引论：我们为您整理了13篇单片机温度控制系统范文，供您借鉴以丰富您的创作。它们是您写作时的宝贵资源，期望它们能够激发您的创作灵感，让您的文章更具深度。
篇1
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、AD590的电源电压范围为4V～30V；
4、输出电阻为710MW；
5、精度高。
AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
ORG 00H
START：ANL P1，#00H；显示00
JB
P3.4 ，$ ；T0=0？有键按下？
CALL DELAY1 ；消除抖动
JNB P3.4 ，$；T0=1？放下？
MOV R0 ，#00；计温指针初值
L1： MOV A ， R0 ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；输出至P1显示
MOV R5 ， #10 ；延时1秒
A1：MOV R6 ， #200
D1：MOV R7 ， #248 ；0.5毫秒
JNB P3.4 ，L2 ；第2次按下T0？
DJNZ R7，$
DJNZ R6，D1
DJNZ R5，A1
INC A
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L1
L2：CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.4 ，L3 ；放开了没？是则
；跳至L3停止
JMP L2
L3: MOV A ，R0
CALL CHANGE
MOV 31H ， A ；下限温度存入31H
JB P3.5 ，$ ；T1=0？有键按下？
CALL DELAY1
；消除抖动
JNB P3.5 ，$ ；T1=1？放开？
MOV R0 ，#00 ；计温指针初值
L4：MOV A ，RO ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；显示00
MOV R5 ，#10 ；延时1秒
A2：MOV R6 ，#200
D2：MOV R7 ，#248 ；0.5毫秒
JNB P3.5 ，L5 ；第二次按下T1？
DJNZ R7 ，$
DJNZ R6 ，D2
DJNZ R5 ， A2
ADD A ， #01H
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L4
L5:CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.5 ，L6 ；放开了？是则跳至L6
JMP L5
L6：MOV A， RO ；
CALL CHANGE
MOV 30H ，A ；上限温度存入30H
DELAY1：MOV R6 ，#60 ；30毫秒
D3：MOV R7 ， #248
DJNZ R7 ， $
DJNZ R6 ， D3
RET
CHANGE：MOV B ，#5
MUL AB
JNO
D4
SETB C
D4：RRC A
RET
MOV 32H ，#0FFH ；32H旧温度寄存
；器初值
AAA：MOVX @R0 ， A；使BUS为高阻抗
；并令ADC0804开始转换
WAIT：JB P2.0 ，ADC ；检测转换完成否
JMP WAIT
ADC：MOVX A ，@RO ；将转换好的值送入
；累加器
MOV 33H ，A ；将现在温度值存入33H
CLR C
；C=0
SUBB A ，32H
JC TDOWN ；C=0取入值较大，表示
；温度上升，C=1表示下降
TUP：MOV A， 33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，30H ；与上限温度作比较
JC LOOP ；C=1时表示比上限小须
；加热，C=0表示比上限大，停止加热
SETB P2.1
JMP LOOP
TDOWN：MOV A ，33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，31H ；与下限温度作比较
JNC LOOP ；C=1时表示比下限小，须
；加热，C=0表示比下限大
CLR P2.1 ；令P2.1动作
LOOP：MOV 32H ，33H
CLR A
MOV R4 ，#0FFH ；延时
DJNZ R4 ，$
JMP AAA
END
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
篇2
系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即：，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、AD590的电源电压范围为4V～30V；
4、输出电阻为710MW；
5、精度高。
AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
ORG00H
START：ANLP1，#00H；显示00
JBP3.4，$；T0=0？有键按下？
CALLDELAY1；消除抖动
JNBP3.4，$；T0=1？放下？
MOVR0，#00；计温指针初值
L1：MOVA，R0；计温指针载入ACC
MOVP1，A；输出至P1显示
MOVR5，#10；延时1秒
A1：MOVR6，#200
D1：MOVR7，#248；0.5毫秒
JNBP3.4，L2；第2次按下T0？
DJNZR7，$
DJNZR6，D1
DJNZR5，A1
INCA
DAA
MOVR0,A
JMPL1
L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖动
JBP3.4，L3；放开了没？是则
；跳至L3停止
JMPL2
L3:MOVA，R0
CALLCHANGE
MOV31H,A；下限温度存入31H
JBP3.5，$；T1=0？有键按下？
CALLDELAY1；消除抖动
JNBP3.5，$；T1=1？放开？
MOVR0，#00；计温指针初值
L4：MOVA，RO；计温指针载入ACC
MOVP1，A；显示00
MOVR5，#10；延时1秒
A2：MOVR6，#200
D2：MOVR7，#248；0.5毫秒
JNBP3.5，L5；第二次按下T1？
DJNZR7，$
DJNZR6，D2
DJNZR5,A2
ADDA,#01H
DAA
MOVR0,A
JMPL4
L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖动
JBP3.5，L6；放开了？是则跳至L6
JMPL5
L6：MOVA，RO；
CALLCHANGE
MOV30H，A；上限温度存入30H
DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒
D3：MOVR7，#248
DJNZR7，$
DJNZR6，D3
RET
CHANGE：MOVB，#5
MULAB
JNOD4
SETBC
D4：RRCA
RET
MOV32H，#0FFH；32H旧温度寄存
；器初值
AAA：MOVX@R0，A；使BUS为高阻抗
；并令ADC0804开始转换
WAIT：JBP2.0，ADC；检测转换完成否
JMPWAIT
ADC：MOVXA，@RO；将转换好的值送入
；累加器
MOV33H，A；将现在温度值存入33H
CLRC；C=0
SUBBA，32H
JCTDOWN；C=0取入值较大，表示
；温度上升，C=1表示下降
TUP：MOVA，33H；将现在温度值存入A
CLRC
SUBBA，30H；与上限温度作比较
JCLOOP；C=1时表示比上限小须
；加热，C=0表示比上限大，停止加热
SETBP2.1
JMPLOOP
TDOWN：MOVA，33H；将现在温度值存入A
CLRC
SUBBA，31H；与下限温度作比较
JNCLOOP；C=1时表示比下限小，须
；加热，C=0表示比下限大
CLRP2.1；令P2.1动作
LOOP：MOV32H，33H
CLRA
MOVR4，#0FFH；延时
DJNZR4，$
JMPAAA
END
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：
[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7
篇3
（1）第一种方法是使用纯硬件的闭环控制系统。这个系统的优点是速度快，但可靠性相对较差，控制精度是比较低的，弹性小，电路复杂，调试，安装都不容易实现，高精度的温度控制的要求变得更加困难。
（2）第二种方法是将FPGA/CPLG或与使用FPGAIP核/CPLG方式。它是用FPGA/CPLG完成采集，存储，显示和A/D转换等功能，实现人机由IP核的相互作用和信号测量和分析功能。这种解决方案的优点是系统结构紧凑，可以实现复杂的测量和控制，操作简便;但其缺点是在调试过程的复杂性，成本较高。（3）第三种方法是将高精度温度传感器组合在一个芯片上。这是完全与微控制器接口进行系统控制和信号分析，由温度传感器信号采集和转换的前端进行。此方法克服了前两种方法的缺点，所以基于单片机和温度传感器控制的温度在理论上非常的可行。
3在一个温控系统中如何选择合适的单片机和传感器
