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摘要：在现代工业生产中，温度的高低是影响产品的生产质量或生产设备的寿命的关键因素之一。对温度进行控制，将温度控制在可以接受的范围内，使温度的变化为人们所用，是现代研究的一个重要课题，本文对单片机在温度控制领域的应用及开发进行了详细的探讨，为温度控制系统的发展提供新的思路。
关键词：单片机；温度控制；开发；应用
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
1引言
温度是工业生产中一个非常重要的物理量，它不仅影响到燃烧、化学反应、烘烤、蒸馏、结晶以及空气流动等物理和化学反应过程，还影响到钢铁热处理后的性能、车床加工中刀具的使用寿命以及铸件、锻件的质量等。在工业生产中要严格监控温度及温度的变化，否则不仅可能对产品质量、设备寿命造成巨大的影响，还可能影响生产操作人员的生命安全。因此温度的检测和控制成为工业生产中越来越重要的研究课题，温度控制系统也开始在工业生产中得到了认可和广泛应用。本文通过对单片机在温度控制系统的应用和开发状况的分析，说明了基于单片机的温度调节系统具有更高的可靠性和灵活性。
2单片机温度控制系统的控制原理
单片机制系统的工作原理：首先由温度传感器对温度进行实时测量，并转化成电信号，然后将电信号放大到合理的范围，经过A/D转换器转换数字信号输入到单片机中去，在某些单片机控制系统中，为了获得更高的精度，就要对传感器采集的信号进行数字滤波，并将滤波后的温度值通过LED显示出来，工作人员可以根据温度变化采取措施调节，也可以将采取得到的温度值与系统原本设定的温度值进行比较，根据差异的大小利用PID控制算法输出控制量值，由输出值的数值来调节加热的时间和加热的功率，从而调节环境的温度。在整个过程中，逻辑运算的部分是由单片机完成的，为了能够实现对温度的实时检测和控制，一般可以由人通过键盘来设定温度的控制范围，如果实际温度不在此范围，系统会自动调节直到满足这个范围为止，目前市场上广泛应用的温度控制系统的温度区分大多在1℃内，也就是说温度控制的静态误差不会大于0.5℃，是目前所有温度控制系统中稳定性好、可靠性高且反应速度快、灵活性好的系统。
3单片机在温度控制系统中的开发与应用
3.1温度控制系统的硬件开发与应用。单片机温度控制系统的硬件主要包括单片机（逻辑主机）、测量传感器、A/D和D/A转换器、V/I转换器、调节阀及相关的辅助设备（键盘、显示屏及电路、输入键盘）等。系统正常工作状态应该是处于稳定状态的，所监视的环境温度处于系统规定的范围，也不会出现大的变化；当所监视的环境温度因为某种原因发生变化，与规定的温度范围具有差异，但差异较小时，系统会自动启动前反馈进行克服，这种小范围的变化会给系统带来一定的影响；当环境的温度变化范围较大时，前反馈将不能满足要求，整个系统的就会完全启动，使温度变回原来的范围；如果所监视的环境因为意外因素突然发生变化，整个反馈系统将立即开始东西，使系统迅速恢复正常状态。
控制系统的精准与否的关键在于温度传感器，它是检测温度的核心，目前温度检测的传感器有半导体模拟温度传感器和热电偶传感器两种，前者的原理是依靠热敏元件的电阻与温度成线性关系，从而输出与温度相关的电压和电流，精度较低，电路较为简单；后者虽然精度较高，但测量电路复杂，抗干扰能力差；随着集成电路的发展，数字化的热电偶温度传感器不仅具有精度高、稳定性好的优点，而且可靠性强，正在得到广泛的应用。
在使用热电偶传感器进行检查温度时，一定要注意以下几点：（1）热电偶传感器输出的电压信号较微弱，必须采用高效的放大电路进行放大；（2）热电偶传器在使用的时候要注意冷端补偿，以避免热电偶的输出电势出现大的误差，冷端补偿一般采取软件的方式实现，即将温度传感器的两端的温度值通过A/D转换后都输入单片机，由单片机进行逻辑运算。
3.2单片机温度控制系统的软件开发与应用。当环境的温度值经过热电偶测量变成电信号后，需要由模拟电信号变成数字信号，即进行A/D转换，然后转换后的信号经过接口送入到单片机中，为了实时监控，每隔10s就会单片机就会把采集来的数据与设定的数据（可以是一个数、数值范围或一组随时间变化的数值）进行一次比较，如果采集的数据高于设定的温度范围，系统就执行降低通电时间或加热功率，达到降温的目的，如果采集的数据低于设定的数据值，系统会执行全功率输入模式，使温度恢复到设定的范围。在此过程中，每一个时间段的采集数据和温度设定值都储存在存储器中，系统每隔10s就会进行一次比较，看采集值是否与温度设定值相符合，如果不符合就会送入预置的计数器，当计数器的计数被充满后，就会发出报警信号并将计数器清零。
