基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計研究

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計研究

摘要：單片機具有控制方便、使用簡單和靈活性強的特點。應用基于單片機的溫度控制系統(tǒng),可以為產品生產所需的溫度值提供保障,提升被控溫度的技術性指標。文章主要從單片機溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)功能與工作原理入手,對單片機下溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計進行分析。

關鍵詞：單片機;溫度控制系統(tǒng);溫度檢測;

0引言

溫度控制系統(tǒng)是一種廣泛應用于社會生活的控制系統(tǒng)。在工、農業(yè)生產領域,人們通常需要關注加熱爐、熱處理爐、鍋爐系統(tǒng)或動植物生長區(qū)域(農業(yè))的溫度變化情況。單片機是溫度控制系統(tǒng)開發(fā)過程中常用的一種芯片。從單片機技術的研究現(xiàn)狀來看,ARM單片機、AT89S51單片機和AT89C51單片機等,已經開始在溫度控制系統(tǒng)的研發(fā)過程中得到應用。

1單片機溫度控制系統(tǒng)的功能與工作原理

1.1單片機溫度控制系統(tǒng)的主要功能

單片機是溫度控制系統(tǒng)中的核心元件,在工、農業(yè)生產領域的溫度控制工作中發(fā)揮著重要作用。分析單片機的功能發(fā)現(xiàn),對溫度的檢測是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的主要功能。在完成溫度檢測工作后,溫度控制系統(tǒng)可以借助一定的傳輸介質,將檢測信息傳送給監(jiān)控人員。在系統(tǒng)設置階段,監(jiān)控人員需要通過對溫度進行適時調整的方式,構建使用不同維度、難度控制系統(tǒng)的應用場所。在工業(yè)領域,這一措施可以為產品生產所需的溫度提供保障;在農業(yè)領域,這一技術可以有效促進農產品產量的提升。

1.2單片機溫度控制系統(tǒng)的工作原理

溫度信息的獲取離不開傳感器發(fā)揮的作用。在將溫度信息轉變?yōu)殡妷盒盘柡?傳感器可以對電壓信號進行放大處理,以便使單片機將其控制于可處理范圍。在電壓型號進入單片機處理范圍后,單片機可以通過對與溫度有關的信號進行數(shù)字濾波處理的方式,完成溫度標度轉換,并展示溫度值信息。此時,系統(tǒng)也可以啟動分析實際檢測過程中獲得的溫度值與先前設定的溫度值的情況,進而實現(xiàn)導通時間與加熱功率的優(yōu)化。在輸出控制量數(shù)值的基礎上,單片機溫度控制系統(tǒng)可以發(fā)揮出調節(jié)溫度變化的作用。單片機在溫度控制系統(tǒng)中可以對溫度值進行實時檢測,并對檢測結果進行控制。

圖1單片機溫度控制系統(tǒng)的整體設計

2溫度控制系統(tǒng)的溫度檢測方法分析

根據(jù)不同的分類標準,溫度檢測方法的分類具有一定的差異性。例如,從敏感元件與被測介質的接觸情況來看,溫度控制系統(tǒng)的溫度檢測方法可以分為接觸式監(jiān)測方法和非接觸式檢測方法兩種。在溫度控制系統(tǒng)投入使用后,接觸式溫度檢測方法主要與以下幾方面因素有關:一是基于物體受熱體積膨脹性質的膨脹式溫度檢測儀表;二是基于熱電效應的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸是溫度檢測方法建立在物體的熱輻射特性基礎上,與熱輻射特性和溫度之間的對應關系存在一定聯(lián)系。不同環(huán)境下,人們往往需要根據(jù)物質溫度的檢測結果,對實際場所的情況進行調整,并要在做好相關記錄的基礎上,為工作人員的查詢和使用提供方便。下面介紹幾種較為常用的溫度檢測方法。

2.1半導體模擬溫度傳感器法

在實際生產生活中,半導體模擬溫度傳感器法具有實現(xiàn)溫度可視化的作用【2】。與之相關的半導體傳感器,可以借助一定方式,將測量的溫度信息轉化為電壓和電流,并借助測量溫度與電壓、電流之間的轉換,實現(xiàn)溫度的可視化。一般情況下,傳感器輸出的電壓與電流均與溫度之間存在線性關系,從而利用因素之間的線性關系實現(xiàn)溫度的可視化,也可以發(fā)揮出放大采樣信息的功能。

2.2熱電偶法

相比于半導體模擬溫度傳感器測量法,熱電偶法的測量能力相對較弱。但是,在實際應用環(huán)節(jié),熱電偶測量法在測量精度方面具有一定的優(yōu)勢。除此以外,這一測量方式也存在測量過程復雜、測量工作持續(xù)時間長的問題。電路是熱電偶法應用過程中不可缺少的因素。外界不確定因素對電路的影響,往往會給測量結果帶來一定的誤差。

