基于AT89C52的智能溫度控制系統的設計

袁媛 魏秀嶺 袁觀娜

摘 要：隨著科技的進步，溫度控制不僅應用在工廠生產方面，也廣泛應用于日常生活中的各領域，使得溫度控制不斷朝著智能化的方向發(fā)展。本文以AT89C52為核心設計智能溫度控制系統，采用Pt100鉑電阻作為溫度采集傳感器進行溫度測量，系統以最低成本實現智能化的溫度控制。

關鍵詞：AT89C52單片機 Pt100鉑電阻 溫度控制 數碼顯示

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0012-02

溫度體現一個物體表面或內在的冷熱程度，實際生產中人們希望能夠實現系統內部與外界之間的熱量吸收與發(fā)散的平衡，這就要求系統需要絕熱，為達到這一需求必須利用科學技術方法進行控制。熱力學第二定律提出系統能夠達到內外熱量平衡的條件是系統與外界間具有相同的溫度；因此，為了能夠使得隔離系統與外界環(huán)境間的熱量交換，設計一個智能溫度控制系統來實現系統的溫度平衡。

1 系統總體方案設計

本系統以AT89C52為核心進行設計，主要由單片機主控模塊、溫度測量模塊、轉換模塊及顯示模塊等構成[1]，總體結構框圖如圖1所示。其工作過程是采用鉑電阻（Pt100）進行溫控箱的溫度檢測并將測得數據信號轉換為電壓信號，使用A/D轉換（AD7705）進行的A/D轉換，以輸送到AT89C52中。經過AT89C52計算測的溫度值并通過顯示模塊進行顯示，同時比對預置的溫度初始值；根據比對值輸出加熱或者降溫的控制信號進行溫度控制，同時進行報警，以此來實現保持溫控箱在恒定溫度的狀態(tài)。

2 系統的軟件設計

針對系統的總體方案進行相應的軟件設計，包括系統主程序設計、溫度采集及數據處理設計、鍵盤輸入設計和數碼管顯示設計4個方面。

2.1 系統主程序設計

針對系統進行主程序設計，首先需設置系統的初始化程序，然后采集Pt100不同時刻的電阻輸出值，對采集到的阻值實行溫度轉換公式進行電阻到溫度之間的轉換后，同時將轉換后的溫度值進行實時的讀取，最后將實時讀取的溫度值進行實時的顯示，從而實現對溫度的實時處理及顯示。主程序流程圖如圖2所示。

2.2 溫度采集及數據處理設計

本系統是對某型號氣相測譜儀的溫度控制子系統中溫控箱的溫度進行恒溫控制，為了保證測量精度在士1℃范圍內浮動具有較高的工作穩(wěn)定性，選擇Pt100進行溫度的測量，主要是因其具有較高的穩(wěn)定性，測量溫度的精度和靈敏度方面也高，耐氧化能力很強。Pt100的測溫根據IEC標準751-1983[2]：

由式（1）可看出，鉑電阻溫度傳感器呈現出非線性，采用最小二乘法對鉑電阻的非線性進行優(yōu)化，以減少誤差。通過隨機抽取100個不同的溫度值，這些值要求在0℃～850℃范圍間且等時間間隔進行抽取，然后設計相應的采樣電路能夠使采樣到的溫度值轉換為相應的電壓值，采用最小二乘方法進行采樣數據的近似擬合，代入式（2）進行計算，然后與實際溫度值作比較得出相應的誤差。

溫度的變化將會導致Pt100在輸出相應的阻值時也會發(fā)生變化，通過一定的溫度變換公式得到此時需要的溫度變化值，接著將采集到的溫度變化值輸入到單片機中的A/D轉換器中進行相應的數據處理，最后將處理后的數據輸送到數碼管進行實時顯示。溫度采集及數據處理子程序流程圖如圖3所示。

2.3 鍵盤處理設計

首先判斷是否有按鍵閉合，如有閉合則跳入二次調用子程序，如沒有則調用子程序延遲6ms[3]。二次調用后檢測是否有按鍵閉合，如有則判斷閉合鍵號，否則跳到第一次檢測按鍵閉合；如有釋放則判斷釋放鍵號，否則延遲6ms返回。

2.4 數碼管顯示設計

數碼管的8個點段的同名端是連在一起的，但其公共端均獨自接受三極管的控制。當向數碼管輸入字形或數字時需判斷是哪個顯示器點亮的決定性因素取決于公共端。因此只需控制輸出數據就能決定何時顯示哪一位。數碼管顯示采用動態(tài)掃描方式即采用分時的方法，輪流控制顯示器公共端，使其輪流點亮。

3 系統調試

利用Ptoteus對低溫狀態(tài)進行檢測，即設置溫度值為室溫，AD7705輸出值小于室溫，從而啟動升溫繼電器，加熱部件工作，風扇關閉；高溫工作狀態(tài)正好與之相反。

（1）在測溫過程中LED實時顯示當前的溫度。當溫度還差3℃就達到設定上下限值時進行相應溫度控制處理，達到上下限值后，就會發(fā)出相應的報警聲。

（2）對系統進行軟硬件聯調，當超出最高溫度600℃，風扇和蜂鳴器都開始工作，說明系統正常，調試結果如圖4所示。

4 結語

本系統以AT89C52為控制核心，采用溫度傳感器為鉑電阻橋式Pt100，它具有穩(wěn)定性高、操作簡單等特點，而且溫度測量范圍大，數據采集和處理可靠性高容易實現。同時，本系統具有實時顯示的功能，可以直觀地將采集到的溫度信息及時顯示出來。因而該系統的硬件設計簡單可靠，而且本系統具有很強的可擴展性能，易于和其他系統共同開發(fā)，成本低廉，實用性強，性價比高。

參考文獻

[1] 齊志才，趙繼印.MCS-51系列單片機原理及接口技術紅[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] 張宇.高精度恒溫箱溫度控制理論研究與系統設計[D].合肥工業(yè)大學，2005.

[3] 胡漢才.單片機原理及系統設計[M].北京：清華大學出版社，2002.