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文 献 综 述 一、前言 温度是表征物体冷热程度的物理量，它是现实中一种很重要的数据并且影响着人们 的正常生活。随着科学技术的发展，人们希望能够越来越精确的测量和控制这个物理量，其中利用单片机进行测量和控制是最近几年出现的一种新型的测量和控制方式，对温度 的测量和控制不仅能提高人们的生活水平，而且科技迅猛发展的今天，对温度的测量和 控制也向人们提出了新的要求，也就对单片机控制的数字温度计的要求越来越严格，所 以需要用更高的要求来设计单片机测温系统来满足严格的要求。
在人们的生产和生活中，温度检测和控制几乎在每个地方都能看到，人们开始采用温度计来采集温度，用集热装置的加热，通过通风和降温装置人为的变化和控制温度，但是这种控制精度低、实时性差、劳动量大[1]。为了更准确的来了解和控制温度，人们需要借助计算机的辅助功能来精确地检测和控制温度。 现阶段在社会发展的影响下，温度这一物理量是工业对象中很重要的一种需要时刻关注的参数，尤其是在需要 严格控制温度的行业[2]，在这些领域中，数字温度计由于其高可靠性、高精度等特点 被广泛的应用[3]。温度的测量以及控制变得越来越重视。如何在实际测量和控制的工作中保证能够对温度进行准确、实时地测量，并对温场进行精确地控制是目前温度控制系统中亟需要解决的问题。在实际的应用中，采用单片机对温度系统进行控制，不仅因单片机系统具有操作灵活、简便，控制方便等优点，还因其能够有效地提高被控温度下的相关技术指标，对提高产品数量以及质量具有很大的帮助。因而应用单片机实现对温度系统的控制，具有广阔的应用前景[4]。 根据目前的使用情况来看，单片机主要是一种微型计算机。将其CPU、ROM以及RAM 接口和相应中断系统多个部件集中在一起的器件[5]。因此单片机实际上就是一台计算机，它有一定的处理能力，能实现许多工农业上不太复杂的控制工作，而不必引入体积庞大而又昂贵的计算机[6]。单片机不但具有体积小、便于携带等优点，而且它的功能也十分多样化。通过外加电源和晶振的共同作用，可以快速地对信息进行处理和控制。因此在现代工业中，单片机针对温度系统的控制得到了广泛地应用，也大大提高了企业的经济效益【7】。 |
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济效益[7]。 三、单片机测温系统国内研究现状 温度是一个重要的物理量，其检测方法有多种，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型及石英谐振型等，它们都是基于温度变化引起其物理参数（如电阻值、热电势等）的变化的原理。随着测量技术的不断发展，多种新的检测原理与技术的开发应用，国内已经取得了具有实用性的重大进展。新一代温度检测元件正在不断的出现和完善[8]。目前，由于计算机及电子技术的快速发展，及传感器精度水平的提高，国内外对数字温度计应用的范围越来越广泛，对数字温度计的研究已经非常的成熟，所使用的实现的方法也多种多样。单片系统( System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达 108 ～ 109 元件/片，这将给 IC产业及IC应用带划时代的进步[9]。 四、单片机测温系统国外研究现状 目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统。在温度传感器方面，美国一公司生产的一个可以进行单线性的温度传感器芯片是当前最常用并且相比较其他芯片算是比较先进的DS18B20，它改进了以往的常用的温度传感器的缺点，DS18B20的主要优点是能够直接的将获得的温度信号转换成单片机需要的数字信号而不像以往那些温度传感器那样只能保存住获得的温度信号，而需要专门安装信号转换芯片才能实现数模转换。因为每一个DS18B20都有自己特有的标识码，可以在一条总线上加接多块DS18B20，所以DS18B20很适合构成一套多位置的温度测量的系统[10]。 同时单片机以其功能强、体积小、可靠性高和价格便宜等突出的优点而受到广大科研人员的重视，其应用领域遍及工业测控、智能仪器仪表、尖端科技日用家电等。以单片机为核心进行电子电路的设计实现某一种特定的功能也比较简单易行。目前大部分数字温度计都是基于单片机，以单片机作为核心研究和开发的[11]。 五、单片机测温系统工作原理与功能 为了保证基于单片机的温度控制系统设计工作能正常、有序、顺利的开展，首先要保证数据采集的准确无误。数据采集是测量和处理传感器信号，研究信息和数据的收集和存储以及从一个或多个信号中获取对象信息的过程。它是基于微机先进技术的综合应用技术[12]。单片机温度测温系统的工作原理主要是相关设计人员利用传感器的测量优势，在转化温度信息为电压和电流等电学物理量信号的基础上，采用传感器测量法，对电压和电流等物理量信号进行放大处理，以准确获取温度相关信息，从而有效控制单片机可处理温度范围。当电压和电流等电学物理量信号达到了单片机处理既定范围后，相关设计人员对温度相关信息进行分类归纳、过滤处理，然后将转换后的温度信息以可视化界面的方式展示给用户，有利于保证用户良好的视觉体验【13】。 |
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视化界面的方式展示给用户，有利于保证用户良好的视觉体验[13]。 单片机作为温度控制系统元件中的核心元件之一，对有效的控制工业生产温度和农业 生产温度尤为重要。通常情况下，单片机的主要功能是通过科学合理的监测温度，实现对温度大小的精准控制，采用媒介传输的方式，将控制后的温度值传送给监控人员， 供监控人员作出相应的处理。通过将单片机温度控制系统应用到农业或者工业实际的产品生产中，有效提高温度控制效果、保证产品生产所需温度、提高产品的生产质量和效率。