3.1选择AT89C51作为系统的单片机单片机在整个控制系统中占有主导地位。在主要考虑选择时应该考虑单片机的处理速度，数据存储容量，价格和通信方式。在考虑适当后选择了控制系统的AT89C51作为主芯片。AT89C51具有以下特点：具有4KB的闪存芯片和128KB的程序存储器。AT89C51的最高频率可以达到32MHz的，具有8位数据的处理能力，拥有32个IO端口和两个定时器。
3.2选择DS18B20作为系统的传感器该系统采用DALLAS半导体公司生产线数字温度传感器DS18B20来采集温度数据，DS18B20属于全新一代的微处理器专为智能温度传感器的配置。在温度测量和控制仪表，测量和控制系统，以及大型设备的工业，民用，军事等众多领域有着非常广泛的应用。它的优点是特别明显，具有结构紧凑，简单界面，传输距离远等特点。
3.3确定适合单片机温度控制的系统框架系统包括数据采集模块，单片机控制模块，显示5部分模块，温度设定模块和所述驱动电路。实时数据采集模块负责采集温度数据，收集温度数据给单片机，由数据显示部分上显示所处理的微控制器。设置模块可以设置在预定的温度，当检测到的温度低于设定温度的情况下，单片机控制所述驱动电路以开始加热，并发出报警声；当检测到的温度高于设定温度时，停止加热。
4单片机温度控制原理概述
传感器是测量温度信息的主要载体，通过将电压信号转化成的毫伏级后的传感器的温度信息提供给电路，然后通过电路放大，弱电压信号慢慢地放大，微控制器的范围内调节的可自由支配的，然后通过输入端A/D转换器的电压信号转换成数字信号进行转换。然后，相应软件的数字信号被输入到主机中去。使用中的信号采集到微控制器中，为了提高测量的精确度，必须在采样时将信号进行数字滤波。同时，信号的数字滤波处理后，它就会逐渐被转换成适当的标度，所得到的温度指标显示在IED屏幕上。同时还可以将温度值与提前设定的温度值进行比较，然后按照积分分离PID控制偏差之间的两个算法分析的大小，从而得出最终输出的控制值，然后确定出导通时间与输出功率以及控制量的热值，从而有效地调节环境的温度来达到目的。整个温度控制系统，它的主要目的是使实时单芯片温度可以有效地检测和精确的控制，从而解决了工业生产和日常生活的温度控制方面很难解决的问题。在难以控制的情况下，利用十进制数字显示器的实际温度值，这有利于实现人们进行简单和方便的温度监测。
5单片机温度控制系统的设计硬件和软件系统
5.1温度控制系统的硬件电路系统的原理及组成温度控制系统的硬件电路包括温度传感器电路，D/A转换电路，A/D转换电路，单片机最小系统电路，带通滤波电路，放大电路，以及一个数字的复用器电路的电磁阀控制电路和开关电路等。当然，为了实现不同的设计要求，仍然可以建立在一个单一的芯片上而在系统的设备不同的电路和在不同的配置。例如可以使用键盘来控制矩阵电路，可用于实现温度报警蜂鸣器和使用一些液晶显示模块，在温度异常时将在液晶显示屏上显示出来。通过这些不同的外设模块，可以更好地提高单片机温度控制系统。
5.2温度控制系统软件开发理论温度控制系统的软件主要是用C语言编写，实现了单片机的控制权。通过C语言可以实现单片机对温度的采集的频率的控制、实现温度的显示和控制等不同的功能。控制系统程序包括主程序和子程序。主程序主要用于实现单片机的初始化，将温度传感器的初始化设置（读取温度，加工温度，存储温度）被初始化，并且进行键盘与液晶显示器的初始化。使用该方法的主程序循环查询来实现对温度的采集和对温度显示的控制。主程序的主要作用是实时采集温度的，并且所述传感器的二进制代码读入到单片机内，并随后经单片机的处理转化成十进制显示在液晶显示器的上方。
篇4
单片机；温度控制系统；设计
自建国以来，我国的科技和社会的发展进入了飞速发展的阶段，人们的生活水平有了极大的进步，尤其是近年来计算机的运用，使得人们生活逐渐迈向智能化的道路。然而科技的发展却给环境带来了巨大的问题，如水污染和大气污染等，诸多问题时刻限制着人们的生活与工作。改善环境问题是人们的生活环境得以改善的重要前提，而湿度和温度是环境的两大基本要素，因此，检测环境的湿度和温度有利于使人们的生活更加舒适，对改善人们生活环境有着重要的影响和意义。
1基于单片机的温度控制系统硬件设计
1．1总体结构
依据功能来分类，单片机的温度控制系统硬件部分可以分为单片机主控模板、输入通道、输出通道和保护电路等五个部分，单片机是整个温度控制系统的核心，由它扩展外部存储器，进而构成主控模板。其中，担当保护电路的温控箱主要由铂电阻温度传感器进行温度的测量并转换为电压信号，转换为数字量的工作则由A/D转换器负责，而且在将数字量通过数字滤波后，不仅能够在显示器中显示出温控箱的温度，在经过专业的控制算法运算后，还能够依据温度值的比较数据控制温控箱的功率，从而实现控制温度的目的。
1．2主控模板设计
主控模板是由四部分组成，即单片机、外部时钟、复位和存储器扩展等电路，其中单纯的单片机内部存储器的容量肯定无法满足整个系统的运行需求，因此必须进行扩展。在扩展存储器的过程中，需要注意的是，数据总线和低8位地址线应当由PO口担任，而高8位地址线则由P2口担任，因为PO口分时复用，因此需要将低8位地址利用地址锁存器锁存。而外部复位电路担任着单片机的复位功能，复位电路的接法有很多种，如上电复位和手动复位键复位等方式。时钟电路采用的是内部模式，在内部形成一个高增益反相的放大器，以此构成所需的振荡器，与外接晶体谐振荡器还能构成自激振荡器，在一定频率中能够获得标准的波特率。
1．3输入通道设计
输入通道主要由温度传感器、A/D转化器等电路组成，利用温度传感器电路将温控箱的温度转化为电量输出是输入通道的主要作用，因为该模式下的电量单片机无法识别，因此需要利用A/D转换器进行转换，并将模拟出来的电量转化为相对应的数字值，从而使单片机在做出良好的判断以及控制。其中温度传感器的种类较多，因材料、构成方式和测量原理的不同，各个温度传感器的测量范围和精度也具有明显的差异性，因此必须依据使用的用途来选择相应的温度传感器。而A/D转化器是温度控制中的重要环节之一，它的转换速度、精度、分辨率和使用价值都对温度控制器起着重要的影响，因此在选用是应当全方位考虑它的测量精度和转换率等问题。
1．4输出通道设计
输出通道主要由温控箱功率调节模块和可控硅输出等电路组成，目前的温控系统都可以利用可控硅来调节功率。而可控硅又分为相位控制和零位控制两种模式，前者能够更加便利的调节电压有效值，在灯光和电炉等方面有着广泛的运用，而后者在大惯性的加热器负载中应用广泛，不仅能够达到温度控制的目的，而且没有相位控制中的高次谐波污染电网。可控硅分为两种，即单向可控硅和双向可控硅，作为功率驱动器件在微机控制系统中起着重要的作用。
1．5保护电路
保护电路的主要功能就是在温控箱温度超标时进行保护，将温度传感器测量的温度与所给定值同电压比较器比较后，当发现温度超标时，电压比较器能够及时的断开加热电阻丝电源，从而起到保护温控箱的作用。
1．6抗干扰措施
在系统抗干扰手段中，硬件抗干扰是最为基础的方式，主要是从防和抗两个角度进行抗干扰。需要注意的是，在进行抗干扰的措施时，主要针对的是对干扰源的抑制或消除，从而将系统的耦合通道断开，实现干扰信号对系统影响的措施，而硬件抗干扰设计的主要措施有隔离、接地和滤波等方式。
2软件设计
2．1主程序模块
主程序模块主要包括上电后的系统初始化和整体软件框架构建两方面的工作，系统初始化需要对单片机、A/D芯片和串口等模块进行初始化，完成初始化后，再进行温度的设定。当温度设定好后，分析并判断系统的运行键能够按下后，系统就能够依据需要调动起各个模块的功能，如数据采集和数据处理等模块，然后循环控制到系统完全停止后即可。
2．2数据采集模块
该模块主要承担着采集温度信号并将模拟量通过A/D转换器转换为数字量，最后提供给单片机的工作。当软件开始工作后，系统将会连续采集多个样本，在进行转换后判断是否达到规定的量，如果没有达到就循环运行直至停止，最后进行数字滤波即可。
2．3数据处理模块
该模块主要分为数字滤波和显示处理等环节，承担着处理A/D转换后数字量的工作，其中数字滤波有着重要的作用。只有经过了转换后的模拟信号才能够被单片机所接受，因此所采集的样本必须多次验证，才能够减少偏差值，在经过多次采样后，通过某种软件算法才能够确保最终值的可靠性，其中所用到的软件算法即数字滤波算法。
2．4抗干扰措施
从软件方面来说，主要有按键消抖和数字滤波两种抗干扰措施。前者主要依靠硬件电路，即RC滤波电路，以及软件延时，即通过软件避开抖动时间两种方式来消除抖动，该方式不仅能够消除抖动，还能同时运作其它模块的功能;而后者主要是将输入的数字依据相应的运算法则转换为另一组数据的方式进行滤波，该方式不仅可靠性高，功能齐全，而且使用时不需要其它硬件设备的配合，不过需要占用一定的处理和运行时间。
3结论
单片机的温度控制系统不仅能够测量和显示当前环境的温度，还能够依据固定的温度进行适当的调整，从而达到调节环境温湿度的目标，而且当温度超出所设定的温度时，系统还会发出警报进行提醒。只有高性价比和良好适应性的系统，才能够被广泛的应用于生活和、工作和实践中，因此具备不断改进系统设计的能力是每个设计者都需要具备的。
作者：王梦轩 单位：成都理科大学
参考文献:
篇5
