趙光秋 楊洪艷

1.前言

溫度作為一個基本物理量，它是一個與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度作為一種常用的主要被控參數(shù)，我們需要對溫度參數(shù)進行檢測并利用該參數(shù)進行自動控制。采用單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。

2.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于微型化和智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實現(xiàn)的。測溫儀器由溫度傳感器和信號處理兩部分組成。隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動化水平與范圍也不斷擴大，因而對溫度檢測技術(shù)的要求也愈來愈高，一般可以歸納以下幾方面。

（1）擴展檢測范圍 現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測范圍為-200-3000℃，而今后要求能測量超高溫與超低溫。尤其是液化氣體的極低溫度檢測更為迫切，如10K以下的溫度檢測是當前重點研究課題。

（2）擴大測溫對象 溫度檢測技術(shù)將會由點測溫發(fā)展到線、面，甚至立體的測量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從土業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護、家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。

（3）發(fā)展新型產(chǎn)品 利用以前的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。同時利用新的檢測技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。

（4）適應(yīng)特殊環(huán)境下的測溫 對許多場合中的溫度檢測器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫、火焰溫度檢測等。

（5）顯示數(shù)字化 溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。其最大優(yōu)點是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。

（6）標定自動化 應(yīng)用計算機技術(shù)，快速、準確、自動地標定溫度檢測器。根據(jù)分析，由單片機組成的溫控系統(tǒng)，通過在單片機外部添加各種接口電路，可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對溫度控制對象的溫度的顯示和控制。同時也能根據(jù)實際情況實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、報警，對各個參數(shù)以一定的周期進行檢查和測量，檢測的結(jié)果經(jīng)處理后再進行顯示和報警，以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制。

3.應(yīng)用情況

嵌入式溫控系統(tǒng)現(xiàn)在應(yīng)用非常廣泛，可以說深入到了生活的方方面面，如蔬菜大棚智能溫度控制系統(tǒng)、貯液容器溫控系統(tǒng)、汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)、電加熱爐溫度控制系統(tǒng)等。

（1）蔬菜大棚智能溫度控制系統(tǒng) 冬季塑料蔬菜大棚最重要的一個管理因素是溫度控制。溫度過低，蔬菜會凍死或停止生長，所以要控制溫度在蔬菜適宜的范圍內(nèi)。如果僅靠人工控制既耗費人力、物力，又容易發(fā)生差錯。為此設(shè)計智能化溫控系統(tǒng)，控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需求。蔬菜大棚智能溫度控制系統(tǒng)的研制水到渠成。

（2）貯液容器溫控系統(tǒng) 貯液容器溫控系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸汽流量為控制參數(shù)，輸入貯液容器冷物料的初溫為前饋控制，構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)，從而達到控制貯液容器溫度，滿足工藝要求的目的。

（3）汽車空調(diào)溫控系統(tǒng) 現(xiàn)代化的汽車空調(diào)就是能將汽車室內(nèi)空間的環(huán)境調(diào)整到對人體最適宜的狀態(tài)，創(chuàng)造良好的車內(nèi)環(huán)境，以提高司機的工作效率和保護乘員的身體健康。目前高檔轎車中用各種微處理器完成各種控制，汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)技術(shù)也有了飛速的發(fā)展。

（4）電加熱爐溫度控制系統(tǒng) 電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機械等各類工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。嵌入式電加熱爐溫度控制系統(tǒng)現(xiàn)在正被廣泛地使用。

4.技術(shù)情況分析

下面對使用80C51和18B20的系統(tǒng)進行分析：

（1）硬件 硬件主要包括中央處理器80C51、溫度傳感器18B20、鍵盤、LED等。

（2）軟件 系統(tǒng)軟件設(shè)計時可以采用模塊化的結(jié)構(gòu)和層次設(shè)計思想，不僅方便了設(shè)計和使用，也有利于以后系統(tǒng)的擴展和升級。系統(tǒng)軟件可以包括主程序、數(shù)據(jù)采集處理模塊，可以使用PID算法，可以包括聲光報警模塊、通訊模塊等。

從以上分析不難看出，使用單片機進行溫控系統(tǒng)的開發(fā)已具有成熟的技術(shù)。

5.趨勢

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片出現(xiàn)了。以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀器。

與傳統(tǒng)儀器儀表相比，智能儀器具有以下功能特點：

（1）操作自動化 儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微控制器來控制操作，實現(xiàn)測量過程的全部自動化。

（2）具有自測功能 包括自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等。

（3）具有數(shù)據(jù)處理功能 具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點之一。智能儀器由于采用了單片機或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。

（4）具有友好的人機對話能力 智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開關(guān)，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現(xiàn)某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。

（5）具有可程控操作能力 一般智能儀器都配有GPIB、RS232C、RS485等標準的通信接口，可以很方便地與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統(tǒng)，來完成更復(fù)雜的測試任務(wù)。

隨著嵌入式在溫控系統(tǒng)的應(yīng)用，溫控系統(tǒng)也具有了操作自動化功能、自測功能、數(shù)據(jù)處理、人機對話能力、可程控能力等功能，隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，溫控系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域會越來越大，溫控系統(tǒng)也會向微型化、高度集成化、控制簡單化等方向發(fā)展。

6.結(jié)論

嵌入式溫控系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，控制精度高，控制效果穩(wěn)定、良好，可以滿足各個行業(yè)的不同要求。隨著智能溫控系統(tǒng)的不斷普及和發(fā)展，基于高性能處理器的嵌入式溫控系統(tǒng)將會有更加廣闊的用武之地。

（作者單位：中國石油大學(xué)勝利學(xué)院）