3.3温度采集模块的开发与应用。在单片机温度控制系统中，为了追求测量的精确度，在进行温度数据采集时，使用的是DALLAS公司生产的数字温度传感器，所测得温度范围较大，为-55℃到+125℃之间，所测的温度分辨率很高，最高精度可达0.0625℃，而且所测得温度可以使用符号进行合理的拓展，最多可以拓展到16位补码，与单片机之间可以进行串行通信，仅需要一根端口线就可以完成，所占单片机的接口少，可以简化逻辑电路。除此之外，此数字传感器还自带一个9字节的高速闪存器，用于对所测的温度数据进行暂存和检测数据的正确，保证与单片机的正常通信。
这种温度传感器最大的优点是能够使用单总线与系统的主机进行通信，不仅简化电路，而且通信迅速、反应灵活。由于采用的是单总线通信，所以在 进行读写数据时，需要执行严格的时序，即：在进行每一次数据传输命令时，單片机都必须启动写时序，使数字温度传感器按照系统要求送回测得的数据，然后写命令结束，有单片机启动读时序来完成最终的数据接收。
3.4加热闭环控制电路的开关及应用。加热控制电路是温度控制系统的执行机构，无论是升温还是降温都要通过它来执行，本文采取对电炉丝通断来控制温度，其中电炉丝通断控制的器件是固态继电器，它的控制原理十分简单，只需要改变电平的高低就可以实现继电器的通断，连接时可以使用NPN型三极管进行驱动，当单片机的端口是高电平时，通过三极管驱动继电器接通电路，使电炉正常加热；反之，当端口处于低电平时，继电器断开，电炉停止加热。
3.5警报系统的开发和应用。为了更好的控制温度，避免温度意外发生变化，超出了系统的调节能力，从而造成火灾，系统设置了温度警报系统。当所监控的环境温度超过设置温度10℃以上或低于设置温度的10℃以上，单片机会输出高电平，使与报警器连接的三极管导通，从而使蜂鸣报警器连续不断的发出滴答滴答声，通知用户。
4结束语
本文通过对以单片机为主机的温度控制系统的基本原理和关键结构（传感器、软件、执行电路等）的开发与应用的介绍，说明单片机温度控制系统可以实现对环境温度的实时控制，并且能够根据用户设定的温度要求，控制执行机构的开闭，达到调节环境温度的目的，而且系统可以具有警报系统，可以在出现不可控制的意外情况时，对操作人员进行报警。实践事实证明，此系统的实用性强、可靠性高、应用范围广，可以对室内环境、实验室温度以及农业大棚的温度进行监控和调节，具有十分好的应用前景。
参考文献：
[1]陈妙芳,胡晓东.基于A T 89s51单片机的温度控制系统设计[J].机械工程师,2009,01.
[2]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,20008,26.
[3]罗云松,李丹.基于单片机A T 89 c 51 的温度控制系统的设计[J].中国科技信息,2009,12.
关键词：单片机；温度控制；开发；应用
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
1引言
温度是工业生产中一个非常重要的物理量，它不仅影响到燃烧、化学反应、烘烤、蒸馏、结晶以及空气流动等物理和化学反应过程，还影响到钢铁热处理后的性能、车床加工中刀具的使用寿命以及铸件、锻件的质量等。在工业生产中要严格监控温度及温度的变化，否则不仅可能对产品质量、设备寿命造成巨大的影响，还可能影响生产操作人员的生命安全。因此温度的检测和控制成为工业生产中越来越重要的研究课题，温度控制系统也开始在工业生产中得到了认可和广泛应用。本文通过对单片机在温度控制系统的应用和开发状况的分析，说明了基于单片机的温度调节系统具有更高的可靠性和灵活性。
2单片机温度控制系统的控制原理
单片机制系统的工作原理：首先由温度传感器对温度进行实时测量，并转化成电信号，然后将电信号放大到合理的范围，经过A/D转换器转换数字信号输入到单片机中去，在某些单片机控制系统中，为了获得更高的精度，就要对传感器采集的信号进行数字滤波，并将滤波后的温度值通过LED显示出来，工作人员可以根据温度变化采取措施调节，也可以将采取得到的温度值与系统原本设定的温度值进行比较，根据差异的大小利用PID控制算法输出控制量值，由输出值的数值来调节加热的时间和加热的功率，从而调节环境的温度。在整个过程中，逻辑运算的部分是由单片机完成的，为了能够实现对温度的实时检测和控制，一般可以由人通过键盘来设定温度的控制范围，如果实际温度不在此范围，系统会自动调节直到满足这个范围为止，目前市场上广泛应用的温度控制系统的温度区分大多在1℃内，也就是说温度控制的静态误差不会大于0.5℃，是目前所有温度控制系统中稳定性好、可靠性高且反应速度快、灵活性好的系统。
3单片机在温度控制系统中的开发与应用
