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基于单片机的温度控制系统设计

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技术交流 基于单片机的温度控制系统设计 徐博 辽宁锦州渤海大学工学院 摘要:随着计算机技术的不断发展,计算机中很多的领域行业中都有着重要的应用价值,随着单片机的不断应用发展,在自动 控制领域中也广泛运用到了单片机技术,单片机在实现自动控制的过程中充当着重要的核心地位,本文设计了基于单片机的 温度控制系统,文中主要是从硬件设计和软件设计进行展开论述。 关键宇:单片机温度控制数据采集 1引言 温度在人们的生活中充当着的作用无法被替代,在工业生产 中,温度是作为测量的参数之一。温度在物理以及化学反应中都 存在,因而,生产自动化中对温度进行控制具有重大的研究价值。 随着计算机技术的不断发展进步,对温度进行性测量的仪器的研 究也日益增多,很多的工业领域中都会应用到测温仪器,目前在 温度控制系统中实现智能化是大势所趋。尤其是现今的社会背景 下,温度控制系统已经融入到人们的生活中,成为了有着重要应 用价值的一部早,但是关于温度控制的发展还有待突破,所以研 究温度控制系统有着重要的现实意义以及理论意义。 2总体设计 基于单片机的温度控制系统的总体电路图如图1所示。 .1l一 … f. 1.甜尊辣{黜 艋世一I一量托 * , , ====: 0情肆 慨一串 . . 确惰械 图1总体电路图 3硬件设计 3.1传感器接口电路设计 作为非线性对象中的一种,温度的特点是惯性大,通常情 况下在温度低的范围之类形成的惯性比较大,处于温度比较高 的范围之类其惯性小些。为了更好地进行温度控制,通常设定 的传递函数如公式(1)所示。 = 8 (1) 3.2温度数据采集电路 温度传感器的型号选择的是DS18B20,相比传统的温度传 感器,DSI8B20的主要特点总结成几点:DS18B20的接口方式是 单一的,DS18B20还能够实现多点组网,将几个的DS18B2共同 连接在三个线中,从而进行多点组网。在运用DS18B20的时候 数码 世界l60… 不添加其他的外围元件,温度控制的范围通常是处于一50"C到 +120 ̄C之间的,其中的测温分辨率设定为±0.4"C;将温度测得 的结果发送给CPU,其中的结果传送形式是9位数字量。进而进 行CRC验证,DS18B20的实现增强了抗干扰纠错能力。数值与温 度之间的关系如表1所示。 表1数值与温度的关系 数据(二进制) 数据(十六进制) 120 0000 0000 1l11 1010 OOFAH +20 0000 0000 O0l1 OO10 0032H +O.5 0000 0000 0000 0001 000IH 0 0000 0000 0000 0000 O000H +O.5 1111 l1ll 1111 l11l FFFFH -20 1111 l11l 1i00 l11O FFCEH -50 1111 l111 1001 0010 FF92H 3.3 ADC0809转换器 A/D中的主要核心是ADC0809,该过程的A/D转换是通过逐 次逼近实现的。ADC0809的电源设置的是+5V,而且芯片中有8 路模拟多路开关,该开关能够将8路0到5V的模拟电压实现分 时转换,而每一次的转换时间是lOOpS。 ADC0809中的引脚介绍如下: DO—D7表示8位输出数字量。 INO—IN7表示8路输入模拟量。 VCC表示工作的电压。 GND表示接地。 START表示A/D转换中信号启动的输入端。 A、B、C分别表示地址的三个输入端。 其中A/D误差大小为实际模拟量和理论模拟量的差值,如 公式(2)所示。 AV=V0-VR (2) 3.4 LED显示接口电设计及数码管 本文所选择的4位数码管对时间进行动态地显示,其中温 度的精度保持的是0.1℃。在单片机的系统中,LED显示器有着 重要的作用,随着单片机的不断发展,LED显示器的运用十分广 泛。