關于單片機溫度控制系統方案的探討
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摘 要：該文簡要分析了單片機溫度控制系統的工作原理，對其功能及結構展開分析，探討了單片機溫度控制系統在電爐工作中的具體應用，探索了單片機溫度控制系統方案中的硬件設計的思路，并對這一系統的各部分進行分析，之后探索該系統中軟件方面的工作流程、資源配置及軟件設計內容，詳細論述了單片機溫度控制系統方案，以期為相關人士提供參考。
關鍵詞：單片機 溫度控制系統 軟件 硬件 方案
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0011-02
近年來，我國信息科技水平獲得了一定的提升，其中，單片機作為新型技術之一，因其具有操作簡單、靈活的功能特點而被廣泛應用在各個領域。單片機溫度控制系統的應用，給人們的生活帶來了極大的便利，這在一定程度上可提高人們的生活品質。但在實現單片機溫度控制系統的實際過程中，存在著較大的困難，主要是由于其功能較為繁瑣，不僅需合理配置硬件構件，還需設計好軟件系統。因此，在制定單片機溫度控制方案時，應對系統的軟件與硬件配置加以重視，并進行科學的處理，以有效實現單片機溫度控制。
1 單片機溫度控制系統相關概述
1.1 單片機溫度控制系統工作原理
在單片機溫度控制系統中，由于熱電偶結構較為簡單且測量范圍較為廣泛，因此，可將熱電偶作為系統中的電傳感器。溫度控制系統的原理為利用熱電偶將溫度變化轉換為相應的電信號變化，熱電偶發揮著測量電爐溫度信號的作用，將所測量的溫度信息轉變為弱電壓信號;之后，利用信號放大電路將其傳輸到濾波電路;此后，再將濾波信號傳送到A/D轉換器，將其轉化為數字信號，并傳輸到單片機。
1.2 單片機溫度控制系統功能
單片機溫度控制系統的功能主要體現在以下幾個方面：（1）檢測電爐溫度，控制加熱與停止加熱;（2）控制電爐溫度的上升速率，當電爐溫度值達到預定溫度最高值時，系統將會停止加熱，以保障電爐使用的安全性;（3）控制、檢測溫度值與時間值，根據系統要求，設計有中斷加熱時間、定時加熱時間等功能。
1.3 單片機溫度控制系統結構
單片機溫度控制系統主要由以下幾個部分構成：熱電偶、可控硅控制電路調控器、A/D轉換器、LED顯示器與鍵盤、單片機、報警、驅動器、變送器、光耦合等。
2 單片機溫度控制系統方案中的硬件方面內容
硬件設計作為單機片溫度控制系統設計中的重要內容，它對單機片整個控制系統的使用功能起著關鍵作用。一般情況下，硬件系統主要由信號放大系統、單機片、A/D轉換器3個部分構成。在溫度測量過程中，熱敏電阻發揮著重要作用，它通常具有屬于自身的電阻特征。當溫度上升時，熱敏電阻的電阻值將會減小，主要原因是其具有負電阻溫度特征。若是給熱敏電阻一個穩定的電流，通過溫度測量就可獲得兩端電壓[1]。就此，可利用一些計算公式將電阻變化曲線轉化為電壓曲線，根據溫度傳感器的工作情況，可將獲得的溫度數據轉化為模擬信號，之后，通過低通濾波器傳輸到單片機，以此完成整個硬件系統操作。
單片機溫度控制系統中硬件設計的思路為：第一步，利用A/D轉換器將溫度信息轉化為電信號，以此為單片機提供使用。與此同時，將所測量得到的溫度值標注在數碼管上。第二步，借助定時器來對電阻絲加熱時間進行控制，以實現溫度控制。第三步，采取相關數據，借助濾波器等裝置對單片機溫度控制系統進行連接。
下面主要以一個加熱爐溫度為案例進行相關論述，具體如下。
溫度檢測部分主要是由A/D轉換器、電傳感器、溫度傳感器3部分組成。由于系統要求的不同，所采用的電傳感器與溫度傳感器也不同，主要由熱敏電阻的工作能力而定。熱電偶結構較為簡單，所測量的范圍較為廣泛，即使在高溫環境中也能確保測量結果的準確性。因此，電傳感器部分應盡量選擇使用熱電偶，以確保溫度測量結果的正確性[2]。之后，可通過熱電偶將溫度測量數據轉化為電信號，再進行放大濾波處理之后，經由A/D轉換器進行轉換，最后傳送到單片機內進行分析與處理。
溫度控制部分，主要采用的是可控硅調功器來實現溫度控制的。此種控制方法的優勢為：（1）將電爐加熱電阻絲與控硅進行直接串聯，提高系統的適用性;（2）利用軟件編程來控制單片機某些輸出端口;（3）將控制幀通過驅動電路與光耦合傳送到可控硅控制端口，如此一來，可有效提升系統的穩定性，從而減少外界因素的干擾;（4）借助控制幀變化情況來控制可控硅工作狀態，以實現電爐斷電或加熱等控制。
3 單片機溫度控制系統中方案的軟件方面內容
3.1 通電后的系統工作流程
在系統通電之后，需先靜待單片機的響應，當單片機響應之后，應使用鍵盤啟動鍵進行控制。此時，可使用鍵盤對預定溫度進行控制，在設置完成之后，啟動溫控系統。之后，單片機依據設定工作模式對當前系統溫度進行實時采集與檢測，并與預定溫度進行對比處理，參照對比結果來決定電爐是否需進行加熱。若是采集溫度值等于預定溫度最高值，則暫停加熱;若采集溫度值小于預定溫度最低值，則進行加熱處理。與此同時，LED會對系統溫度進行收集與顯示，以此完成溫度自動控制。此外，若是想要改變溫度的控制范圍，可利用鍵盤調動單片機中斷服務程序，重新設預定溫度，以改變溫度控制系統工作狀態[4]。
3.2 系統資源配置
依據系統設計思路，對單片機的地址配置如下：PWS.5為報警標志，當F0為1時，代表可報警，而當F0為0時，則代表禁止報警;50H～51H主要負責儲存當前檢測溫度;52H～53H負責儲存預設溫度;54H～56H負責使用BCD碼儲存溫度顯示緩沖區;59H～7FH則為堆棧區。單片機接口配置如下：P1.6～P1.7作為電爐與報警控制端口;P1.0～P1.3作為鍵盤的輸入端口。
4 結語
綜上所述，單片機溫度控制系統方案應主要從以下兩個方面著手：（1）做好硬件配置，其主要內容包括有主機設計、溫度控制、溫度檢查。在此過程中，應根據系統要求，合理配置各種構件。（2）科學設計軟件系統，其主要內容包括有主程序、中斷服務程序及溫控與顯示設計，并合理配置單片機地址。就此，在設計單片機溫度控制系統方案時，相關設計人員應根據系統要求及用戶需求，合理設計軟件系統與硬件系統，以充分發揮出單片機溫度控制系統的功能價值。
參考文獻
[1] 劉龍朋.單片機溫度控制系統的研究與應用[J].經濟技術協作信息，2017（30）：69.
[2] 顧海林.基于單片機的溫度控制系統設計探索[J].好家長，2017（56）：256.
[3] 胡高山，紀昕洋，馬晴.基于單片機的溫度控制系統的研究與實現[J].電子技術與軟件工程，2017（10）：254.
[4] 劉琳霞.單片機在溫度控制系統設計中的應用研究[J].內燃機與配件，2017（21）：107.
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