时间：2022-11-29 12:37:20
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用ad590温度传感器，ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：ir—流过器件（ad590）的电流，单位为ma；t—热力学温度，单位为k。
2、ad590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、ad590的电源电压范围为4v～30v；
4、输出电阻为710mw；
5、精度高。
ad590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器adc0804，转换后送单片机。根据ad590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位cy位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
org 00h
start：anl p1，#00h；显示00
jb p3.4 ，$ ；t0=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.4 ，$；t0=1？放下？
mov r0 ，#00；计温指针初值
l1： mov a ， r0 ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；输出至p1显示
mov r5 ， #10 ；延时1秒
a1：mov r6 ， #200
d1：mov r7 ， #248 ；0.5毫秒
jnb p3.4 ，l2 ；第2次按下t0？
djnz r7，$
djnz r6，d1
djnz r5，a1
inc a
da a
mov r0 , a
jmp l1
l2：call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.4 ，l3 ；放开了没？是则
；跳至l3停止
jmp l2
l3: mov a ，r0
call change
mov 31h , a ；下限温度存入31h
jb p3.5 ，$ ；t1=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.5 ，$ ；t1=1？放开？
mov r0 ，#00 ；计温指针初值
l4：mov a ，ro ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；显示00
mov r5 ，#10 ；延时1秒
a2：mov r6 ，#200
d2：mov r7 ，#248 ；0.5毫秒
jnb p3.5 ，l5 ；第二次按下t1？
djnz r7 ，$
djnz r6 ，d2
djnz r5 , a2
add a , #01h
da a
mov r0 , a
jmp l4
l5:call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.5 ，l6 ；放开了？是则跳至l6
jmp l5
l6：mov a， ro ；
call change
mov 30h ，a ；上限温度存入30h
delay1：mov r6 ，#60 ；30毫秒
d3：mov r7 ， #248
djnz r7 ， $
djnz r6 ， d3
ret
change：mov b ，#5
mul ab
jno d4
setb c
d4：rrc a
ret
mov 32h ，#0ffh ；32h旧温度寄存
；器初值
aaa：movx @r0 ， a；使bus为高阻抗
；并令adc0804开始转换
wait：jb p2.0 ，adc ；检测转换完成否
jmp wait
adc：movx a ，@ro ；将转换好的值送入
；累加器
mov 33h ，a ；将现在温度值存入33h
clr c ；c=0
subb a ，32h
jc tdown ；c=0取入值较大，表示
；温度上升，c=1表示下降
tup：mov a， 33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，30h ；与上限温度作比较
jc loop ；c=1时表示比上限小须
；加热，c=0表示比上限大，停止加热
setb p2.1
jmp loop
tdown：mov a ，33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，31h ；与下限温度作比较
jnc loop ；c=1时表示比下限小，须
；加热，c=0表示比下限大
clr p2.1 ；令p2.1动作
loop：mov 32h ，33h
clr a
mov r4 ，#0ffh ；延时
djnz r4 ，$
jmp aaa
end
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：
关键词：单片机 温度 控制
0引言
随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。及时准确地获取温度信息并对其进行适当的控制，这在许多工业场合中都是很重要的环节。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式和控制方式均不同。目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。单片机由于自身的优势，使得它在当代社会占据着很大的位置。单片机具有体积小、处理能强、成本低运行速度快、功耗低及应用面广等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。
1单片机温度控制系统的组成及工作原理
1.1单片机AT89S51的工作原理
硬件部分CPU主控制采用单片机AT89S51，电路部分主要由4个部分组成：温度采集电路、按键显示电路、电热丝控制电路和电源电路。主要是通过采用智能温度传感器DS18B20集成芯片来完成温度采集，此芯片可以把温度传感器、A/D传感器、寄存器、接口电路集成在一块芯片中，然后可以直接数字化输出和测试。按键显示电路主要经过HD7279A芯片驱动共阴数码管的显示和实现按键功能。实现电源电路主要是通过TL431二极管的稳压。而对于电热丝控制电路，可直接由电热丝接继电器和电源并通过单片机控制继电器的开和关，从而得以实现控制电热丝的加热。
1.2 AT89C52单片机控制原理
AT89C52单片机作为一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其具有8K在系统可编程Flash存储器。从硬件上看，Vcc接外部电源是连接DS18B20与单片机的部件，GND接地，还有I/O与单片机的I/O线相连接。而相对复杂的接口编程是DS18B20简单的硬件接口的代价。经过单总线与单片机进行通讯，因此DS18B20的通讯功能是分时进行完成的。通过严格的时序来实现传感器与单片机的接口协议，然而只能是在特定的时隙，才能对DS18B20数据的写入和读出进行实现。AT89C52对DS18B20的访问流程如下：先对DS18B20进行初始化操作，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器和数据进行操作。严格的遵循工作时序和通信协议来对DS18B20进行每一步的操作。如由AT89C52控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，完成这一过程应经过三个步骤：在进行每一次读写之前应对DS18B20进行复位，复位成功后应发送ROM指令，最后再对RAM指令进行发送，只有进行这样一系列的操作才能预定操作DS18B20。DS18B20在通过上面的命令时，对外界的温度进行测试，用存储器将测试的温度记录下来，对其数据处理后，经过与89C52之间的通信协议，将相关的信息发送到89C52，然后将该信息交由89C52处理。
1.3 89C51单片机应用原理
本设计对89C51单片机应用系统进行采用以实现我们的设计要求，由于89C51单片机在片内已经含4KB的EEPROM，因此并不需要外扩展存储器，这样可使整个系统的整体结构简单。采用89C51串行口的输出工作方式，大大提高了89C51的利用率，如此也简化了外部电路。89C51可直接扫描读数键盘，可用串/并转换模块74Ls164驱动LED直接对温度值进行显示。由于其的利用率很高，负载又重，只需在后向电路加一块同向驱动器，单片机就可正常工作。在进行串行传输数据时，可达到1MHz的频率，对温度的显示完全可以达到测控精度要求。
2单片机在贮液容器温控系统中的应用
该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。
2.1硬件设计
选单片机AT89C51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、A/D转换器、D/A转换器、V/I转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。
2.1.1前向通道的设计
采用JUMU90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4mA～20mA（DC），测量精度为0.5％，选用10位逐次逼近式A／D转换芯片AD571，接收到有效的CONV ERT命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的D A C在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，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（低电平有效），单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。
2.1.2后向通道的设计
为了满足系统的精度要求，选用10位的D／A转换器DAC1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过I／O口才能与AT89C51单片机连接，又由于AT89C51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此AT89C51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到AC1020。为了使10位数据能够同时送人DAC1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。
2.2系统软件设计整体思路
一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。为使编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。本装置可工作于软件主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的初始化子程序、写程序和读程序。
3结束语
目前单片机的应用已涉及到了生活中的各个领域并起着重要作用，本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定实际应用价值。该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方。温度控制系统可以应用于多种场合，而单片机的控温会直接影响单片机在这些场合的使用情况，所以我们要想使单片机在各领域中发挥更大的作用就要继续努力研究出更好的单片机控温系统。
参考文献：
[1]王慧强.基于MCS51单片机温度控制系统设计[J].装备制造技术，2010，（05）.