LED数码器通常应用的场合是仅有数码和其他由字母所组成 的内容。因为LED数码器的配置比较灵活,界面比较清晰,同 时在与单片机的接口相互连接的时候,实现起来比较容易。 LED数码管在进行字段显示的过程中充当着不可替代的器 件,LED数码器的组成部分主要包括了多个发光的二极管。如导 通果发光二极管,则二极管中相应点就被点亮,从而也对其他 组合的二极管进行导通,通过二极管能够将多种字符显示出来, 通常选择的LED数码管的段数一共是7以及形成的是“米”字 段的样式。一般情况下此种显示器可以分为两极;阳极和共阴极。 所谓的共阴极LED显示器是将里面所有的阴极都连起来,同时 将二极管的共阴极接地。如果发光二极管的阳极显示是高电平 的是时候,二极管的相应字段就会显示亮点。与此同时连接起 LED显示器中的共阳极的所有阳极,一般情况下共阳极是和正电 压相互连接起来的。LED数码管和发光二极管是相同的,其中正 向压降设定的范围是1.5V到2V之间,额定电流设置成lOmA, 电流的最大值是40mA。 3.5温度采样部分 在温度控制系统的设计中需要设置温度参数,但是在这 个测量参数中需要采集温度的数据信息,而这个采集部分是 通过温度采样单元实现的,采样单元中包括了转换温度电压、 放大小信号和数字模拟信号的转换等。从温度到温度电压的 而这个转换过程的实现需要借助于温度传感器一热敏电阻, 放大小信号的实现需要借助于放大电路,而模拟信号向数字 信号之间的转换过程是通过ADC0809实现的,获取温度数据 信号后需要发送单片机中,经过进一步处理从而形成输出的 信号是二进制形式。 3.6温度传感器 从一定的角度上分析,所谓的温度传感器指的是,物体自 身的性质会随温度的改变而改变。比如,生活中的很多的物品 的性质与温度有着直接的关系,当温度发生改变的时候,物质 的特性也会发生相应的改变,所以这些物质材料都可以当成是 温度传感器,然而,一个材料能否成为温度传感器除了这点之 外还需要有其他的特点如下: 1)当温度发生改变的时候,物体的特性改变也很大,而且 这个发生改变的变量是很容易进行测量的。 2)温度和物体的特性之间存在着一一对应的联系,该类物 体只会对温度很敏感。 3)产生的性能在误差方面比较小。 4)投入的成本比较合理,从而适应生产中大量应用。 生活中很多物体都满足上述几点要求,这些就是温度传感 器,比如玻璃温度计,热电阻,以及热电偶等。 4系统软件设计 图2主程序流程图 。其中总结构中主要是由三个部分组成的,分别是主程序、熬  按键子程序以及获取温度等组成。先将按键设置成功,成功设 置了温度值之后,就能够在数码管中看到这个温度值,接着, A/D转换器中就会将采集所得到的温度进行转换,温度的数字信 号就会在数码管中成功显示出来,加热器的控制是通过单片机 实现的,通过加热器可以对温度进行升温和降温。 4.1本文设计的主程序图如图2所示。 4.2温度获取流程 首先是进行初始化,然后判断DS18820是否存在,如果存在, 系统就会启动ROM指令,接着继续执行存储操作,最后进行温 度的读取。流程图如图3所示。 图3读温度流程 5结语 在日常的生活中,很多方面都有涉及到温度控制,比如温棚、 游泳池等场合中都有必要安装温度控制系统。但是传统的温度 控制的实现是通过人工进行的,所以重视度依然不够。本文具 体介绍了数码显示器,数据采集等方面。 参考文献 [1]孙杰,张学军,刘云,等.基于单片机的温度控制系统设计 及仿真[J].农机化研究,2015(4):219—222 [2]康妙,都广玉.基于单片机的温度控制系统设计及其应用 [J].中国电子商务,2014(19):72—72 [3]赵鸿图.基于单片机的温度控制系统的设计与实现[J].微 计算机信息,2008,24(26):54—56 [4]王宝芹,范长胜,郭艳玲.基于单片机的温室温湿度控制系 统设计[J].林业机械与木工设备,2008,36(3):39—41 …l61 

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