发布时间：2023-03-15 15:04:30
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的单片机温度控制系统样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
科技的进步为企业的生产带来了单片机技术，单片机的温度控制系统能够为企业的生产活动提供合适的温度，提高了生产效率，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。目前，单片机的温度控制系统主要应用于金属冶炼、化工生产、食品加工和机械制造等工业活动中，此系统能够对冶炼金属所使用的加热炉，化工生产所需要的反应炉和热处理炉等生产器具进行温度控制，为产品生产提供合适的温度，从而提高产品的品质和产量，为人民群众提供丰富的资源来从事生产和生活，提高人们的生活说平，促进国家经济的快速发展。本文主要对单片机的温度控制系统的功能和工作原理进行介绍，并分析系统的软硬件电路设计时的相关要求，进而为系统的设计人员提供科学合理的方法来进行系统设计，从而提高设计效率。
一、单片机的温度控制系统的功能及工作原理
（一）单片机的温度控制系统的功能。从单片机的温度控制系统的名称上来看，此系统的功能就是对产品生产过程进行温度控制，这就是单片机最主要的目的。将控制功能进一步细分，我们可以知道，单片机的温度控制系统可以对温度进行检测，然后将检测的数据以十进制的数码提供给监控人员，单片机温度控制系统的操作人员在进行系统设置的时候，可以将温度控制在一定的范围内以适应不同的温度控制系统的应用场所，一旦温度超过预设的温度范围，系统就会自动将温度调节到温度范围内，以此来保证产品生产所需的温度，实现产品生产的继续进行，促进企业的快速发展和国家经济的进步。
近几年来，随着科技和经济的快速进步，人们对产品提出了新的要求，为了满足人们对产品的需求，企业必须使用测控精度较高的温度控制系统，并且还要使用稳定性较好的系统来确保生产产品所需的最是温度，从而确保生产的持续进行。
（二）单片机的温度控制系统拥有控制温度功能的原因。单片机的温度控制系统要想拥有控制温度的作用，就必须依靠系统的硬件电路和软件电路，只有两者协同合作，才能对温度进行检测，并为温度检测系统提供合适的温度范围，为产品生产提供适宜的温度，从而促进产品生产的数量和质量，改善人们的生活，为生产建设部门提供优质的产品，促进建筑行业和生产行业的发展。
二、单片机温度控制系统的硬件要求
（一）温度控制系统中单片机的选取。设计人员在设计单片机温度控制系统的时候，必须按照系统使用者的需求选取科技含量较高，应用效果较好的单片机，从而对整个系统进行连续系统的控制，确保温度控制系统的持续运转，为产品生产提供适宜的温度，促进生产企业的快速发展。
（二）检测温度的电路对硬件的要求。检测温度的电路中需要的硬件有热电偶、放大镜和信号转换器。热电偶在系统中能够将变化的温度信息转换成与信息变化相一致的电信号，此种电信号在输出的时候比较微弱，所以就要利用放大器来将微弱的电信号放大，由于放大后的数据属于模拟信号，无法顺利地输入到计算机内，就需要使用信号转换器来将模拟信号转换成数字信号，从而为监测人员提供监测数据。
（三）控制温度的电路对硬件的要求。在控制温度的电路中只需要使用一个控制温度的电路元件，检测人员通过该元件可以对温度进行设定，一旦产品生产过程中的温度超过设定的最高温度，该元件就能利用半导体的制冷功能来降低产品生产的温度，当产品生产过程中的温度低于设定的最低温度，元件就能够通过半导体的加热功能来升高产品生产的温度。
（四）人机对话电路对硬件的要求。人机对话电路使用的硬件主要有显示器、键盘。单片机的温度控制系统中的显示器是由一些发光二极管组成的，当显示器接收到的字符的时候，一些发光二极管就会发生不同变化，因而就会在屏幕上显示出不同的亮光，为检测人员提供相关的信息。键盘作为输入设备，能够实现人机对话，还能够对系统设置进行更改，从而为产品生产提供合适的温度。
三、单片机温度控制系统软件设计的步骤
（一）温度控制系统中监控程序的设计。设计人员在设计监控程序的时候，要正确处理系统的调度问题，这就要求设计人员根据环境的相关变化来选取合适的调度方法，从而帮助单片机的温度控制系统快速地实现系统的任务。
（二）系统中断与子程序调用的设计。要对程序进行初始化处理，然后将脉冲方式的中断信号输向外部中断源，将中断源进行中断，再进行相关地址的更改，促进信号转换硬件的顺利使用。经过一系列的信号转换，将最终的数字信号储存在缓冲区域内。
四、系统调试
（一）利用开发装置来进行系统检测。单机片的温度控制系统的设计人员在系统开发装置上完成系统设计之后，就可以在开发装置上来对系统进行检测，主要方法是在开发装置上连入仿真器，在应用系统的时候，就会出现一系列的程序代码，如果运行出错，就找到处错误的代码进行更改，提高系统的稳定性。
（二）对系统进行连调处理。在对系统进行连调处理的时候，可以采用自底向上或自顶向下的方法来实现系统的联调，根据联调得到的信息进行方案更改，最终达到优化系统的目的。
（三）将程序固化到芯片内部。设计人员要将完成设计和调试的程序固化到芯片内部，从而保护程序的安全性，保护设计人员的知识产权。
五、结束语
单片机的温度控制系统在经济的发展方面上发挥着越来越重要的作用，为了与经济的发展性适应，企业在产品生产过程中必须使用单片机的温度控制系统，才能够加快产品的生产速度，提高产品的品质，因此要求设计人员必须根据企业产品生产的需要设计单片机的温度控制系统，为企业的发展做贡献，促进国家经济的快速发展。
参考文献：
关键词 温控系统；单片机；应用
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0061-01
1 单片机简介
单片机，又称微控制器，指一套完整的计算机系统集成在一个芯片上，主要包含有CPU、内存、大部分具有外存、内部和外部总线系统。单片机因其具有集成密度高、通用性能优、功能性强等特性，以及外型体积小、单位重量低、能量损耗少、准确性高、抗外界干扰能力强和便携式使用等优异特点，被广泛用于智能控温系统的核心组件。