关键词：温室大棚；无线传输；温度的监测；实时
1 引言
随着生活水平的提高，人们对家居需求由面积需求变为舒适需求。地板采暖采用辐射方式供暖，符合人体生理需求曲线，如果控制系统选取得当，不仅可以提高房间舒适度，更可以使系统运行费用降低许多。如今一般是在典型位置安装一个温控装置，温控装置连接到壁挂炉，温控器根据室温和温度设定直接控制锅炉运行，各房间不同回路由工作人员凭经验手动调节分水器球阀，改变不同回路的流量，从而达到调节各房间的室温的效果。使用这种控制方法，即使是有经验的工作人员，也难以调节得十分准确，何况各家庭成员由于年龄不同，所需舒适温度不同，需要经常对室温进行调节。
2 设计方案
系统总体设计思想是以SST89E564RC单片机为控制核心，整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行比较，根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统控制框图如图1所示。
3 系统硬件设计
根据系统所需完成的功能，设计系统硬件结构如图2所示。
利用SST89E564RC纹机及新型测温器件设计了多点温控采暖控制系统，根据室内各点温度设定实时控制采暖系统，从而提高居室的舒适性以及采暖的经济。温度压力传感器是由温度敏感元件和检测线路组成的。温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来敏感被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，从而达到测温的目的。此设计中温度传感器采用Dallas半导体公司的数字化温度传感器DSl8820。该传感器支持“一线总线”接口，可方便地进行多点温度测量，还可以程序设定9～12位的分辨率，最高精度为±0.062 5℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。该产品支持3～5.5 V的电压范围，因其体积小使系统设计更灵活、方便
4 结论
微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的作用，而单片机经济实用、开发简便，因而在工业控制、家电智能化等领域占据了广泛的市场。这里针对目前温度控制器现状设计了一种新方案，利用单片机及新型测温器件设计了一种多点温控采暖控制系统，该系统能够同时测量多点温度，并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止，从而进一步提高居室的舒适性以及采暖系统的经济性
参考文献
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[5]张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2005
[6]江世明，黄同成.单片机原理及应用[M].北京：中国铁道出版社，2010
[7]江世明.单片机原理及应用实验教程[M].北京：中国铁道出版社，2010
[8]周润景.基于proteus的电路及单片机设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010
[9]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009
作者简介
肖勤，邵阳学院魏源国际学院电子科学与技术专业学生。
【关键词】 单片机 温度控制系统 传感器
单片机是基于超大规模集成电路的技术发展起来的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中断系统等多个部件于一体的器件，体积小，功能强，且性价比高，只需要外加电源和晶振就可以轻松实现对数字信息的处理和控制。基于单片机的温度控制系统受到广泛的应用和重视。
一、硬件系统设计
系统核心部分是STC89C52单片机，以8051为基核，8K字节Flash Rom存储器，512字节的RAM存储器，自带EEPROM、看门狗，支持ISP，方便程序的下载和调试。
1、单片机的选择。单片机AT89C52是INTEL公司生产的5l系列高性能8位单片机，是数字温度计的核心器件，兼容标准的MCS-51指令系统；而内置的通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元则结合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗优势。AT89C52具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡，需要在XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10到30pf；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2悬空。对于复位电路，AT89C52有两种复位方式，分别是上电复位和按键复位；本设计采用按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使复位变得更加直接和简单。
2、温度测量模块。采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20单总线温度传感器，能够直接传输被测温度，输出数字量，其具有以下特点：单总线接口，可串行通讯；多个DS18B20可共接在一条总线，实现多点测温；不需要任何电路；测量范围-55℃～125℃，固有测温分辨率为0.5℃。DS18B20主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL以及配置寄存器。
3、键盘、显示模块。键盘有编码和非编码两种方式。本系统选用非编码3*4矩阵键盘控制。键盘的抖动可以通过软件去抖动和硬件去抖动来解决。在按键不多的情况下，可以使用硬件去抖动，即加上RS触发器。本系统采用软件去抖动的方法，如果按键较多，常用软件方法消抖，即检测按键按下为低电平时，加一延时（5～10rns），等待下降沿的抖动消失后，再次确认是否为低电平，若是则有按键按下；按键松开时也用同样方法消抖。采用六位LED数码管显示所测温度值，数码管为共阴极七段发光二极管构成。为了节省硬件资源，采用动态显T方式，即使用两个74HC573锁存器控制数码管的位和段，共同接到单片机的PO口。
4、报警及指示灯电路。当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标温度10度或高于10度时蜂鸣器为连续不断的滴答叫声。当单片机输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。
二、主控制电路和测温控制电路设计
主控制电路由AT89C52及元件构成，测温电路由DS18B20、预置数电路和报警电路组成。AT89C52是此硬件电路设计的核心，通过AT89C52管脚P1.3与DS18B20相连，控制温度的读出和显示。预置数电路由4个按键组成，4个按键分别与AT89C52管脚P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相连。报警电路很简单，2个发光二极管分别与AT89C52的P1.0和P1.1管脚相连，若实际测量温度值大于预置温度值，则发光二极管亮，还有一个蜂鸣器与AT89C52的P1.2管脚相连。
三、软件系统设计
根据设计的硬件电路图，进行软件的设计，使用Keil软件编写C51程序。程序的流程如图1所示。
四、结语
