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[摘 要]在电子信息技术和控制理论快速发展的背景下，工业控制器的高智能化逐步成为时代发展的趋势。其中，以单片机为核心的数字控制由于其功能强、体积小、成本低等特点被广泛应用在各个领域。本文主要是以单片机为切入点，结合PID温度控制器，对温度控制系统的硬件设计进行了分析，进而为单片机在温度控制系统中的应用奠定重要的基础。
[关键词]单片机 温度控制 硬件设计
中图分类号：F125 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0124-01
正文：
在实际的生产实验环境下，由于系统内部与外界的热交换是难以控制的，其他热源的干扰也是无法精确计算的，因此温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能的符合人们的要求，就需要采取其他手段来达到这样一个绝热的目的，例如可以让目标系统外部环境的温度与其内部温度同步变化。根据热力学第二定律，两个温度相同的系统之间是达到热平衡的，这样利用一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把目标系统与外界进行热隔离。
一、温度控制系统硬件的总体架构
本文主要是是从单片机主控模块、输出、输入通道、电路保护等方面进行温度控制系统的硬件设计。温度控制系统以AT89C52单片机为基础，从而进一步拓展到外部存储器而实现主控模块的完善。对于温控箱的温度，主要是有PT100铂电阻温度传感器转换成电压信号，然后通过A/D转换器实现数字量的转变。数字量转变之后，不仅可以把温度显示出来，同时也可以实现与设定值之间的比较，然后以偏差值的大小为基础，对温度箱的温度进行控制。
二、温度控制系统硬件的设计方案
1、主控模块器件的选型和设计
（1）单片机的选择
在温度控制系统中，单片机的选择尤为重要，通常情况下我们会根据单片机的特点进行选择：第一，要参考单片机的基本性能，主要从存储容量、指令执行速度、中端能力等入手，第二，要参考单片机的增强功能，参照双串号、看门狗、CAN接口等功能，第三，要参考单片机的存储介质，通常情况下要选择Flash存储器，第四，要参考芯片的封装形式，比如，PLCC封装、DIP封装和表面贴封装等，第六，要参考单片机的工作电压范围，通常情况下至少选择能够在1.8V-3.6V电压范围内工作的单片机，第七，要充分考虑编程器和仿真器的价格。根据以上几个方面的特点，选择合适的单片机。
（2）主控模块设计
利用单片机进行温度控制，主控模块的电路通常是有外部时钟电路、服务电路、单片机和存储器扩展电路组成。因为单片机的内部存储器的容量有时候不能满足系统自身的需求，所以需要存储扩展器进行扩展帮助。存储器扩展时，单片机的P0口作为低8位地址线和数据总线，P2作为高8位地址线。单片机通过外部复位电路进行复位，复位的接法非常多，一般都是采用手动复位和电复位相结合的方式。
2、输入、输出通道设计
（1）输入通道设计
温度控制系统的输入通道主要是把温度通过传感器电路转变为电压输出，因为起初电压还是单片机无法识别的，因此必须通过A/D进行转换，把电量转变为数字量，然后交由单片机进行控制和判断。在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速度等物理量。但是大多数单片机本身只能识别和处理数字量，因此必须经过模拟量到数字量的转换（A/D转换），才能够实现单片机对被控对象的识别和处理，完成A/D转换的器件即为A/D转换器。
（2）输出通道设计
在输出通道设计过程中，第一要注意温控箱的功率调节方式，现在温控箱调控方面主要是采用可控硅来实现调节，一种方法是零位控制，另一种方法是相位控制，第二，要做好可控硅输入电路设计。它分为单向可控硅和双向可控硅，在微机控制系统中，可作为功率驱动器件。可控硅具有控制功率小、无触点、长寿命等优点，在交流电机调速、调功、随动等系统有着广泛的应用，双向可控硅相当于两个单向可控硅反向并联。
3、保护电路设计
保护电路的作用是对温控箱进行过温保护。电路中增加的达林顿管TIP122是一个电流驱动型器件，能够提高继电器的励磁电流"在继电器两端并联了续流二极管，其作用是当达林顿管由导通到关断时，继电器也由导通变为关断，由于继电器是个感性负载，电流不能突变，线圈两端将产生很高的反向电势，以继续维持线圈中通过的电流。这个反向电势一般很高，容易造成三极管的击穿，加入续流二极管后，为反向电势提供了放电回路，从而保护三极管不会被击穿，起到对电路保护的作用。
4、硬件抗干扰设计
硬件抗干扰是应用系统最基本和最主要的抗干扰手段，一般从防和抗两方面入手来抑制干扰。其总的原则是：抑制或消除干扰源，切断干扰对系统的藕合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。对于本系统，硬件抗干扰设计具体措施有：隔离、接地、滤波等常用方法。
三、结论
本章主要介绍了温度控制系统的硬件电路主要模块的设计.在介绍了单片机及其存储器扩展电路的基础上设计了系统采用的传感器铂电阻采样电路，这是系统的模拟电路部分，也是控制信息的源头，为本温度控制系统提供了温度电信号，通过可控硅调功对被控对象温控箱的加热，实现系统对被控对象的温度控制，考虑到系统的安全，还设计了继电器保护电路。
参考文献
[1] 王幸之，王雷，翟成等.单片机应用系统抗千扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.