现代社会，无论是出于满足人们生活质量的需要，还是为了满足生产过程中复杂工艺方面的需要，人们对于温度控制的要求越来越高。温度测量及控制技术广泛应用于社会生产、人们生活的许多方面。对监测对象温度进行迅速、可靠、精准的测量，并以此为基础对其温度进行相应的调整与控制，成为温度测量、控制领域相关技术人员孜孜以求的攻关重点与难点。在实际工作中，单片机常常被用来作为温度测控制的主要设备。相对于其他种类设备，单片机便于使用，操作灵活，具有较好的适应性，技术性能优异，能够满足温控设备较高水平的技术要求，这些都有利于温控产品的质量和工作效率。基于上述原因，单片机在温控设备市场中发展势头良好，前景广阔。
1 单片机基本概念简介
所谓单片机，指的就是单片微型计算机。该种计算机整合了中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入输出（I/O）接口和中断系统等多个功能单元于一身，具有很强的数据分析处理功能，但本身占用的空间却很小，辅以外加电源和晶振就能够正常工作，广泛应用于现代工业生产多个领域，并发挥出显著的作用。单片机的出现，本质上是计算机硬件技术高度发展的成果之一。当计算机的主要元件从晶体管发展到集成电路，集成电路集成度越来越高，伴随这一过程，计算机的体积也就越来越小。当大规模集成电路技术成熟后，单片机也就随之出现。单片机具有体积小，功能强大、价格低廉的优点，环境适应性良好，工作能耗低，技术指标和经济指标优良，是现代工业领域重要的元器件，常用于生产控制环节，对于保障产品质量和生产安全，有着极为重要的作用。单片机温控系统是当前各国都在竞相研发的重要设备，是温控设备领域的主要发展方向。
2 目前常见温度控制技术
2.1 完全依赖于硬件平台的闭环控制系统技术方案
这种控制方法最大的优势是反应迅速，缺点是可靠性欠缺、控制精度不高，结构复杂，使用、管理、维护难度大、成本高，适用范围小。
2.2 FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD技术方案
该技术以FPGA/CPLD技术作为温度数据采集、存储、显示及A/D的手段，而人机交互功能和信号测量分析等功能则由IP核负责实现。该技术具有结构紧凑、数据处理性能强、使用简单的特点，适合进行过程复杂的测量与控制作业，但调试工作难度较大，经济性不好。
2.3 综合使用单片机和高精度温度传感器的技术方案
该方案将人机交互、系统控制、数据分析处理功能交由单片机负责，温度信号采集和转换交由前端温度传感器负责。这种温度测量控制方式有效避免了前两个方案的缺陷和不足，是目前温度控制技术的主流。
3 构建单片机系统框架的方法
3.1 选择单片机技术要点分析
单片机是单片机温控系统中的核心元件，单片机选择的好坏，直接关系到温控系统整体的运行质量安全。在挑选单片机时，要优先选择内存空间大、运行速度快，通用性好，经济效益好的类型。下面以AT89S51作为主控芯片进行讨论。该芯片具有以下性能优势：
（1）指令集和芯片引脚和与Intel公司的8051具有良好的兼容性；（2）集成有4KB的可编程Flash程序存储器和128字节的可随机读写存储器（RAM）；（3）时钟频率范围从0到33兆赫；（4）输入/输出引脚32个，可实现编程，16位定时/计数器2个，数据指针2个；（5）拥有高达6个的中断源和2级优先级；（6）全双工串行通信接口技术性能优异。
3.2 选择传感器技术要点分析
在传感器的选择上，文章选择了DS18B20进行温度数据采集工作，该型号传感器是DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器。DS18B20采用了新型技术，专为与微处理器相配合而设计，广泛应用于工业生产、民生保障和军事国防等领域的温度测控设备及其它功能设备中。具有占用空间小，接口灵活，传输距离远、智能化的特点。
3.3 系统框架配置技术要点分析
温控系统采用模块设计，每个主要功能都对应一个模块，配置更为方便，灵活性更高，具体包括数据采集模块，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。温度数据经由传感器输送到数据采集模块，实现实时采集，然后在传送到单片机进行数据分析处理，并在显示模块上将结果显示出来，使用时可以通过设置模块设置温度，当控制对象的温度比预设温度低时，单片机会想驱动电路发出信号，启动加热系统，同时报警鸣笛，温度超过设定温度时，加热系统停止工作，从而实现对温度的控制。
4 单片机温控系统的基本工作原理
单片机温控系统使用传感器作为温度数据采集元件，温度信号经由传感器转为电压信号在电路中传播。电压信号毫伏级逐步增强到可以满足单片机工作需求的程度，然后经由A/D转换器转换为数字信号。使用专业软件对数字信号进行采样并传送到主机。为避免数字信号中杂波的存在影响数据采集精确度，单片机在采用的过程中同步进行滤波处理。与此同时，信号经过数字滤波后转换到相应标度，再通过IED屏对温度指数进行显示。在这个过程中，还可以将采集到的温度数据与预设温度指标相对比，通常采用PID控制算法确定设定值和实际值间的偏差大小，再以此确定并输出控制量值，控制量值决定了加热系统通导时间和加热功率，以此实现将温度控制在设定值附近波动的目的。
5 单片机温控系统开发与应用
单片机温控系统的开发与应用主要分为硬件平台、配套软件和传感器三个方面。其中，硬件平台是温控系统功能得以实现的基础，主要组成包括单片机、传感器和多路开关机相应附属设备。为了更好的开展工作，还可以根据实际需求，添加键盘、报警装置和显示电路等。软件部分目前主要使用C语言编程。软件采用模块化设计，主程序主要承担温度的实时显示和读取，并依照设计要求对子程序进行调用，协调子程序完成数据对比，输出控制值，等工作。第三个方面是传感器的开发与应用。温控系统性能水平很大程度上取决于温度传感器的灵敏性和测量精度，高品质的传感器不仅测量范围广，而且反应十分迅速，能够将测量对象的温度变化及时反馈给温控系统。目前主要使用热电偶传感器，做好热电偶补偿非常重要。
6 结束语
单片机温控系统在当前工业生产领域应用范围十分广泛，不仅温度测量及时、准确、精度高，而且可以根据预设的程序对目标温度予以有效的控制，从而达到控制生产过程的目的。单片机温控系统性能质量高，成本投入少，性价比高，便于操作，使用灵活，具有很强的可扩展性，应用前景十分广阔，市场潜力巨大。
参考文献
篇6
在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日常生活中，温度检测是十分重要的。在许多模拟量控制和监视应用中，温度测控通常是基于 -40℃～125℃温度范围内的应用，如环境监测、蔬菜大棚、粮库、热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等应用。实时采集温度信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施，对确保设备良好运行具有重要意义。
1 工作原理
首先通过外置温度传感器AD590感知外部温度变化并转化为电流信号；然后将电流信号传输给ADC0804进行AD转换；接着通过单片机完成数据的串并转化，并将数据分别发送到LED和键盘专用IC74 C922，分别显示温度和设定温度下限。当现在温度低于设定温度时，则加热（P2.1）动作，使温度上升，直到现在温度高于或等于设定温度加热器才停止动作。
2 硬件系统
本温度控制系统包括温度传感器及其信号放大电路、温度显示电路、按键路、供电电源电路等部分组成。
2.1 主控模块电路
温度控制系统的主控电路主要由单片机的复位电路、石英振荡电路和下载电路构成。
2.2 温度采集、放大电路
（1）AD590将温度转换成相应的电流值，接口电路再把电流转换成电压，经ADC0804转换成数字信号，然后经AT89S52处理。ADC0804所得的值比设定的温度参考值低，则令电热器加热，否则关掉电热器，使温度能保持在所设定的参考值。（2）调试步骤。第一，先调AD590的可变电阻器，如以0 ℃为参考值则应使其电压输出为2.73 V；如以25 ℃为参考值，则应使其电压输出为2.98 V。第二，调节VR2使0 ℃时，OPA2的输出为0 V，而25 ℃时，OPA2的输出为-0.25 V（反相）。第三，调VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的输出为-0.25 V，则OPA3的输出应为1.25 V。（3）各OPA的功能。OPA1：阻抗匹配；OPA2：减2.73 V（经VR2）并反相；OPA3：放大5倍并反相。
2.3 模数转换模块电路
ADC0804将输入模拟值转换成数字值输出到P0，再由单片机运算处理。如输入3 V，ADC0804的输出应为96H=10010110B，此数字信号AT89S52的P0，再由P0存入AT89S52的累加器，然后累加器再送至P1，使相对应的数码管显示。ADC的参考电压VREF应调整为2.56 V。
2.4 按键模块电路
按键电路实现的功能是设定欲加热温度下限。本电路使用键盘专用IC74C922，以简化软件程序。欲设定温度时，输入“*”，就进入设定模式，显示器显示“00”（设定初值，如已设定过，则显示上一次设定值），开始输入设定温度，设定完成后按“*”，就可回到现在温度显示模式。现在温度低于设定温度，则加热器（P2.1）动作，使温度上升，直到现在温度高于或等于设定温度加热器才停止动作。本电路最高设定温度为109 ℃。
2.5 显示模块电路
本设计采用七段显示译码器74LS47驱动共阳数码管，实现的功能是时时显示传感器采集到的温度值。并在数字键盘设定温度下限时显示设置的温度。显示的最大温度值是99 ℃。
