陳曉紅

摘 要：文章以嵌入式單片機的自動調溫系統(tǒng)設計作為研究點，通過介紹其設計程序，不斷提升其利用效率，以期能為業(yè)內外專業(yè)人士提供參考與建議。

關鍵詞：嵌入式單片機；自動調溫系統(tǒng)；設計

一、嵌入式單片機的自動調溫系統(tǒng)設計

（一）選擇合理的單片機與傳感器。單片機屬于系統(tǒng)中較為核心的部分，對回路控制、數據顯示、數據采集以及數據處理等系統(tǒng)功能都起著決定性作用。結合傳感器的經濟性、特點意義質量等信息，本次研究以DS18B20數字溫度傳感器作為主要選擇。該傳感器屬于單總線類器材，不僅線路較為簡單，且占地面積小，其基本原理是鉑電阻測溫，且相同通信系統(tǒng)的走線上能夠掛數個傳感器，因此其操作程序較為簡便。同時，DS18B20數字溫度傳感器還能采集溫度信息，借由走線與單片機連接之后，即可直接集成傳感器和數字/模擬轉換電路[1]。而通過設定接口，單片機還能和數個傳感器進行數據傳輸操作。這樣的系統(tǒng)模式具備較高抗干擾性，而且還能迅速適應周圍環(huán)境。

單片機將傳輸接口、運算器及控制器等元件功能直接集成到同一個芯片之上，所組成的計算機為單芯片式，盡管數量較少，但是其功能較為豐富。單片機整體體積較小，只會消耗少量電能，因此在工業(yè)領域中得到了廣泛應用，且在智能化的發(fā)展進程中也具有顯著優(yōu)勢。

溫度傳感器不僅能夠經由電源線直接供電，還能達到寄生電源的供電目標，由于其接地端是GND，信號端是DQ，外接電源的輸入端是VCC，因此為了保證傳感器可在特定時間段內持續(xù)性供電，可在金屬氧化物半導體場效應管上拉總線。而采取電源供電方案時，需對主機的控制溫度進行轉換。

（二）暖氣溫度自動調溫系統(tǒng)設計。溫度測量電路承擔著對暖氣溫度進行二次測量的職責，本次研究以PT100鉑熱電阻作為主要選擇。該測溫儀表的溫度可控制在-200℃-600℃之間，不僅精度較高，而且復現性好、信號強以及穩(wěn)定性佳。

（三）單片機人機接口模塊設計。人機接口模塊屬于系統(tǒng)和操作者傳輸信息的重要渠道，主要包括數據輸入、操作者對系統(tǒng)狀態(tài)的干預、系統(tǒng)向操作者報告運行狀態(tài)和運行結果等功能。該模塊在設計環(huán)節(jié)的優(yōu)劣，會直接對操作程序的直觀性、系統(tǒng)的智能化功能造成直接影響，而人機交換環(huán)節(jié)的常用設備即顯示器與鍵盤。其中，鍵盤屬于應用系統(tǒng)中較為關鍵的部件之一，不僅可以輸入數據進單片機的自動調溫系統(tǒng)內，同時還能夠傳遞計算機發(fā)出的命令，在人工對應用系統(tǒng)進行干預的過程中會起著重要作用。鍵盤通常被安裝于控制面板，包括向上、向右、向下、向左、確認以及主菜單等按鍵，而為了節(jié)約電能消耗量，通常將液晶顯示器設置為關機狀態(tài)[2]。通過按鍵，系統(tǒng)能夠在不同時段內分別設定溫度與時間，同時還能借由按鍵查看設置情況、時間以及熱量消耗情況等。同時，智能設備中通常需要顯示相關測控信息，然而由于設備體積與功耗等條件具有限制性，因此不建議選用CRT顯示器。

（四）流量測量電路的系統(tǒng)設計。流量測量電路以UGN31

44開關型霍爾傳感器作為主要選擇，當霍爾器件成功輸出電壓之后，該傳感器會對其閾值進行甑別與處理，將其無限放大之后，會直接輸出數字信號，且根據實際需求確定數字信號電平值的高低。但是，由于霍爾傳感器所輸出的有效波形并非理想方波，一旦受到外界因素的干擾，就會使波動出現異常抖動，因此對于電路還需進行適當的整形與濾波。

（五）模糊控制。該系統(tǒng)對模塊的控制主要通過模糊神經網絡計算方法實現，調溫通常需要經歷三個過程，分別是檢測——實施——效果體現，該過程不僅經歷的時間較長，而且并非始終保持線性變化，因此在建立數學模型時會出現較大難度，其精確性無法得以保證。鑒于此，若要實現對室溫的有效控制，建議選擇模糊控制技術作為主要技術類型，通過合理設定精度，實現對溫度的準確控制。對于嵌入式單片機的自動調溫系統(tǒng)，如果設定溫度趨向于室內溫度時，需要及時調整固態(tài)繼電器導通時間，以此方式不僅能有效達到既定調溫效果，還能節(jié)省能源輸出總量，具有較高實踐價值。

室內溫度模糊控制系統(tǒng)以模糊控制器作為其核心，而控制器內部結構、模糊對策、合成推理計算法、控制規(guī)則等直接影響著系統(tǒng)性能。若將室內溫度變化率和誤差視作輸入變量，將電磁閥實際開啟程度視作輸出量，在限定輸入狼論域基礎上，將模糊語言劃分成七個不同等級，那么輸出的實際論域會明顯擴大約一倍左右。當模糊量取代精確量之后，還可將精確量劃分成幾個不同的檔次，而且每一個檔次和模糊集必須一一對應。

結束語：自動調溫系統(tǒng)設計必然會朝著智能化方向不斷發(fā)展，嵌入式單片機的自動調溫系統(tǒng)整體精確度也在不斷提升，其調節(jié)效果愈加顯著。通過使用嵌入式單片機，相關數據可以達到無線通信標準，同時還能對自動化程序進行遠端控制，因此該單片機適用于所有環(huán)境中，且其溫度調節(jié)也更加精準，具有較高可靠性與穩(wěn)定性，使用前景較為明朗。而在具體設計環(huán)節(jié)，需要設計人員不斷提高自身操作技能，確保自動調溫系統(tǒng)充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 張玉良.基于嵌入式DSP的光電平臺圖像自動調焦控制系統(tǒng)設計[J].國外電子測量技術，2014，33（07）：64-67.

[2] 楊正校，沈健.一種基于PIC16F877A單片機的智能升降椅的系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機，2014，27（07）：147-150.