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基于单片机的智能温度控制系统设计李军1、孟先林2、宋文龙1（1 东北林业大学，机械与电气工程学院，哈尔滨150040，中国；2 哈尔滨工业大学，市政与环境工程学院，哈尔滨150001，中国）摘要：本文提出的是一种基于单片机的智能温度控制系统的设计方法。智能温度控制系统分为四个部分：监控，加热器，过程控制和反馈。其中，温度检测电路的设计与通过传感器检测水的电导率。光耦合器MOC3041实现功率控制电路，其控制对象是1千瓦的电热水器与220伏交流电源；键盘显示电路包括四个按钮和SMC1602A，液晶显示器实现人机交互；在单片机STC89C52，设定的目标温度与传感器传回的信号进行比较，自动完成水温控制。通过静态和动态数据试验，结果表明该方法实现了温度实时采集和温度控制。关键词：单片机、温度传感器、功率控制1引言：温度是一个物理的表示物体冷热的数量，是在我们的生产和生活的基本物理量。各种领域的相关工业和农业生产的温度都需要进行测量。温度的控制在保证工业生产中的温度是至关重要的。在真空冶炼过程中温度控制系统是一个重要组成部分。因此，温度控制系统被广泛使用，如工厂化养殖，绿色粮仓，熏洗疗法，空调系统等等。如何选择最合适的控制策略通过实时监测数据成为节能工作的一个关键因素。不同的策略已经应用于温度控制系统中。比如积分微分算法，这是很容易实现的而且是有效的，已广泛应用于温度控制系统中的最佳方法是温度控制策略，它提出了在重新凝结水温度时，以最大限度地提高性能组合式冷水机组、冷却塔系统，提出了一个典型的多变量，大的时间时滞、非线性系统，自动提取模糊规则控制，保持一个环境试验室的温度值、空气供给系统、热水系统稳定的方法。修改后的输出输入反馈Elma神经网络和预测原理，能够实现快速、精确地适应PID解耦控制器的设计，尤其是能独立地控制上游和下游的温度的双级空气流场的动态真空耦合系统。本文研究的重点是软件设计，包括在不同应用领域和温度控制系统的控制方法和策略温度的变化，但是如果没有相应的硬件支持，好方法也无法使用。在本文中，主要工作是给我们使用的硬件电路进行设计。单片机开发的智能温度控制系统，能够进行控制方便，成本低，灵活性强的优点。实验证明该设计方案更加容易实现温度控制和硬件支持，此控制系统将适用于其他的温度控制方法。2系统结构设计：控制系统包括四个单元，分别是显示器、加热器、控制过程和反馈回路（温度检测电路）。图1是设计的控制系统图。在图1中，水箱是被控对象，温度传感器对水箱的温度进行检测然后将信号传送到单片机的反馈信号。再将预制信号与单片机的反馈信号相比，然后对温度进行控制。最后，电源控制器控制的加热管和温度将在我们的系统中进行控制。在这里，干扰信号主要是由于加热管接触到其他对象所引起的变化。3系统电路设计：根据控制结构图系统，我们可以建立电路原理图，如图2所示。在本文中，假定控制对象是一个封闭的坦克。该系统包括一个温度检测电路，电源控制电路，一个水位检测电路，键盘和显示电路，报警电路和单片机SCM ATP89C5231温度检测电路：在这一部分中，我们使用数字温度传感器DS18B20检测。图3显示DS18B20封装图。新一代DS18B20是由达拉斯公司设计的数字温度传感器。它是适用于各种恶劣环境，具有连接方便、温度测量电路简单、体积小、价格低和抗干扰能力强等优点。 3. 2电源控制电路：在这里，我们采用光耦合器MOC3041实现功率控制电路，其能耦合传输信号。图4显示了电源控制电路。热端提供加热输出信号驱动；通过74LS04反相器，反向信号将驱动光耦合器MOC3041。当热输出高电平时，电路中状态，无论是双向晶闸管还是热电路接通，都水箱通过功率管加热。33水位检测电路：为节约成本，我们设计通过电导率检测电路来检测水位。图5所示，三金属棒分别安装在水箱的不同高度的水槽。一个是在水箱底部连接一个5 V电源，水槽B和C代表最低和最高水平。当水位低于B，B和C都高于水面，然后不通电，如果B和C的状态是“0”，系统立刻给出报警信号，水少水槽的工作指示灯报警，然后电磁水阀打开注入水；当水位上升到B，A和B连接；B的状态是“1”，C是“0”了。报警信号消失，指示灯正常工作。当水位上升到C，C和B连接，B和C的状态是“1”，然后关闭阀门，停止注水 34键盘和显示电路：四键键盘直接连接单片机P1口作为预制温度输入端口，设置在图6（a）。我们选择LCD1602液晶显示电路，可以实现人机交互，如预制温度和温度的实时检测图6（b）。 3.5报警电路：蜂鸣器和发光二极管组成的报警电路，如图7所示。当水坦克的水平是低于地板时，蜂鸣器给出了报警信号，显示水少的指示灯亮；否则，当水箱的水位达到上限，系统关闭显示水少的灯同时打开显示正常水位的灯。4测试结果：41系统测试仪:有许多在我们测试中使用过的仪器，如双跟踪稳压稳流电源、数字示波器、仿真器、多功能数字仪表、温度计、电热杯和一个秒表。42测试结果:我们把1L水放入温控器电热杯中，然后改变它的温度。我们可以观察液晶显示温度值，当我们测量到一个实际温度后，记录结果，如图8，我们可以得出这样的结论：静态温度传感器的测量结果和实际测量温度计是一致的。因此，温度传感器测量是可靠的，该系统能够符合设计要求。目标温度设置75。我们可以观察液晶显示温度值，当我们测量水的温度用温度计每30秒记录一次结果，如图9所示（加热前，温度为25）通过比较，我们可以看到，测量温度和实际温度一致，在加热过程均在允许误差围内。