基于单片机的温度控制系统

收稿日期:2011-09-06;修订日期:2012-10-18作者简介:夏志华（1976-）,女，河北保定人，讲师，本科，研究方向：自动化技术应用。

0引言

近年来，随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，是当前温控系统

需要迫切关注并给予解决的重要问题之一。

在具体的应用中，经常采用单片机对温度进行控制，因为它不仅具有控制方便、使用简单和灵活性强等诸多优点，而且还可以大幅度地提高并满足被控温度的技术指标要求，从而对提高产品的质量和数量有极大的帮助。因此，基于单片机的温度控制系统在处理工业生产中的控温问题方面具有很好的应用前景。1单片机及背景介绍

单片机就是单片微型计算机的简称。它是一种

集CPU 、RAM 、ROM 、I/O 接口和中断系统等多个部件

于一体的器件，体积虽小但功能强大，只需要外加电

源和晶振就可以轻松实现对数字信息的处理和控制。

因此，单片机在现代工业控制中得到很好的应用。

单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技

术的发展而诞生的。由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，主要作用是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。因此，基于单片机的温度控制系统在国内外都受到越来越多的重视，并得到非常广泛的应用。2实现温度控制的方法（1）采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差、控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便，要实现题目所有的要求难度较大。（2）FPGA/CPLD 或采用带有IP 内核的FPGA/CPLD 方式。即用FPGA/CPLD 完成采集，存储，显示及A/D 等功能，由IP 核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高。（3）单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方

第32卷第2期2013年2期煤炭技术Coal Technology Vol.32,No.02February,2013

基于单片机的温度控制系统的研究与实现

夏志华

（保定职业技术学院，河北保定071000）

摘要:文章采用51单片机作为样本，来实现对温度的有效控制，不仅具有控制简便、组态简单和很好的灵活性等

优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。在详细阐述了基于单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计基础上，讨论了在过程控制中单片机温度控制系统中的应用，最后提出了单片机的温度控

制系统实现的合理性和有效性。

关键词:单片机；温度传感器；检测与控制

中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2013）02-0191-03

Research and Implementation of Temperature Control

System Based on Single Chip

XIA Zhi-hua

（Baoding Vocational and Technical College,Baoding 071000,China ）

Abstract:In this article,the 51SCM as sample,and to achieve the effective control of

temperature,not only has the control configuration is simple,convenient,simple and good

flexibility and other advantages,and can greatly improve the technical index is accused of

temperature.This paper expounds in detail the temperature control system based on single chip

computer hardware composition,software design and relevant interface circuit based on design,

and discussed the process control of single chip microcomputer temperature control system,the

application,and finally puts forward some of the single chip microcomputer temperature control

system realization,reasonable and effective.

Key words:SCM ；temperature sensors ；detection and control

法克服了前2种方法的缺点，所以本文采用基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。

3单片机的选型与系统框架

3.1单片机的选型

单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本文选择AT89S51作为主控芯片。

（1）指令集和芯片引脚可以与Intel公司的8051实现兼容；

（2）具有4KB片内的可编程Flash程序存储器128字节片内可随机读写存储器（RAM）；

（3）时钟频率可以达到0～33MHz；

（4）包含32个可编程输入/输出引脚和2个16位定时/计数器及2个数据指针；

（5）含有6个中断源及2级优先级；

（6）具有相对先进的全双工串行通信接口。

3.2传感器选择

该系统采用DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集温度数据，DS18B20属于全新一代的专门适合配置微处理器的智能温度传感器,在工业、民用、军事等诸多领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中有着非常广泛的应用。它的优势特别明显，具有体积小巧，接口方便，传输距离较远等特点。

3.3系统框架

系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块，温度设置模块和驱动电路5个部分。其中数据采集模块负责实时采集温度数据，采集到的温度数据传输到单片机，由单片机处理后的数据送到显示部分显示。设置模块可设置预定温度，当检测到的温度低于设定温度时，单片机控制驱动电路启动加热，并发出报警声；当检测温度高于设定温度时，停止加热。

4基于单片机的温度控制原理

传感器是测量温度信息的主要载体，通过传感器把经过的温度信息放大到电路，先转换成为毫伏级的电压信号，把弱电压信号慢慢放大到单片机能够自由处理的可调控范围之内，然后再通过输入A／D转换器把电压信号转换成为数字信号，然后，通过相应的软件把得到的数字信号成功地输入到主机中去。在使用单片机对信号进行采集的时候，一般为了提高测量的准确度，必须要求在采样的同时对信号进行数字滤波。同时，经过数字滤波的信号，就会逐渐转换成为相应的标度，把得到的温度指数显示在lED屏上。此外，还可以把得到的温度值与提前设定的温度值进行比较，然后按照积分分离的PID控制算法分析两者之间存在偏差的大小，并由此得出最后的输出控制量值。再通过输出控制量的数值来确定导通的时间及加热的功率，从而达到有效的调节温度环境的目的。

在温度控制系统的整个设计环节当中，其主要初衷也就是为了使单片机能够对温度进行实时有效的检测和精准的控制，从而解决工业生产及日常生活中对温度控制难以掌握的难题。面对这种难以控制的情况，运用十进制的数码来显示实际的温度值，这样做有利于人们很简单方便的实现对温度的监视。当然这还远远不够，还需要通过键盘在系统内提前输入人工设置的温度范围，这样可以使温度控制器能够在不同的范围内都满足其查看温度的需要。当实际的温度没有出现规定的温度范围内时，系统将会启动自动调节温度的功能，以保持不间断地提供稳定的温度，从而实现自动控温的目的。

5单片机的温度控制系统的开发与应用

5.1硬件电路的开发与应用

在硬件电路的研究开发过程中，经常选用单片机作为主机，然后再给其配以两路传感变送器和多路开关，结合D／A转换器、V／l转换器和调节阀等设备，就基本可以达到预先的设计要求，轻松实现对贮液容器温度有效的自动控制。当然，也可以根据各自实际应用过程中的不同需求，适当搭配设置一些诸如键盘、报警电路和显示电路等设备以更好地完善系统功能。

5.2软件开发与应用

系统的软件主要是采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。主程序对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示、键盘等模块。用的是循环查询方式，来显示和控制温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理AT89S51的测量的当前温度值并负责调用各子程序。

在此之后，热电偶测量的温度值会逐渐由模数转换电路为数字，再经过P11：3把其传送到单片机内。然后每隔10s，时间自动中断控制系统开始发挥作用，来对实际测量的温度进行集中采样，并统一将采集到的温度与之前设定的温度值进行比对分析。根据不同的比对结果，系统会自动进行调节控制。如果实际测量的温度与预先在系统内设定的温度有一定的差距时，系统自动执行截断功能就会生效，或者通过全功率的输出指令来控制可控硅的导通角，达到修正偏差的目的；如果所测量的温度的升降情况完全合乎原先所设定的范围，也就是说在其正常的测控范围之内，那么它就会按照原先设定的温度预定值开启自动恢复功能。

5.3温度检测的开发与应用

热电偶传感器是对系统进行温度检测时经常采

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