王曉

摘要： 隨著我國科技水平不斷提高，科學(xué)家們也更加致力于研究能夠造福人類，能夠使人類活的更加舒心的科技。本文以單片機溫度控制系統(tǒng)有關(guān)問題為中心，簡單講述了單片機概念，并詳細的將單片機的類型以及單片機如何控制溫度的原理進行描述。

【關(guān)鍵詞】單片機 溫控系統(tǒng)

單片機已經(jīng)在溫度控制領(lǐng)域中被廣泛運用，和其他的設(shè)備相比，單片機在溫度控制領(lǐng)域中有著相當(dāng)多的優(yōu)點，例如：適應(yīng)性強、靈活性好以及性能優(yōu)越等。以上優(yōu)點都能幫助較好的控制溫度，因此，單片機的發(fā)展勢頭迅猛，能夠在空肚控制市場中占據(jù)一席之地。

1 單片機概念

單片機可以看做是單片微型計算機。該計算機內(nèi)含了多個單元，能夠處理和分析多種數(shù)據(jù)，這些單元包括：中央處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨即存取存儲器（RAM）等。雖然功能強大，但是其本身所占據(jù)的空間極小，只需要配置外電源以及晶振就可以正常進行工作。計算機的主要元件由原本的晶體管逐漸發(fā)展成為集成電路，密度也伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越高，使計算機的體積不斷減小，當(dāng)集成電路這一技術(shù)成熟之后，單片機也因運而生。單片機具有體積小、性能高以及廉價等優(yōu)點，而且在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)單片機所需要的耗能也相對較低。

2 常見的溫度控制技術(shù)

2.1 僅依靠硬件平臺閉環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)

這種技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍較小、而且較不穩(wěn)定，缺乏穩(wěn)定性、精準度也很欠缺，管理和維護的成本較高，唯一的優(yōu)點是溫度變化時反應(yīng)較為及時。

2.2 擁有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD技術(shù)

該技術(shù)級數(shù)據(jù)采集、儲存、現(xiàn)實為一體，將信號測量與人機交流互動通過IP實現(xiàn)，這種技術(shù)的優(yōu)點是面對復(fù)雜的數(shù)據(jù)及時的分析，并得出較為準確的結(jié)論，而且結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在復(fù)雜的測量和控制中游刃有余，但在日常調(diào)試中所耗費的時間、精力和財力較大，因此，經(jīng)濟效益較低。

2.3 單片機與高精準的溫度傳感器的技術(shù)

這種技術(shù)中單片機主要負責(zé)人機交互、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)控制等，而溫度傳感器負責(zé)采集信號和轉(zhuǎn)換。這樣的方式避免了前兩種方式的缺憾，又能夠?qū)⑶皟煞N方式的優(yōu)點充分發(fā)揮出來，這個放肆是目前為止最主流的溫度控制技術(shù)。

3 構(gòu)建單片機系統(tǒng)框架的方法

3.1 選擇單片機技術(shù)要點分析

單片機溫度控制系統(tǒng)的最核心元件是單片機，因此，溫控系統(tǒng)能否正常運行并且運行質(zhì)量的高低取決于單片機的質(zhì)量。因而，在選擇單片機時要選擇運行快、經(jīng)濟效益高、內(nèi)存較大的種類。

3.2 選擇傳感器要點分析

傳感器的選擇可以使用DSI8820這個型號，這個傳感器是DALLAS半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，這個產(chǎn)品是一線式數(shù)字傳感器。這個傳感器采用了能夠與微處理器相結(jié)合的新技術(shù)。這個技術(shù)與該傳感器相結(jié)合，廣泛應(yīng)用在了軍事、日場的生產(chǎn)生活中。具備著占據(jù)空間小、性能高以及接口靈活的特點。

3.3 系統(tǒng)框架構(gòu)建要點分析

溫控系統(tǒng)所采用的是模塊設(shè)計，將每一個功能分別對應(yīng)某一個模塊，這樣做，能夠提高靈活性，其配置對于人操作系統(tǒng)來說更加方便。構(gòu)建的內(nèi)容主要有：數(shù)據(jù)采集、單片機控制、顯示、溫度設(shè)置以及電路驅(qū)動五項。傳感器將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊，之后再通過單片機進行數(shù)據(jù)分析，并通過屏幕顯示出來，在通過與預(yù)先設(shè)置的溫度進行對比，發(fā)現(xiàn)有誤差后進行調(diào)整，將加熱系統(tǒng)開啟，當(dāng)溫度超過預(yù)先設(shè)置的溫度時，加熱裝置自動停止，最終達到控制溫度的目的。

4 單片機溫度控制系統(tǒng)的工作原理

單片機溫控系統(tǒng)采集溫度數(shù)據(jù)的元件是傳感器，溫度信號可以通過傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號并在電路中傳遞。單片機的工作需求是依靠著電壓信號毫伏級步步增強來滿足的。之后的數(shù)字信號由A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)變。數(shù)字信號的采集采用專業(yè)的軟件進行并將這些信號傳輸?shù)街鳈C。為了減少數(shù)字信號在傳播過程中的影響，避免降低數(shù)據(jù)采集的精確度，還會將單片機同步進行濾波處理。這時候的數(shù)字信號在經(jīng)過濾波處理以后轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)標度，最后溫度指數(shù)會通過IED屏幕顯示出來，如圖1所示。

在這整個過程中，預(yù)先設(shè)置一個溫度指標，在與采集到的溫度數(shù)據(jù)進行對比以后，用PID算法算出實際值與預(yù)算值差值，根據(jù)這個差值確定要輸出的控制量，加熱功率和加熱通導(dǎo)時間是由確定的控制量值決定的，最后達到控制溫度在預(yù)設(shè)值波動范圍內(nèi)的目的。

5 單片機溫控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

硬件平臺、傳感器以及配套軟件是單片機溫度控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的主要三個方面。溫控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)離不開硬件平臺的支持，能夠組成硬件平臺的主要有：單片機、多路開關(guān)機附屬設(shè)備以及傳感器等。配套軟件編程是C語言。主程序采取模塊化設(shè)計，其主要任務(wù)是溫度讀取和現(xiàn)實，并根據(jù)其任務(wù)調(diào)用子程序，幫助子程序進行數(shù)據(jù)的對比和分析，最后顯示控制量值。單片機溫控系統(tǒng)的性能高低取決于傳感器的靈敏度和精準度，傳感器質(zhì)量越高，檢測到的溫度越精準，也就能更快的將檢測到的溫度數(shù)據(jù)反饋到主機。

6 結(jié)語

目前為止，在日常的生產(chǎn)生活中單片機溫控系統(tǒng)的運用十分廣泛，除了溫度測量的精準、及時、可靠外，還能夠針對溫度的變化及時做出反應(yīng)，并且還能將出現(xiàn)偏離的溫度糾正的正常的軌道上來。單片機溫度測控系統(tǒng)品質(zhì)高、性能強、所需要投入的成本很低。方便操作、靈活性強，經(jīng)濟效益高，前景相當(dāng)寬廣。

參考文獻

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