虽然有错误，但它们不会影响结果。因此，我们的系统达到了设计要求。5结论:本文侧重于单个应用程序单片机在温度控制中的应用。我们单片机AT89C52为控制核心设计与智能控制系统温度的实时采集与控制的试验。结果表明，我们的设计是合理和有效的预期的效果。该系统实现了智能化温度控制，同时它具有许多优点，如易于控制，成本低和高灵活性。参考文献：1 Wei J G， Jiang X C Design of an intelligent temperature control system based on the fuzzy self-tuning PID Procedia Engineering， 2012， 43: 3073112 Xu J Q， Wang X Z， Yu G Y Industrialized culture water temperature control system design and simulation. Automation Instrumentation， 2013， 1: 66683 Shi Q SGreen granary temperature control system modeling and simulation Physics Procedia， 2010， 25:226322674 Zhang H F， Zhao A L， Hou J Design of fumigation temperature control system based on single-chip microcontroller Physics Procedia， 2011， 11: 2462505 Zhang X J， Yu C Y， Li S， et alA museum storeroom airconditioning system employing the temperature and humidity independent control device in the cooling coilApplied Thermal Engineering， 2011， 31( 1718) : 365336576 Yu F W， Chan K T Improved energy performance of air cooled centrifugal chillers with variable chilled water flowEnergy Conversion and Management， 2008， 49: 1595 16117 Mahenjun Z J， Wang S W， Xiao F Online performance evaluation of alternative control strategies for building cooling water systems prior to in situ implementationApplied Energy， 2009， 86: 7127218 Pen Y Q Application of hybrid fuzzy PID in Gelaton temperature control system based on PLC Journal of Xiamen University， 2008， 47( 2) : 1911959 Liu C W， Chua Y K A study on an optimal approach temperature control strategy of condensing water temperature for energy saving International Journal of refrigeration， 2011， 34: 81682310 Zhen L， Zhang J L， Chen Y P， et al Fuzzy control model and simulation of supply air system in a test rig of lowtemperature hot-water radiator system Energy andBuildings， 2010， 42: 38639211 Li J Y， Feng M X Temperature decoupling control of double-level air flow field dynamic vacuum system based on neural network and prediction principle EngineeringApplications of Artificial Intelligence， 2013， 26: 1237 124512 Feng Y Design of temperature control system based on AT89C52 Journal of Weinan Teachers University， 2011，26( 2) : 495213 Zhang J Smart temperature sensor DS18B20 and its application Instrumentation Technology， 2010， 4: 687014 Yu Chunhe， Zhang D