温控器的原理及应用

[摘 要]本文从温度调节系统构成入手，针对某一实例详细分析了温控器的原理及软硬件方面的设计应用，希望与同行共同切磋。

[关键词]温度控制 单片机 原理应用

中图分类号：tf046.6 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-229-01

引言

温度控制器是对温度进行控制的电开关设备。在当今的社会中，越来越多的环境需要对温度进行控制。随着温控器应用领域和范围的日益广泛，电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。

一、温度调节系统构成

系统主要包括单片机控制模块，温度采集模块，温度显示模块，温度上下限调整模块，温度调整模块等五大部分。

二、控制器设计及应用

1、控制器功能及原理分析

以单片机为核心设计出一个温度采集系统。设计的温度控制器有以下功能：（1）测温范围：-550c-+1250c；（2）测温分辨力≦0. 50c；（3）测温准确度≦. 50c；（4）测温点数：在此设计中可测4个点，也可以扩展到8点。（5）温度显示：采用4个7段数码管；（6）超温度范围报警。

系统的原理图共分为七大模块：主模块、指示灯、加热器启动或停止模块、温度的测量模块、键盘模块、报警模块和电源设计模块。如下图2所示。

2、单片机atc51

ats51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/0）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（（wdt）电路，片内时钟振荡器。

3、数字温度传感器ds18b20

ds18b20内部结构主要由四部分组成：位光刻rom，温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。

ds18b20测温时，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在一55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

4、二四译码器

译码的的含义就是把输入的二进制代码的特定含义翻译成被编码的信息。译码器是以一种常见的组合逻辑电路，它的输入代码组合会在某一个输出端产生特定的信号。译码器按照用途可分为3类：变量译码器、码制编码器和显示译码器。本系统用到了变量译码器。

三、锁存、译码驱动芯片芯片mc 14995

该电路的特点时可用字母a b c d e f来显示二进制数10，11，12，13，14，15，同时.还有译码器输入大于等于10时的指示端（（h+i）。当输入数据>=10时，（h+i）端输出“1’”电平。

四、硬件电路设计

1、主模块

单片机控制模块是温度控制器的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、温度上下限值的设定与温度越限时加热器的启动与停止。

本文选用atc5作为控制器件。atc5单片机是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和128bytes的随机数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 mcs-51指令系统。功能强大的atc51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

2、键盘设定温度模块温度上下限设置模块

温度上下限设置模块包括四个按键：

（1）模式切换键：进行模式之间的切换，模式包括设置温度上限模式、设置温度下限模式，每次按下该键就在这两种模式之间切换。

（2）温度上下限增加键：增加温度上下限的值。

（3）温度上下限减少键：减少温度上下限的值。

（4）温控开关键：是温控与非温控之间的切换键。它用于设置是否进行温度控制即是否让越界的温度值触发加热器的启动或停止。

3、温度采集模块

数字化温度传感器ds 1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且.经济的特点，使用户可以轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。ds18b20数字化温度传感器测量温度范围为-550 c-+1250 c，在-100 c+850 c范围内，精度为士0. 50 c。并且还可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

4、报警电路

路由一个三极管和蜂鸣器组成。当温度值在设定的范围时，单片机atc51的p 3. 7 h高电平引脚始终保持高电平，当所采集的温度越限时，p3. 7口便由高电平改为低电平，使三极管导通从而发出蜂鸣声进行报警来提醒操作人员实施相应的措施。

5、温度控制模块

该温控系统中设有两个模块，分别接于单片机atc51的p3. 6和p3. 7口，当红灯亮时，说明所测温度以高于设定的温度，系统将停止加热器的加热。当绿灯亮时，说明所测温度低于设定的温度，系统将启动加热器的加热。使温度始终保持在所设温度中，以实现智能化。

五、结论

整个系统的工作原理是：由atc51单片机控制，按预先编制的程序定时对被测信号进行采样，并自动进行零漂校正，最后显示所测温度值，同时按设定值、所测温度值、温度变化速率，自动进行温度值的控制，并输出0”1oma控制电流，配以主回路实现温度的控制及显示。

参考文献：

[1]廖德荣《自动控制温度的方法》北京航空航天大学出版社2006.2

[2]李军《检测技术及仪表》中国轻工业出版社2008.7第二版