基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

文/呂志華

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，有效提高了工程控制的精確度。在工業(yè)領(lǐng)域，單片機的應(yīng)用比較廣泛，單片機將中央處理器、存儲單元、I/O接口等集成在一個芯片，操作便捷，單片機還具有性能穩(wěn)定，可靠性高的特點，可以滿足復雜的工業(yè)環(huán)境下運行條件需求。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，溫度測量在工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)等方面有著至關(guān)重要的作用。所以，本文提出將單片機應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計中，有效實現(xiàn)對產(chǎn)品溫控，使系統(tǒng)具有用戶體驗良好、操作方便、自動化程度高等特點。

1 單片機溫度控制系統(tǒng)的功能與工作原理

為了保證基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計工作能正常、有序、順利的開展，首先要保證相關(guān)設(shè)計人員對單片機溫度控制系統(tǒng)的功能與工作原理有一定認識和理解。

1.1 單片機溫度控制系統(tǒng)的主要功能

單片機作為溫度控制系統(tǒng)元件中的核心元件之一，對有效的控制工業(yè)生產(chǎn)溫度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度尤為重要。通常情況下，單片機的主要功能是通過科學合理的監(jiān)測溫度，實現(xiàn)對溫度大小的精準控制，采用媒介傳輸?shù)姆绞?，將控制后的溫度值傳送給監(jiān)控人員，供監(jiān)控人員作出相應(yīng)的處理。通過將單片機溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)或者工業(yè)實際的產(chǎn)品生產(chǎn)中，有效提高溫度控制效果、保證產(chǎn)品生產(chǎn)所需溫度、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

1.2 單片機溫度控制系統(tǒng)的工作原理

單片機溫度控制系統(tǒng)的工作原理主要是相關(guān)設(shè)計人員利用傳感器的測量優(yōu)勢，在轉(zhuǎn)化溫度信息為電壓和電流等電學物理量信號的基礎(chǔ)上，采用傳感器測量法，對電壓和電流等電學物理量信號進行放大處理，以準確獲取溫度相關(guān)信息，從而有效控制單片機可處理溫度范圍。當電壓和電流等電學物理量信號達到了單片機處理既定范圍后，相關(guān)設(shè)計人員對溫度相關(guān)信息進行分類歸納、過濾處理，然后將轉(zhuǎn)換后的溫度信息以可視化界面的方式展示給用戶，有利于保證用戶良好的視覺體驗。單片機溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計圖如圖1所示。

2 溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 單片機模塊設(shè)計

圖1：單片機溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

圖2：軟件系統(tǒng)程序流程圖

由于該溫控系統(tǒng)設(shè)計方案數(shù)據(jù)量不大，所以通過將AT89C51作為該系統(tǒng)的核心元件，該組件無法獨立工作，需要與時鐘、復位電路相連接，并且確保EA接高電平，ALE及PSEN信號不接，即可實現(xiàn)系統(tǒng)正常工作。時鐘電路運用內(nèi)部時鐘方式，以晶體振蕩頻率確定振蕩器頻率。經(jīng)某方式調(diào)整單片機各個寄存器數(shù)值為初始狀態(tài)的操作過程即復位操作，可以對于系統(tǒng)異?；蛩罊C情況下進行手動復位。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計

在設(shè)計硬件系統(tǒng)中運用TLC2543該串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換過程，該元件能夠達到較高分辨率且性價比高，所以應(yīng)用于本次系統(tǒng)設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)化器，并設(shè)計輸入一路模擬量選擇AINO一路輸入通道。

2.3 液晶顯示模塊設(shè)計

對于現(xiàn)代化自動智能儀器，日常應(yīng)用較廣的包括LED、LCD小型輸出型顯示設(shè)備，其中，LED只可顯示特定的字符或數(shù)字，對圖形、漢字信息無法顯示。但是LCD則能夠?qū)⑷魏螖?shù)字、漢字、圖形都靈活顯示，具有較強的交互性。所以LCD被廣泛運用于高檔儀器設(shè)備中，本次溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計采用C21編寫的LCD顯示程序，能夠達到較強可讀性且修改便捷，最大化滿足用戶使用需求。