单片机最早产生于工业化控制行业，由仅含CPU的芯片作为专业处理器发展而来的。早期单片机基本是4位和8位的，发展最为成功的是INTEL和8031，后期8031发展为MCS51系列单片机系统，因其具有简易、准确性高和优越性能等特点，一直被沿用至今。随科技不断进步和工业化大发展，16位单片机应运而生，但由于性价低，后快速被32位单片机替代。当今，单片机系统的开发和应用不再局限于裸机领域，而是作为嵌入式设备应用到操作系统中。单片机在电子产品中的应用愈来愈广泛，特别是温度检测和控制领域。
2 单片机基本结构
单片机的基本组成有中央处理器（CPU，包括运算器和控制器）、只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM，又称随机存储器）、输入/输出端口（I/O口，或并行口/串行口）等组成[1]。为使单片机能够有节奏的进行运算和控制时，单片机内常常包含一个时钟电路。此外，当单片机控制对象参数到达一个需要加以干预的状态时，其内部含有的“中断系统”指导着CPU根据具体情况而采取适当的应对措施。单片机的各组成结构通过其内部一条总线相互连接。
单片机的中央处理器作为单片机的核心部分，主要作用是用于数据的运算和操作控制。其包含的运算器作用是实现逻辑运算、位操作以及算术计算；控制器的作用是对指令进行识别，后依据指令协调计算机内部各组成单元相互工作。
储存器是单片机另外一个重要组成部分，存储器内每个储存单元可容纳一个八位二进制信息，一般使用两位16进制数来表示。储存器包含程序储存器、数据储存器和特殊功能寄存器三种。程序储存器一般指在单片机处理问题前，将预先编好的程序、表格、常数等编为机器代码后存入的储存器，其可置于单片机内或外，还可内外兼置；数据储存器一般由读写储存器RAM构成，主要用于实时数据的存储，容量最大为64K；特殊功能寄存器，其地址范围一般在80H-FFH间，主要包含两种，一种与芯片的引脚相关，另一种用于控制单片机功能。
3 单片机在温控系统中的应用
下面以“贮液容器温度控制系统”为研究对象，简述单片机温度系统设计要求和实现方案。其运行机理：温度传感器将现场实际温度进行采样记录，后转换为电压信号，再经过低通滤波设备将干扰信号过滤，送至放大器中，信号经放大器放大后再通过模/数转换器变换为数字信号，后送至单片机中，最后单片机依据设定的温控范围通过继电器控制升温设备来控制温度。
本系统中，贮液的容器温度作为被控参数，蒸汽的流量作为控制参数，降温冷物料初温作为前馈控制，组成前馈-反馈控制系统，将干扰信息排除。温控系统的硬件组成主要有以单片机AT89C51作为主机，另配置有多路开关、D/A转换器、A/D转换器、V/I转换器、传感变送器两路以达到贮液容器温度自控目的。此外，还有辅助配件如键盘、电路显示板和报警电路，保证系统稳定时，贮液容器温度在工艺要求范围内恒定。
1）前向通道设计。温度传感器（JUMU90型号，见下表）接收到CONV ERT有效命令后，寄存器从最高位顺次开始经电流输出的DAC在比较强上与模拟量经5KΩ电阻所产生的电流进行比较。所有位检测完成后，SAP中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，SAP发出DR信号，单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。
JUMU90系列温度传感器性能指标
输出范围/℃ 0-500
输出电流/mA 4-20
精确度/% 0.5
A/D转换芯片型号[2] AD571
2）后向通道设计。本系统选用10位的D/A转化器DA1020，以达到系统精确性要求。使用I/O口与AT89C51单片机相连接，这是由于D/A转化器DA1020内部无锁存器。AT89C51单片机的字长为8位的，因此每次操作仅能传输8位数据。可见，AT89C51单片机须连续进行两次操作才能完成一个完整的10位数据，再传输到AC1020中，并且其传输方式采用双缓冲器方式，以免传输过程中输出电压有毛刺现象。
3）执行器及调理电路的设计。本系统中调节阀的型号有：ZMAN 16BG型和ZGICr18Ni9Ti型，其具有对数流量特点。由于调节阀输入信号为气信号，而D/A转化器输出信号为电压信号，因此在二者之间需加入V/I转换器和一个电气阀门定位器，其工作机理为先将0-5 V的电压信号转换为4-20 mA的电流信号，再将4-20 mA的电流信号转换为0.02-0.04 Mpa的气信号，从而使调节阀接收到气信号后开始工作。
4 总结
本文主要介绍了单片机的发展史、结构组成以及以“贮液容器温度控制系统”为例介绍了单片机在该系统中的应用。随着社会经济的快速发展，科技水平的不断进步，各行业领域对温度控制的要求提高，温度的监控要求也相应提高，因此，温度控制器的应用领域将愈来愈广泛，基于单片机的温度控制器的开发和应用也会越来越宽广。
参考文献
关键词：温度控制；自适应；PID；PC机
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）07-0018-03
0 引 言
目前，水温控制被广泛应用于食品、医药、化工、家电等很多领域，水温控制的好坏直接影响着产品的品质，因此，水温控制具有十分重要的意义。本设计的任务与要求为1 L水由1 kW的电炉加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。主要性能指标：温度设定范围为25.0～100℃，最小区分度为0.1 ℃，温度控制的静态误差小于或等于0.1 ℃，用SMC1602A液晶显示模块显示实际水温和PID控制算法中的三个主要参数Kc、Ti、Td的赋值，用串口调试精灵将PID控制器的输出和温度采样值显示在PC机上。
1 系统方案