[2] 張宇.高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计[D]合肥工业大学硕士学位论文，2005.
[3] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2006.
[4] 李朝青.单片机&DSP外围数字IC技术手册（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[6] 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[关键词]单片机 温度控制 硬件设计
中图分类号：F125 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0124-01
正文：
在实际的生产实验环境下，由于系统内部与外界的热交换是难以控制的，其他热源的干扰也是无法精确计算的，因此温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能的符合人们的要求，就需要采取其他手段来达到这样一个绝热的目的，例如可以让目标系统外部环境的温度与其内部温度同步变化。根据热力学第二定律，两个温度相同的系统之间是达到热平衡的，这样利用一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把目标系统与外界进行热隔离。
一、温度控制系统硬件的总体架构
本文主要是是从单片机主控模块、输出、输入通道、电路保护等方面进行温度控制系统的硬件设计。温度控制系统以AT89C52单片机为基础，从而进一步拓展到外部存储器而实现主控模块的完善。对于温控箱的温度，主要是有PT100铂电阻温度传感器转换成电压信号，然后通过A/D转换器实现数字量的转变。数字量转变之后，不仅可以把温度显示出来，同时也可以实现与设定值之间的比较，然后以偏差值的大小为基础，对温度箱的温度进行控制。
二、温度控制系统硬件的设计方案
1、主控模块器件的选型和设计
（1）单片机的选择
在温度控制系统中，单片机的选择尤为重要，通常情况下我们会根据单片机的特点进行选择：第一，要参考单片机的基本性能，主要从存储容量、指令执行速度、中端能力等入手，第二，要参考单片机的增强功能，参照双串号、看门狗、CAN接口等功能，第三，要参考单片机的存储介质，通常情况下要选择Flash存储器，第四，要参考芯片的封装形式，比如，PLCC封装、DIP封装和表面贴封装等，第六，要参考单片机的工作电压范围，通常情况下至少选择能够在1.8V-3.6V电压范围内工作的单片机，第七，要充分考虑编程器和仿真器的价格。根据以上几个方面的特点，选择合适的单片机。
（2）主控模块设计
利用单片机进行温度控制，主控模块的电路通常是有外部时钟电路、服务电路、单片机和存储器扩展电路组成。因为单片机的内部存储器的容量有时候不能满足系统自身的需求，所以需要存储扩展器进行扩展帮助。存储器扩展时，单片机的P0口作为低8位地址线和数据总线，P2作为高8位地址线。单片机通过外部复位电路进行复位，复位的接法非常多，一般都是采用手动复位和电复位相结合的方式。
2、输入、输出通道设计
（1）输入通道设计
温度控制系统的输入通道主要是把温度通过传感器电路转变为电压输出，因为起初电压还是单片机无法识别的，因此必须通过A/D进行转换，把电量转变为数字量，然后交由单片机进行控制和判断。在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速度等物理量。但是大多数单片机本身只能识别和处理数字量，因此必须经过模拟量到数字量的转换（A/D转换），才能够实现单片机对被控对象的识别和处理，完成A/D转换的器件即为A/D转换器。
（2）输出通道设计
在输出通道设计过程中，第一要注意温控箱的功率调节方式，现在温控箱调控方面主要是采用可控硅来实现调节，一种方法是零位控制，另一种方法是相位控制，第二，要做好可控硅输入电路设计。它分为单向可控硅和双向可控硅，在微机控制系统中，可作为功率驱动器件。可控硅具有控制功率小、无触点、长寿命等优点，在交流电机调速、调功、随动等系统有着广泛的应用，双向可控硅相当于两个单向可控硅反向并联。
3、保护电路设计
保护电路的作用是对温控箱进行过温保护。电路中增加的达林顿管TIP122是一个电流驱动型器件，能够提高继电器的励磁电流"在继电器两端并联了续流二极管，其作用是当达林顿管由导通到关断时，继电器也由导通变为关断，由于继电器是个感性负载，电流不能突变，线圈两端将产生很高的反向电势，以继续维持线圈中通过的电流。这个反向电势一般很高，容易造成三极管的击穿，加入续流二极管后，为反向电势提供了放电回路，从而保护三极管不会被击穿，起到对电路保护的作用。
4、硬件抗干扰设计
硬件抗干扰是应用系统最基本和最主要的抗干扰手段，一般从防和抗两方面入手来抑制干扰。其总的原则是：抑制或消除干扰源，切断干扰对系统的藕合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。对于本系统，硬件抗干扰设计具体措施有：隔离、接地、滤波等常用方法。
三、结论
本章主要介绍了温度控制系统的硬件电路主要模块的设计.在介绍了单片机及其存储器扩展电路的基础上设计了系统采用的传感器铂电阻采样电路，这是系统的模拟电路部分，也是控制信息的源头，为本温度控制系统提供了温度电信号，通过可控硅调功对被控对象温控箱的加热，实现系统对被控对象的温度控制，考虑到系统的安全，还设计了继电器保护电路。
参考文献
[1] 王幸之，王雷，翟成等.单片机应用系统抗千扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.
[2] 張宇.高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计[D]合肥工业大学硕士学位论文，2005.
[3] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2006.
[4] 李朝青.单片机&DSP外围数字IC技术手册（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[6] 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.