熊浚儒 何文孝
摘 在详细分析单片机应用于温度控制系统的功能及其工作原理后，提出了合理的应用方法，使单片机可以应用于温度控制系统。同时，结合传感器理论分析，研究了单片机的实际应用，给出了系统的整体框架，研究了温度控制系统实际应用的有效性，并详细介绍了基于单片机温度控制系统的设计方案和软硬件实现方案。
关键词：软硬件 传感器 温控 应用 检测 单片机
中图分类号：TP273 文献标识码：A 1672-3791(2019)04(c)-0016-03
Abstract： After analyzing the application of single-chip microcomputer in the temperature control system and its working principle in detail，this paper make a point of an application method which makes it possible to use single-chip microcomputer in temperature control system .We combined the sensor theory and the practical application of single-chip microcomputer organically， then the overall frame of the system is given. This paper studies the effectiveness of the actual application of the temperature control system and describes in detail the design scheme and the realization scheme of the hardware and software based on the single chip microcomputer temperature control system.
Key Words： Software and hardware; Sensor; Temperature control; Application; Detection; Single chip microcomputer
科技的发展日新月异，科技的进步不仅促进了社会的进步，也促进了测量技术的发展。随着航天、医学、生物学等领域的发展和进步，社会生产对温度测量控制的精度和范围要求越来越高。其中，由于单片机设备具有反应灵敏、精度高、工作环境适应性强、能量转换效率高的特点，基于单片机的温度控制系统在温度控制领域尤为突出。以单片机为温度控制系统制系统的核心，以温度传感器为检测基础，能有效提高温度控制系统的性能和效率。该系统的可靠性能能够保证实时温度，确保达到高效持续生产的目的。
1 基于单片机温度控制系统的功能和工作流程
1.1 基于单片机温度控制系统的功能
基于单片机温度控制系统，单片机完成信号测量分析、界面显示、设备控制等功能。在进一步细分控制功能时，可以发现参与者和参与部件在每个功能模块中都有不同的功能，其中前端温度传感器完成信号的采集和转换，预设标准温度的上下限作为温度控制系统自动调节的标准，以确保生产所需的标准条件。
1.2 基于单片机温度控制系统的工作流程
温度控制系统的反应过程主要包括以下三个部分：
实际温度测量：温度信息通过传感器分析转换为电压信号，传感器内部自我调节，放大电压信号，并控制在处理范围内。同时，信号通过数字过滤逐渐转换为数字信号，以显示温度值。
比较：实际检测温度值与预设标准温度的比较。
温度调节：通过输出控制值优化导通时间和加热功率，调节温度环境。
如图1所示。
2 总体设计系统
在日常生产中，温度控制系统的主要要求是保证温度在一定范围内变化，不冲击，保持良好运行，其中需要保证系统中数据交互的快速性。基于单片机的温度控制系统的设计过程和实现方案可以概括为：温度传感器采集场景的实际温度，并将其转换为模拟信号(analog signal)，经Low-pass filter过滤传输过程中存在的干扰信号，然后放大器将信号放大到模/数转换器，将转换成功的数字信号输入单片机，单片机通过对继电器的控制来对加热设备和排风设备进行控制，使温度始终在预置的温度控制范围之内。
系统主要包括单片机控制设备、温度采集模块、温度设置和存储模块、数据显示模块和驱动电路模块五个部分。系统的整体框架如图2所示。
3 软硬件实现方案
3.1 开发和设计硬件电路
在硬件电路设计中，单片机被视为整个系统控制设备的主机，必须与电路板、部件、集成温度检测和控制电路有效结合。调节阀与相应的转换器等操作设备相结合，形成温度控制电路，可有效实现温度检测和调节，也可轻松实现场景环境温度自动控制的目的。键盘、显示应用、报警系统等设备也可以根据内外环境对温度的不同需求自行添加。
3.2 软件程序设计与应用
计算机语言是操作系统的核心交流媒介，其中C语言主要用于编写桌面平台软件，C51语言在单片机平台上运行。在开发过程中，主程序被模块化，每个模块都被编程语言串联起来并移植LCD显示驱动。
主程序的主要功能包括程序检测温度、实时显示、读取、处理等。
具体功能实现包括以下几个。
(1)控制芯片通过温度传感器监测当前温度值，并调用各子程序有效配置软件，实现性能优化。
（2）系统比较各时段的测试结果，并自动调整和控制比较结果。如果实际测量温度与预置温度有一定程度的偏差，系统将根据具体情况采取不同的措施来调整偏差，以达到预期的目的。
主程序将调用以下五个子程序。
LCD显示程序：实时显示温度等数据。
温度采集程序：读取传感器采集的现场温度，并输入指定数组。
按键监控处理程序：实现预置数据、监控数据、处理数据时的按键识别，完成按键输入等相关操作。
温度越界判断程序：将实时温度与预置温度限值进行比较。如果温度越界，当温度控制系统打开时，启动相应的设备，实现加热和制冷效果。
外部存储器读取程序：存储和调用预设温度标准。
4 Proteus仿真
Proteus设计平台集成了电路仿真，PCB软件，如设计和虚拟模型仿真。与其他单片机模拟工具相比，其突出的优点是，除了模拟单片机中央处理器的工作情况外，还可以最大限度地模拟和恢复外围元件之间所需的硬件电路，甚至单独模拟无单片机环境下的电路情况。利用Proteus该软件模拟了温度控制系统的设备和电路。Proteus仿真如图3。
5 结语
目前，基于单片机的温度控制系统研究是温度控制领域的一个相对成熟的方向，广泛应用于实际生产和生活中。其应用不仅可以实现温度的准确测量和实时温度的监测，还可以提前设置温度的上下限值来调整系统的输出。同时，系统本身具有设计简单、性能稳定、可靠性高、移植性强的特点，可以大大降低生产成本，具有一定的工程价值。
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