本设计以STC89C52单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20、RS232标准接口及PID控制算法对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算，到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及PC机与单片机通信接口，系统由PC机与单片机通信模块、温度检测及其显示模块、PID控制算法等模块组成，其特点在于采用PC机与单片机通信，系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2 硬件电路设计
本电路总体设计包括四部分：主机控制部分（STC89C52）、温度采样与显示电路、温度控制电路、PC机与单片机通信电路。
2.1 主机控制部分
主机控制部分是电路的核心，系统的控制采用单片机89C52。单片机89C52内部有8 KB单元的程序存储器以及512 B的数据存储器，因此，系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器，这样就可以大大减少系统硬件部分的复杂度。
2.2 温度采样与显示电路
系统的信号采集与显示电路主要由温度传感器DS18B20和SMC1602A液晶显示模块两部分组成。
DS18B20 采用独特的单线接口方式，在与微处理器连接时，仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。测温范围为-55～+125 ℃，固有测温分辨率为0.5 ℃，工作电源为3～5 V/DC，在使用中不需要任何元件，测量结果以9～12 b数字量方式串行传送，适用于DN15～25、DN40～DN250各种介质工业管道和狭小空间设备的测温。
SMC1602液晶显示器以其微功耗、小体积、使用灵活等诸多优点在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。液晶显示器通常可分为两大类，一类是点阵型，另一类是字符型。点阵型液晶通常面积较大，可以显示图形；而一般的字符型液晶只有两行，面积小，只能显示字符和一些很简单的图形，简单、易控制且成本低。目前，市面上的字符型液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，为HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14条引脚线（市面上也有很多16条引脚线的LCD，多出来的2条线是电源线VCC（15脚）和地线GND。
2.3 温度控制电路
此部分电路主要由光电耦合器、三极管和继电器组成。光电耦合器的耐压值为400 V，它的输出级经三极管将功率放大后控制继电器常开触点的通断，从而最终达到控制电炉子的目的，100 Ω电阻与0.01 μF电容组成双向可控硅保护电路。
2.4 PC机与单片机通信电路
为了使系统具有更好的人机交换界面，在系统设计中我们通过Visual Basic 语言设计了微机控制界面。系统与微机的通信大大提高了系统的各方面性能。
由于单片机89C52串行口为TTL电平，而PC机为RS232电平，因此，系统采用了MAX232电平转换芯片来进行电平转换。
因为系统设计了通信功能，即主系统（89C52）和PC机的通信，所以在观察PID 控制器的输出时更加明显，很大程度上降低了参数整定的难度。另外，通过可视化窗口能够看到系统的采样值。
3 软件设计
本系统的软件设计主要包括三大部分：PC机与单片机通信模块的软件设计、温度采样与显示电路模块的软件设计、温度控制模块的软件设计。
3.1 主程序流程图
主程序流程如图2所示，程序主要完成以下的几部分任务：
（1） 初始化：设定各参数的初始值，设定串行口、定时器以及液晶显示模块。
（2） PC机与单片机通信：此部分程序主要完成数据在PC机和单片机间的相互发送，其主要通过89C52单片机的半双工串行口完成，从而完成与微机控制接口RS232的连接及通信的控制。
（3） 温度采集及其显示：主要完成温度信号的采集及其对转换后的数字量进行处理，进而用字符型液晶显示模块将实时温度进行显示。
图2 主程序流程
3.2 PID控制算法
PID算法是此温控系统性能好坏的决定性因素。其一般算式及模拟控制规律表达式如下：
（1）
式中， u（t）为控制器的输出； e（t）为偏差，即设定值与反馈值之差；Kc为控制器的放大系数，即比例增益；Ti为控制器的积分常数；Td为控制器的微分时间常数。PID算法的原理即调节Kc、Ti、Td三个参数，使系统达到稳定。
由于PID的一般算式不易与单片机处理，因此，在设计中采用了增量型PID算法。将式（1）转换成
（2）
由式（2）可得出
（3）
式（3）中的u（k）即输出PWM波的导通时间。其控制算法如图3所示。
图3 PID控制算法
4 测试方法与测试结果
4.1 测试方法
在电炉子中放入1 L清水，电炉子和控制系统相连，给系统上电，系统进入准备工作状态。分别设定温度为35.3 ℃、40.2 ℃、45 ℃、60 ℃、74.0 ℃、81 ℃，观察设定温度和实际温度，并记录数据。填写表1，同时观察水温变化的动态情况，并记录温度稳定的时间，填写表2。
4.2 测试结果
设定温度与实测温度的数据对比如表1所列。表2所列是温度稳定和时间的关系，表2中的设定温度为50℃，每隔30 s记录实测温度。
5 结 论
从表1中的数据可知，系统的误差基本稳定在±0.3 ℃，因而能很好地满足系统的设计要求。从表2所得的数据可知，系统运行5 min时，基本达到了稳定，说明系统能很好地控制温度达到理想值，为需要精确控制温度的任务提供了参考。同时，系统实现了PC机与单片机的通信，把控制参数和控制结果显示PC机上，方便监控，实现了温度的控制和智能监控。
参 考 文 献
[1] 郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.
[2] 李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[3] 谭浩强.C程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2005.
