溫處理。

三、單片機溫度控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)

除了硬件的開發(fā)和設計，溫度控制系統(tǒng)還需要對軟件進行開發(fā)和設計。在對溫度控制系統(tǒng)的硬件設計及組裝完成之后，就要對軟件系統(tǒng)進行設置，這樣才能讓系統(tǒng)正常運行。在系統(tǒng)運行之前，需要檢查和判斷復位鍵是否被按下，假如被按下，就需要設計人員對溫度控制系統(tǒng)的單片機和外部接口進行初始化處理。初始化處理的內容主要有：對相關參數進行設置、鍵盤掃描、溫度檢測、信息采集等，然后系統(tǒng)就會對數據進行相應的處理，利用PID算法對采集到的數據進行處理，同時根據處理結果控制輸出指令，LED顯示屏上也會出現實時溫度值。在軟件編程過程中，通過C語言可以達到預期效果。在系統(tǒng)運行以前，一定要進行調試，確定滿足了預定功能要求，才能正式投入使用。

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