3溫度控制系統(tǒng)的設計

3.1單片機溫度控制系統(tǒng)的硬件電路開發(fā)

硬件電路在單片機溫度控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。從單片機溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀來看,很多學者都提出以單片機為主機,將傳感變送器與多路開關等設備進行有效結合,并借助相關轉換器和調節(jié)閥等操作設備,對某些環(huán)境的溫度進行自動控制的措施。筆者認為,在借助上述措施對某一特定環(huán)境的溫度進行控制的基礎上,設計人員也可以從內外部環(huán)境的差異性入手,完善系統(tǒng)的實際功能,如系統(tǒng)中可以安裝鍵盤、報警電路和顯示電路等設備。

針對目前溫度控制系統(tǒng)中使用單片機的不足,一些研究者在AVR單片機的溫度控制系統(tǒng)中安裝了AT91RM9200微處理器。這一設備可以為溫度控制系統(tǒng)的通用性和實時性提供一定的保障。從這一控制系統(tǒng)的硬件電路建構情況來看,系統(tǒng)的硬件設計采用了ARM9高性能處理器,而基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用程序設計,在這一系統(tǒng)的運行過程中發(fā)揮著重要作用。為了對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、通訊目標和存儲目標進行優(yōu)化,設計人員可以在系統(tǒng)中拓展SDRAM,并借助可控硅PWM控制溫度,借助RS-232串口連接通訊PC機。此外,系統(tǒng)的Internet輸入需要具有支持1EEESO2.3標準的DM9161的能力。

3.2單片機溫度控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)與應用

單片機控制系統(tǒng)的操作軟件離不開語言的作用。根據(jù)一些學者的研究結果,C語言系統(tǒng)可以應用于這一系統(tǒng)的語言編程中。在軟件開發(fā)層面,主程序需要對各個模塊的功能進行明確劃分,并借助語言與各個模塊聯(lián)系。在利用一定程序對溫度進行監(jiān)測的同時,在不同時段對溫度進行展示,這是這一系統(tǒng)主程序的主要功能?？刂菩酒瑢Ξ斍皽囟戎档臏y量,也可以被看作是溫度控制系統(tǒng)的主程序所發(fā)揮的功能。如果實際測量的溫度與預先設置于系統(tǒng)中的溫度存在一定偏差,系統(tǒng)可以借助不同措施進行調整。

此外,數(shù)據(jù)采集模塊和USB通道模塊也是單片機溫度控制系統(tǒng)中不可缺少的軟件形式。以前文所論述的AVR單片機控制系統(tǒng)為例,并假設數(shù)據(jù)采集模塊應用的微處理器為AT91PMM9200模擬器。在溫度控制系統(tǒng)的設計階段,相關人員需要對SPI模塊中的各個寄存器進行初始化處理,并要對SPI接收數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)信息進行及時讀取。同時,要從現(xiàn)場情況入手,開展后續(xù)觀察分析工作。筆者認為,基于單片機溫度控制系統(tǒng)的USB通道可以采用以FATI6為核心的通道模塊應用方案。這一通道模塊具有的2G分區(qū)支持和容量為32kB的分區(qū)簇,可以為文件系統(tǒng)中所采集的數(shù)據(jù)轉移提供保障,也可以借助計算機對上述過程進行統(tǒng)一管理。從工、農業(yè)生產的實際情況來看,LinuxAPI功能函數(shù)控制是實現(xiàn)USB設備配置的有效方式。如果人們在溫度檢測系統(tǒng)的運行過程中需要獲取設備的數(shù)據(jù)傳輸通道,利用USB設備中包含的設備描述符,就可以對數(shù)據(jù)傳輸通道進行讀取和解析。除此以外,相關人員也需要充分關注文件名的作用,如文件存放的起始簇號、目錄項和文件扇區(qū)號等信息均與文件名之間存在著較為密切的聯(lián)系。圖2為單片機溫度控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)程序流程圖。

4結論

基于單片機的溫度控制系統(tǒng),對社會生產效率的提升有著積極的促進作用。在微觀層面,這一系統(tǒng)具有較為良好的應用前景。其中,硬件開發(fā)與軟件開發(fā)是溫度控制系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)的重中之中。不同環(huán)境下,人們往往需要根據(jù)物質溫度的檢測結果,對實際場所的情況進行調整。在軟件開發(fā)層面,主程序需要對各個模塊的功能進行明確劃分,并借助語言與各個模塊進行聯(lián)系。此外,文件名的作用也是溫度控制系統(tǒng)工作開展過程中不可忽視的內容。

參考文獻