关键词：室内温度控制；STC89C51单片机；Pt100温度传感器
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.16.100
1 各模块的介绍
1.1 STC89C51单片机
STC89C51RC采用的是8051核的ISP系统可编程芯片，ISP为“In System Programming”的缩写。工作时最高可拥有80MHz的时钟频率，片内包含的Flash只读程序存储器为8K Bytes，它可反复擦写1000次，该单片机既由MCS-51指令系统又有80C51的引脚结构，有通用的8位中央处理器在STC89C51内部集成，并且它还包含ISP Flash存储单元，可以实现在系统可编程的功能，可以用电脑进行程序的下载，无需购买通用编程器。STC89C51RC系列的单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051 内核单片机，既高速又低耗。
1.2 Pt100温度传感器
Pt100温度传感器是测量温度并利用自身阻值由温度变化而产生变化的特点进行温度信号转换成标准的输出信号的仪表，可以用来检测和调节工程生产过程的温度参数。由两部分构成带传感器的变送器，它们分别是“传感器”和“信号转换器”。热电偶或者热电阻是传感器的主要材料；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。
1.3 LED数码管
LED数码管实际上是由七段LED灯组成一个“8”字形，若算上小点则共有八个LED小灯，根据各个小灯亮灭不同，它可以显示从“0”到十六进制的“F”。LED数码管按连接方式的不同可分为共阴极接法和共阳极接法。共阴极接法的数码管要接通高电平才可以导通工作，而共阳极则需要接通低电平才可以导通工作。本设计采用共阴极接法的两位LED数码管，连接在单片机的P2口。
1.4 继电器控制的加热系统
单片机通过P1.1引脚对继电器的断开和和闭合进行控制从而控制加热系统的工作与否。当输出为低电平时，三极管导通，加热系统开始工作。当输出为高电平时，三极管截止，加热系统停止工作。
2 设计思路
2.1 总体思路
本系统运用STC89C51单片机进行对于室温的测量及调控，运用Pt100温度传感器进行温度的测量以及标准信号的传输，这样做是为了进一步的对温度进行调节。我们在上文已经了解到了Pt100温度传感器既包括传感器又包括信号转换器，这满足我们对温度检测后转换成标准信号交给单片机进行判断的要求。它设计的主要原理为根据温度的不同则自身电阻值不同，从而影响电路中电压，所以根据温度的不同可换算成不同的电压值，也就有不同的标准信号相对应。当单片机检测到温度传感器发送给单片机的标准信号之后，单片机根据预先设定的温度进行判断，若高于这个温度则使风扇转动，若低于这个温度则使风扇停转并且使暖炉工作。在所有过程中，用LED数码管来进行温度的显示。
2.2 交流调温风扇部分
该风扇工作原理为根据温度不同来调速，风速共有四档，但为了简洁起见只用其中两档，即0档和四档，当室温小于等于27摄氏度时，该风扇为零度，当室温大于27度时，该风扇转速为四档。
2.3 继电器控制的加热系统部分
作为调高温度的部分，它需要交流供电，而单片机只能提供最大为5伏的电压，所以想要通过单片机直接对加热系统进行控制是不现实的，所以在这里用到了继电器来实现加热系统中电路的导通和断开，而用单片机来控制继电器是否工作，当单片机P1.1引脚输出低电平时三极管导通，加热系统开始工作，而当P1.1引脚输出高电平时，三极管截止，加热系统停止工作。
2.4 A/D转换器
在这个室温调控系统中，A/D转换器在Pt100温度传感器电路中，是为了将热电阻测得的温度信号转换成标准的数字信号以便于单片机检测并作出相应的运算及判断。因为单片机只能运算数字语言，即“0”和“1”，不能直接对温度信号加以运算，故我们需要用A/D转换装置将信号进行转化，相当于“翻译”的功能。
3 主接线的设计
在主接线的核心部分是四十只引脚的STC89C51单片机，它的P2口连接一个共阴极两位LED数码管，而它的阴极分别连接在单片机的P1.6引脚和P1.7引脚，数码管用来显示当前温度，而温度的来源为Pt100温度传感器测量的温度。Pt100温度传感器测量的温度通过一个A/D转换装置连接在STC89C51单片机的P0口上，实现温度信号转换成标准数字信号并向单片机传输的功能。STC89C51单片机接收到温度转换成的标准数字信号后，通过扫描预先下载进去的主程序进行内部的运算与判断，当温度高于27摄氏度时，启动交流调速风扇，进行降温工作，而当温度低于27度后，交流调速风扇将停止工作，并且在室温比27摄氏度低很多（在本设计中为5摄氏度）时使单片机控制继电器使增温系统工作，知道温度重新升回27摄氏度。
4 主程序的设计
本程序运用C语言来进行设计，设计的主体思路是分别设计A/D转换子程序、数码管显示子程序、温度调控子程序，其中交流调速风扇的调速程序要通过中断程序来实现，它的主要原理是：我国交流电的频率为50Hz，即周期为0.02s，我们先将供给交流调速风扇的交流电整流成连续的正半周期的交流电，利用单片机控制通电与断电的占空比从而调节交流调速风扇的档位，在中断程序中根据Pt100温度传感器测得的温度信号转换成的标准数字信号的不同来设定不同的占空比。对于Pt100温度传感器测得的温度信号，要根据公式转换成一个对应的数字，整体趋势是温度越高这个数字越低。这部分由程序中的A/D转换子程序来实现。对于数码管的显示，我们通过定义数字表以及定义端口（用两个不同的参数来表示连接数码管阴极的P1.6引脚和P1.7引脚）来实现对数码管显示的控制。对于交流调速风扇和对加热系统的控制在主程序中是通过设定两个不同的参数来实现的，这两个参数分别代表连接继电器的P1.1引脚和连接交流调速风扇的P1.2引脚，通过给这两个参数赋值（“0”和“1”）来实现降温和升温的功能。
参考文献
[关键词]单片机；温度传感器；巡回检测报警；温度控制
中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0285-01
