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单片机温度控制系统设计论文

1设计原理

在温度控制过程中，单一的定值开关控制方式会产生较大的温度

迟滞现象，对于加热箱等干燥设备的干燥效果差、干燥品质低;但是

在普通的干燥设备中，单纯采用PID控制方式会使控制系统变得复杂，

对于硬件的要求程度高，在持续高温环境下精度也随之降低，故障率

高。为了解决这一问题，本文设计一种单片机温度控制系统，该系统

使用两种功率大小不同的加热方式。加热元件使用红外加热管，功率

大的加热管起主要的加热作用，正常工作时处于启动状态。功率较小

的加热管起辅助加热作用，在测量温度高于目标温度时立即停止加热，

当温度低于目标温度时开启加热;但当温度高于目标温度上限一定值

时，主加热管也停止工作，同时引风机开启，辅助降温。对于一般的

电加热干燥设备而言，此方案能够满足实际生产的需要，并且温度延

迟效果低，节能效果显著。

2系统硬件电路设计

2．1系统主结构设计

该温度控制系统由主控制系统、温度采集模块、温度显示模块、

温度动态控制系统、报警模块和按键控制系统组成。

2．2单片机主控系统

作为温度控制系统的核心部分，单片机承载着对温度信息的处理、

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按键的扫描识别、温度动态控制系统的协调、输出显示温度和报警的

任务。本文采用的AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、

高性能CMOS8位单片机。其内部有8k字节可重擦写Flash闪存，成

本低廉，兼容MCS－51系列的所有指令，程序语言丰富;与AT89C51

相比，存储空间更大，中断源更多，方便后期其他模块的添加;技术

成熟，因此在自动控制等领域被广泛采用。AT89C52单片机主控制系

统与其他模块连接原理图如图2所示。P1．0～P1．4口为键盘输入

端口，通过对应按键对目标温度的上下限进行设定。数字温度传感器

总线与单片机的P1．7口相接，经过单片机处理之后，测得的温度输

出至P0口，通过LCD1602显示出来。温度动态控制信号通过单片机

P2．4～P2．6口传输。加热管和散热风扇采用的是220V的交流电，

温度控制口接相应控制电路的继电器，通过继电器控制加热、散热部

分的工作。

2．3温度采集模块

DS18B20是由美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，它通过

单总线协议依靠一个单线端口进行通讯。其仅占用一个单片机的I/O

口，无需其他任何外部件，把环境温度直接转化成数字信号，以数字

码方式串行输出，从而简化了传感器和微处理器之间的接口。该传感

器可以单个于单片机连接实现温度采集功能，在需要采集多点温度数

据时，只需将多片DS18B20同时挂在一条总线上，由软件对每个温度

传感器的ROM编码进行识别即可，具有成本低、结构简单、供电方式

多样、方便扩展和可靠性高等优点。

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2．4温度动态控制系统

温度动态控制系统主要由加热管、引风机、继电器等构成。单片

机的P2．4口接主加热管的控制继电器，通过输出高低电平来实现主

加热管的启动和停止;单片机的P2．5口与控制调温加热管的继电器

相连;降温风机控制继电器控制端和高温报警电路，与单片机的P2．6

口相连。

3系统软件设计

3．1主程序流程图

系统开机启动后，通过温度控制按键设定干燥温度范围;由传感

器DS18B20采集实时温度，通过控制系统的对比给出控制信号，同时

定时对按键进行扫描，以随时调整目标温度范围。

3．2温度数据读写子程序设计

由于DS18B20单总线通讯方式的特殊性，传感器读写温度数据具

有严格的时序要求。工作时序包括初始化、读时序和写时序。单片机

的命令和温度数据的传输都从执行单片机写时序的指令时开始，对于

单片机需要DS18B20送回数据，要在写时序命令执行之后再启动写时

序指令才能完成对数据的接收。总线通讯方式使得硬件电路的连接变

得简单，但也使得程序部分变得复杂。本文采用的是一个传感器，因

此在串口通讯时不需要识