关于单片机温度控制系统方案的探讨
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摘 要：该文简要分析了单片机温度控制系统的工作原理，对其功能及结构展开分析，探讨了单片机温度控制系统在电炉工作中的具体应用，探索了单片机温度控制系统方案中的硬件设计的思路，并对这一系统的各部分进行分析，之后探索该系统中软件方面的工作流程、资源配置及软件设计内容，详细论述了单片机温度控制系统方案，以期为相关人士提供参考。
关键词：单片机 温度控制系统 软件 硬件 方案
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0011-02
近年来，我国信息科技水平获得了一定的提升，其中，单片机作为新型技术之一，因其具有操作简单、灵活的功能特点而被广泛应用在各个领域。单片机温度控制系统的应用，给人们的生活带来了极大的便利，这在一定程度上可提高人们的生活品质。但在实现单片机温度控制系统的实际过程中，存在着较大的困难，主要是由于其功能较为繁琐，不仅需合理配置硬件构件，还需设计好软件系统。因此，在制定单片机温度控制方案时，应对系统的软件与硬件配置加以重视，并进行科学的处理，以有效实现单片机温度控制。
1 单片机温度控制系统相关概述
1.1 单片机温度控制系统工作原理
在单片机温度控制系统中，由于热电偶结构较为简单且测量范围较为广泛，因此，可将热电偶作为系统中的电传感器。温度控制系统的原理为利用热电偶将温度变化转换为相应的电信号变化，热电偶发挥着测量电炉温度信号的作用，将所测量的温度信息转变为弱电压信号;之后，利用信号放大电路将其传输到滤波电路;此后，再将滤波信号传送到A/D转换器，将其转化为数字信号，并传输到单片机。
1.2 单片机温度控制系统功能
单片机温度控制系统的功能主要体现在以下几个方面：（1）检测电炉温度，控制加热与停止加热;（2）控制电炉温度的上升速率，当电炉温度值达到预定温度最高值时，系统将会停止加热，以保障電炉使用的安全性;（3）控制、检测温度值与时间值，根据系统要求，设计有中断加热时间、定时加热时间等功能。
1.3 单片机温度控制系统结构
单片机温度控制系统主要由以下几个部分构成：热电偶、可控硅控制电路调控器、A/D转换器、LED显示器与键盘、单片机、报警、驱动器、变送器、光耦合等。
2 单片机温度控制系统方案中的硬件方面内容
硬件设计作为单机片温度控制系统设计中的重要内容，它对单机片整个控制系统的使用功能起着关键作用。一般情况下，硬件系统主要由信号放大系统、单机片、A/D转换器3个部分构成。在温度测量过程中，热敏电阻发挥着重要作用，它通常具有属于自身的电阻特征。当温度上升时，热敏电阻的电阻值将会减小，主要原因是其具有负电阻温度特征。若是给热敏电阻一个稳定的电流，通过温度测量就可获得两端电压[1]。就此，可利用一些计算公式将电阻变化曲线转化为电压曲线，根据温度传感器的工作情况，可将获得的温度数据转化为模拟信号，之后，通过低通滤波器传输到单片机，以此完成整个硬件系统操作。
单片机温度控制系统中硬件设计的思路为：第一步，利用A/D转换器将温度信息转化为电信号，以此为单片机提供使用。与此同时，将所测量得到的温度值标注在数码管上。第二步，借助定时器来对电阻丝加热时间进行控制，以实现温度控制。第三步，采取相关数据，借助滤波器等装置对单片机温度控制系统进行连接。
下面主要以一个加热炉温度为案例进行相关论述，具体如下。
温度检测部分主要是由A/D转换器、电传感器、温度传感器3部分组成。由于系统要求的不同，所采用的电传感器与温度传感器也不同，主要由热敏电阻的工作能力而定。热电偶结构较为简单，所测量的范围较为广泛，即使在高温环境中也能确保测量结果的准确性。因此，电传感器部分应尽量选择使用热电偶，以确保温度测量结果的正确性[2]。之后，可通过热电偶将温度测量数据转化为电信号，再进行放大滤波处理之后，经由A/D转换器进行转换，最后传送到单片机内进行分析与处理。
温度控制部分，主要采用的是可控硅调功器来实现温度控制的。此种控制方法的优势为：（1）将电炉加热电阻丝与控硅进行直接串联，提高系统的适用性;（2）利用软件编程来控制单片机某些输出端口;（3）将控制帧通过驱动电路与光耦合传送到可控硅控制端口，如此一来，可有效提升系统的稳定性，从而减少外界因素的干扰;（4）借助控制帧变化情况来控制可控硅工作状态，以实现电炉断电或加热等控制。
3 单片机温度控制系统中方案的软件方面内容
3.1 通电后的系统工作流程
在系统通电之后，需先静待单片机的响应，当单片机响应之后，应使用键盘启动键进行控制。此时，可使用键盘对预定温度进行控制，在设置完成之后，启动温控系统。之后，单片机依据设定工作模式对当前系统温度进行实时采集与检测，并与预定温度进行对比处理，参照对比结果来决定电炉是否需进行加热。若是采集温度值等于预定温度最高值，则暂停加热;若采集温度值小于预定温度最低值，则进行加热处理。与此同时，LED会对系统温度进行收集与显示，以此完成温度自动控制。此外，若是想要改变温度的控制范围，可利用键盘调动单片机中断服务程序，重新设预定温度，以改变温度控制系统工作状态[4]。
3.2 系统资源配置
依据系统设计思路，对单片机的地址配置如下：PWS.5为报警标志，当F0为1时，代表可报警，而当F0为0时，则代表禁止报警;50H～51H主要负责储存当前检测温度;52H～53H负责储存预设温度;54H～56H负责使用BCD码储存温度显示缓冲区;59H～7FH则为堆栈区。单片机接口配置如下：P1.6～P1.7作为电炉与报警控制端口;P1.0～P1.3作为键盘的输入端口。
4 结语
综上所述，单片机温度控制系统方案应主要从以下两个方面着手：（1）做好硬件配置，其主要内容包括有主机设计、温度控制、温度检查。在此过程中，应根据系统要求，合理配置各种构件。（2）科学设计软件系统，其主要内容包括有主程序、中断服务程序及温控与显示设计，并合理配置单片机地址。就此，在设计单片机温度控制系统方案时，相关设计人员应根据系统要求及用户需求，合理设计软件系统与硬件系统，以充分发挥出单片机温度控制系统的功能价值。
参考文献
[1] 刘龙朋.单片机温度控制系统的研究与应用[J].经济技术协作信息，2017（30）：69.
[2] 顾海林.基于单片机的温度控制系统设计探索[J].好家长，2017（56）：256.
[3] 胡高山，纪昕洋，马晴.基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].电子技术与软件工程，2017（10）：254.
[4] 刘琳霞.单片机在温度控制系统设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2017（21）：107.
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