1、引言
温度采集系统可被广泛应用于工、农业生产和日常生活中，单片机控制温度采集控制系统就是为对温度进行检测和监控而设计的。采用PC机控制进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。系统以52系列单片机为控制核心，实现温度控制报警显示系统的设计，简单实用，具有一定的推广价值。
2、温度控制系统的整体方案设计
系统运用主从分布式思想，由一台PC作上位机，单片机作下位机，进行温度数据采集。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器集中显示，也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，并对各点进行实时温度控制，并具有超温声光报警功能。工作原理如下：当单片机采集温度低于所设定的下限温度或高于设定的上限温度时，单片机控制数字温度传感器DS18B20系统，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机在处理数据之后，发出控制信号改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度值发送到显示电路显示。本设计选用LED数码管显示器，采用蜂鸣器报警。
为了实现预定值的设置，本系统采用的是直接和I/O口连接的三个按键来实现，分别代表循环切换键、加1键和减1键。循环切换键用来设定报警值，加1键和减1键用来设置温度的上下限值。O定完参数后，再按一次功能键，系统便进入了监控状态。
3、系统的硬件设计
（1）系统的硬件组成
本系统的设计包括对温度的采集、转换、显示以及报警等环节。系统的硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20温度传感器、LED数码管、电源、RS232、蜂鸣器等组成各个功能环节的元器件构成。
（2）元器件的选择
1、PC机采用普通的个人计算机。个人计算机由硬件系统和软件系统组成，是一种能独立运行，完成特定功能的设备。个人计算机具有优良的性能，使用广泛。由PC机控制AT89S52单片机，完成系统的功能设计。
2、本设计中的下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器。测温分辨率可达0.0625℃。它与传统的热敏电阻的不同之处在于它可直接将被测温度转换成船行数字信号供微处理器处理。DS18B20具有体积小、线路简单等特点。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据接收和发送均由同一条线来完成。本系统为单点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但实际应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O口来驱动多路DS18B20。本设计采用的是单路温度传感器测温的方式。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。
3.单片机
本设计最终选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52作为本系统的CPU。
下面简单地介绍一下AT89S52的特性：与MCS-51产品兼容，包括引脚；8K字节可编程闪速程序存储器，寿命：1000次写/擦循环；全静态工作：0～33MHz；3级程序存储器加密锁定；256×8位内部RAM；32条可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；8个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式，从掉电模式中断恢复；看门狗定时器；双数据指针；断电标志等。
4.键盘以及显示电路
键盘电路比较简单，设立三个键K1，K2，K3。其中：
K1（“”键）：循环切换，可以选择设定温度传感器的上，下限温度报警值。
K2（“”键）：在设定传感器的上，下限温度报警值时，按“”键，设定值加1。
K3（“”键）：在设定传感器的上，下限温度报警值时，按“”键，设定值减1。
显示电路用显示器作为人机接口，尤其是作为本系统的温度监测仪器，是必需的。常用的显示器件主要有LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器），它们都具有耗电少，成本低，线路简单，寿命长等优点，广泛应用于智能仪表场合。本设计选用共阴极LED数码管显示器。我们所用的显示器主要用于显示温度值。
4、温度控制系统的软件设计
整个系统软件分为PC机软件和单片机软件，PC机进行现场可视化检测，单片机负责数据采集、处理和控制，PC机和单片机之间采用主从式通讯。
本系统软件采用汇编语言来编写。汇编语言程序具有代码效率高（编译后的指令代码占用存储空间小）和执行时间短等优势和特点。[7]由于单片机的存储器等资源有限，单片机应用程序中经常需要面对硬件操作，且对程序执行的时间有较为严格的要求或限制。因此，选用汇编语言程序设计具有诸多优势。
单片机中的程序分为主程序和各个功能模块。主程序是整个控制系统的核心，用来协调各执行模块和操作者的关系。功能模块则是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。
功能模块共有6个，分别是温度转换开始子程序、读出温度值子程序、根据温度进行控制子程序、温度显示模式设定子程序、温度数据计算处理子程序、显示数据BCD码刷新子程序、数码管显示子程序、键盘扫描以及按键处理程序、单片机与PC机串口通讯程序。
5、结束语
【关键词】单片机;控制系统;模拟检测精度;问题研究
前言