本系统经过检测基本上达到了设计的要求，并且系统硬件、软件设计总体较为简单，采用DS18B20传感器能能够实现数字信号的有效传输，并且与AT89C52单片机进行通讯，实现了温度测量的精准。
参 考 文 献
[1]王丽娟.单片机在锅炉温度控制系统中的应用[J].微计算机信息，2013年02期
关键词：单片机；环境监测；温湿度传感器；无线
1 引言
随着工业革命带来的科技进步，社会在不断的发展，人们的生活水平也在不断的提高，对于自己的生活条件的要求也越来越高，但是重型工业带来的环境污染也是越来越严重，尤其是北方冬季的雾霾天气时间长影响严重，因此对于家庭环境的要求也很日益提高，因此对于室内环境的实时监测是有必要，对改善家庭居住环境会有重要的意义。
2 系统设计原则
系统的设计应该严格遵守下面几个原则：
第一个是安装与操作的要求简单，易于使用。在合理的设计情况下，尽量贴近消费者的知识水平，使得大部分人可以轻松的了解产品、接受产品、使用产品。
其次是可靠性好，数据准确。可靠性是此系统的核心，如果性能不够可靠必然会影响数据采集的准确性，影响系统判断，错误的改变环境温湿度，影响消费者室内环境得舒适度。
然后是各项数据指标要合理。本系统的应用环境为室内，工作环境对极端环境的要求不高C5℃―50℃求允许正负±2℃。
3 系统硬件设计方案
图1 温湿度控制系统的总体框图。本系统总体分为五部分，第一部分是数据采集，包含温湿度采集模块；第二部分是数据传输，包含无线传输模块；第三部分是数据分析处理，包换单片机控制模块、显示模块、键盘电路模块和报警电路模块；第四部分是温湿度调节，包含温湿度调节模块；第五部分是个人PC端的监控，包含MCU与PC连接模块。
本系统主要可以实现以下几个功能：
1）首先利用温湿度传感器对所监控的环境温湿度进行实时的数据采集，然后实际环境的大小设置不能的监测点，通过温湿度传感器采集的数据进行对比分析和处理，然后进行判断，并且实时显示环境的温度与湿度。
2）如果传感器监测的温湿度与设定的范围不一致，单片机就会做出反应，通过无线模块发送命令到温湿度调节模块，对当前环境进行调节直到设定的范围内，然后关闭温湿度调节模块。
4 系统测试
系统完成后我们在宿舍环境下进行了几天的测试，在白天的情况下通过系统测试的数据与精确温度计的测试结果进行对比，最大误差与最小误差分别是0.5与0.1℃，三天累计三十次的测试结果的平均误差为0.2℃，在合理的范围内。
湿度测试与温度测试同步进行，最大误差与最小误差分别是0.4%与0.1%，平均误差在0.3%，也在合理的误差范围内。
5 结论
本次设计由于时间紧迫，虽然基本完成了预期目标，但是设计成果并不是很理想，依然存在相当一部分问题：
没有对温度数值统计处理、储存也没有对多次采集的数据进行分析求均值，来提高对温度测量的准确性，这是以后对此系统进行完善的部分。
其次是随着智能家居的普及，利用互联网用短信或者微信等方式来提醒主人，这些是我继续研究与完善的部分，还有更多的功能等着去完善，使这个系统更加智能化。
随着工业的进步，科学的发张，现在出现了越来越多的智能温度传感器，对传感器也提出越来越高的要求，向着高精度、多功能、标准化、可靠安全以及高度集成的方向发展，成本也会越来越低廉。
参考文献
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[9] 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程[M]. 北京： 电子工业出版社，2009
作者简介
[ 关键词 ] 单片机 温度控制 开发与应用
在科学实验中,我们要对温度进行有效的控制,可以采用数字调节仪表或者模拟,但是它们却存在着一定的缺陷。而用单片机进行温度的调节就具备更高的可靠性和灵活性。基于单片机所组成的数据采集和控制系统,被广泛的应用于各个领域,本文分析了单片机在温度控制系统中的开发和应用情况。
一、基于单片机温度控制原理
温度信息主要是由传感器进行测量,并转换成为豪伏级的电压信号,把经过的信号放大电路,就会把弱电压信号逐渐放大到单片机可以处理的范围以内。再经过输入A/D转换器来转换到数字信号,并且输入到主机中去。在单片机对信号进行采集的时候,想要更大程度的提高测量的精度,在采样的时候就必须对信号进行数字滤波。在这个时候,信号经过数字滤波以后,标度就会逐渐转换出来,并通过IED把温度显示出来。此外,还可以将该温度值与已经设定的温度值进行比较,根据两者之间存在的偏差的大小来按照积分分离的PID控制算法得出最后的输出控制量值。在通过输出控制量的数值来确定导通的时间以及加热的功率,从而来有效的调节温度环境。整个系统设计中,主要的目的就是为了使单片机能够对温度进行实时的检测和控制,用来解决工业以及日常生活中对温度控制的问题。可以运用十进制的数码来显示实际的温度值,方面人们的监视,此外,在键盘上输入人工设置的温度范围,可以方便温度控制器在不同的范围查看温度。如果当实际的温度不在规定范围内,那么系统将会自动的调节温度,确保温度的稳定性,实现自动控制的目的。温度的区分度规定在1℃内,当环境温度出现变化的时候,那么温度控制的静态误差就会小于等于0.5℃。在整个系统设计中,主要的目的就是为了能够达到检测和控制温度的目的,使测控的精度更加准确,尽量使整个系统稳定性更好、可靠性更高并且速度较快,具备灵活性。
二、温度检测运用的主要方法
在温度的测量中,其主要采用方法多采用集成的半导体模拟温度传感器,传感器输出的电压或电流与温度在一定范围呈线性关系。通过放大,采样得到被测量。另一种温度测量方法是使用热电偶,其测量精度较高,但测试过程复杂,测量时间长,而且采用电桥测量的系统抗干扰能力较差,误差较大。随着集成电路技术的迅速发展,新型的数字化温度传感器其精度、稳定性、可靠性及抗干扰能力都优于模拟的温度传感器。数字温度传感器也越来越的到广泛的应用。
温度检测的方法根据敏感元件和被测介质接触与否,可以分为接触式与非接触式两大类。接触式检测的方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表;基于热电效应的热电偶温度检测仪表。非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系,对物体的温度进行检测,主要有亮度法、全辐射法和比色法等。接触式测温是使测温敏感元件与被测介质接触,当被测介质与感温元件达到热平衡时,感温元件与被测介质的温度相等。由单片机组成的温度测控系统,通过在单片机外部添加各种接口电路,可构成单片机最小系统,用以实现对温度控制对象的温度的显示和控制。同时也能根据实际情况实现多路巡回检测、数据处理、报警及记录,对各个参数以一定的周期进行检查和测量,检测的结果经计算机处理后再进行显示、打印和报警,以提醒操作人员注意或直接用于生产控制。
三、单片机的温度控制系统的开发与应用
1.硬件电路的开发与应用
选用单片机为主机,再配以两路传感变送器和多路开关,还包括D/A转换器、V/I转换器和调节阀等,可以实现对贮液容器温度进行有效的自动控制,与此同时,还可以设置一些键盘、报警电路和显示电路。当系统处于稳定的状态,那么贮液容器内的温度就不会发生相应的变化,始终保持在工艺要求的数值之内,当原先设定的初始温度和设定值存在一定的差异的时候,而且变化的范围较小,那么就可以使用前馈控制来进行克服,这种变化会给系统带来一定的影响,如果变化范围较大,那么前馈控制就不能完全进行克服,那么整个时候反馈控制就会开始相应的动作。如果当初始温度不发生变化,但是贮液容器内的温度却因为其他因素发生变化的时候,那么反馈控制在这个时候就会发生动作,使整个系统恢复到正常的状态,呈现稳态。
2.软件开发与应用