2.6 电源电路
本系统中模拟信号的放大器需要提供+12 V、-12 V两种电压，所以整个电路至少需要三个电源。考虑到模拟信号易受到干扰，在电路的设计中引入了LC振荡电路，起到了稳压和稳流的作用。电路的模拟部分和数字部分分别设计模拟电源和数字电源。另外电路板上还设计了两个地，称其为模拟地和数字地，两个地之间通过一个电感相连，大大增强了系统的抗干扰能力。
3 软件系统分析
3.1 数据运算与代码转换
本电路采集电压信号，首先将ADC08 04转换成数字值，再将此数字值输出到P0。转化过程为：A/D转换十进制运算乘以4显示。
下面解释一下为什么要乘以4。
输出最大转换值为FFH（255）。OPA3为放大5倍，则本电路最大测量温度为：
102 ℃（5.1 V/5=1.02 V）。由255×X=102，知X=0.4，即先乘4再除10，FF255255×41020。则R4=10，R3=20，即在本电路中D2显示个位数2，D1显示十位数0。如OPA3放大10倍，则本电路最大测量温度为：51℃（5.1V/10=0.51V）。由255×X=51，知X=0.2，FF255255×2=510。则R4=05，R5=10，即在本电路中D2显示个位数1，D1显示十位数5。
3.2 数据存储器RAM的设计
30H：现在温度的个位数；33H设定温度的个位数；31H：现在温度的十位数；34H设定温度的十位数。
3.3 中断服务程序
进入中断服务程序以后，执行PUSH PSW和PUSH ACC将程序状态寄存器PSW的内容和累加器A中的数据保存起来，这便是所谓的保护现场.以保护现场和恢复现场时存取关键数据的存储区叫做堆栈。在软件的控制之下，堆栈可在片内RAM中的任一区间设定，而堆栈的数据存取与一般的RAM存取又有区别，对它的操作，要遵循后进先出的原则。
3.4 键盘输入功能与比较指令
系统的另一功能就是实现令加热器动作的最小温度的设定。系统会不间断的检测是否有按“*”键，“*”对应建立的TABLE表的0AH。当检测到有按下时便进入设定模式，读取74C922键盘值至TABLE表取键盘转换码，再通过七段显示器显示此设定值。这样就完成了对下限温度的设定。
4 结语
本文首先指出温度控制对我们的生活产生的深刻影响。通过软、硬件电路的设计，充分利用其的特性，以单片机为核心，实现单片机与显示电路、单片机与键盘相连接，最终实现温度采集和控制的功能。
参考文献
[1] 李广第，朱月秀，冷祖郝，等.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
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随着技术创新与发展，计算机与互联网络的联结所产生的信息技术已经开始引领时代，并使社会各行各业开启了前所未有的变革。反过来，它也更加刺激了各种技术的再生产，或创新研究。当前，单片机在使用的过程中，为了保证产品的性能，需要不断对温度进行合理的控制与管理。研究表明，有效控制单片机的温度不但能加强操作的灵活性，而且能最大程度满足用户的需求。近年来，企业在生产的过程中，引入了单片机温度控制系统，不但解决了生产中的问题，而且大大增加了生产率，为企业带来巨大的经济收益。
1 单片机的基础知识
从单片机的发展历程来看，单片机最早又被称为：微型计算机。其特征是：由RAM、CPU、ROM等多个元件组成。单片机的体积小，方便携带，同时又具有强大的功能。在现代化工业中引入单片机，能够利用外加电源以及晶振的效能，对数字化信息做出处理，从而实现温度的控制，给企业带来更大的收益。同时，单片机还被广泛应用到日常生活中，不但能使劳动环境得到改善，降低了生产风险系数，而且加大了能源的利用度，符合可持续的发展观念。
2 单片机类型的选择以及系统框架结构
2.1 单片机的选型
为了能更好地发挥温度控制系统的作用，选择适合的单片机类型很关键。一般情况下，单片机在选择的过程中，应该符合这几个标准。比如：容量要大、运转效率要高、价格比较低廉、具有普遍适用性。本文采用的主控芯片型号为AT89S5。该款产品的优点主要有这几个方面。第一，在使用的过程中，能实现与Intel公司的8051兼容。第二，可编程序在要求的范围内，可以进行随机读，并进行储存。第三，时钟频率在0～33MHZ的范围之内，完全可以高效工作。第四，可编程输入与输入引脚的数量为32个，16位定时计数器、数据指针的数量均为2个。第五，中断电源的数量为6个，与2级优先级。第六，有双全共串行通信接口，并具有一定的先进性。
2.2 传感器的选择
本文中温度控制系统采用的传感器型号为DA18B20，改传感器由专门的半导体厂家生产，具有微型处理的功能，是比较先进的一款智能温度传感器。它的主要特征是：体积比较小、方便携带，而且数据传输的效率非常高，在远距离的情况也完全可以操作。因此，该传感器被普遍应用在各个领域中，比如军事、工业、企业，以及日常生活等。
2.3 温度控制系统框架
温度控制在营运的过程中，依靠集成模块技术来进行工作，该技术包括多个组成部分。主要有（单片机、采集、温度设置、显示、驱动电路）等模块。集成模块的工作原理是：首先，采集模块实现对数据的有效采集，然后将数据通过单片机模块输出，并对其进行加工、处理。其次，被处理后的数量上传到温度控制系统中，再通过显示模块将数据显示出来。另外，温度设置模块的功能是：在温度控制系统中，利用温度设置模块，可以提前将温度的数值设置好。当被采集的数据被监测出温度有异常时，单片机模块可以自行调节控制，如果温度大于设定的要求时，单片机就会停止加热。如果温度小于设定的要求时，单片机就会打开驱动电路，开始加热。另外，当单片机改变驱动电路时，还会发出强烈的警报声。这样，有利于工作人员及时检查系统状况，帮助系统恢复正常工作。
3 单片机温度控制系统的原理
首先，传感器对信号进行捕捉，并将其转化为电压信号，然后放大倍数，使单片机能够识别到，以便实施控制。当信号完成过滤之后，就会生成标度，使温度可见。其次，在对比实际检测温度的基础上，实行温度的调节和优化，最终将温度控制到最佳状态。最后，单片机在运行的过程中，能够完成温度的实时检测，然后根据实际的要求，对检测的结果做出调节和控制。因此，单品机在工业生产以及日常生活中被广泛应用，不但增加了温度的精准性，而且提高了企业的生产效益。除此之外，单片机在温度控制中，具有良好的安全性与稳定性，不会产生任何风险。最后，在使用单片机的过程中，还应该根据实际需要，不断完善程序，增强单片机的功能，推动它的不断发展。
4 单片机温度控制的措施
4.1 利用纯硬件的闭环控制系统
该方法在使用中，具有速度快的优势特点，同时也存在一定的局限性。比如：控制的精度不高，线路比较复杂，操作不灵活，增加了调试、安装的难度。因此在推广的过程中，遇到了很大的障碍。
4.2 利用FPGA/CPLD，以及有IP内核的FPGACPLD方式
首先，前一种方式能够实现信息的采集，并进行存储，然后显示出来。另外，在IP内核环境下，可以利用交换的方式实现信息的测量、分析。这种方法使系统结构更加合理，并且在能应用与复杂的测量中，容易操作，具有一定的优势。同时，该方法在使用中也存在一定的缺陷。比如：安装、调试困难，而且价格比较昂贵。因此，在温度控制中，也不利于推广。
4.3 在使用单片机的基础上，配合使用高精度温度传感器
单片机在使用过程中，能够完成人机界面作业，对信号进行分析与处理。另外为了补充单片机存在的缺陷，将高精度传感器纳入控制系统，完成对信号的采集、储存、转换等。这种方式能最大程度的发挥系统的优势，提高单片机温度控制的效果，值得推广。
5 单片机的温度控制系统的开发和应用
5.1 硬件电路的开发和应用
硬件电路开发的要求通常是：单片机主机、两路传感器、多路独立控制开关、调节阀门，以及传感器等设备。只要配备齐全上面的硬件后，基本上可以实现预期的效果。通过及时的检测，能够防止生产中出现的温度变化，并及时采取有效的措施，防止给企业带来损失。另外，可以安装一些辅的设备，比如报警器、显示器等，提高系统的服务功能，以便达到运行的最佳状态。
5.2 软件系统的开发和应用
软件系统的开发与应用主要通过C语言编程来实现，增加单片机温度系统的各种功能。在开发与应用的过程中，主要发挥作用的是主模块和主程序。首先，主模块在初始化之后，将温度的检测用数据显示出来，并进行处理、存储等。其次，当检测的温度超出预定范围之后，主程序在受到信号之后，能够对温度进行及时的调节，并与其他子程序通力合作，最终将温度控制在合理的范围内。
5.3 温度检测的开发和应用
在温度检测的开发和应用中，一般采用热电偶传感器来工作。该传感器的特点是：结构简单，价格低廉，测量范围广，准确度高，传输速度快，灵敏度好。当然，热电偶传感器在使用过程中，也存在一定的局限性。比如：一旦电压比较高时，该传感器识别率就会降低，影响检测的准确度。通常解决的办法是：将倍数比较高的电路安装在转换器上，提高电压信号强度，来完成数据的传输。这种办法操作简单，非常方便。
6 结束语
当前，工业、企业、军事，以及在日常生活中，为了有效实行温度的控制，普遍采用了单片机温度控制系统。该系统主要能够实现两方面的功能。一方面，能够加强温度的实时控制和检测，预防各种问题的发生。另一方面，在温度监测的过程中，能够帮助工作人员根据当前的运行状态，对温度作出控制和调节，保证系统的正常运行。另外，单片机结构简单，价格比较低，操作简单，精准度高，而且在使用中非常可靠，不会出现负面影响。实践证明，将单片机应用到工业生产中，通过对温度的有效控制，减少了工作人员的劳动强度，而且使生产率得到了很大的提高。因此，单片机在未来发展中具有更加广阔的市场。