近年来随着计算机在社会不同领域的进一步渗透， 传统控制检测的相关技术也不断趋于完善。以单片机作为检测核心的自动控制单片机系统中，基于传统模式的单片机控制模拟检测的精度已经难以匹配相应的模拟检测度，相关的工程人员还需要根据单片机系统的具体硬件结构，采用多方面的措施以提升检测精度。而在模拟检测电路中，相关的工程人员更是面对着检测数据量繁多、信号类型复杂、转换关系不易理清等一系列技术难题，如何在这种多类型信号的单片机控制系统中提升检测精度，更是成为了相关工程人员面临的棘手难题。
一、放大电路部分元件因温度产生失真现象
如图1所示，单片机控制系统中的核心部件为基于三极管构建的放大电路，但三极管受温度的影响也是极为明显的。例如在图1中，失调电压UIO会随着整个放大电路所处环境温度的变化而产生失真现象，使得利用相关设备所测得的UIO测量值与真实值之间存在15%以上的误差。而放大电路中的核心部件三极管的使用寿命也会因整个电路高强度的放大作用而迅速衰减，使得增益AV有一定幅度的降低，导致模拟检测精度的下降。
图1 单片机控制系统中的放大电路
基于此，相关的设计人员需要明确具体系统中不同三极管和其它元器件的工作条件，严格按照相应原件的制作要求构建相应的分析电路，避免部分元件因实际电流超出额定电流而产生损毁现象。对于损坏的元器件，如电阻、三极管等，应及时予以更换，避免整个电路虽能勉强实现检测功能，但精度却有了大幅度的降低。而对于电路中失调电压UIO与增益AV的漂移和失真现象，相关的工程人员可以在整个系统通电之前，首先用万用表等工具检测出整个放大电路在理想情况下的增益倍数，待进行测量时，再利用相关设备检测出测量时刻放大器失调电压UI0 增益AV 的真实值，最后根据单片机的变成运算，对不同时刻测得的不同数据进行比较分析，最终得出被检测模拟量的具体数值，从而避免放大电路部分元件因温度产生失真现象对模拟检测精度带来的影响。
二、交流信号的检测精度对系统带来的影响
整个模拟检测系统的可靠性是建立在系统交流信号检测可靠性的基础之上的，考虑到这类A/D转换一类的I/O处理程序多是由单片机的实时处理程序所构成的，在提高检测精度方面，相关的工程人员可以借助全速断点运行方式或连续运行方式来对整个模拟检测系统的检测精度予以调试。例如先提前测量出一组模拟数据，然后再通过仿真器的命令写入功能，将相关的模拟测试数据输入到整个检测系统的参数缓冲单元之中，最后将计算程序的输出结果与所测得的模拟数据进行比较，如果模拟数据与测量数据的误差极小，可基本认为该系统的检测精度较高。但若发现部分数据或整组数据与实际测量数据存在较大的误差，则需要改用单步检测方式，对系统的算法进行分析，进行重新设计或修改。如果发现整个算法虽然能够得出模拟测试的结果，或是实际测得的数据不能够完全覆盖模拟计算的数据类型，还可借助图2所示的交流―直流信号的转换电路，通过二级滤波的方式，将任意波形交流信号的有效值转换为直流电压再予以检测，除了在提升单片机控制系统模拟精度方面有着卓越贡献以外，还能进一步减少纹波所带来的负面影响。
图2 提升交流信号检测精度的转换电路
三、共模信号和信号源内阻的给系统模拟精度造成的影响
以图1为例，如果整个放大电路的A1、A2放大器未能采用相互对称的模块，那么当检测信号送至A1、A2的相同两端时，势必会由于相位差造成输入增康的增大，从而对系统的增益造成影响，进而影响系统的模拟检测精度。基于此，相关的工程人员在对整个控制系统的放大装置进行设计时，需要充分考虑到共模信号和信号源内阻的给系统模拟精度造成的影响。可考虑构建如图1所示的基本放大电路，利用采用对称结构的A1、A2的放大器将放大信号直接加在输入两端，还可利用差分放大器A3对前级共模信号的传输路径予以阻断，达到共模抑制作用的效果。通过这种变双端输入对单端输出、变不对称结构对对称模块的放大电路的构成，可以在有效满足调节放大倍数的基础上，满足对地负载的相关需求，从而达到提升单片机控制系统模拟检测精度的最终目的。此外，对于部分输入信号为数字信号模拟信号共存的放大电路，相关的工程人员也可利用光电感应设备对数字信号和模拟信号加以隔离，从而抑制数字信号对模拟信号，尤其是小信号模拟信号的干扰，亦可达到提升系统模拟精度的重要目的。
四、对单片机控制系统未来发展趋势的展望
纵观现实生活中的不同领域，不难发现单片机控制系统已经彰显出越来越独特的应用价值。无论是大到飞机上各种仪表器件的控制和自动导航，还是小到一张生活中常见的智能IC卡，其中都有着单片机控制系统的身影。相关的工程人员只需要在单片机的接上并不复杂的接口电路，在结合单片机核心中的人为写入程序，就可以完成单片机出现之前曾经极其复杂的工作。现阶段，基于单片机控制系统的模拟检测已经有了更广阔的发展前景，例如我国的高精度温度控制系统、国外的长度测量控制系统等等。虽然这部分高精度的模拟系统检测在成本方面还不够低廉、但随着科技的不断发展，我们有理由相信，未来高精度的模拟控制系统不仅能够进一步降低生产的所需成本，提升生产效率，还能够在智能化、安全化、简单化的发展道路上取得更卓越的发展。
五、结语
单片机控制系统随着科技的发展已经有着越来越广阔的应用空间，因此，如何在不扩大生产成本的基础上，提高单片机控制系统模拟检测的精度就显得越来越重要。笔者认为，通过对硬件电路采取相关措施，结合单片机自身的编程计算功能，无疑会对提高系统模拟检测精度有着重要的贡献。同样，笔者也希望相关的工程人员能够在提升模拟检测精度方面开拓进取，不断创新，为广大的电子工作者打开一扇通往电子设计新出路的大门。
参考文献
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【关键词】单片机；高压开关柜；温湿度
1.前言
高压开关柜在电力系统中有着非常广泛的应用，是电厂、变配电站中的核心设备之一。在运行过程中，开关柜里面分、合部件的机械松动、连接触点的磨损、触头的表面氧化和设备老化等原因，导致连接部件或接触部件的接触电阻增大，长期在高电压、大电流和满负荷的条件下运行，热量集结加剧，极易导致开关柜内温度升高，如不及时处理将出现局部熔焊、产生火花或电弧放电，最终造成电气设备的损坏，甚至发生火灾、爆炸等严重的供电事故；此外，高压开关柜内部空间较为紧凑，柜内潮湿、结露等现象可能会导致开关设备发生爬电、闪络等事故；一旦发生供电事故，短时间内无法恢复生产，从而造成重大经济损失。所以，温度、湿度监控在高压开关柜运行过程中非常的重要，对高压开关柜内部进行实时、准确、高效的温湿度控制，可以延长设备使用寿命，保证高压开关柜的安全运行，提高电力系统的运行可靠性，具有重大的经济效益和社会效益。