当热电偶测量的温度值逐渐转变成为电信号以后,就会由模数逐渐转换电路为数字皱,再由P1口送入单片机内。此后每隔10s就由时间自动中断控制来对实际的温度进行采样,并将采集到的温度与原来的设定值进行比较。如果实际温度与原先设定的温度存在不同,那么系统就会自动执行截断功能或者全功率的输出指令,来控制可控硅的导通角,如果所控制温度的升降情况没有超出原先所设定的范围,那么就按照原先设定的温度预定值恢复。每一个时段的温度预定值存储都会存在存储器中,系统会自动每隔20s查询一次,看下额定值是不是在固定的恒温标准内,如果不是在恒温的范围内,那么就会取出一组温度值,于此同时再输入下一组的预定值来导通脉冲数。经锁存器74LS273送往由CD40192组成的预置计数器进行计数,当整个计数满了预置数以后,计数器就会全部清零,并发出一定的控制信号。
3.温度检测的开发与应用
在对其进行温度检测的时候,一般采用的是热电偶传感器,这种热电偶传感器价廉,并且精度较高,整体的构造较为简单,所测量的范围较广,且反应快速。但是由于热电偶传感器它所输出的电压信号较为微弱,只有几豪伏到几十豪伏,因此,在进行A/D转换的时候,必须对其信号进行相应的调节,可以使用高放大倍数的电路来放在A/D转换器上,一般情况下,运用热电偶调理模板和调理板块来实现这项工作较为简单和便捷。如果自己设计和制作调理模板就会花费大量的时间和精力,而且过程较为繁琐,所以很难保证所需的精度。除此之外,在使用热电偶传感器的时候应该注意冷端补偿的方法,就是在热电偶的温度不在0℃的时候,这个时候热电偶所输出的电势将会逐渐偏离冷端0℃的温度数值,因此在这个时候必须采取冷端补偿的措施来进行。所谓冷端补偿,可以采用软件补偿的方法,在IC的温度传感器检测热电偶冷端处的温度值,经过A/D的转换来把其送入单片机内,再运用软件对温度进行检查和测量,当出现问题的时候及时修正,从而保证实际的温度。在测控系统中,其监控系统中被测量的变量存在不同,例如压力和温度的数值都是不同的。因此,必须进行标度的变换。当热点偶的传感器的输出电压和被测量的温度之间具有一种特性的曲线,并且这种曲线呈非线性,在这个时候输出电压的求取所对应的温度值,就可以采用计算法和查表法来得出。
4.温度数据采集模块
在对其进行温度采集的时候,使用的是由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20进行采集。DS18B20测温的范围为-55°C~+125°C之间,所测得的温度分辨率可达0.0625°C,所测得的温度均使用符号进行拓展,并且拓展到16位补码,并且通过串行输出。CPU只需要一根端口线就可以与诸多的DS18B20进行通信,所占用的微处理器的端口较少,可以在一定程度上节约许多的逻辑电路和引线。由于DS18B20内部有一个9字节的高速存储器用于存储温度值,其中前两个字节是所测得的温度数据,第其中前两个字节是测得的温度数据,第1字节的内容是温度的低八位,第2字节是温度的高八位,第3和第4字节是温度上限TH与温度下限TL的易失性拷贝,第5字节是结构寄存器的易失性拷贝,这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新,第6、7、8这三个字节用于内部计算,第9个字节是冗余检验字节,可用来保证通信的正确性。
此传感器的主要特点是在于能够使用单总线的数据传输方式,因此,在读写数据的时候,需要具备很严格的时序要求,在进行一次命令的时候,单片机都会启动写时序,如果按照要求DS18B20回送数据,那么在进行写命令后,单片机需启动读时序完成数据接收。
5.加热控制电路的开发与应用
用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制,采用对电压进行通断的方法进行控制,以实现温度控制的目的。对电炉丝通断的控制采用固态继电器。它的使用非常简单,只要在控制电平,即可实现对继电器的开关,使用时完全可以用NPN型三极管接成电压跟随器的形式驱动。当单片机的P1.3为高点平时,三极管驱动固态继电器工作接通加热器工作,反之则不正常运行。
6.报警及指示灯电路的开发与应用
当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户,此时蜂鸣器为三声断续的滴答滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警,当温度低于用户设置的目标温度10度或高于10度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单片机输出高电平时,三极管导通,蜂鸣器工作发出报警声。
四、结束语
综上所述,基于单片机的温度控制系统可以对环境温度进行检查和测量,能够根据已设定的定制来调节温度,控制执行的机构,实现调节温度的目的。当温度超出规定范围内,就会发出警报,及时调节到规定的温度,此系统的应用较广,且实用性和可靠性较高,能够在室内温度测量、实验仪器温度测试和锅炉温度测试等一些列工业环境中进行使用,具有较好的应用前景。
参考文献:
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关键词：单片机； SHT11； DS1302； 温、湿度控制
中图分类号：TN710-34文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)09-0118-03
Temperature and Humidity Control System of Warehouse Based on MCU
MAN Hong, ZOU Cun-ming, JI Yong-gang
(Information Engineering College, Dalian Jiaotong University, Dalian 116052, China)
Abstract： According to the low automatic degree of the warehouse of agricultural seed and the difficulty in large area management, an intelligent temperature and humidity control system with MCU of ATMEL Company is designed. The system realized the temperature and humidity value set of PC through serial communication, enhanced the intellectualization of the warehouse, built the hardware circuits based on MCU, and tested the software and hardware of the system. The structure, working principle and fuzzy control algorithm are introduced. The actual effect about the system is good.
Keywords： MCU; SHT11; DS1302; temperature and humidity control
0 引 言
温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，对于农产品种子来说，对环境温度与湿度有着比较严格的要求。人们通常使用温度计、湿度计来测量仓库的温度和湿度，通过人工加热、加湿、通风和降温等方法来控制仓库的温、湿度，这种方法不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。同时温度与相对湿度的大幅度变化可能导致种子大范围腐烂或者影响种子的发芽率，从而带来极大的经济及财产损失。因此，保持适宜的仓库温度、湿度对保证农产品种子存储质量十分重要。
