基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)

王曉

摘要： 隨著我國(guó)科技水平不斷提高，科學(xué)家們也更加致力于研究能夠造福人類，能夠使人類活的更加舒心的科技。本文以單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)有關(guān)問題為中心，簡(jiǎn)單講述了單片機(jī)概念，并詳細(xì)的將單片機(jī)的類型以及單片機(jī)如何控制溫度的原理進(jìn)行描述。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 溫控系統(tǒng)

單片機(jī)已經(jīng)在溫度控制領(lǐng)域中被廣泛運(yùn)用，和其他的設(shè)備相比，單片機(jī)在溫度控制領(lǐng)域中有著相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，例如：適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好以及性能優(yōu)越等。以上優(yōu)點(diǎn)都能幫助較好的控制溫度，因此，單片機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛，能夠在空肚控制市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。

1 單片機(jī)概念

單片機(jī)可以看做是單片微型計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)內(nèi)含了多個(gè)單元，能夠處理和分析多種數(shù)據(jù)，這些單元包括：中央處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨即存取存儲(chǔ)器（RAM）等。雖然功能強(qiáng)大，但是其本身所占據(jù)的空間極小，只需要配置外電源以及晶振就可以正常進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)的主要元件由原本的晶體管逐漸發(fā)展成為集成電路，密度也伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越高，使計(jì)算機(jī)的體積不斷減小，當(dāng)集成電路這一技術(shù)成熟之后，單片機(jī)也因運(yùn)而生。單片機(jī)具有體積小、性能高以及廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，而且在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)單片機(jī)所需要的耗能也相對(duì)較低。

2 常見的溫度控制技術(shù)

2.1 僅依靠硬件平臺(tái)閉環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)

這種技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍較小、而且較不穩(wěn)定，缺乏穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度也很欠缺，管理和維護(hù)的成本較高，唯一的優(yōu)點(diǎn)是溫度變化時(shí)反應(yīng)較為及時(shí)。

2.2 擁有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD技術(shù)

該技術(shù)級(jí)數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、現(xiàn)實(shí)為一體，將信號(hào)測(cè)量與人機(jī)交流互動(dòng)通過IP實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是面對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)及時(shí)的分析，并得出較為準(zhǔn)確的結(jié)論，而且結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在復(fù)雜的測(cè)量和控制中游刃有余，但在日常調(diào)試中所耗費(fèi)的時(shí)間、精力和財(cái)力較大，因此，經(jīng)濟(jì)效益較低。

2.3 單片機(jī)與高精準(zhǔn)的溫度傳感器的技術(shù)

這種技術(shù)中單片機(jī)主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)控制等，而溫度傳感器負(fù)責(zé)采集信號(hào)和轉(zhuǎn)換。這樣的方式避免了前兩種方式的缺憾，又能夠?qū)⑶皟煞N方式的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)，這個(gè)放肆是目前為止最主流的溫度控制技術(shù)。

3 構(gòu)建單片機(jī)系統(tǒng)框架的方法

3.1 選擇單片機(jī)技術(shù)要點(diǎn)分析

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的最核心元件是單片機(jī)，因此，溫控系統(tǒng)能否正常運(yùn)行并且運(yùn)行質(zhì)量的高低取決于單片機(jī)的質(zhì)量。因而，在選擇單片機(jī)時(shí)要選擇運(yùn)行快、經(jīng)濟(jì)效益高、內(nèi)存較大的種類。

3.2 選擇傳感器要點(diǎn)分析

傳感器的選擇可以使用DSI8820這個(gè)型號(hào)，這個(gè)傳感器是DALLAS半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，這個(gè)產(chǎn)品是一線式數(shù)字傳感器。這個(gè)傳感器采用了能夠與微處理器相結(jié)合的新技術(shù)。這個(gè)技術(shù)與該傳感器相結(jié)合，廣泛應(yīng)用在了軍事、日?qǐng)龅纳a(chǎn)生活中。具備著占據(jù)空間小、性能高以及接口靈活的特點(diǎn)。

3.3 系統(tǒng)框架構(gòu)建要點(diǎn)分析

溫控系統(tǒng)所采用的是模塊設(shè)計(jì)，將每一個(gè)功能分別對(duì)應(yīng)某一個(gè)模塊，這樣做，能夠提高靈活性，其配置對(duì)于人操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更加方便。構(gòu)建的內(nèi)容主要有：數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控制、顯示、溫度設(shè)置以及電路驅(qū)動(dòng)五項(xiàng)。傳感器將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊，之后再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并通過屏幕顯示出來(lái)，在通過與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有誤差后進(jìn)行調(diào)整，將加熱系統(tǒng)開啟，當(dāng)溫度超過預(yù)先設(shè)置的溫度時(shí)，加熱裝置自動(dòng)停止，最終達(dá)到控制溫度的目的。

4 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的工作原理

單片機(jī)溫控系統(tǒng)采集溫度數(shù)據(jù)的元件是傳感器，溫度信號(hào)可以通過傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并在電路中傳遞。單片機(jī)的工作需求是依靠著電壓信號(hào)毫伏級(jí)步步增強(qiáng)來(lái)滿足的。之后的數(shù)字信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)變。數(shù)字信號(hào)的采集采用專業(yè)的軟件進(jìn)行并將這些信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)。為了減少數(shù)字信號(hào)在傳播過程中的影響，避免降低數(shù)據(jù)采集的精確度，還會(huì)將單片機(jī)同步進(jìn)行濾波處理。這時(shí)候的數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過濾波處理以后轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)標(biāo)度，最后溫度指數(shù)會(huì)通過IED屏幕顯示出來(lái)，如圖1所示。

在這整個(gè)過程中，預(yù)先設(shè)置一個(gè)溫度指標(biāo)，在與采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比以后，用PID算法算出實(shí)際值與預(yù)算值差值，根據(jù)這個(gè)差值確定要輸出的控制量，加熱功率和加熱通導(dǎo)時(shí)間是由確定的控制量值決定的，最后達(dá)到控制溫度在預(yù)設(shè)值波動(dòng)范圍內(nèi)的目的。

5 單片機(jī)溫控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

硬件平臺(tái)、傳感器以及配套軟件是單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的主要三個(gè)方面。溫控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)離不開硬件平臺(tái)的支持，能夠組成硬件平臺(tái)的主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、多路開關(guān)機(jī)附屬設(shè)備以及傳感器等。配套軟件編程是C語(yǔ)言。主程序采取模塊化設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)是溫度讀取和現(xiàn)實(shí)，并根據(jù)其任務(wù)調(diào)用子程序，幫助子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，最后顯示控制量值。單片機(jī)溫控系統(tǒng)的性能高低取決于傳感器的靈敏度和精準(zhǔn)度，傳感器質(zhì)量越高，檢測(cè)到的溫度越精準(zhǔn)，也就能更快的將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)反饋到主機(jī)。

6 結(jié)語(yǔ)

目前為止，在日常的生產(chǎn)生活中單片機(jī)溫控系統(tǒng)的運(yùn)用十分廣泛，除了溫度測(cè)量的精準(zhǔn)、及時(shí)、可靠外，還能夠針對(duì)溫度的變化及時(shí)做出反應(yīng)，并且還能將出現(xiàn)偏離的溫度糾正的正常的軌道上來(lái)。單片機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)品質(zhì)高、性能強(qiáng)、所需要投入的成本很低。方便操作、靈活性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益高，前景相當(dāng)寬廣。

參考文獻(xiàn)

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