關(guān)于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案的探討

陳蓮芳

摘? 要：該文簡(jiǎn)要分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的工作原理，對(duì)其功能及結(jié)構(gòu)展開(kāi)分析，探討了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)在電爐工作中的具體應(yīng)用，探索了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案中的硬件設(shè)計(jì)的思路，并對(duì)這一系統(tǒng)的各部分進(jìn)行分析，之后探索該系統(tǒng)中軟件方面的工作流程、資源配置及軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容，詳細(xì)論述了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案，以期為相關(guān)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)? 溫度控制系統(tǒng)? 軟件? 硬件? 方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0011-02

近年來(lái)，我國(guó)信息科技水平獲得了一定的提升，其中，單片機(jī)作為新型技術(shù)之一，因其具有操作簡(jiǎn)單、靈活的功能特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，這在一定程度上可提高人們的生活品質(zhì)。但在實(shí)現(xiàn)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際過(guò)程中，存在著較大的困難，主要是由于其功能較為繁瑣，不僅需合理配置硬件構(gòu)件，還需設(shè)計(jì)好軟件系統(tǒng)。因此，在制定單片機(jī)溫度控制方案時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的軟件與硬件配置加以重視，并進(jìn)行科學(xué)的處理，以有效實(shí)現(xiàn)單片機(jī)溫度控制。

1? 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)工作原理

在單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中，由于熱電偶結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且測(cè)量范圍較為廣泛，因此，可將熱電偶作為系統(tǒng)中的電傳感器。溫度控制系統(tǒng)的原理為利用熱電偶將溫度變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)變化，熱電偶發(fā)揮著測(cè)量電爐溫度信號(hào)的作用，將所測(cè)量的溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼妷盒盘?hào);之后，利用信號(hào)放大電路將其傳輸?shù)綖V波電路;此后，再將濾波信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。

1.2 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)功能

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）檢測(cè)電爐溫度，控制加熱與停止加熱;（2）控制電爐溫度的上升速率，當(dāng)電爐溫度值達(dá)到預(yù)定溫度最高值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)停止加熱，以保障電爐使用的安全性;（3）控制、檢測(cè)溫度值與時(shí)間值，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)有中斷加熱時(shí)間、定時(shí)加熱時(shí)間等功能。

1.3 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：熱電偶、可控硅控制電路調(diào)控器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器與鍵盤(pán)、單片機(jī)、報(bào)警、驅(qū)動(dòng)器、變送器、光耦合等。

2? 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案中的硬件方面內(nèi)容

硬件設(shè)計(jì)作為單機(jī)片溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，它對(duì)單機(jī)片整個(gè)控制系統(tǒng)的使用功能起著關(guān)鍵作用。一般情況下，硬件系統(tǒng)主要由信號(hào)放大系統(tǒng)、單機(jī)片、A/D轉(zhuǎn)換器3個(gè)部分構(gòu)成。在溫度測(cè)量過(guò)程中，熱敏電阻發(fā)揮著重要作用，它通常具有屬于自身的電阻特征。當(dāng)溫度上升時(shí)，熱敏電阻的電阻值將會(huì)減小，主要原因是其具有負(fù)電阻溫度特征。若是給熱敏電阻一個(gè)穩(wěn)定的電流，通過(guò)溫度測(cè)量就可獲得兩端電壓[1]。就此，可利用一些計(jì)算公式將電阻變化曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化為電壓曲線(xiàn)，根據(jù)溫度傳感器的工作情況，可將獲得的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，之后，通過(guò)低通濾波器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，以此完成整個(gè)硬件系統(tǒng)操作。

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)的思路為：第一步，利用A/D轉(zhuǎn)換器將溫度信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以此為單片機(jī)提供使用。與此同時(shí)，將所測(cè)量得到的溫度值標(biāo)注在數(shù)碼管上。第二步，借助定時(shí)器來(lái)對(duì)電阻絲加熱時(shí)間進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)溫度控制。第三步，采取相關(guān)數(shù)據(jù)，借助濾波器等裝置對(duì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。