综上所述，单片机的测温系统装置具有灵敏度高、精确度高、体积小、测量方便、性价比高等优点。该单片机测温系统以单片机为处理核心，不仅可以用于小型工厂的温差较小的环境测量，也可用于温差较大且测量环境较恶劣的工业场所，同时也可用于其他需要进行温度检测与控制的其它场合。其应用范围广泛，市场前景广阔，具有很大的推广价值。 |
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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： |
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一、本课题要研究或解决的问题 1 了解单片机测温系统的基本构造和工作原理。 2 选用合适的单片机，设计合理的电路来实现所需要的功能。 3 选择好合适的温度传感器。 4 选择合理的LCD来显示温度值等测试的数值。 5 完成软件程序设计和硬件电路设计，连接调试电路，模拟实现温度多点测试仪功能。 二、本课题拟采用的研究手段
温度传感器模块 单片机控制电路模块 液晶显示模块 声光警报模块 A/D转换模块 图1：单片机测温系统的总体设计框图
2.1温度传感器模块设计 由于单片机温控系统设计方案数据量不大，所以通过将AT89C51作为该系统的核心元件， 该组件无法独立工作，需要与时钟、复位电路相连接，并且确保EA 接高电平， ALE 及 PSEN 信号不接，即可实现系统正常工作。时钟电路运用内部时钟方式，以晶体振荡频率确定振荡器频率。经某方式调整单片机各个寄存器数值为初始状态的操作过程即复位操作，可以对于系统异常或死机情况下进行手动复位[14]。 2.2 A/D转换模块设计 在设计硬件系统中运用 TLC2543 该串行模数转换器，实现 A/D 转换过程，该元件能够达到较高分辨率且性价比高，所以应用于本次系统设计模数转化器，并设计输入一路模拟量选择 AINO 一路输入通道。数据转换模块和单片机其他外围设备，可以 实现与单片机的连接，设置正确的转换过程[15]。 1 |
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2.3 液晶显示模块设计 对于现代化自动智能仪器，日常应用较广的包括 LED、LCD 小型输出型显示设备，由于本次设计内容只只针对室外温度的多点测量，因此可选用LED小型输出显示设备。 2.4 声光警报模块设计 在该系统中设计了两个普通LED灯作为警报模块元器件，假若要求更大功率光报警可 以设计单片机对继电器控制，从而实现控制白炽灯。运用普通NPN型三极管 9013 驱动直流 蜂鸣器，整体电器设备的设计构造十分简单可靠，被广泛运用于诸多实际电路中。 2.5 硬件电路模块设计 硬件电路是基于单片机的温度控制系统中重要的组成部分，它对该系统性能起着决定性的作用，通过将传感变送器与其它设备进行有效的连接，有效的提高了该系统对温度的控制效果。同时，在设计时要充分结合内外环境的变化特点，通过对该系统的功能进行不断的优化和完善，对键盘灵敏度、警报电路的性能和电路组织设计等功能。为了确保该系统能充分利用单片机的使用优势，需要对该系统安装微处理器，从而大大保障该系统的硬件电路的实效性和通用性，在设计基于单片机的温度控制系统的过程中，采用高性能处理器，有效的提高了该系统的运行效率，同时，为了有效的提高该系统对数据的处理能力，实现对通信和存储方式的优化，需要借助一些材料对温度进行合理控制[16]。
3.1 主程序模块设计 基于单片机的温度控制系统要想能正常、可靠的运行，除了需要有硬件提供技术支撑外， 还离不开软件的支持。软件的各个功能需要用编程语言来实现，为了最大限度的提高软件开 发的效果，需要将主程序的功能与各个子模块 的功能进行有效的分类和归纳。通常情况下，主程序的功能主要是指在不同时刻对温度进行及时的监测并展示。通过对温度信号完成数模转换，后加入至单片机 P3.0口，即可完成对信号的运算处理，对比既定温度范围。一旦温度低于既定最低温度或高于最高温度，即可发出声光警报。经一定时间延时，即可对下一组温度采样信号进行比较，软件系统程序见图2。 3.2 延时模块本次设计 可运用单片机定时器TO，能够实现定时/计数器TO该工作方式设置，从而输入尚未完成的温度信号定时采集。该定时器经软件编程制定通过最初运用该定时器时，应当完成初始化处理，根据所设定的功能工作确定初始步骤，通常包括了确定TMOD赋值也就是系统工作方式后，预先设置定时初值，并开放定时器中断后启动。 |
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启动传感器 读温度值 驱动执行器 开始
初始化 温度值比较 读取温度值 温度设定值 LCD显示 图2：软件系统程序步骤图 3.3 程序编译 运用程序编译软件首先完成项目创建，选择与系统一致的单片机型号，之后创建新文件保存自己的系统程序后，再添加程序展开程序编译，对于编译时点击菜单编译文 件，直至未出现错误后，在单片机芯片中录入原编译文件。 4、单片机测温系统的系统测试 在完成整个系统的设计后，需要进行整个系统的系统测试，包括：硬件部分测试、软件部分测试、系统测试。其中软件部分测试又包括：显示模块程序测试、温度信号输入模块程序测试、键盘中断程序测试、报警模块程序测试、其他子程序测试。在进行以上的各种测试后发现问题并及时处理使整个程序最终调通。 |
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参考文献
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