2.4 聲光警報模塊設(shè)計

在該系統(tǒng)中設(shè)計了兩個普通LED燈作為警報模塊元器件，假若要求更大功率光報警可以設(shè)計單片機對繼電器控制，從而實現(xiàn)控制白熾燈。運用普通NPN型三極管9013驅(qū)動直流蜂鳴器，整體電器設(shè)備的設(shè)計構(gòu)造十分簡單可靠，被廣泛運用于諸多實際電路中。

2.5 硬件電路開發(fā)

硬件電路是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)中重要的組成部分，它對該系統(tǒng)性能起著決定性的作用，通過將傳感變送器與其它設(shè)備進行有效的連接，有效的提高了該系統(tǒng)對溫度的控制效果。同時，相關(guān)設(shè)計人員要充分結(jié)合內(nèi)外環(huán)境的變化特點，通過對該系統(tǒng)的功能進行不斷的優(yōu)化和完善，例如：對鍵盤靈敏度、警報電路的性能和電路組織設(shè)計等功能。為了確保該系統(tǒng)能充分利用單片機的使用優(yōu)勢，相關(guān)設(shè)計人員需要對該系統(tǒng)安裝微處理器，從而大大保障該系統(tǒng)的硬件電路的實效性和通用性，從該系統(tǒng)的硬件電路組裝情況來看，在設(shè)計基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的過程中，主要采用了高性能處理器，有效的提高了該系統(tǒng)的運行效率，同時，為了有效的提高該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理能力，實現(xiàn)對通信和存儲方式的優(yōu)化，需要設(shè)計人員借助可控硅對溫度進行合理控制。

3 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了最大限度的保證基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的通用性和強大功能，該部分系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括了主程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶顯示、延時四大模塊。由于直接采用芯片廠家提供的驅(qū)動類顯示程序，本部分僅對主程序、延時模塊進行介紹。

3.1 主程序模塊

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)要想能正常、可靠的運行，除了需要有硬件提供技術(shù)支撐外，還離不開軟件的支持。軟件的各個功能需要用編程語言來實現(xiàn)，為了最大限度的提高軟件開發(fā)的效果，需要將主程序的功能與各個子模塊的功能進行有效的分類和歸納。通常情況下，主程序的功能主要是指在不同時刻對溫度進行及時的監(jiān)測并展示。通過對溫度信號完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，后加入至單片機P3.0口，即可完成對信號的運算處理，對比既定溫度范圍。一旦溫度低于既定最低溫度或高于最高溫度，即可發(fā)出聲光警報。經(jīng)一定時間延時，即可對下一組溫度采樣信號進行比較，軟件系統(tǒng)程序見圖2。

3.2 延時模塊

本次設(shè)計運用單片機定時器TO，能夠?qū)崿F(xiàn)定時/計數(shù)器TO該工作方式設(shè)置，從而輸入尚未完成的溫度信號定時采集。該定時器經(jīng)軟件編程制定通過最初運用該定時器時，應(yīng)當完成初始化處理，根據(jù)所設(shè)定的功能工作確定初始步驟，通常包括了確定TMOD賦值也就是系統(tǒng)工作方式后，預先設(shè)置定時初值，并開放定時器中斷后啟動。

3.3 編譯程序

運用Keil軟件首先完成項目創(chuàng)建，選擇與系統(tǒng)一致的單片機型號，之后創(chuàng)建新文件保存自己的系統(tǒng)程序后，再添加程序展開程序編譯，對于編譯時點擊菜單編譯文件，直至未出現(xiàn)錯誤后，在單片機芯片中錄入hex文件。

4 結(jié)束語

綜上所述，硬件開發(fā)與軟件系統(tǒng)開發(fā)是設(shè)計基于單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程中最重要的兩個環(huán)節(jié)，因此，為了最大限度的提高基于單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計水平，給用戶帶來良好的體驗，需要加大對這兩大環(huán)節(jié)落實的重視度。首先，經(jīng)開發(fā)基于單片機溫控系統(tǒng)的硬件電路，提高硬件的運行性能，其次，經(jīng)軟件開發(fā)增強了各個模塊之間的聯(lián)系性。所以經(jīng)過本文設(shè)計基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度在低于既定最低溫度或高于最高溫度時，發(fā)出警報并發(fā)送至監(jiān)控人員，實現(xiàn)溫度的實時控制。