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应用力学和材料Vols。 236-237（2012）第488-492页 在线：2012-11-29

copy;（2012）Trans Tech Publications，瑞士DOI：10.4028 / www.scientific.net / AMM.236-237.488

基于单片机的智能温控系统

谢飞^1,a，钟飞^1,b，丁山亭^1,c，王选泽^1,d

湖北工业大学机械工程学院，武汉430068

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312529812@qq.com，hg_zfxs@sina.com，dtt668@qq.com，wangxz_cn@sohu.com

关键词：脉宽检测; 单片机; 温度控制

摘要：本文基于积分电路和热敏元件的原理，考虑将80C51单片机应用于智能温控系统的设计。 在本文中，主要方法是根据脉宽变化使环境温度发生变化。 该过程通过由热敏电阻，电容和运算放大器组成的积分电路来实现。 这样，通过脉宽测量，我们可以检测环境温度并控制外部电路。 实验表明，该系统简化了温度测量，具有可靠性高，便利性强和应用广泛的特点。

介绍

智能温度控制系统已应用于许多设备。人们对这种系统的实用性和稳定性的要求越来越高。目前，大多数温度控制系统的温度检测方法是利用温度传感器检测温度并将其转换为电压信号，然后进行调制，如放大，使用AD转换器将模拟信号转换为数字信号，然后引入最终进入MCU。这个温度检测过程很复杂。

本文提出了一种新的温度检测方法。我们使用积分电路和电压比较器将环境温度转换为脉冲信号，并使用80C51单片机对内部时钟周期的信号进行计数，并测量高电平的宽度以检测环境温度。根据配置的温度，可以通过控制继电器开关来控制外部电路。这种方法成本相对较低，并且可以用较少的元件简化温度检测。

温度检测原理与计算

温度采集积分电路的设计。温度采集电路是由热电阻和电容组成的积分电路。 温度的变化会导致热敏电阻的变化，从而导致电容器电流积分时间的变化。 因此，通过检测积分时间，我们可以检测温度。

图1温度采集电路

如图1所示，温度采集电路是温度到脉冲信号的转换。 温度采集电路使用NTC热敏电阻来检测温度。 本文选用NCP03XH103型热敏电阻，温度范围为-40℃至125℃，功率为5V，方波电压为100HZ，由编码放大器构成mu;A741积分电路。mu;A741运放的输出选用两个电压比较器LM393。 LM393是一款专业的电压比较器，开关速度快，延迟时间短。 当输入电压“ ”高于“ - ”输入时，输出高电平;当输入电压“ ”低于“ - ”输入时，输出将为低电平。 两个比较器的输出通过逻辑和。 环境温度变化通过温度采集电路变成脉冲信号。 热敏电阻与脉冲宽度的关系。图1中有一个由mu;A741运算放大器组成的积分电路。 根据虚短虚拟中断的原理，mu;A741运放中的2脚电压等于3脚电压，即U₁= U₂= 2.5v。

流经热敏电阻的电流I对电容C充电，得到功率Q，

(1)

电容C两端的电压

运算放大器的输出电压U：

通过LM393电压比较器分别比较Ut1和Ut2，当Ut1，Ut2满足1Vle;Ut1lt;Ut2le;4V时：

最后我们可以得到脉宽时间t和热敏电阻电阻R₁的公式：

如等式（5）所示，从Ut1到Ut2的电容的积分时间与热敏电阻的电阻值成正比。

温度与脉冲宽度的关系。在温度采集电路中，温度变化会引起热敏电阻的变化。 变化的电阻值会导致输出积分时间的变化，即脉冲信号的宽度会有相应的变化。

热敏电阻和温度的公式：

NCP03XH103型热敏电阻，B = 3380 3％，电阻值（25℃）为10kOmega;。 T（k）= T（℃） 273.15。 我们可以得到温度和脉冲宽度T的函数方程：