图1 系统控制框图
2.系统整体结构
本控制系统采用自动模式运行，通过传感器采集高压开关柜内部的温湿度，当开关柜温湿度超限或有结露趋势时，一方面发出报警信号通知工作人员，一方面控制相应的通风、加热设备，控制开关柜温湿度的在正常的范围之内，保障开关柜安全运行，同时为了方便工作人员观测了解，本控制系统通过液晶显示器实时显示当前的温湿度数据。系统结构框图如图1所示。
3.系统硬件设计
本控制系统采用模块化设计方案，核心是微控制器，包括传感器组、液晶显示模块、报警模块、电源电路以及相应的加热、通风等执行机构，如图2所示。
图2 系统硬件电路结构图
3.1 微控制器
高压开关柜内部的环境较为复杂，温度、湿度、强电磁等，所以微控制器采用美国微芯公司生产一种产品PIC16F877单片机，集成AD转换器、USART及SPI接口模块，具有8K的程序存诸空间、512字节的数据存诸空间，此外该单片机采用Haryard双总线结构，能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，具有较高的运行速度，较为简化的电路，低功耗、抗干扰能力强等特点，可以适应高压开关柜复杂的环境。
3.2 传感器模块
传感器采用的是瑞士Sensirion公司生产的SHT15温湿度传感器，其将温湿度传感器结合在一起，构成了一个单一的整体，提高测量精度并且可以精确得出露点值，具有极高的可靠性与长期的稳定性；内部包含有A/D转换器，可以直接将采集到的模拟量转化为数字传输到控制器，数据传输采用用串行通信方式，使系统集成更简易快捷，同时还有精度高、反应迅速、功耗低等特点。实际使用过程中为提高测量的精度在DATA引脚接上10k的上拉电阻，在电源引脚（VCC，GND）之间增加一个100nF的电容用以去耦滤波，单个传感器与微控制器的接口电路如图3所示。
图3 温湿度传感器接口电路
3.3 显示器模块
本控制系统需要显示多点的被测量，因而采用微功耗12864液晶模，可以更加直观的观测开关柜内各点温湿度，该模块的数据端直接与单片机连接，E为使能端，控制读/写时序，R/W判断读写操作，RS控制显示和指令，使用时直接与单片机的I/O口连接，电路如图4所示。
图4 液晶显示器接口电路
图5 输出控制电路
3.4 输出控制模块
大多数开关柜采用封闭式结构，在长期运行下热量不宜扩散，造成开关柜内部温度升高，当温度超过设定上限时，极易发生供电事故；此外，开关柜内部相对湿度较大时容易产生结露现象，极易引起爬电、闪络事故，危害供电安全。所以，当温度高时启动通风机，当有结露产生的趋势时自动启动加热器，降低相对湿度或水蒸气量，以改善设备内部环境，提高运行安全性。排风扇及加热器输出控制电路如图5所示。电路采用光电耦合的方式提高控制系统抗干扰能力，单片机I/O口输出低电平，光电耦合器S导通，继电器K吸合，通过控制继电器的通断来控制相应设备的工作。
3.5 报警模块
控制系统检测到开关内部温度过高、湿度超限时，控制系统输出信号驱动三极管控制蜂鸣器发生及点亮报警灯，发出报警信号通知工作人员，同时输出信号控制风机或加热器工作，调节高压开关柜内部环境。
图6 主程序流程图
4.系统软件设计
系统采用模块化程序设计，包括主程序控制模块，初始化程序以及功能控制主程序，由主程序调用各子程序以实现各模块功能。系统上电完成复位后，利用传感器检测各个点的温度和湿度信息，通过液晶显示器显示实时显示出来，然后将温湿度值与设定值进行比较，若温度、湿度超限即报警和输出控制信号，若开关柜内部温度、湿度没有超出设定值，则计算露点值，再次判断是否有结露趋势，最终得出信号控制执行机构调节开关柜内部环境，保障开关柜的安全运行，具体流程图如图4所示。
5.测试结果与分析
软硬件联合调试完毕后，将调试成功的温湿度控制系统（包括通风机和加热器）安装在某闲置高压开关柜内。为了能够更直观的观测系统的运行和控制过程，通过2台加热器、2台加湿器人工模拟开关柜温湿度变化，温度上限设置为70oC，下限为25oC，湿度上限90RH%；然后把控制系统的温湿度测量数据与专业温湿度计测量数据进行对比，分析控制系统的整体性能。测试结果如表1、表2所示。
表1 控制系统温度测试（环境湿度48RH%）
时间 温度（系统）oC 温度（专业工具）oC 通风机是否工作 是否报警
14：3O 21 20.8 否 否
14：45 39 38.6 否 否
15：00 55 54.8 否 否
15：15 70 70.0 否 否
15：30 82 81.9 是 是
表2 控制系统湿度测试（环境温度20oC）
时间 湿度（系统）RH% 温度（专业工具）RH% 加热器是否工作 是否报警
13：OO 48 49 否 否
13：15 62 63 否 否
13：30 74 74 否 否
13：45 85 86 否 否
14：00 94 96 是 是
经过分析，发现控制系统采集数据和专业测量工具测量数据误差较小，温度最小误差为0，最大误差0.4oC，湿度数据最小误差为0，最大为2RH%；同时在数据超限时，执行机构正常工作、报警电路正常工作，说明本控制系统温度传感器性能良好，能够满足控制系统的要求。
6.结语
本文针对高压开关柜内部环境对温湿度的要求，结合传感器技术和单片机技术，设计具有温湿度实时显示、存储、超限报警、输出控制等功能的控制系统，测试结果表明，该装置可以实时显示温湿度，能够很好的控制执行机构工作，当超限时能够及时报警，同时具有测量精度高、控制性能好、可靠性强等特点，有较高的应用价值。
参考文献
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【关键词】at89c51单片机；温度控制系统；抗干扰研究
0 引言