目前市场上的各种温度控制设备大多只能根据简单的温度变化规律制定控制算法，系统扩展性较差。本系统采集了种子仓库所在地一年的温度变化规律，并使用能适应季节变化、节省能源的模糊控制算法，结合AT89S51单片机技术研制了一种稳定性高、成本低的温、湿度智能控制系统，采用上、下位机控制结构，实现全方位智能化的仓库管理控制系统。
1 系统结构及工作原理
该系统采用PC机作为上位机监控单元，AT89S51单片机作为下位机控制器，其设备包括温度、湿度检测模块，温、湿度输出控制模块，键盘输入模块、LCD显示模块及上下位机通信模块、报警模块等。其中设备采用RS 485串行通信接口方式和上位机实现远程数据交换，用以实现向用户发送信息，用户对设备进行操作处理等功能［1-2］。系统结构如图1所示。
图1 系统结构图
本系统可以通过键盘设定模块或者上位机下装模块进行系统给定值的设置来调整仓库温、湿度控制范围。温度、湿度检测模块将仓库内的温、湿度信息传到单片机，单片机根据实际情况发出控制信号驱动控制模块进行相应操作，同时将当前信息存储到单片机相应内存单元中并上传数据到上位机显示及保存。当温度或者湿度超过设定的范围上下限时，控制器将会启动或者停止相应设备来调整环境湿度和温度，同时将各种调整信息在LCD上显示并发出报警信号。控制信息同时在上位机显示并报警，建立控制日志保存。另外还可以设计一些通用接口，为以后设备功能扩展提供方便。
2 系统硬件设计
2.1 控制器的设计
此系统下位机采用模块化设计，由AT89S51主控芯片，温、湿度检测模块，输出控制模块，键盘输入模块，LCD显示模块，上下位机通信模块等几部分组成。温、湿度检测模块使用数字温度传感器DS18B20测量仓库的温度，使用温、湿度传感器SHT11测量湿度。输出控制模块的控制信号由单片机控制器提供，通过光电隔离器传送信号到继电器控制各执行电机动作来调节仓库的温、湿度。单片机的P2.0～P2.4接口分别作为驱动空调加热制冷、循环风机、排湿窗风门的I/O接口。在I/O接口输出电平为0时，K1开关断开，相应执行电机不工作；在I/O接口输出电平为1时，光电隔离器输出信号使K1开关闭合，相应执行电机工作。键盘和通信模块采用查询方式实现对控制系统的设置，从而达到对系统温、湿度值和其限定范围的及时调节。如果出现异常情况，设备将立即通过RS 485将事件传送给远程主机，发出报警信号［3-5］。
2.2 温度检测模块
此系统的温度检测模块根据仓库面积的大小可增加多处检测点，而数字温度传感器DS18B20［3］就具有支持多点组网的功能，可将多个DS18B20并连在惟一的三线上，实现多点温度检测，其测温范围为-55～+125 ℃，固有测温分辨率为0.5 ℃,工作电源为DC 3～5 V，测量结果以9～12位数字量的方式串行传送。其检测电路如图2所示。
图2 温度检测模块电路
2.3 湿度检测模块
湿度测量模块为了节省控制器I/O接口并方便以后的芯片功能扩展，采用SHT11温、湿度传感器［6］。此传感器是高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D 转换和加热器等功能集成到一个芯片上，提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高，测量精确度高，由于同时集成温、湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能。SHT11可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为“相对湿度”,需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，因此为了补偿湿度传感器的非线性，可按下式修正湿度值：
RHlinear=C1+C2×SORH+C3×SO2RH
式中：RHlinear为经过线性补偿后的湿度值;SORH为相对湿度测量值;C1,C2,C3为线性补偿系数，取值如表1所列。
表1 湿度线性补偿系数
SORHC1C2C3
12位-40.040 5-2.8×106
8位-40.648-7.2×104
而实际温度和测试参考温度25 ℃有所不同，所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：
RHtrue=(T-25)×(t1+t2×SORH)+RHlinear
式中：RHtrue为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值;T为测试湿度值时的温度(单位：℃);t1和t2为温度补偿系数，取值如表2所示。
表2 湿度值温度补偿系数
SORHt1t2
12位0.010.000 08
8位0.010.001 28
具体湿度检测模块电路如图3所示。
图3 湿度检测模块电路
2.4 输出驱动控制模块及报警模块
输出驱动控制模块通过控制芯片产生电信号，控制相应的设备运转或者停止，实现仓库温度和湿度的自动调节。当检测到的温度和湿度值大于或小于设定值时，报警模块同时会发生报警信号通知用户注意当前状况，必要时需采取相应人工措施［7-9］。
3 系统软件设计
由于温、湿度变化规律性不强，被检测对象的温、湿度具有非线性、热惯性、时变性等特点，较难建立精确的数学模型。而模糊控制算法不需要建立精确的数学模型，可依据人工实际操作经验，将其抽象为一系列的控制算法后通过计算机完成控制过程，具有控制动态响应好、超调小、稳定性强等特点［10］。
控制器可以自动检测昼夜、季节、室内环境温、湿度值的变化，利用模糊算法实现自动控制过程。仓库存储土豆种子的温度控制在-1～+3 ℃之间，相对湿度保持在45%~70％较为适宜。
温、湿度控制程序中，温、湿度各有2个输入数据和1个输出数据。e为温、湿度偏差;Δe为温、湿度变化率;u为输出控制变量，其值分别为：
e={PL,PM,PS,0,NS,NM,NL}
Δe={PL,PM,PS,0,NS,NM,NL}
u={PL,PM,PS,0,NS,NM,NL}
其中：PL表示负大；PM表示负中；PS表示负小；NS表示正小；NM表示正中；NL表示正大。然后根据专家知识和操作人员的经验，建立模糊控制表。其模糊关系可以用多个条件语句表示，例如：IF e=NL and Δe=NL then u=SM；根据模糊推理进行运算，即可推出控制结果。
在主程序中，主要负责仓库中温、湿度的实时显示，读取并处理传感器测量的温、湿度值，当实际值与事先设定的温、湿度上下限值不同时，发出控制信号，驱动输出控制单元启动或停止执行控制电机，同时发出报警信号，通知用户当前发生的状况并作相应控制日志记录。主程序流程图和温、湿度采集处理流程图分别如图4,图5所示。
图4 主程序流程图
图5 温、湿度采集处理框图
4 结 语
采用模糊控制算法非常适合大型仓库中多点温度和湿度的检测与控制，具有可靠性高、成本低廉、能耗低、反应灵敏、以及可扩展性好等特点。该设备具备一定的通用性，经过简单的改进，就能服务于国防工业、农业等生产上的各个方面。
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关键词：单片机；PLC；农业大棚；温湿度
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）02-0448-03
随着生活水平的不断提高，人们对蔬菜和瓜果的需求日益增加。为了满足这一要求，采用农业大棚种植蔬菜和瓜果得到了广泛推广和应用。农业大棚中的作物生长需要满足一定的环境条件，其中对作物生长影响最大的是环境温度和湿度。在作物生长的不同阶段，环境温度和湿度应保持在一定范围，才能满足作物生长要求。因此对农业大棚温度、湿度等环境参数进行监测和控制，使环境的温度和湿度适合作物的生长，从而对提高作物的产量和品质具有重要的意义。
