基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有控制方便、使用簡(jiǎn)單和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。應(yīng)用基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng),可以為產(chǎn)品生產(chǎn)所需的溫度值提供保障,提升被控溫度的技術(shù)性指標(biāo)。文章主要從單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)功能與工作原理入手,對(duì)單片機(jī)下溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);溫度控制系統(tǒng);溫度檢測(cè);

0引言

溫度控制系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的控制系統(tǒng)。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,人們通常需要關(guān)注加熱爐、熱處理爐、鍋爐系統(tǒng)或動(dòng)植物生長(zhǎng)區(qū)域(農(nóng)業(yè))的溫度變化情況。單片機(jī)是溫度控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中常用的一種芯片。從單片機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀來(lái)看,ARM單片機(jī)、AT89S51單片機(jī)和AT89C51單片機(jī)等,已經(jīng)開(kāi)始在溫度控制系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中得到應(yīng)用。

1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的功能與工作原理

1.1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的主要功能

單片機(jī)是溫度控制系統(tǒng)中的核心元件,在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的溫度控制工作中發(fā)揮著重要作用。分析單片機(jī)的功能發(fā)現(xiàn),對(duì)溫度的檢測(cè)是基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的主要功能。在完成溫度檢測(cè)工作后,溫度控制系統(tǒng)可以借助一定的傳輸介質(zhì),將檢測(cè)信息傳送給監(jiān)控人員。在系統(tǒng)設(shè)置階段,監(jiān)控人員需要通過(guò)對(duì)溫度進(jìn)行適時(shí)調(diào)整的方式,構(gòu)建使用不同維度、難度控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)所。在工業(yè)領(lǐng)域,這一措施可以為產(chǎn)品生產(chǎn)所需的溫度提供保障;在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,這一技術(shù)可以有效促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的提升。

1.2單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的工作原理

溫度信息的獲取離不開(kāi)傳感器發(fā)揮的作用。在將溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后,傳感器可以對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理,以便使單片機(jī)將其控制于可處理范圍。在電壓型號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理范圍后,單片機(jī)可以通過(guò)對(duì)與溫度有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理的方式,完成溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換,并展示溫度值信息。此時(shí),系統(tǒng)也可以啟動(dòng)分析實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中獲得的溫度值與先前設(shè)定的溫度值的情況,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通時(shí)間與加熱功率的優(yōu)化。在輸出控制量數(shù)值的基礎(chǔ)上,單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以發(fā)揮出調(diào)節(jié)溫度變化的作用。單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中可以對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行控制。

圖1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

2溫度控制系統(tǒng)的溫度檢測(cè)方法分析

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),溫度檢測(cè)方法的分類具有一定的差異性。例如,從敏感元件與被測(cè)介質(zhì)的接觸情況來(lái)看,溫度控制系統(tǒng)的溫度檢測(cè)方法可以分為接觸式監(jiān)測(cè)方法和非接觸式檢測(cè)方法兩種。在溫度控制系統(tǒng)投入使用后,接觸式溫度檢測(cè)方法主要與以下幾方面因素有關(guān):一是基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表;二是基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表。非接觸是溫度檢測(cè)方法建立在物體的熱輻射特性基礎(chǔ)上,與熱輻射特性和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)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(zhì)溫度的檢測(cè)結(jié)果,對(duì)實(shí)際場(chǎng)所的情況進(jìn)行調(diào)整,并要在做好相關(guān)記錄的基礎(chǔ)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(cè)方法。

2.1半導(dǎo)體模擬溫度傳感器法

在實(shí)際生產(chǎn)生活中,半導(dǎo)體模擬溫度傳感器法具有實(shí)現(xiàn)溫度可視化的作用【2】。與之相關(guān)的半導(dǎo)體傳感器,可以借助一定方式,將測(cè)量的溫度信息轉(zhuǎn)化為電壓和電流,并借助測(cè)量溫度與電壓、電流之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)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(guān)系,從而利用因素之間的線性關(guān)系實(shí)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(dǎo)體模擬溫度傳感器測(cè)量法,熱電偶法的測(cè)量能力相對(duì)較弱。但是,在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié),熱電偶測(cè)量法在測(cè)量精度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。除此以外,這一測(cè)量方式也存在測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、測(cè)量工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。電路是熱電偶法應(yīng)用過(guò)程中不可缺少的因素。外界不確定因素對(duì)電路的影響,往往會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定的誤差。

3溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件電路開(kāi)發(fā)

硬件電路在單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。從單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀來(lái)看,很多學(xué)者都提出以單片機(jī)為主機(jī),將傳感變送器與多路開(kāi)關(guān)等設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合,并借助相關(guān)轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)閥等操作設(shè)備,對(duì)某些環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制的措施。筆者認(rèn)為,在借助上述措施對(duì)某一特定環(huán)境的溫度進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)人員也可以從內(nèi)外部環(huán)境的差異性入手,完善系統(tǒng)的實(shí)際功能,如系統(tǒng)中可以安裝鍵盤、報(bào)警電路和顯示電路等設(shè)備。

針對(duì)目前溫度控制系統(tǒng)中使用單片機(jī)的不足,一些研究者在AVR單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)中安裝了AT91RM9200微處理器。這一設(shè)備可以為溫度控制系統(tǒng)的通用性和實(shí)時(shí)性提供一定的保障。從這一控制系統(tǒng)的硬件電路建構(gòu)情況來(lái)看,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了ARM9高性能處理器,而基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì),在這一系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。為了對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、通訊目標(biāo)和存儲(chǔ)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)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(jī)。此外,系統(tǒng)的Internet輸入需要具有支持1EEESO2.3標(biāo)準(zhǔn)的DM9161的能力。

3.2單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

單片機(jī)控制系統(tǒng)的操作軟件離不開(kāi)語(yǔ)言的作用。根據(jù)一些學(xué)者的研究結(jié)果,C語(yǔ)言系統(tǒng)可以應(yīng)用于這一系統(tǒng)的語(yǔ)言編程中。在軟件開(kāi)發(fā)層面,主程序需要對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行明確劃分,并借助語(yǔ)言與各個(gè)模塊聯(lián)系。在利用一定程序?qū)囟冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí),在不同時(shí)段對(duì)溫度進(jìn)行展示,這是這一系統(tǒng)主程序的主要功能?？刂菩酒瑢?duì)當(dāng)前溫度值的測(cè)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(shí)際測(cè)量的溫度與預(yù)先設(shè)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(jìn)行調(diào)整。

此外,數(shù)據(jù)采集模塊和USB通道模塊也是單片機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)為例,并假設(shè)數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)用的微處理器為AT91PMM9200模擬器。在溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段,相關(guān)人員需要對(duì)SPI模塊中的各個(gè)寄存器進(jìn)行初始化處理,并要對(duì)SPI接收數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)讀取。同時(shí),要從現(xiàn)場(chǎng)情況入手,開(kāi)展后續(xù)觀察分析工作。筆者認(rèn)為,基于單片機(jī)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(yīng)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(zhuǎn)移提供保障,也可以借助計(jì)算機(jī)對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一管理。從工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況來(lái)看,LinuxAPI功能函數(shù)控制是實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備配置的有效方式。如果人們?cè)跍囟葯z測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中需要獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸通道,利用USB設(shè)備中包含的設(shè)備描述符,就可以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行讀取和解析。除此以外,相關(guān)人員也需要充分關(guān)注文件名的作用,如文件存放的起始簇號(hào)、目錄項(xiàng)和文件扇區(qū)號(hào)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(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)程序流程圖。

4結(jié)論

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng),對(duì)社會(huì)生產(chǎn)效率的提升有著積極的促進(jìn)作用。在微觀層面,這一系統(tǒng)具有較為良好的應(yīng)用前景。其中,硬件開(kāi)發(fā)與軟件開(kāi)發(fā)是溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhì)溫度的檢測(cè)結(jié)果,對(duì)實(shí)際場(chǎng)所的情況進(jìn)行調(diào)整。在軟件開(kāi)發(fā)層面,主程序需要對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行明確劃分,并借助語(yǔ)言與各個(gè)模塊進(jìn)行聯(lián)系。此外,文件名的作用也是溫度控制系統(tǒng)工作開(kāi)展過(guò)程中不可忽視的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)