本电炉烤箱温度控制系统采用atmel 公司推出的at89c51 单片机为控制部件，它是一个低功耗、高性能的cmos 八位单片机，兼容标准mcs-51 指令系统。由于本系统的控制程序不大，能将控制程序写入单片机内自带的4kbflashrom 中，不必再扩展rom。这样使得控制系统的设计极其方便，元件少，结构简单，系统反应快。价格经济。同时也存在其不足的方面，稳定性能不太理想，可能受现场环境干扰而降低温度控制的精度，这就要求我们对其干扰来源认真分析研究，进而改进抗干扰设计，使其充分体现系统的优点，抑制干扰，加强系统的稳定性和可靠性。
1 单片机温度控制系统干扰来源的分析
1.1 根据单片机温度控制系统所处的工作环境，干扰源可以分为如下几种
1）自然界干扰源：极端天气温度剧烈变化，地磁场的变化、空中风雨雷电交加，造成系统工作电源波动与控制信号异常。2）系统周边的干扰：周边有大功率电器运行如中频炉，晶闸管、大功率发射机、大功率逆变电源等可能形成磁和电干扰。3）系统本身的干扰：系统含有大功率，大电流驱动电路，如产生火花的继电器，大电流开关等。电感性大的设备在启停的过程中造成系统工作电源电压畸变，干扰单片机正常运行。4）系统传感器信号太微弱容易造成干扰误差：微弱传感器模拟信号需要高倍放大的电路和高精度a/d变换电路，受到内外干扰后数据采集出现大的误差。
1.2 干扰信号进入系统的耦合途径
1）传导耦合：通过导体（导线）将噪声耦合进电路中。最典型的例子是噪声通过电源线传入电路。2）公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，就会产生公共阻抗噪声耦合。3）电磁场耦合：只要电荷发生移动，所有的电路元件、导线都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别考虑电场和磁场；远场时，电磁联合辐射。4）电容耦合：噪声源与扰电路之间存在着电容通路。显然，这种电容一般不是人为加上的，而是二者之间的分布电容。干扰脉冲或其他高频干扰会经过分布电容耦合到电子线路中。5）电磁耦合：由于两电路之间存在互感而产生的，一个电路中电流的改变引起磁交链而耦合到另一电路。 6）共地阻抗耦合：干扰源在零线接到上产生的压降被接收电路接收。
2 单片机温度控制系统的抗干扰的研究
2.1 系统电源抗干扰措施
1）选用供电比较稳定的进线电源，单片机控制系统的电源进线选用比较稳定的交流电源线，不将控制系统接到负载变化大、晶闸管设备多或者有高频设备的电源上。2）利用干扰抑制器消除尖峰干扰。3）为了抑制电网电压的波动采用交流稳压器稳定电网电压。提高计算机控制系统的稳定性，低通滤波器是为了滤除电网中混杂的高频干扰信号，保证50hz基波通过。4）利用ups保证不中断供电。电网瞬间断电或电压突然下降等掉电事件会使计算机系统陷入混乱状态，对于精度要求高的单片机控制系统，采用ups向系统供电，如果交流供电中断，系统中的断电传感器检测到断电后就会将供电通路切换到电池组，从而保证流入计算机控制系统的电流不因停电而中断。逆变器能把电池直流电压逆变到正常电压频率和幅度的交流电压，具有稳压和稳频的双重功能，提高了供电质量。5）为了进一步抑制来自于电源方面的干扰，在直流电源侧也要采用相应的抗干扰措施。交流电源变压器的屏蔽，把高压交流变成低压直流的简单方法是用交流电源变压器。将电源变压器的一、二次绕组分别加以屏蔽，一次绕组屏蔽层与铁心同时接地。
2.2 系统串模干扰的抑制
1）双绞线做信号引线，双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属编织物或护套形成屏蔽双绞线。2）引入滤波电路。根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用具有低通、高通、带通等滤波器。其中，如果干扰频率比被测信号频率高，则选用低通滤波器；如果干扰频率比被测信号频率低，则选用高通滤波器；如果干扰频率落在被测信号频率的两侧时，则需用带通滤波器。
2.3 系统共模干扰的抑
1）变压器隔离，利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开。被测信号通过变压器耦合获得通路，而共模干扰电压由于不成回路而得到有效的抑制。 2）光电隔离，利用光耦隔离器的开关特性，可传送数字信号而隔离电磁干扰，即在数字信号通道中进行隔离。开关量输入信号调理电路中，光耦隔离器不仅把开关状态送至主机数据口，而且实现了外部与计算机的完全电隔离。
2.4 接地系统的抗干扰
1）单点接地与多点接地，根据接地理论分析，低频电路应单点接地，这主要是避免形成产生干扰的地环路；高频电路应该就近多点接地，这主要是避免“长线传输”引入的干扰。一般来说，当频率低于1mhz时，采用单点接地方式为好；当频率高于10mhz时，采用多点接地方式为好；而在1～10mhz之间，如果采用单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地方式。本单片机控制系统，信号频率大多小于1mhz，所以通常采用单点接地方式。2）输入系统的接地，在计算机控制输入系统中，传感器、变送器和放大器通常采用屏蔽罩，而信号的传送往往使用屏蔽线。对于屏蔽层的接地也应遵守单点接地原则。这样单点接地是为了避免在屏蔽层与地之间的回路电流，从而通过屏蔽层与信号线间的电容产生对信号线的干扰。一般输入信号比较小，而模拟信号又容易接受干扰。因此，对输入系统的接地和屏蔽应格外重视。3）印制线路板的地线抗干扰措施，系统的ttl与cmos器件的地线要呈辐射状，不形成环形。地线越加宽越好。旁路电容的地线不能长，应尽量缩短。4）大电流的零电位地线应尽量宽，而且必须和小信号的地分开。5）主机外壳接地，机芯浮空，为了提高计算机系统的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽罩接地，抗干扰能力强。
3 结论
由于对at89c51单片机控制的电炉烤箱温度控制系统的抗干扰问题进行了深入研究，并且根据本温度控制系统的实际工作环境进行了清晰分析，制定出一套完整的抗干扰设计，保证了系统硬件和程序的可靠运行，电炉烤箱温度控制的精度和稳定性达到实际应用的要求，所以，本抗干扰设计在单片机控制方面有一定的应用前景。
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