农业大棚控制系统目前大多采用计算机作为上位机和微控制器作为下位机相结合的方法[1]。下位机将采集到的数据经过处理后通过数据线传送给上位机，由上位机实现对温湿度的控制。采用这种结构的系统可以采集多点数据，因此可以对较大范围内的作物环境进行温湿度的监测与控制。为了实现大棚数据的多点采集以及提高系统的可靠性，设计了一种基于单片机和PLC的大棚温湿度控制系统，该系统采用触摸屏作为系统的人机交互界面。
1 系统的技术指标
1.1 系统功能
系统有自动和手动两种工作模式，处于自动模式时，通过温湿度传感器DHT11采集温湿度，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准脉冲信号输出的温湿度复合传感器，具有单总线信号输出、响应快、抗干扰能力强等优点[2]。各站点温湿度传感器采集的信号经过整形处理电路后传送给站点单片机，站点单片机对数据进行优化处理后将数据通过串行通讯的模式传输给PLC[3]，控制器PLC发出命令给风机控制器和温湿度调节装置，实现大棚加湿、通风和温度调节。
1.2 技术指标
S7-300 PLC（CPU314C-2DP）的工作电压为直流24 V，Atmegal16L单片机工作电压为直流5 V[4]，温湿度传感器DHT11的工作电压为直流5 V。温度检测范围为0～50 ℃，温度控制误差为±2 ℃；湿度检测范围为0%～90%RH，湿度误差为±5%RH；温湿度显示方式为触摸屏显示，当系统采集到当前温湿度参数低于下限值20%或超过上限设定值的20%时，人机界面HMI的报警指示灯开始闪烁。
2 系统硬件的设计
2.1 系统的组成原理
用户可以通过人机界面参数设定I/O域输入温湿度的上下限值，也可以通过HMI观测当前的数据参数，从而实现农业大棚环境设定和监视。处于自动模式时，控制器PLC系统根据当前环境设定的上下限值自动控制执行机构调节大棚内温度和湿度，直到参数处于上下限定范围内为止。系统处于手动模式时通过触摸屏TP177B可手动控制执行机构[5]，实现对大棚环境参数的调节。
2.2 系统硬件的设计
系统的硬件部分主要由人机界面、执行控制器PLC、下位机单片机和执行机构4部分组成。传感器检测到的数据经过整形放大信号处理电路后，将数据传给单片机[6]，单片机将接收到的数据进行D/A转换后传送给执行控制器S7-300 PLC，PLC根据编写的程序输出相应的指令实现对执行器的控制[7]，从而实现对大棚参数的调节（图1）。
2.3 TP177B触摸屏画面
人机界面为西门子的TP177B触摸屏，根据不同的生长季节和时期作物对生长环境的需求不同，通过触摸屏可以设置大棚温湿度的上下限参数，调整农作物生长的环境；通过人机界面显示当前大棚的温湿度实时参数，也可在TP177B上进行手动调节，通过风机、加温器和喷雾加湿器调节大棚温湿度（图2、图3）。触摸屏参数的设定和显示界面可以进行手动切换。
2.4 执行控制器S7-300 PLC
该系统的执行控制器PLC采用的是西门子S7-300 PLC（CPU314C-2DP），单片机实时采集DHT11发送的数据，经过D/A转换，将温湿度的模拟量发送给PLC，并通过人机界面TP177B显示，PLC接收来自单片机或HMI的数据，经过程序处理后发出指令控制执行器调节农业大棚的环境参数。系统的电气原理图如图4所示。
3 系统的软件设计
系统软件采用C语言设计，程序由主程序、数据采集程序、D/A转换程序和输出执行程序模块构成（图5）[8]。系统上电后，主程序先完成系统初始化，调用数据采集模块读取传感器的数据，采集数据时，单片机通过连接DHT11数据的I/O口向传感器发送一个不小于18 ms的低电平信号进行数据请求[9]，然后I/O口作为输入等待传感器的DATA数据，单片机采集到传感器DHT11传送的数据后对其进行D/A转换，将得到的模拟量信号传送给执行控制S7-300 PLC，然后继续返回重新读取数据，如此进行循环[10]。
4 小结
设计的农业大棚温湿度控制系统可以对农业大棚环境的温湿度进行实时监测和调节，系统的硬件为DTH11温湿度传感器、Atmegal16L单片机、S7-300 PLC和TP177B人机界面。传感器分散式多点采集温湿度参数，单片机为数据采集处理器，PLC为系统的执行和控制器，人机界面进行监测和调控。该系统安全、可靠、易于操作，控制效果良好，具有推广价值。
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关键词：单片机 温度检测 模糊控制 温度控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0015-02
温度是生产中最基本的物理量，是工业控制中主要的被控参数。无论在电力、冶金、机械制造领域，还是造纸、化工及食品加工等领域，对温度的测量和控制都有着特别重要的意义。在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度进行精确的控制，是当前温控系统迫切需要解决的重要问题之一。采用单片机对温度进行控制，具有控制方便、使用简单和灵活性强等诸多优点，而且还可以大幅度地提高并满足被控温度的技术指标要求，从而对安全生产、生产效率和产品质量的提升起到极大作用。因此，基于单片机的温度控制系统在处理工业生产中的温控问题具有很好的应用前景。
1 硬件系统设计
本系统以STC89C52单片机为核心，构成一个集温度采集、处理、温度控制和显示的温度测控系统，系统硬件电路结构框图如图1所示。
利用温度传感器对温度进行实时采集，然后对采集到的温度高低进行判断和显示。数字温度传感器DS18B20测温范围为-55～125℃，固有测温误差为0.5℃，因此它不仅能对温度进行有效地测量，且可以对所需要控制的温度进行准确设置。再者，单片机只需提供一根端口线就能与诸多DS18B20通信，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，可大大提高系统的抗干扰性。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度测控系统。
1.1 主控部分
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的51内核的CMOS 8位微控制器。它对经典的MCS-51内核进行了改进使其具有传统51单片机所不具备的功能。拥有灵巧的8位CPU和在线编程功能，能够为许多复杂的控制应用系统提供非常有效、灵活的解决方案，并且价格十分低廉，因此本文选择使用STC89C52单片机为系统的主控制器，实现温度值的设定和温度反馈值的采集，并据此调节I/O的输出来控制温度的值。
1.2 温度采集部分
DS18B20温度传感器与单片机进行串行通信时，仅需单片机提供一根I/O口线就可实现通信，从而简化了逻辑电路。此外，当使用一根I/O线通信时，其电源电压是以寄生方式供电的，因此，只需要将其电源（VDD）和地线（GND）端接地即可[1]。通过读DS18B20内部温度数字计数器并进行有关计数换算，可获得0.05℃～0.1℃的精度，每个DS18B20都有一个在ROM中的64位各自独有的芯片序列号，可实现多点温度的检测。因此，利用DS18B20作为远距离的温度传感器，完全可以满足设计要求。
1.3 键盘与显示电路
当单片机上电复位后，会自动读取保存在存储器中默认的温度值，并对输出温度进行控制，在实际应用中，可以根据需要通过按键对存储器中的温度值进行修改，本系统采用4个按键分别实现设定时间、温度上下限的设置和参数保存返回。本系统采用技术成熟价格低廉的1602液晶作为输出显示器，可分两行显示，每行16个字符。