参考文献：
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一、硬件系统设计
系统核心部分是STC89C52单片机，以8051为基核，8K字节Flash Rom存储器，512字节的RAM存储器，自带EEPROM、看门狗，支持ISP，方便程序的下载和调试。
1、单片机的选择。单片机AT89C52是INTEL公司生产的5l系列高性能8位单片机，是数字温度计的核心器件，兼容标准的MCS-51指令系统；而内置的通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元则结合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗优势。AT89C52具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡，需要在XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10到30pf；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2悬空。对于复位电路，AT89C52有两种复位方式，分别是上电复位和按键复位；本设计采用按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使复位变得更加直接和简单。
2、温度测量模块。采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20单总线温度传感器，能够直接传输被测温度，输出数字量，其具有以下特点：单总线接口，可串行通讯；多个DS18B20可共接在一条总线，实现多点测温；不需要任何电路；测量范围-55℃～125℃，固有测温分辨率为0.5℃。DS18B20主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL以及配置寄存器。
3、键盘、显示模块。键盘有编码和非编码两种方式。本系统选用非编码3*4矩阵键盘控制。键盘的抖动可以通过软件去抖动和硬件去抖动来解决。在按键不多的情况下，可以使用硬件去抖动，即加上RS触发器。本系统采用软件去抖动的方法，如果按键较多，常用软件方法消抖，即检测按键按下为低电平时，加一延时（5～10rns），等待下降沿的抖动消失后，再次确认是否为低电平，若是则有按键按下；按键松开时也用同样方法消抖。采用六位LED数码管显示所测温度值，数码管为共阴极七段发光二极管构成。为了节省硬件资源，采用动态显T方式，即使用两个74HC573锁存器控制数码管的位和段，共同接到单片机的PO口。
4、报警及指示灯电路。当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标温度10度或高于10度时蜂鸣器为连续不断的滴答叫声。当单片机输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。
二、主控制电路和测温控制电路设计
主控制电路由AT89C52及元件构成，测温电路由DS18B20、预置数电路和报警电路组成。AT89C52是此硬件电路设计的核心，通过AT89C52管脚P1.3与DS18B20相连，控制温度的读出和显示。预置数电路由4个按键组成，4个按键分别与AT89C52管脚P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相连。报警电路很简单，2个发光二极管分别与AT89C52的P1.0和P1.1管脚相连，若实际测量温度值大于预置温度值，则发光二极管亮，还有一个蜂鸣器与AT89C52的P1.2管脚相连。
三、软件系统设计
根据设计的硬件电路图，进行软件的设计，使用Keil软件编写C51程序。程序的流程如图1所示。
四、结语
本系统经过检测基本上达到了设计的要求，并且系统硬件、软件设计总体较为简单，采用DS18B20传感器能能够实现数字信号的有效传输，并且与AT89C52单片机进行通讯，实现了温度测量的精准。
参 考 文 献
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随着科技发展和工业生产水平不断提高,电加热炉已在化工、冶金、机械等工业控制中得到广泛应用。可是对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象,很难用数学方法建立精确的数学模型,因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点,在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制,可以提高控制质量和自动化水平。
1 单片机炉温控制系统结构
单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。
炉温信号通过温度检测及变送,变成电信号,与温度设定值进行比较,计算温度偏差e和温度的变化率e,再由智能控制算法进行推理,最终得控制量u,可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率,即改变可控硅管的接通时间,使电加热炉输出温度达到理想的设定值。
2 系统硬件设计
2.1 系统硬件结构
以AT89C51单片机为该控制系统的核心,实现对温度的采集、检测和控制。系统采集到的炉内温度信号转换为数字量与炉温数字化后的给定值进行比较,即可得到实际炉温和给定炉温的偏差及温度的变化率。由AT89C51构成的核心控制器按智能控制算法进行推算,得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间,改变电炉的输出功率,起到调温的作用。
2.2 系统硬件的选择
1)控制核心的选择:选择AT89C51单片机构成炉温控制系统,系统工作过程中能有效地保存一些数据信息,不受系统掉电或断电等突况的影响。AT89C51单片机内部有128 B的RAM存储器,不够系统使用,因此,扩展6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。
2)热电偶的选择:在本系统中,采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换, MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器,内部具有信号调节放大器、12位ADC、冷端补偿二极管、模拟开关和数字控制器。测得的环境温度转换成电压量,通过处理热电偶电压和二极管的检测电压,计算出补偿后的热端温度。数字输出是对热电偶测试温度进行补偿后的结果。
3)键盘输入的选择:采用4片BCD拨码盘作为温度设定的输入单元,输入范围为0～9999,可满足本系统的要求。每位BCD码盘占4条线,通过上拉电阻接入8255可编程并行I/O扩展口。
4)显示器的选择:采用字符型LCD(液晶显示器)模块TC1602A,并且它把LCD控制器、ROM和LCD显示器用PCB(印制板)连接到一起,只要向LCD送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示,使用特别方便灵活。第1行显示设定温度,第2行显示实际温度,这样,温差一目了然,方便控制。
3 系统软件设计
本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化,实现参数输入,并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。主程序如图2所示。子程序主要有采样子程序、控制算法子程序、显示子程序等,其中控制算法子程序是控制器中最重要的一部分,它的原理将在第4节介绍。 (如图2)
4 智能控制算法
所谓智能控制算法就是PID算法,模糊自整定PID算法程序的总流程为:首先模糊整定,然后根据误差和误差变化率对PID的3个参数进行在线调整,把经过模糊调整后的PID参数作为最终的控制参数进行PID控制。温度误差e和温度误差变化率e的最坏情况值均取为100℃,在此建立的温度误差e和温度误差变化率e的基本论域,数字量化确定e(k)的论域区间为[-128,128]。这样就必须对温度误差e和温度误差变化率e超过100°C.变换后的e和e其动态范围限幅压缩,这样就可以使温度误差和温度误差变化率e在整个测控温度变化范围[0℃,1112°C]内,控制量都可以起到作用。
5 结束语
本系统以单片机AT89C51为核心,它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点。控制器采用新型的智能控制算法,冈而系统升温快,控温精度高,稳态误差可达±5℃以内,满足系统要求。采用了K型热电偶信号处理集成芯片MAX6675,改变了传统测温电路复杂、程序复杂、精度低等问题整个系统操作简便,抗干扰能力强、运行可靠。
参考文献:
[1] 刘雪雪,赵良法. 单片机原理及实践.北京:高等教育出版社,2006.
