单片机的温度采集控制系统 精品.pdfVIP

引言

温度是一个很重要的基本物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相

联系，在许多生产过程中，温度测量和控制都直接和安全生产、保证产品质量、提高生

产效率、节约能源等重大经济技术指标相联系，因此温度测控技术在国民经济各个领域

中都受到了相当的重视。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，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛

使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案

有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert

Control)，鲁棒控制（RobustControl），推理控制等。

温度的测控技术已由模拟测控技术逐渐让位与以单片机为主的微处理器测控技术，

形成数字与模拟混合的测控系统和纯数字测控系统的应用，并正向全数字测控方向快速

发展。单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机，这些部件包括中央处理器

CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。用单片

机取代模拟电路作为温度的测量控制器有如下优点：

（1）可靠性高。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其工业抗干扰能力优于

一般的通用CPU，且程序指令、系统常数均固化在ROM中，不易破坏，硬集成度高，使

系统整体可靠性大大提高。

（2）易于扩展。单片机内具有计算机正常运行所必需的部件，芯片外部有许多供

扩展用三总线及并行、串行管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（3）控制能力强。为满足工业控制要求，单片机的指令系统均有极为丰富的条件

分支转移指令、I/O端口的逻辑操作以及位处理能力。

（4）体积小。由于单片机的高集成度，整个电路系统的体积有得到大幅度缩小，

使便携式仪器的制造成为可能。

要想构成一个先进的温度测控系统，除了采用单片机作为其控制器外，性能优良的

温度传感器也是必不可少的。智能温度传感器是在模拟集成温度传感器/控制器的基础

上发展而成的第三代温度控制器，它将温度传感器、A/D转换器、寄存器、接口电路集

成在一个芯片中，有的还包含中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM

或SRAM）、实时日历时钟以及温度控制与报警电路等。其主要优点是：数字化输出、测

试及控制能力强、传输距离远、抗干扰能力强、微型化、微功耗、易于配微控制器（MCU）

或微型计算机进行数据处理或温度控制。本系统紧跟当今传感器的发展潮流，选用美国

DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器作为温度采集控制部件以实

现更高的系统指标。

本设计的控制对象为一恒温装置，输入为加在升降温装置两端的电压，输出为恒温

装置的温度。输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1))。控温范围为-55～+125℃，

所采用的控制方案为直接数字控制（DDC）中的最少拍控制。

本设计采用总线技术和模块化结构，实现了由MCS—51单片机和DS18B20型单线智

能温度传感器组成的智能温度测控系统，甩掉了传感器→变送器→A/D转换器→单片机

的传统模式，大大减少了电路中元器件和I/O连线，创建了一种新型的高稳定可靠温度

测控系统。通过P3.2口，单片机与温度传感器可互发信息，从而共同进行相应的信息

处理。在配套程序的驱动下，单片机端设置并发送上限温度HT和下限温度LT给温度传

感器，同时读取温度传感器发来的当前温度CT，进行相应显示及处理。当CT超过HT，

将点亮红色LED并驱动制冷控制所对应的继电器，从而进行报警提示及制冷控制。当CT

低于LT，温度控制器将点亮蓝色LED并驱动加热控制所对应的继电器，从而进行报警提

示及加热控制。除了上述可以将现场温度维持在上限温度和下限温度之间的一定范围内

外，当设置的上限温度HT和下限温度LT为同一温度值时，温度测控系统将使现场温度

保持在相应的恒温状态。温度控制器的LCD将显示时间、当前温度、上限温度和下限

温度。

1绪论

1.1课题背景

温度控制是自动控制经常讨论的课题之一，它代表了一类自动控制的方法。而且其

应用十分广泛，可以说在生产生活中无处不在，例如锅炉、电冰箱等。而由温度控制带

来的时滞效应难题