1.4 温度控制部分
本系统是一个闭环控制系统，工作原理是温度传感器按照设定周期对温度进行采集，送到单片机通过控制算法算出控制量，经数模转换电路转换为模拟量后，输入到温度模糊控制器实现对温度的控制。图2是以模糊控制器为核心的温度控制系统原理框图[2]，温度传感器检测过程变量y，计算误差e和控制变量u，通过D/A变换后输出到温度控制器，使y稳定在一定的范围内，实现对温度的控制。
2 温度的模糊控制[3]
将最优模糊推理方法应用于模糊PID控制，使得最优模糊推理与传统的PID控制相结合。PID控制作为最常用的控制器，有其它控制器形式无法比拟的优点，一是结构简单、可靠性高；二是控制精度大大提高；三是算法成熟，资源丰富。PID的比例算法用来控制当前误差值，积分算法可以控制过去的误差值，导数能够体现下一步误差信息的趋势。简单来说，PID控制器能够反映误差过去、现在和将来的信息。
3 软件系统设计
本系统软件由主程序、实时温度采集程序、液晶显示程序、温度控制程序、Flash ROM存储与读写程序、键盘扫描程序等组成。
4 实验结果分析
4.1 系统温度采集实验
实验的主要目的是对实验箱内的温度进行精确控制，3个温度传感器DS18B20随机放置在实验箱体内侧，为了便于较快收集到实验数据，设置采集数据的频率为20秒，从而可以达到30秒更新一次数据，采集到的温度数据通过液晶显示。记录14次液晶显示的温度数据，如表1所示。
为了证明本实验的可靠性，验证实验中温度的准确性，购买了两支高精度温度计放置于实验箱中，每20秒钟记录一次数据，表2为人工测量的温度值。
将表1的系统采集温度数据与表2的人工所测温度值对比分析可知，本系统温度控制的同比偏差小于0.1℃，温控精度很高，控制精度完全能够满足工业生产控温要求。
4.2 系统温度控制实验
设置好实验性温度参数为28.7℃，观察发现9分钟后，温控系统稳定至设定温度值。以28.7℃为标准值，温控系统稳定工作后，温度变化范围为±0.1℃。从实验结果可知，本温度控制系统响应速度较快，超调量和稳定工作点都达到了最初设计目标，能够达到工业生产温度控制的要求。
5 结语
基于单片机的温度控制系统广泛应用于工业生产，不仅能够对温度进行实时检测，还能根据设定温度值来调整控制温度。本文提出了一种基于单片机的远距离多点温度测控系统，以单片机为控制核心完成对模拟实验箱的温度测控任务，对实验箱内的温度信号进行采集与处理，利用最优模糊PID控制器对箱内温度进行控制，实验结果表明，本系统温度模糊控制精度高、具有较高的稳定性、操作简单等特点，达到工业生产中的温度控制要求，具有较大的实际应用价值。
参考文献
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关键词：STC89C52；水温；水位；控制
0 引言
目前，市场上的热水器趋于两极化，低价位热水器存在功能单一、控制非智能等缺陷，而功能丰富、智能化控制的热水器又价格不菲。针对这种现象，本设计采用STC89C52单片机对热水器进行智能控制。选用51系列单片机作为控制芯片，既能降低制作成本又能实现热水器的智能化控制，能够满足现代人们对生活的需求。
1 系统方案设计
本课题设计的热水器控制系统要实现3大模块功能，即水温控制模块、水位控制模块和声光报警模块。通过STC89C52单片机将这3个模块协调起来，控制着3个模块之间信息交换。
单片机STC89C52、晶振电路和复位电路组成了微处理器模块。水位控制模块由水温采集控制电路、液晶显示电路和键盘电路组成。其中水温控制电路又包括温度采集电路和温度控制电路，温度采集电路通过温度传感器采集温度，温度控制电路根据采集到的温度和预设温度进行比较，然后判断是启动加热电路还是启动保温电路。液晶显示电路用来显示实时温度值和预设温度值，而键盘电路则用来对预设温度进行设置。水位控制模块由水位传感器电路和水位显示灯电路组成，水位控制模块以自制的水位传感器为核心采集水位信息送至单片机，水位显示灯电路根据采集到的水位信息由单片机控制通过灯光显示水位信息。最后的声光报警模块利用声音和灯光的不同组合向人们传达出不一样的信息。
2 系统硬件设计
2.1 水温控制模块
水温控制模块包括水温采集电路、水温控制电路、水温显示电路和键盘电路。
水温采集电路以数字温度传感DSl8820为核心，水温控制电路由加热电路和保温电路组成。在本设计系统中，加热装置和保温装置都用LED灯代替，由继电器控制，而继电器由单片机控制通断。因为单片机的输出电流无法驱动继电器，所以可以通过三极管放大其驱动电流。
LCD液晶显示器由于它功耗很低，同时体积轻巧，屏幕内容显示非常丰富，所以水温显示采用的是液晶显示，同时显示采集的实时水温值和预设温度值。
2.2 水位控制模块
水位控制模块包括水位传感器电路和水位标志灯电路。水位传感器是水位控制电路的核心，本次设计中使用的是自制的水位传感器，该传感器具有结构简单、性能稳定、制做容易等特点。工作原理就是利用生活中用水的导电性。在水箱内所示安放3个铜金属棒用来监测水位，A棒接+5V电源，C、B棒处于上、下限水位处。
其中，B、C棒另一端用导线与单片机的P2.0NP2.1口连接，为了避免外界信号干扰，B、C棒各通过一个电阻与地连接。当水位降到下限时，B、C棒和A棒不能连接上，b、c两端均为低电平，此时缺水产生报警；当水位在处于上下限之间时，b端为高电平，c为低电平，此时水位合适；当水位上升到上限时，b、c两端均为高电平，此时水满。b、c两端还存在一种情况，即b为低电平，c为高电平。正常工作时是不可能出现这种情况的，所以在本次设计中这种情况视为故障状态，一旦出现需要报警。
水位显示灯电路由水满灯、水合适灯和缺水灯组成，水满灯表示水满标志同时也表示送水阀关闭，缺水灯即表示缺水标志同时也表示送水阀开启。当水满时，单片机控制水满灯发光，同时蜂鸣器会响一会儿后停止；当水合适时，水合适灯发光；当缺水时，缺水灯发光同时蜂鸣器响。如果出现故障情况，蜂鸣器响同时3个灯闪烁。
2.3 声光报警模块
声光报警模块由一个蜂鸣器和一个警示灯组成，通过蜂鸣器的声和LED灯的光的不同组合传达出不同的警示信息，起到各种提醒和报警的功能。
3 系统软件设计
系统通过数字温度传感器DS18820采集水箱中的水温，由单片机对水温信号进行处理，将采集的温度与系统设定的温度进行比较，如果低于设定温度以下1～C时，单片机控制加热电路工作，如果高于设定温度以上1℃时，单片机控制保温电路工作。同时，单片机用PO口控制液晶显示当前水温的温度值和系统设定的预设温度值。
为了满足大型工业企业的生产目标，需要及时对单片机电池系统进行检测，以便发现系统存在的故障，在检测的过程中，要采用单片机做主控单元，利用主控功能对温度开始检测和采集数据，主要介绍单片机在锂离子蓄电池充放电过程中温度检测的应用，并结合电压发电流对温度控制影响，从温度控制的模块中，找到系统的工作原理，并根据具体的要求编写了适合本设计的软件程序。基于此，本文探讨了基于单片机技术的电池检测系统的设计与实现。
【关键词】单片机技术 电池检测系统 设计 实现
随着我国综合经济水平的不断提高，人们对高科技技术的需求越来越大，为了实现工业自动化的控制生产模式，技术人员逐渐加大了对技术研发的力度，形成了集中测控系统、过程控制、机电一体化设备为一体的单片机技术。工业企业的不断发展，使得传统的单片机技术已经不能满足生产和加工的需求，电池检测系统也不能根据温度、电压、电流的变化，掌握到技术应用的技巧。所以要通过实时在线监视、检测、数据采集等处理的过程，来设计检测系统，使检测系统可以根据单片微型计算机技术的应用情况，明确系统完善的方式。
1 单片机电池检测系统的硬件设计
1.1 电量的检测