[2] 张毅刚,彭喜源,谭晓昀,曲春波. MCS―51系列单片机应用系统设计.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2003.
[3] 王延平.计算机高精度控温系统的研究与开发[J].微计算机信息,,2006,6-1:33-34。
[4] 刘洪恩.利用热电偶转换器的单片机温度测控系统[J].仪表技术,2005,2:29-30。
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Key words:AT89S51; Single Chip Microcomputer; Temperature control; PID control; Control accuracy
中图分类号：P184.5+3 文献标识码：A 文章编号：
引言
在PCD复合片钎焊过程中广泛使用着各种保温电阻炉，其温度控制精度直接影响到PCD刀具的质量。目前，国内有不少中小PCD刀具生产厂家使用的保温炉控制系统仍沿用上世纪80年代末至90年代初生产的温度控制仪表。这些传统自动控制仪表多采用热电偶加时间继电器、电位器的间断控制模式，其控制精度低、稳定性差、超调量大，导致生产的PCD刀具质量不稳定，不能满足PCD复合片焊后保温工艺要求。而利用单片机对保温炉的温度控制进行改造后的系统则具有温控精度高、稳定性好、成本低以及简单灵活等诸多优点，能够较好的满足生产要求。本文就国产SDG-4-9型电阻保温炉改造后的温度控制系统，简单介绍AT89S51单片机温度控制的设计原理。
1 系统组成与工作原理
改造后的保温炉控制系统原理如图1所示。单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，送到单片机进行判断和运算，得到应有的控制量，以控制加热功率
使电阻炉的实际温度向着给定温度变化并最终达到给定温度，从而实现对温度的控制。
图1 温控系统原理图Fig.1 The principle of temperature control system
2 硬件电路设计
本系统硬件部分主要由AT89S51单片机、温度检测电路、温度控制电路以及8155、6116、AD574与单片机的接口电路组成。
2.1AT89S51单片机
图1中AT89S51为主控制器件。AT89S51是ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含有4KB的EPROM和128字节的RAM，并含有看门狗定时器WDT。因此，既不需扩展外部ROM又可有效防止软件“跑飞”。作为本系统的CPU，AT89S51主要是根据读取的采样值计算出相应的控制输出量，并将该控制量输出去以控制保温炉温度。AT89S51还负责按键处理、数码管显示等工作。
2.2温度检测电路
根据PCD复合片焊后保温工艺要求，选用带有温度变送器的一体化铠装式K型热电偶作为炉温检测元件，其测温范围为0～600℃。热电偶所带温度变送模块直接安装在热电偶的接线盒内，其内含调零、冷端补偿和线性放大等电路，能将热电偶输出的电压信号转变成与所测温度成线性的4～20mA输出信号。由于采用二线制电流方式传送信号，所以不会受到传输线的压降、接触电势以及电压噪声等因素的影响，因此具有很强的抗电磁干扰能力。
一体化热电偶输出的电流信号经过I/V变换电路转换成0～10V电压信号，送到A/D转换器的模拟信号输入端。I/V变换电路主要由运放LM124构成，具体电路如图2所示。
图2 I/V变换电路Fig.2 I/V transform circuit
2.3温度控制电路
保温炉的温度控制是通过调节其输入电功率来实现的。本系统采用可控硅调功方式，并通过 MOC3061光耦过零触发驱动器实现对双向可控硅的过零触发[1]。MOC3061内部含有过零检测电路，在P1.4控制电压作用下，完成双向可控硅的触发导通。双向可控硅串接在50Hz交流电源和加热电阻丝中，通过改变给定周期内可控硅的接通时间，就能改变加热功率，从而实现温度调节的目的。单片机 P1.4口输出能控制可控硅通断时间的脉冲信号。P1.4=1时，关断可控硅；P1.4=0时，开启可控硅。
2.4外部接口电路
AT89S51外部接口电路主要有键盘/显示接口、外部数据存储器以及A/D转换器AD574等。
为处理因突发事件剧增的数据，外部设有2KB的数据存储器RAM6116，P2.3与其CE相连作为片选信号，P3.7和P3.6分别与OE和WE相连，作为读写信号，6116地址为：9000H～97FFH。
8155作为键盘/LED显示接口，当 P2.4=0，P2.5=0时选中它内部RAM工作；当 P2.4=0，P2.5=1时选中它的3个I/O端口工作，其地址分配为A口：A801H；B口：A802H；C口：A803H。8155外接4位LED显示器及16键小键盘。为减少硬件开销和提高系统可靠性，LED采用动态扫描显示，A口作为段选口，C口作为位选口。键盘接口电路中从C口输出作为行线，从B口输入作为列线，键盘工作采用行扫描法。键盘上设有0～9 10个数字键，6个功能键，以便于在线修改各项参数并且设置多个运行控制命令。
AD574将I/V电路输出的0～+10V范围的模拟电压信号转变成数字信号。AD574的12位数据分两次输出，P0.7～P0.0与其DB11～DB4相连，P0.7～P0.4与DB3～DB0相连。当P2.7=0，P3.6=0，P0.0=0， P0.1=0时CE=1，CS=0，R/C=0，A0=0，AT89S51启动A/D转换；当P2.7=0，P3.7=0，P0.0=1，P0.1=0时 R/C=1，A0=0，AT89S51读取经AD574转换后的高八位数字量，P0.1=1时A0=1，读取低四位。其地址分配为启动转换：7FFC；读转换高八位结果：7FFD；读转换低四位结果：7FFF。
3 控制策略
本系统采用工业上常用的PID控制法。所谓PID控制，就是按设定值与实测值之间偏差的比例、偏差的积累和偏差变化的趋势进行控制。在模拟系统中，PID算法的表达式为：
（1）
式中：为控制量；为偏差值，它等于给定量与实测量之差；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
由于计算机只能处理数字信号，将式（1）离散化可得[2]：
（2）
上式即为位置式PID控制算法的表达式。其中，；；=++；=+；=。
（2）式中比例系数、积分系数和微分系数的选择取决于保温炉的阶跃响应特性和实际经验，工程上已经积累了不少行之有效的参数整定方法。例如，按归一化参数整定法进行整定[3]，即令采样周期= 0.1；= 0.5；= 0.125，其中为纯比例作用下的临界振荡周期，则有：= 0.2，= 1.25。从而可调整的参数只有一个，通过键盘输入反复调试值，可以得到满意的控制效果。本系统采用归一化整定法对相关参数进行整定，经反复调试，可取 = 3.8，采样周期= 5。
4 软件设计
4.1主程序设计
主程序流程如图3所示。主程序主要完成： T0初始化，参数输入，温度采样，PID计算与温度显示等。
图3 主程序流程图图4 T0中断服务程序框图
Fig.3 The flow chart of main program Fig.4 The flow chart of T0 interruption serve program
4.2T0中断服务程序
T0用于产生采样周期和可控硅通断周期，程序流程如图4所示。
4.3主要子程序
主程序中涉及的子程序主要有温度采样子程序、数字滤波子程序、PID计算子程序以及温度标度转换子程序等。
4.3.1温度采样子程序