但方程（6）非常复杂，只有单片机才能完成结果操作。

系统采用插值法，拟合截面线性方程。 温度在-10℃和50℃之间，然后等距离取n组数据（Xn，_YN），相邻两个节点分别为（Xi，_易）和（Xi 1，Yi 1）。 根据插值定理，我们可以得到插值方程：

未确定的系数是alpha;i和beta;i，因此：

硬件系统的设计

该系统的硬件部分采用80C51单片机作为控制系统运行的核心单元。 温度控制系统包括温度采集电路，继电器控制电路，显示电路等。硬件结构如图2所示。

图2　温度控制系统的硬件结构

80C51单片机就是检测脉宽。 如图3所示，脉冲信号接入单片机P3.3。

停止T1计

　　数

图3脉冲宽度检测

选择定时器/计数器模式0，当引脚为高电平时，定时器T1在12分钟内开始计数时钟周期的频率，直到引脚为低电平，然后产生一个中断，然后读出T1计数器的值n ，计算脉冲高时间宽度t的值。 转换环境温度的值，并与设定的温度进行比较，并控制外部电路的操作。 外部接口电路主要有LED显示屏，键盘和继电器。

键盘用于更改初始温度值，并设置所需的温度以使温度控制系统更加灵活。 该系统使用两个键，每按一次K1释放，设定温度将增加1℃; 每按一次K2便释放，设定温度将降低1℃。 在四位数字显示中，前两位显示设定温度，后两位显示测量的环境温度。 继电器用于控制外部电路的远端转动。 它连接到单片机的P1.0。 当低于设定温度范围时，P1.0输出低电平，晶体管截止继电器断开，外部电路停止，外部电路停止。 否则，晶体管导通，继电器动作，外部电路继续工作。

系统软件设计

系统软件设计采用C语言编写，便于携带，简单明了。 根据我们的需求。 我们结合模块化思想。 本文中的智能温控系统软件主要包括：温度采样模块，显示模块，键盘模块和继电器模块。 他们可以通过程序调用进行连接。

脉冲计数部分可以通过单片机的计数和中断读出T1计数器的值n，从而可以计算出高电平脉冲信号的时间t。 温度值可以用公式（7）计算，程序流程图如图4所示。

图4　截面线性拟合工艺流程图

显示模块将显示屏幕上的测量温度。 与设定温度值相比，继电器模块控制继电器的连接和断开，实现对外部电路的智能控制。 整个程序流程图如图5所示。

实验结果

在这个温度控制系统中，温度采集电路可以实现Multism的刺激。 如图6所示，mu;A741运算放大器的输出电压U满足公式（3）。 经过比较后，输出结果为：低于电压4V和高于电压4V，并通过逻辑获得脉冲信号。 如果我们调节热敏电阻的值，脉冲信号的高电平宽度将相应地改变。

图6　运算放大器的输出

单片机的控制部分由Proteus模拟。 如图7所示，在此过程中，我们使用220V电源和灯泡来代替外部工作电路。 我们将初始温度设定为25℃，根据实际需要可将其改为20℃。 单片机的环境温度为16℃，低于设定的温度。 继电器释放并且灯泡将亮起。 当设定温度为10℃，环境温度高于设定温度时，继电器吸合，灯泡熄灭。

图7　实验结果

结论

该设计基于单片智能温度控制系统，满足了低成本，高可靠性和灵活性的独创思路。 它可以应用在许多工业场合，如家用电器，铸造，热处理，具有很高的推广价值。 该项目由国家自然科学基金委资助（编号51175154）。

参考

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2. 杨树斌。反馈工业温度控制系统的设计与实现[J]。科学技术与工程，2007,23（7）：6080-6083。
3. 乔治Eppeldauer。 用于标准化的温度监控可控硅光电二极管[J] .SPIE，1991,1479：11-17
4. 李锐曲兴华王毅 温度继电器温度特性测量系统的研制[J]。 Journal of Transcluction Technology，2004（03）
5. 吴奉杰谢斌 基于Proteus和Keil的微控制器实验教学改革[J]。 实验室研究与探索，2008,31（6）：100-103

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