当单片机检测到一个电池电量时，要求技术人员要通过检测锂离子蓄电池充放电回路的电流，进而明确电池组的端电压，在锂离子蓄电池组充放电回路中放入一个阻值很小的电阻，确保电阻的阻值不会影响到电池组的端电压，当为电池组充电的过程中，电压值为负；放电时，电压值为正，并把这个电压作为电路的输入电压。通过这种电量检测的方法，可以更加准确的了解到电池组的实际运行情况，以及两端的端电压，技术人员也可以根据检测的结果，制定出系统优化的方案。
1.2 电量的转换
在电量转换的过程中，需要组成一个运算电路，并要确保电路两端有输入的电压，一个作用是降低电阻上的电压，另外一个是稳定系统的电压值。这种双重的控制方式，可以更加真实的反映出电池组的实际温度。电量转换的过程会涉及到很大的输入电压，所以技术人员要合理控制好电压的流量，最大程度的保障系统的正常运行，运算结束后需要把A/D转换器直接接到单片机上，利用转化器的接口实现电压的控制，同时A/D转换器也要将输入的电压模式转换成模拟的数字电压量。转换之后的模拟信号量会在LED灯的作用下，显示出来，这个过程的结束，说明电量已经成功完成转换的过程，得到的数据也是真实、可靠的，技术人员可以根据数据显示的内容，去调整系统的工作形式。
1.3 温度控制电路设计
根据单片机技术的电池温度检测目标，在工业生产的过程中，通过温度控制电路的设计和实现，来及时的检测电路的运行情况，以及掌握到温度变化的规律。在设计电路时，要通过单片集成两端的温度传感器检测温度的变化，首先，控制水温在0-100度之间，驱动电压在4-30V之间，电量转换的形式为电压型，这种温度设计的电路要求技术人员要严格控制电压和电量，既要保障电路的顺利运行，又要提高温度控制的能力。
1.4 温度报警电路设计
根据多路温度控制系统的运行要求，进行温度报警电路的设计，单片机的中央处理器负责运算和操作控制，主要包括报警系统的运算器和控制器，这种温度报警系统的设计可以满足系统检测的需求。温度报警的功能就是及时发现系统电压和电流的变化规律，在电压和电流的含量影响到系统的安全时，要及时发出警报，使技术人员可以了解到系统存在的故障，进而停止电池检测系统的运行，避免系统硬件设施的损坏。
2 单片机电池检测系统的软件设计
2.1 温度采集模块设计
在设计温度采集数据模块时，要利用数据模拟量的范围，来确定温度变化的区间，温度采集模块的设计，要满足电量转换和显示的需求，因此，技术人员需要根据实际的检测系统形式，设置出数字量转换的环境和空间，使其可以满足单片机控制的要求。单片机技术的控制形式会影响到温度采集的数据，所以为了提高数据信息的准确性，并通过温度采集的过程，利用中断方式来实现A/D转换，进而使单片机可以对数据进行处理及存储。
2.2 数字滤波程序设计
在单片机技术的电池检测系统设计和实现的过程中，数字滤波程序的设计就是为了彰显出程序的高精度性和抗干扰性，使其可以有效的提高检测效率。系统程序会根据干扰信号的频率特征，确定系统的通频带，并融入到数学模型中去分析，制定出滤波程序的线性离散方程。根据对方程的计算可以明确程序监控的效果，也可以更加真实的反映出检测到的温度变化规律，单片机的技术也可以很好的融入到数字滤波系统中。
2.3 温度显示模块设计
温度显示模块的软件程序设计，要能与LED控制系统进行结合，通过软件程序的功能可以对数据信息进行采集和处理，同时LED灯会把相应的温度变化内容，显示出来。这种技术控制的效果，可以真实、快速的显示出温度变化的情况，同时也可以体现出程序高效的工作效率。单片机技术的应用也可以提高温度控制能力，使其可以在LED灯上，显示出具体的变化过程，显示模块的设计要求技术人员要时刻掌握显示的内容，进而分析电池检测系统的电量转换形式。
2.4 键盘模块设计
在检测时，单片机会通过中断式扫描的方式对键盘输入的信号进行采集，所以在信息数据输入的过程中，技术人员一定要保障数据信息的完整性和真实性，使其可以明确体现出电池温度变化的情况。中断信号作为直接的控制系统，当键盘被按下时，单片机的外部中断信号会产生一个低电平信号，技术人员可以根据低电平信号的类型判断出检测系统的电压和电量，进而使单片机可以进入到中断服务程序中，以便更准确的掌握到检测系统的工作效率。
3 总结
综上所述，单片机技术的不断创新和发展，使电池检测系统的设计与实现成为了可能。本文分别从硬件与软件两方面探讨了一种基于单片机技术的电池检测系统的设计与实现，以期能够为基于单片机的电池检测系统的进一步完善提供参考。
参考文献
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关键词：单片机；DS18B20；直流电机；温度控制
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）25-5742-04
单片机已普遍运用于生产过程的自动化控制领域，温度控制是生产过程中常见的物理量，两者的结合可以应用于多种控制系统。如今，发达国家对温度的研究的总体趋势是实现设施内部环境因素（如温度）的调控由过去单因素控制向利用环境计算机进行多因子动态控制的发展；温室环境控制向智能化、网络化方向发展，而且温室产业向节约能源、低成本的地区转移，节能技术也成为研究的重点。该文就要介绍一种简单的基于单片机的养鸡场温度控制系统的仿真实现。
1 系统硬件设计
1.1 系统简介
本仿真系统由单片机、温度采集、LCD液晶显示器、直流电机、报警器和指示灯等模块组成。以AT89S51单片机为基础，用LCD液晶显示器显示当前温度，当温度达到25℃时，直流电动机将驱动风扇转动、报警器报警、红灯亮及蓝灯灭；当温度达到30℃时，直流电机将驱动风扇全速转动；温度小于25℃时，直流电动机将驱动风扇停止转动、报警器不响、蓝灯亮及红灯灭。
硬件系统端口定义：单片机P1.7口控制报警器（此处为喇叭）；P3.4口控制DS18B20；P1.0、P1.1及P1.2口分别控制驱动L298的5，7，6口；P2.0口、P2.1口、P2.2口以及P0口 控制液晶LM016L的显示。DS18B20对温度采集，将采集到的温度转换数字，采集到的温度由LM016L液晶显示屏显示。
1.2 主要模块
1.2.1 温度采集电路
温度采集采用DS18B20芯片，其和单片机的电路连接如图1所示。
1.2.2显示电路
显示电路采用液晶显示芯片LM016L，如图2所示。
1.2.3 电机驱动电路
电机驱动采用L298芯片，其驱动直流电机电路如图3所示。
2 系统软件设计
2.1 主程序流程图
以AT89S51单片机为主控芯片，通过DS18B20进行温度检测，通过显示屏显示当前温度。判断温度，在这里设定：若温度小于25℃，蓝灯亮，红灯灭，直流电机将驱动风扇停止转动，报警器不报警。若温度达到25℃，直流电机将驱动风扇转动、报警器报警、红灯亮及蓝灯灭。若温度达到30℃时，直流电机将驱动风扇全速转动。其流程图如图4所示。
2.2电机控制
用L298驱动直流电机转动，单片机向L298写指令或者读数据。若温度小于25℃，直流电机将驱动风扇停止转动。若温度达到25℃，直流电机将驱动风扇转动。若温度达到30℃时，直流电机将驱动风扇全速转动。在编程中，利用中断实现对电机的控制。
3 仿真结果分析
整个系统仿真在PROTEUS软件下完成，软件编程用KEIL，将生成的.HEX文件加载到仿真电路中，可以看出：
1）温度小于25℃时蓝灯亮、电机将驱动风扇停止转动、蓝灯亮及报警器不响。如图5所示。
2）温度达到25℃时蓝灯亮，电机将驱动风扇转动、红灯亮及报警器报警。如图6所示。
3）温度达到30℃时，红灯亮、电机将驱动风扇全速转动及报警器报警。如图7所示。
4 结论
通过KEIL进行软件编程，在PROTEUS上仿真来实现温度控制。经过仿真，验证了系统设计的正确性，达到了预期的目标。在实际的养鸡场温度控制中，还要考虑具体风扇的功率、养鸡场的规模等问题。
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