采用单片机高级语言C51编写的AD574采样子程序如下所示：
int ad574(void)
{
int caiyang1=0, caiyang2=0;
XBYTE[7FFC]=0x0000; /* 启动A/D转换 */
while(P1.5= =1); /* 查询转换是否完成 */
caiyang1=XBYTE[7FFD] ; /* 读转换结果高八位 */
caiyang2=XBYTE[7FFF] ; /* 读转换结果低四位 */
caiyang1=(caiyang14) ; /* 调整、拼装成12位采样值*/
return(caiyang1) ;/* 返回采样值 */
}
4.3.2数字滤波子程序
所谓数字滤波，就是通过程序计算或判断以减少干扰在有用信号中的比重，用于滤去来自控制现场对采样值的干扰。本系统采用的是去极值平均滤波法[4]，即连续4次采样后累加求和，同时找出其中的最大值和最小值，再从其中减去最大值和最小值，最后对剩下的2个数据求平均，作为有效采样值。由于所测温度为慢变参数，所以采取一边采样一边处理的方法，这样可以节省数据存储区。滤波子程序框图如图5所示。
图5 数字滤波子程序框图 图6 PID子程序框图
Fig.5 The flow chat of digital filter sub-program Fig.6 The flow chart of PID sub-program
4.3.3PID计算子程序
PID计算采用位置式算法，其程序框图如图6所示。
4.3.4温度标度转换子程序
该程序的目的是要把实际采样的二进制值转换成BCD码形式的温度值，然后存放到显示缓冲区，供显示子程序调用。
对于一般线性仪表，标度转换公式为[5]：
（3）
式中：为参数测量值；为测量范围最大值；为测量范围最小值；为对应的A/D转换值；为对应的A/D转换值；为测量值对应的A/D转换值。本系统中，=0℃，=600℃，=0，=4095，故有：
（4）
根据上述表达式，即可编写出温度标度转换子程序。
5 结论
（1）用该系统对SDG-4-9型保温炉进行温度控制，运行结果表明，在温控范围为0～600℃时，系统最大超调量小于5℃，稳态误差不超过±1℃，因而系统具有精度高、稳定性好等特点。经该系统保温处理后的PCD刀具质量稳定，满足生产要求。
（2）在现场使用过程中，系统较快达到了设定温度值，显著缩短了工艺时间，从而提高了生产效率和设备利用率，节约了能源。
作者简介：朱朋飞(1983-)，男，湖北天门人，大连理工大学机械工程学院硕士研究生，研究方向为机械制造及自动化。
导师：李
参考文献
王岫光，王晓军，李晨忱．在单片机控制系统中实现晶闸管的过零控制[J]．仪表技术与传感器，2001，12(7):25-27.
杨树兴，李擎，苏中，等．计算机控制系统―理论、技术与应用[M]．北京：机械工业出版社，2006：63-64.
篇11
电阻炉在当前被广泛的应用在各种工矿企业、科研机构等场合，是利用元素分析作为主要手段。在各个企业工作中用来测定钢件淬火、退火回火加热处理之中，在应用中单片机体积小、价格低廉、功耗低和控制能力强受到广泛的关注，已成为当前电阻炉温度控制领域的核心器件。然而目前来说，大多数的电阻炉温度控制系统都是采用单片机器件和CPU处理器的能力不够问题分析，对造成的各种瓶颈现象进行认真分析和认识。为解决“瓶颈”问题，同时在应用的时候又兼顾到经济性原则，通过设计低端双单片机结构的电阻温度控制系统，并且采用信息处理和采集措施等优势分析，制定出合理的设计防范。
1、控制系统设计方案
在双单片机的电阻炉温度控制系统设计中是采用两个ATME1公司生产的单片机作为实施控制系统和方式，通过完成人工对话和辅助计算功能针对其中双击数据交换瞪。一般设计的过程中要注重三个方式：
1)采用串行总线，这种方法硬件简单但传输速度比较慢；
2)采用并行总线，其速度较高但考虑到两个CPU时钟同步问题因而硬件比较复杂；
3)采用存储器方式，其传输速度比较快且对时钟同步性要求也不很严格。在此，本着提高性能与降低成本相结合的设计原则，采用第3种方式即由双端口RAM承担双机信息的互换。
2、控制系统硬件设计
系统硬件电路由3部分组成：
1)实时控制模块；
2)人机交互模块；
3)双机通讯模块。
2.1实时控制模块
该模块以单片机U1为控制核心，可以分为温度检测电路和输出控制电路两部分为温度检测电路。热电偶将温度转换为0—41.32mv电压输出，经毫伏变送器转换成4—电流，再经过电流／电压转换成0—5V电压信号，由ADC0809转换为8位的数字量送到单片机U1的P口。单片机U1的P1.0引脚输出控制信号，经过零触发电路去控制双向晶闸管，通过改变双向晶闸管的导通时间来改变加热功率，达到调节温度的目的。当P1.0=-1时，双向闸管导通，P1.0=0时则截止：可控硅在给定周期的100％时间内接通时的功率最大，这时加热温度最高。
2.2人机交互模块
人机交互模块由，由四个独立的发光二极管(作为电源指示灯、PID正常运行指示灯、上限报警指示灯和下限报警指示灯)显示电路和两个4位7段数码管动态显示电路以及四个独立按键电路和一个复位按键电路共同组成。
2.3双机通讯模块
以双端口静态存储器芯片DS1609作为两单片机的数据交换器，基本原理为：需要送出数据的一方先把数据送入DS1609中，然后接收数据的一方对DS1609中的同一地址进行读取，完成数据交换。
3、控制系统软件设计
在单机片系统设计中的软件主要包括程序连接系统U1，其中主要包括负责主程序的初始化系统以及与单机片U2进行连接。T0及T1中服务程序(T0中断服务程序进行采样、滤波、标度转换、越限处理、控制显示温度；T1中断服务程序主要控制双向可控硅的通断)、采样子程序(ADC0809以查询方式对IN0通道采样4次)、字滤波子程序(采用防脉冲干扰平均值法滤波对4次采样值处理得平均值，以备PID运算和温度标度转换使用)、标度转换子程序(参数经A／D转换后得到的数码值仅对应于参数的大小并不等于原来带有量纲的参数值，故必须把它转换成带有量纲的数值以便显示)、PID运算子程序(控制原理是先求出实测温度对所需温度的偏差值，对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻炉的加热功率)及其它子程序(如为进行采样值数码显示而加入二至十进制转换子程序和压缩BCD码变成单字节BCD码子程序；为求取PID运算而加入将键盘设定值进行十至二进制转换的子程序等)。单片机U2的软件主要包括键盘监控程序和显
示输出程序。
1)键盘监控程序设计。本系统功能较为复杂，考虑到如果采用一键一义监控会由于按钮过多，致使成本增加且面板难以布置用户操作也不方便，因而本设计采用一键多义的键盘监控程序。具体是：采用状态顺序编码设计状态图，构造两张表(即状态表和索引表)，监控程序根据现态码和键码查表一方面可找到任务模块wORK0～WORK15中相应的某一项予以执行发出运行命令，另一方面可用于下次判断处理所需的次态NEXT项。2)显示输出程序设计。显示输出程序包括初始化、通过DS1609获取单片机U1数据、控制设定温度值显示和当前温度值显示。本系统程序众多，由于篇幅所限具体程序流程图及源代码从略。
4、硬件设计
本系统采用的K型热电偶，其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需电路、I/O接线简单、精度高、成本低。