3.1温度控制系统的硬件开发与应用。单片机温度控制系统的硬件主要包括单片机（逻辑主机）、测量传感器、A/D和D/A转换器、V/I转换器、调节阀及相关的辅助设备（键盘、显示屏及电路、输入键盘）等。系统正常工作状态应该是处于稳定状态的，所监视的环境温度处于系统规定的范围，也不会出现大的变化；当所监视的环境温度因为某种原因发生变化，与规定的温度范围具有差异，但差异较小时，系统会自动启动前反馈进行克服，这种小范围的变化会给系统带来一定的影响；当环境的温度变化范围较大时，前反馈将不能满足要求，整个系统的就会完全启动，使温度变回原来的范围；如果所监视的环境因为意外因素突然发生变化，整个反馈系统将立即开始东西，使系统迅速恢复正常状态。
控制系统的精准与否的关键在于温度传感器，它是检测温度的核心，目前温度检测的传感器有半导体模拟温度传感器和热电偶传感器两种，前者的原理是依靠热敏元件的电阻与温度成线性关系，从而输出与温度相关的电压和电流，精度较低，电路较为简单；后者虽然精度较高，但测量电路复杂，抗干扰能力差；随着集成电路的发展，数字化的热电偶温度传感器不仅具有精度高、稳定性好的优点，而且可靠性强，正在得到广泛的应用。
在使用热电偶传感器进行检查温度时，一定要注意以下几点：（1）热电偶传感器输出的电压信号较微弱，必须采用高效的放大电路进行放大；（2）热电偶传器在使用的时候要注意冷端补偿，以避免热电偶的输出电势出现大的误差，冷端补偿一般采取软件的方式实现，即将温度传感器的两端的温度值通过A/D转换后都输入单片机，由单片机进行逻辑运算。
3.2单片机温度控制系统的软件开发与应用。当环境的温度值经过热电偶测量变成电信号后，需要由模拟电信号变成数字信号，即进行A/D转换，然后转换后的信号经过接口送入到单片机中，为了实时监控，每隔10s就会单片机就会把采集来的数据与设定的数据（可以是一个数、数值范围或一组随时间变化的数值）进行一次比较，如果采集的数据高于设定的温度范围，系统就执行降低通电时间或加热功率，达到降温的目的，如果采集的数据低于设定的数据值，系统会执行全功率输入模式，使温度恢复到设定的范围。在此过程中，每一个时间段的采集数据和温度设定值都储存在存储器中，系统每隔10s就会进行一次比较，看采集值是否与温度设定值相符合，如果不符合就会送入预置的计数器，当计数器的计数被充满后，就会发出报警信号并将计数器清零。
3.3温度采集模块的开发与应用。在单片机温度控制系统中，为了追求测量的精确度，在进行温度数据采集时，使用的是DALLAS公司生产的数字温度传感器，所测得温度范围较大，为-55℃到+125℃之间，所测的温度分辨率很高，最高精度可达0.0625℃，而且所测得温度可以使用符号进行合理的拓展，最多可以拓展到16位补码，与单片机之间可以进行串行通信，仅需要一根端口线就可以完成，所占单片机的接口少，可以简化逻辑电路。除此之外，此数字传感器还自带一个9字节的高速闪存器，用于对所测的温度数据进行暂存和检测数据的正确，保证与单片机的正常通信。
这种温度传感器最大的优点是能够使用单总线与系统的主机进行通信，不仅简化电路，而且通信迅速、反应灵活。由于采用的是单总线通信，所以在 进行读写数据时，需要执行严格的时序，即：在进行每一次数据传输命令时，單片机都必须启动写时序，使数字温度传感器按照系统要求送回测得的数据，然后写命令结束，有单片机启动读时序来完成最终的数据接收。
3.4加热闭环控制电路的开关及应用。加热控制电路是温度控制系统的执行机构，无论是升温还是降温都要通过它来执行，本文采取对电炉丝通断来控制温度，其中电炉丝通断控制的器件是固态继电器，它的控制原理十分简单，只需要改变电平的高低就可以实现继电器的通断，连接时可以使用NPN型三极管进行驱动，当单片机的端口是高电平时，通过三极管驱动继电器接通电路，使电炉正常加热；反之，当端口处于低电平时，继电器断开，电炉停止加热。
3.5警报系统的开发和应用。为了更好的控制温度，避免温度意外发生变化，超出了系统的调节能力，从而造成火灾，系统设置了温度警报系统。当所监控的环境温度超过设置温度10℃以上或低于设置温度的10℃以上，单片机会输出高电平，使与报警器连接的三极管导通，从而使蜂鸣报警器连续不断的发出滴答滴答声，通知用户。
4结束语
本文通过对以单片机为主机的温度控制系统的基本原理和关键结构（传感器、软件、执行电路等）的开发与应用的介绍，说明单片机温度控制系统可以实现对环境温度的实时控制，并且能够根据用户设定的温度要求，控制执行机构的开闭，达到调节环境温度的目的，而且系统可以具有警报系统，可以在出现不可控制的意外情况时，对操作人员进行报警。实践事实证明，此系统的实用性强、可靠性高、应用范围广，可以对室内环境、实验室温度以及农业大棚的温度进行监控和调节，具有十分好的应用前景。
参考文献：
[1]陈妙芳,胡晓东.基于A T 89s51单片机的温度控制系统设计[J].机械工程师,2009,01.
[2]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,20008,26.
[3]罗云松,李丹.基于单片机A T 89 c 51 的温度控制系统的设计[J].中国科技信息,2009,12.