基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

文/劉益志

現(xiàn)如今，科技的不斷發(fā)展，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了極大的負(fù)擔(dān)，如大氣污染、水污染等問(wèn)題變得十分嚴(yán)峻，勢(shì)必會(huì)對(duì)人們的實(shí)際生活構(gòu)成威脅。新時(shí)期，為改善當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)溫度與濕度等的管控，從而營(yíng)造更為舒適、和諧的生活環(huán)境，可為人們健康提供保障。為實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的管控，應(yīng)重視溫度控制系統(tǒng)的規(guī)范化設(shè)計(jì)，全面了解單片機(jī)的運(yùn)行原理，強(qiáng)化對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的管控，從而提高溫度控制效果。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

結(jié)合系統(tǒng)功能分類(lèi)，溫度控制系統(tǒng)的硬件主要分成單片機(jī)、主控模版、輸入通道、輸出通道與保護(hù)電路五部分，其中，單片機(jī)屬于溫度控制系統(tǒng)的主角與核心，利用單片機(jī)來(lái)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，從而形成了一個(gè)主控模板。溫控箱主要扮演保護(hù)電路的角色，其主要是利用鉑電阻溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)數(shù)字量工作進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字量實(shí)施數(shù)字濾波處理，既可在顯示器上將溫控箱溫度顯示出來(lái)，運(yùn)用控制算法計(jì)算之后，能結(jié)合溫度值數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)溫控箱功率進(jìn)行管控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的管控。

1.2 主控模板的設(shè)計(jì)

溫度控制系統(tǒng)中的主控模板主要是由單片機(jī)、復(fù)位、外部始終與存儲(chǔ)器擴(kuò)展等電路所組成的，獨(dú)立的單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器，其容量定不會(huì)滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，在此種情況下應(yīng)予以擴(kuò)展。對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)注意將PO口作低8位地址線(xiàn)與數(shù)據(jù)總線(xiàn)，其中，P2口擔(dān)任高8位地址線(xiàn)，主要是由于PO口分時(shí)復(fù)用，要將高8位地址線(xiàn)利用地址鎖存器來(lái)進(jìn)行鎖存處理。對(duì)于單片機(jī)而言，復(fù)位功能主要是由外部復(fù)位電路來(lái)執(zhí)行，且復(fù)位電路連接方法呈現(xiàn)多樣化，如手動(dòng)復(fù)位、上電復(fù)位等方式。時(shí)鐘電路屬于一種內(nèi)部運(yùn)行模式，其會(huì)在內(nèi)部系統(tǒng)中產(chǎn)生高增益反相放大器，進(jìn)而產(chǎn)生振蕩器，其和外接晶體諧振蕩器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的自激振蕩器，可獲取標(biāo)準(zhǔn)波特率。

1.3 輸入通道的設(shè)計(jì)

輸入通道主要包含A/D轉(zhuǎn)化器、溫度傳感器等電路，主要是借助溫度傳感器來(lái)將溫控箱溫度予以轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成電量之后輸出去，這成為輸入通道的核心性作用。在此種模式下，電量單片機(jī)無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，此時(shí)，則需要借助A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)予以轉(zhuǎn)換，可將模擬的電量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字值，以便單片機(jī)更好的控制和判斷。通常來(lái)講，溫度傳感器種類(lèi)繁多，鑒于傳感器構(gòu)成方法、測(cè)量原理與材料等的差異，溫度傳感器的測(cè)量精度與測(cè)量范圍會(huì)產(chǎn)生明顯差異，可見(jiàn)，必須要結(jié)合使用的實(shí)際用途來(lái)選擇合適的溫度傳感器。在溫度控制中，A/D轉(zhuǎn)化器是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其分辨率、應(yīng)用價(jià)值、精度與轉(zhuǎn)換速度等都會(huì)對(duì)溫度控制器產(chǎn)生極大的影響，因此，在選擇A/D轉(zhuǎn)化器時(shí)，必須要考慮其轉(zhuǎn)換率、測(cè)量精度等因素。

1.4 輸出通道的設(shè)計(jì)