当P2.5为低电平且P2.4口产生时钟脉冲时，MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿输出一个数据，16个脉冲信号完成一串完整的数据输出，先输出高电位D15，最后输出的是低电位D0，D14-D3为相应的温度转换数据。当P2.5为高电平时，MAX6675开始进行新的温度转换。在应用MAX6675时，应该注意将其布置在远离其它I/O芯片的地方，以降低电源噪声的影响；MAX6675的T-端必须接地，而且和该芯片的电源地都是模拟地，不要和数字地混淆而影响芯片读数的准确性。
4、控制系统仿真调试
4.1程序仿真调试
采用Kei1软件进行程序仿真调试。程序首先通过汇编及语法错误检查，然后在仿真CPU中进行调试直至正确，则可保存其生成的目标文件(HEX文件)供单片机使用。
4.2硬件仿真调试
篇12
设计温室大棚温度控制系统的目的就是能够相对恒定的控制温室内部的环境，对于对环境要求比较高的植物来说，更能避免因人为因素而造成生产损失。利用温室大棚栽培蔬菜可以促进其早熟和丰富其产量，延长蔬菜的供应期，温室大棚测控系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过对监测数据的分析，结合作物生长规律，控制环境条件，使作物在不适宜生长的反季节中，可获得比室外生长更优的环境条件，从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。本设计最大的特点是采用无线传输技术，无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、小型无线网络等领域。并且能够不需要留在现场也能监测到大棚的温度情况。无线图像其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线传输方式，建立被监控点和监控中心之间的连接。
2 设计方案
系统的总体设计分为硬件和软件设计两方面，首先确定系统实现的功能，然后对硬件、软件分别进行规划，完成这些准备工作之后，就可以开始制作硬件电路，编写程序，在模块化调试结束后，进行软硬件联调，针对出现的问题对软硬件进行相应的修改，直到调试成功为止。在上位机中，利用C++ Builder编程，让电脑和单片机正常地进行数据传输，同时上位机界面显示大棚的温度。在本设计中，在无线接收端采用1602液晶（16引脚带背光接口）进行显示。整个无线监测系统主要分为三部分：即温度检测、无线传输和PC机对温度的监测环节。大棚温度无线测控系统的信息流如图1所示。
3 系统仿真
把发射板的TXD和接收板的RXD相连，分别把发射程序和接收程序下载到芯片中，测试接收板的液晶能否显示正确的温度，图2为仿真电路图。
4 结论
本文描述一个用于监控一个温室的物理变量（像温度，相对湿度，发光度和等等其他）的系统。该系统具有良好的可靠性和经济性，能够实现对温室大棚温度的准确测量和控制，在实际应用中有一定价值。在不同的系统模块中运用串级连接用于通讯是非常方便的，因为它提供一个更好的安全性，由于它只能被发送和接受相应串级类“Pa”的相应对象。但是不足的是，设计还是存在一些局限性的，主要是体现在无线模块上。像传输距离上最多只能达到200m左右；传输速度也达不到高速；实时是指信号的输入、运算和输出都要在一定的时间内完成，并根据生产过程状况及现场情况变化及时进行处理。而实时系统指在事件或数据产生的同时，能够在规定的时间内给予响应，以足够快的速度处理，及时地将处理结果送往目的地的一种处理系统。本系统的实时性是属于硬实时性的，如果大棚温度发生异常变化，而不及时采取措施的话，农作物会受到严重的影响，甚至死亡。但是，它的硬实时性并不是像航天应用中要求的那么高。例如在冬天夜间，如果大棚的保温被被风吹倒了，大棚的温度会下降，这时系统就会向控制者发出警告，但是它不会下降地很快，这样控制者就会有足够的时间去大棚把保温被盖好，这样农作物就不会被冻坏。
参考文献
[1] 张友德. 单片微型机原理、应用与实验[M].上海： 复旦大学出版社 ，2005.
[2] 袁任光. 电动机控制电路选用与258实例[M].北京： 机械工业出版社，2005.
[3] 王秀和. 永磁电机[M].北京： 中国电力出版社， 2007.
[4] 房玉明， 杭柏林. 基于单片机的步进电机开环控制系统[J].电机与控制应用， 2006， 33（4）： 64-64.
[5] 孙笑辉，韩曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法[J].电气传动，2001， 11（1）： 8-11.
[6] 李夙. 异步电动机直接转矩控制[M].北京：机械工业出版社， 1998.
作者简介
篇13
0 前言
恒温水箱的核心因素为将水箱内的水温按要求控制在一定的温度范围内。水温过高或者过低都将产生不良的影响。为了实现对恒温水箱的水温进行准确、实时的控制，本文提出了基于AVR单片机控制的恒温水箱温度控制系统设计的研究。利用ATmage48单片机作为中央处理，获取温度传感器采集到的温度数据，然后启动神经网络改进的PID算法，利用采集到的温度数据以及设定的温度参数进行计算得出调控量，最后中央处理器再根据调控量对执行部件进行控制，从而实现对恒温水箱内水温的调控。
1 恒温水箱温度控制系统原理及设计
恒温水箱温度控制系统首先通过温度传感器对水温不断的进行实时采集，并将采集的水温信经过信号调理后送入中央控制器，接着中央控制器利用控制算法，根据设定温度参数以及采集温度信号计算出调控量，最后中央处理器根据调控量对执行部件进行调控，执行部件根据调控信号对加热器和制冷器进行相应的控制，从而实现对恒温水箱温度的调节。由此，本文对恒温水箱温度控制系统进行了整体设计，温度控制系统的整体设计示意图如图1所示。
2 温度控制系统硬件电路原理及设计
通过从恒温水箱温度控制系统原理的分析可知，硬件电路主要由四个部分组成，分别是人机交互部分、中央控制部分、实时温度监测部分、执行部件控制部分。温度控制的硬件电路如图2所示。
从温度控制系统硬件电路设计图图2可见，液晶触摸屏和警报电路组成了人机交互部分。在此，采用了迪文科技的DMT80480C070_15WT型7寸液晶触摸屏作为人机交互界面实现的平台，该液晶触摸屏具有可视角度宽、分辨率高以及功耗低的特点，能够满足恒温水箱温度控制系统的要求。同时还采用了喇叭和LED组成了警报电路。本文采用了ATmega48单片机作为中央处理器，该单片机具有高精度、速度快以及稳定性好等特点，能够适应恒温水箱中对水温进行控制的要求。执行部件控制部分主要为可控硅的控制电路，中央控制器通过对可控硅的开度进行调控，从而控制流经加热器或者制冷器的电信号从而实现对水温进行控制。
3 温度控制系统软件系统设计
温度控制系统软件系统的核心为控制算法的设计，本文将采用神经网络改进的PID算法作为本文的控制算法。PID算法具有原理简单、容易实现等特点，因此颇受人们喜爱。当用表示比例系数，表示积分系数，表示微分系数时。由于PID算法中的、、三个参数对经验依赖性较大，导致PID的自适应性能不佳，使得控制精度以及算法鲁棒性不理想。对此，本文采用神经网络算法对这三个参数进行修订，以形成自适应性能较强的神经网络改进PID算法，以使得控制算法具有较好的控制精度以及鲁棒性能。
神经网络算法具有将强的学习功能，在此将利用神经网络算法对、、三个参数进行修订。当神经网络中对应、、的学习效率表示为、、时，神经网络对、、的修订过程为：
（1）
（2）
（3）
其中，为输入量，为雅克比行列式。通过神经网络算法修
订后的PID算法具有较强的自适应性能，有助于提高恒温水箱的水温控制精度。
4 结论
本文利用ATmega48单片机作为中央控制器，联合神经网络改进的PID算法设计了恒温水箱温度控制系统，该系统能对水箱内的水温进行实时的监测，并根据监测结果对水温进行调节，使得恒温水箱内的水温始终能保持在预定的温度范围内。
