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【摘要】
伴隨著微信計算機的誕生，單片機就此產生，單片機是一種將CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統以及定時等功能通過超大規模集成電路技術集成到一片硅片上的微型計算機系統，被廣泛應用于工業控制行業，并且隨著時間的推移和單片機技術的發展，溫濕度測控技術在農業的發展取得了較大進步。現本文硬件和軟件設計探討了單片機溫度控制系統的設計。
【關鍵詞】
單片機；溫度控制系統；設計
自建國以來，我國的科技和社會的發展進入了飛速發展的階段，人們的生活水平有了極大的進步，尤其是近年來計算機的運用，使得人們生活逐漸邁向智能化的道路。然而科技的發展卻給環境帶來了巨大的問題，如水污染和大氣污染等，諸多問題時刻限制著人們的生活與工作。改善環境問題是人們的生活環境得以改善的重要前提，而濕度和溫度是環境的兩大基本要素，因此，檢測環境的濕度和溫度有利于使人們的生活更加舒適，對改善人們生活環境有著重要的影響和意義。
1基于單片機的溫度控制系統硬件設計
1．1總體結構
依據功能來分類，單片機的溫度控制系統硬件部分可以分為單片機主控模板、輸入通道、輸出通道和保護電路等五個部分，單片機是整個溫度控制系統的核心，由它擴展外部存儲器，進而構成主控模板。其中，擔當保護電路的溫控箱主要由鉑電阻溫度傳感器進行溫度的測量并轉換為電壓信號，轉換為數字量的工作則由A/D轉換器負責，而且在將數字量通過數字濾波后，不僅能夠在顯示器中顯示出溫控箱的溫度，在經過專業的控制算法運算后，還能夠依據溫度值的比較數據控制溫控箱的功率，從而實現控制溫度的目的。
1．2主控模板設計
主控模板是由四部分組成，即單片機、外部時鐘、復位和存儲器擴展等電路，其中單純的單片機內部存儲器的容量肯定無法滿足整個系統的運行需求，因此必須進行擴展。在擴展存儲器的過程中，需要注意的是，數據總線和低8位地址線應當由PO口擔任，而高8位地址線則由P2口擔任，因為PO口分時復用，因此需要將低8位地址利用地址鎖存器鎖存。而外部復位電路擔任著單片機的復位功能，復位電路的接法有很多種，如上電復位和手動復位鍵復位等方式。時鐘電路采用的是內部模式，在內部形成一個高增益反相的放大器，以此構成所需的振蕩器，與外接晶體諧振蕩器還能構成自激振蕩器，在一定頻率中能夠獲得標準的波特率。
1．3輸入通道設計
輸入通道主要由溫度傳感器、A/D轉化器等電路組成，利用溫度傳感器電路將溫控箱的溫度轉化為電量輸出是輸入通道的主要作用，因為該模式下的電量單片機無法識別，因此需要利用A/D轉換器進行轉換，并將模擬出來的電量轉化為相對應的數字值，從而使單片機在做出良好的判斷以及控制。其中溫度傳感器的種類較多，因材料、構成方式和測量原理的不同，各個溫度傳感器的測量范圍和精度也具有明顯的差異性，因此必須依據使用的用途來選擇相應的溫度傳感器。而A/D轉化器是溫度控制中的重要環節之一，它的轉換速度、精度、分辨率和使用價值都對溫度控制器起著重要的影響，因此在選用是應當全方位考慮它的測量精度和轉換率等問題。
1．4輸出通道設計
輸出通道主要由溫控箱功率調節模塊和可控硅輸出等電路組成，目前的溫控系統都可以利用可控硅來調節功率。而可控硅又分為相位控制和零位控制兩種模式，前者能夠更加便利的調節電壓有效值，在燈光和電爐等方面有著廣泛的運用，而后者在大慣性的加熱器負載中應用廣泛，不僅能夠達到溫度控制的目的，而且沒有相位控制中的高次諧波污染電網?？煽毓璺譃閮煞N，即單向可控硅和雙向可控硅，作為功率驅動器件在微機控制系統中起著重要的作用。
1．5保護電路
保護電路的主要功能就是在溫控箱溫度超標時進行保護，將溫度傳感器測量的溫度與所給定值同電壓比較器比較后，當發現溫度超標時，電壓比較器能夠及時的斷開加熱電阻絲電源，從而起到保護溫控箱的作用。
1．6抗干擾措施
在系統抗干擾手段中，硬件抗干擾是最為基礎的方式，主要是從防和抗兩個角度進行抗干擾。需要注意的是，在進行抗干擾的措施時，主要針對的是對干擾源的抑制或消除，從而將系統的耦合通道斷開，實現干擾信號對系統影響的措施，而硬件抗干擾設計的主要措施有隔離、接地和濾波等方式。
2軟件設計
2．1主程序模塊
主程序模塊主要包括上電后的系統初始化和整體軟件框架構建兩方面的工作，系統初始化需要對單片機、A/D芯片和串口等模塊進行初始化，完成初始化后，再進行溫度的設定。當溫度設定好后，分析并判斷系統的運行鍵能夠按下后，系統就能夠依據需要調動起各個模塊的功能，如數據采集和數據處理等模塊，然后循環控制到系統完全停止后即可。
2．2數據采集模塊
該模塊主要承擔著采集溫度信號并將模擬量通過A/D轉換器轉換為數字量，最后提供給單片機的工作。當軟件開始工作后，系統將會連續采集多個樣本，在進行轉換后判斷是否達到規定的量，如果沒有達到就循環運行直至停止，最后進行數字濾波即可。
2．3數據處理模塊
該模塊主要分為數字濾波和顯示處理等環節，承擔著處理A/D轉換后數字量的工作，其中數字濾波有著重要的作用。只有經過了轉換后的模擬信號才能夠被單片機所接受，因此所采集的樣本必須多次驗證，才能夠減少偏差值，在經過多次采樣后，通過某種軟件算法才能夠確保最終值的可靠性，其中所用到的軟件算法即數字濾波算法。
2．4抗干擾措施
從軟件方面來說，主要有按鍵消抖和數字濾波兩種抗干擾措施。前者主要依靠硬件電路，即RC濾波電路，以及軟件延時，即通過軟件避開抖動時間兩種方式來消除抖動，該方式不僅能夠消除抖動，還能同時運作其它模塊的功能;而后者主要是將輸入的數字依據相應的運算法則轉換為另一組數據的方式進行濾波，該方式不僅可靠性高，功能齊全，而且使用時不需要其它硬件設備的配合，不過需要占用一定的處理和運行時間。
3結論
單片機的溫度控制系統不僅能夠測量和顯示當前環境的溫度，還能夠依據固定的溫度進行適當的調整，從而達到調節環境溫濕度的目標，而且當溫度超出所設定的溫度時，系統還會發出警報進行提醒。只有高性價比和良好適應性的系統，才能夠被廣泛的應用于生活和、工作和實踐中，因此具備不斷改進系統設計的能力是每個設計者都需要具備的。
作者：王夢軒 單位：成都理科大學
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