基于单片机的温度控制系统的设计

这是在温度控制中运用得最为普遍的一

种系统，采用纯硬件闭环控制系统来进行温度

控制，该系统的优点在于运行速度较快，可以

节约控制时间，但其缺点较多，数据传输的可

靠性达不到理想要求、控制精确性不高、灵活

性差、线路复杂，在系统安装调试等方面具有

很多问题，因此在实际工作中推广应用有很大

的难度。

2.2 FPGA/CPLD或采用IP内核的FPGA/CPLD方式

这种方法指的是采用FPGA/CPLD 将温度

数据进行采集、储存、显示，从而将A/D 等

功能展现出来，然后通过IP 核实现人机交互

以及信号测量分析等各项操作。这种方法的优

点在于系统结构较为紧凑，能够在简便的操作

下实现复杂的测量与控制，并且操作简便、快

捷。但是，在使用过程中也有所不足，表现在

调试过程较为复杂，应用成本相对较高，性价

比偏低，企业使用会加大投入成本。

2.3 单片机与高精度温度传感器相结合

这种方法指的是采用单片机对人机界面

进行建立，同时对系统进行控制，然后对数据

信息、信号进行传输、分析、处理，通过前端

安置的温度传感器对信号进行采集与转换。这

种方法在实际应用过程中，可以提高设备的运

行速度和数据传输的精确度，同时性价比较高，

这种方法解决了前两种方法的不足，因此，在

实际应用中，多采用单片机与温度传感器对温

度进行控制。

3 单片机的系统框架与型号选择

将单片机运用到温度控制系统中，需要

选择适当的单片机型号，同时，还要求对单片

机系统框架进行分析。

3.1 单片机型号的选择

在整个温度控制系统中，选择正确的单

片机型号非常重要，对温度控制系统有着重大

影响。单片机需要满足性价比高、内存较大、

运行速度快以及具有普遍通用性等要求。本文

讨论的单片机型号，主要采用的是以AT89S51

作为主控芯片的单片机。首先，该单片机的兼

容性较强，其指令集与芯片引脚能够与Intel

公司生产的8051 进行兼容；其次，该型号单

片机具有4KB 片内的可编程F；再次，该单

片机内含有32 个可编程输入与输出的引脚和

2 个16 位定时、计数器以及2 个数据指南，

在数据内部具有2 级优先级与6 个中断源，还

具有相对先进的双全工串行通信接口。

3.2 传感器的选择

本文讨论的单片机温度控制系统主要是

采用DALLAS 半导体公司生产的一线式数字

温度传感器DS18B20 进行温度数据采集。

DS18B20 是一项全新的专门适合配置微处理

器的智能温度传感器。该系统常见于工业企

业、军事行业以及居民生活领域的温度测量和

控制，该系统体积较小，应用接口方便，可进

行远距离数据传输，且其数据传输准去性很高，

逐步被推广到了其他领域。

3.3 系统框架结构情况

本系统主要包含了数据采集模块、电路

驱动模块、温度设置模块、显示模块以及单片

控制模块等。数据模块负责对温度进行实时采

集，并将采集到的数据传送到单机片，单机片

对该数据信息进行处理之后再传送到显示模块

显示出来。设置模块主要是对温度进行预定，

在检测到系统温度低于预定温度时，单机片就

会自动控制电路，运行电路进行加热，同时发

出警报声，提醒异常，当温度加热超过预定的

温度时便会停止，从而达到系统正常运行的效

果。由此可见，不同的模块，其功能具有很大

的差异，组合起来，有利于共同为单机片温度

控制系统服务。

4 单机片的温度控制原理

传感器是单片机温度控制系统测量值的

主要载体，在对温度进行测量后，将相应的数

据信息放大到电路中，在此过程中，传感器需

要将接收到的电压信号，逐渐放大并传输的单

片机上，促使其能够在可控的范围进行自由处

理。处理之后，将通过A/D 转换器将电压信

号转换为数字信号，经过安装的相应软件，把

数字信号传送到主机当中。单片机在进行信号

采集时，必须保证其所采集数据的精准度，因

此，为了提高数据的精准度，需要对采集的数

据进行数据信号的分析过滤，经过过滤的数字

信号就会转换为相应的标度，进而将温度指数

显示到屏幕上。在此之外，还可以将所获取的

温度值与之前设定的温度指标进行比较，计算

出两者的偏差，进而对温度环境进行有效的调

节。

在这整个设计环境中，最初的想法是使

单机片对温度进行有效的检测与精准的控制，

利用十进制的数码将实际的温度值显示出来，

但是，这样的设计理念不能达到很好的效果，

在温度控制方面也紧停留于此。还需要提前将

人工设置的温度范围输入到系统中去，将温度

控制在人们设定的范围内。如果实际温度没有

在设定的范围内，系统将会自动启动修复措施

并报警，这样可以可以是温度保持稳定，实现

真正温度控制的高效性。单机片温度控制系统

的硬件电路以单机片为主机，配备两路传感变

送器等辅助设施，能够达到预期的控制要求，

另外，还可以根据实际需要，适当增加一些辅

助元件进行搭配，进而使其功能更加完善；单

机片温度控制系统的软件为C 语言，C 语言可

以实现单机片的各项功能，主程序对模块进行

初始化操作，然后将获取的温度数据进行处理，

再将处理好的数据传输到显示器上，若温度与

设定的温度存在差异，则会主动启动温控设施，

对温度进行控制，使其达恢复到预先设定的树

值范围内。

在温度检测的开发与运用中，热电偶是

对系统温度检测时经常采用的一种传感器，这

种传感器不仅价格低，而且质量很好，具有很

高的精确度，与其他传感器相比，其测量的范

围极为广泛，且构造还较为简单。当热电偶的

温度不在0℃的时候，其输出的电势会逐渐偏

离冷端0℃的温度数值，这种情况，需要进行

冷端补偿，以保证提供恒定不变的温度。

5 结束语

在工业企业温度控制中，单片机的温度

控制系统实用性较高，其不仅可以对温度进行

实时控制与精度的测量，还可以通过提前设定

温度的方法对温度进行调节，能提高企业生产

效率，对生产成本有重大影响，应用前景较为

广阔。单机片的温度控制系统的高效性，能让

使用者在运用过程中及时发现温度异常问题，

并制定措施予以纠正，从而降低问题扩大化的

可能性，值得在实际应用中推广。

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作者单位

武汉东湖学院机电工程学院 湖北省武汉市

430212