下面主要以一個(gè)加熱爐溫度為案例進(jìn)行相關(guān)論述，具體如下。

溫度檢測(cè)部分主要是由A/D轉(zhuǎn)換器、電傳感器、溫度傳感器3部分組成。由于系統(tǒng)要求的不同，所采用的電傳感器與溫度傳感器也不同，主要由熱敏電阻的工作能力而定。熱電偶結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所測(cè)量的范圍較為廣泛，即使在高溫環(huán)境中也能確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，電傳感器部分應(yīng)盡量選擇使用熱電偶，以確保溫度測(cè)量結(jié)果的正確性[2]。之后，可通過(guò)熱電偶將溫度測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再進(jìn)行放大濾波處理之后，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后傳送到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行分析與處理。

溫度控制部分，主要采用的是可控硅調(diào)功器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制的。此種控制方法的優(yōu)勢(shì)為：（1）將電爐加熱電阻絲與控硅進(jìn)行直接串聯(lián)，提高系統(tǒng)的適用性;（2）利用軟件編程來(lái)控制單片機(jī)某些輸出端口;（3）將控制幀通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與光耦合傳送到可控硅控制端口，如此一來(lái)，可有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而減少外界因素的干擾;（4）借助控制幀變化情況來(lái)控制可控硅工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)電爐斷電或加熱等控制。

3? 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中方案的軟件方面內(nèi)容

3.1 通電后的系統(tǒng)工作流程

在系統(tǒng)通電之后，需先靜待單片機(jī)的響應(yīng)，當(dāng)單片機(jī)響應(yīng)之后，應(yīng)使用鍵盤(pán)啟動(dòng)鍵進(jìn)行控制。此時(shí)，可使用鍵盤(pán)對(duì)預(yù)定溫度進(jìn)行控制，在設(shè)置完成之后，啟動(dòng)溫控系統(tǒng)。之后，單片機(jī)依據(jù)設(shè)定工作模式對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)，并與預(yù)定溫度進(jìn)行對(duì)比處理，參照對(duì)比結(jié)果來(lái)決定電爐是否需進(jìn)行加熱。若是采集溫度值等于預(yù)定溫度最高值，則暫停加熱;若采集溫度值小于預(yù)定溫度最低值，則進(jìn)行加熱處理。與此同時(shí)，LED會(huì)對(duì)系統(tǒng)溫度進(jìn)行收集與顯示，以此完成溫度自動(dòng)控制。此外，若是想要改變溫度的控制范圍，可利用鍵盤(pán)調(diào)動(dòng)單片機(jī)中斷服務(wù)程序，重新設(shè)預(yù)定溫度，以改變溫度控制系統(tǒng)工作狀態(tài)[4]。

3.2 系統(tǒng)資源配置

依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，對(duì)單片機(jī)的地址配置如下：PWS.5為報(bào)警標(biāo)志，當(dāng)F0為1時(shí)，代表可報(bào)警，而當(dāng)F0為0時(shí)，則代表禁止報(bào)警;50H～51H主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)存當(dāng)前檢測(cè)溫度;52H～53H負(fù)責(zé)儲(chǔ)存預(yù)設(shè)溫度;54H～56H負(fù)責(zé)使用BCD碼儲(chǔ)存溫度顯示緩沖區(qū);59H～7FH則為堆棧區(qū)。單片機(jī)接口配置如下：P1.6～P1.7作為電爐與報(bào)警控制端口;P1.0～P1.3作為鍵盤(pán)的輸入端口。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案應(yīng)主要從以下兩個(gè)方面著手：（1）做好硬件配置，其主要內(nèi)容包括有主機(jī)設(shè)計(jì)、溫度控制、溫度檢查。在此過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求，合理配置各種構(gòu)件。（2）科學(xué)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，其主要內(nèi)容包括有主程序、中斷服務(wù)程序及溫控與顯示設(shè)計(jì)，并合理配置單片機(jī)地址。就此，在設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求及用戶(hù)需求，合理設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)，以充分發(fā)揮出單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的功能價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉龍朋.單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2017（30）：69.

[2] 顧海林.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索[J].好家長(zhǎng)，2017（56）：256.

[3] 胡高山，紀(jì)昕洋，馬晴.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（10）：254.

[4] 劉琳霞.單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（21）：107.