通常來(lái)講，輸出通道主要包含可控硅輸出與溫控箱功率調(diào)節(jié)模塊等電路。當(dāng)前，溫度控制系統(tǒng)可介乎可控硅來(lái)對(duì)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，可控硅又可劃分為零位控制與相位控制，相位控制在調(diào)節(jié)電壓有效值上更為便捷，主要被應(yīng)用在電爐與燈光上；而零位控制主要被應(yīng)用到加熱器負(fù)載之中，既可調(diào)控溫度，也不會(huì)污染環(huán)境?？煽毓栌挚煞譃閱蜗蚩煽毓枧c雙向可控硅，其主要扮演功率驅(qū)動(dòng)器的角色，被應(yīng)用到微機(jī)控制系統(tǒng)之中。

1.5 保護(hù)電路

保護(hù)電路主要是在溫控箱的溫度發(fā)生超標(biāo)時(shí)予以保護(hù)，及時(shí)將傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)和所提供的定值同電壓比較器進(jìn)行比較之后，如若發(fā)生溫度超標(biāo)現(xiàn)象，電壓比較器可將電源斷開(kāi)，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)溫控箱的效果。

1.6 抗干擾處理

開(kāi)展抗干擾處理時(shí)，硬件抗干擾屬于基礎(chǔ)模式，其主要從防與抗角度出發(fā)來(lái)開(kāi)展抗干擾操作。而今，實(shí)施抗干擾處理時(shí)，主要是就干擾源進(jìn)行消除或抑制處理，把系統(tǒng)耦合通道予以斷開(kāi)。硬件的抗干擾設(shè)計(jì)處理，主要是采取接地、濾波與隔離等處理方式。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序模塊設(shè)計(jì)

所謂的主程序模塊包含上電之后的整體軟件框架結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)初始化性?xún)蓚€(gè)部分。開(kāi)展系統(tǒng)初始化處理時(shí)，應(yīng)對(duì)串口、A/D芯片與單片機(jī)等模塊實(shí)施初始化處理，待到初始化完畢之后，科學(xué)設(shè)定溫度參數(shù)。設(shè)定完溫度之后，全面分析與判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵的運(yùn)行性能，等到按下運(yùn)行鍵之后，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際需求來(lái)對(duì)各模塊功能予以調(diào)節(jié)，如數(shù)據(jù)處理、采集等功能，要求其實(shí)施循環(huán)控制，直到系統(tǒng)徹底停止之后。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

此模塊主要是利用采集溫度信號(hào)來(lái)把模擬量在A/D轉(zhuǎn)換器下轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并向單片機(jī)提供。軟件工作之后，系統(tǒng)會(huì)將多個(gè)樣本進(jìn)行連續(xù)性采集，經(jīng)過(guò)系列轉(zhuǎn)換之后來(lái)判斷數(shù)字量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，若未達(dá)到，應(yīng)繼續(xù)循環(huán)運(yùn)行直至徹底停止，并開(kāi)展數(shù)字濾波處理。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)

在此模塊中，主要包含顯示處理與數(shù)字濾波等層面，其主要發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字量處理工作，在此過(guò)程中，數(shù)字濾波扮演著重要的角色。通過(guò)轉(zhuǎn)換后，模擬信號(hào)會(huì)被單片機(jī)接受，對(duì)采集的樣本實(shí)施多次驗(yàn)證，以求降低偏差值。實(shí)施多次采樣之后，運(yùn)用軟件算法能大大提升最終值可靠度與精準(zhǔn)度，主要應(yīng)用數(shù)字濾波算法。

2.4 抗干擾設(shè)計(jì)

在軟件上的抗干擾設(shè)計(jì)上，應(yīng)采取數(shù)字濾波器與按鍵消抖兩種抗感染處理方法。數(shù)字濾波器主要是將輸入的數(shù)據(jù)運(yùn)用科學(xué)的運(yùn)算法則轉(zhuǎn)換成另一組數(shù)據(jù)，并作濾波處理，其安全性強(qiáng)、可靠度高。而按鍵消抖則是以硬件電路、軟件來(lái)達(dá)到消抖的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，我國(guó)信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)等都得到了質(zhì)的發(fā)展，誕生了微信計(jì)算機(jī)，通過(guò)不斷的發(fā)展，產(chǎn)生了單片機(jī)?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)，其可對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量與顯示，可依照一定的溫度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，從而滿(mǎn)足溫度指標(biāo)。新時(shí)期，溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的實(shí)施，應(yīng)從硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)角度出發(fā)，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，以確保溫度控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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