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【文章摘要】
本论文以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。
【关键词】
单片机；温度传感器；可控硅；温度控制
0 引言
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在众多工业场合中都是重要环节，水温的变化会影响各种系统的自动运行，例如冶金、机械、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同的控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过了这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于超过适宜范围的温度能够及时调节。
本设计选择研究水温控制系统，采用单片机进行控制的水温自动控制电路，使系统能简单的实现温度的控制及显示，将AT89C52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来，并且通过软件编程能实现各种控制算法，使系统具有控制精度高的特点，对实现水温的自动控制，具有的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发，同样能用于工厂多点温度控制，提高工业企业自动化水平。
1 系统的硬件电路设计
1.1温度传感器模块
温度传感器模块采用的是DS18B20，其主要功能是实时将水温温度数据返回到单片机，将模拟信号转换为数字信号，便于数据的处理与决策，由于此模块直接决定整个系统能否正常运行，所以是系统的核心模块。
本系统采用的是数字传感器DS18B20。DS18B20是可组网的单线数字温度传感器，它采用单线总线结构，集温度测量和A/D转换于一体，可以直接输出数字量，用一根口线就可以传送数据与命令，其温度测量的范围为-55℃～+125℃，固有分辨率为0.5℃，使用中不需要外围元件，可利用数据线或外部电源供电，适应电压范围较宽，为3.0～5.5V，可编程的分辨率可实现9～12位读出温度数据。
使用时，将DS18B20数据DQ与单片机的一位具有三态功能的双向口连接就可以实现数据传输，为保证在有效的时钟周期内提供足够电流，采用外部电源单独供电，在数据线上加一个阻值为10KΩ的上拉电阻。
1.2数据处理模块
单片机是温度控制系统的核心部件，负责数据处理，分别控制显示模块、温度控制模块和温度采集模块，由于数据大于5K，所以选用内存量为8K的AT89C52单片机。
1.3温度显示模块/设定模块
此模块由显示部分和设定部分组成，显示部分采用LCD1602液晶显示器，设定部分是键盘输入，该部分由两个按键组成，PLAS键和SUBS键。
1.4温度控制模块
此模块是系统的执行机构，将单片机端口输出的PWM方波通过光电耦合器精确转化成可控硅的导通和断开，从而控制电阻炉电热丝功率的变化。
此模块是系统的执行机构，将单片机端口输出的PWM方波通过光电耦合器精确转化成可控硅的导通和断开，从而控制电阻炉电热丝功率的变化。
1.4.1光电偶合器MOC3021
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
1.4.2可控硅BTA16
一种以硅单晶为基本材料的P1、N1、P2、N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安級电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流将降低，此时，标称电流应降级使用。
2 系统的软件电路设计
2.1系统主程序
软件设计的主要思想是DS18B20温度检测，控制加热控制组件对温度（水温）进行恒定控制，并且将温度在LCD上显示。还可通过按键控制设定的温度。主程序主要包括系统的初始化、采样温度值、扫描键盘以及实时显示模块等。主程序的流程图如图2所示。
2.2温度采集子程序
通过DS18B20测量环境温度，将环境温度值转化为数字量送到AT89C52单片机中。再通过与设定温度比较对可控硅进行控制。
温度采集的流程图如图3中所示。
2.3控制算法
此系统不具备冷却装置，必须根据实际情况判断，温度不能存在超调现象，温度值必须要求从低到高逐渐逼近设定数值。
当设定温度和环境温度差值小于10℃时，则跳入相应PWM值控制热阻进行加热。当设定温度和实际温度的差值大于10℃，电阻炉持续加热。当设定温度小于等于实际温度则立即停止加热。
【参考文献】
[1]杨世兴.郭秀才.监测监控系统[M] 北京.中国电力出版社.2007.
[2]李广弟.单片机基础[M].北京.北京航空航天大学出板社.2001
[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京.高等教育出版社 1998.
【作者简介】
杨双义（1987-），男，河南开封人，大学本科，研究方向：电子电气。
本论文以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。
【关键词】
单片机；温度传感器；可控硅；温度控制
0 引言
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在众多工业场合中都是重要环节，水温的变化会影响各种系统的自动运行，例如冶金、机械、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同的控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过了这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于超过适宜范围的温度能够及时调节。
本设计选择研究水温控制系统，采用单片机进行控制的水温自动控制电路，使系统能简单的实现温度的控制及显示，将AT89C52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来，并且通过软件编程能实现各种控制算法，使系统具有控制精度高的特点，对实现水温的自动控制，具有的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发，同样能用于工厂多点温度控制，提高工业企业自动化水平。
1 系统的硬件电路设计
1.1温度传感器模块
温度传感器模块采用的是DS18B20，其主要功能是实时将水温温度数据返回到单片机，将模拟信号转换为数字信号，便于数据的处理与决策，由于此模块直接决定整个系统能否正常运行，所以是系统的核心模块。
本系统采用的是数字传感器DS18B20。DS18B20是可组网的单线数字温度传感器，它采用单线总线结构，集温度测量和A/D转换于一体，可以直接输出数字量，用一根口线就可以传送数据与命令，其温度测量的范围为-55℃～+125℃，固有分辨率为0.5℃，使用中不需要外围元件，可利用数据线或外部电源供电，适应电压范围较宽，为3.0～5.5V，可编程的分辨率可实现9～12位读出温度数据。
使用时，将DS18B20数据DQ与单片机的一位具有三态功能的双向口连接就可以实现数据传输，为保证在有效的时钟周期内提供足够电流，采用外部电源单独供电，在数据线上加一个阻值为10KΩ的上拉电阻。
1.2数据处理模块
单片机是温度控制系统的核心部件，负责数据处理，分别控制显示模块、温度控制模块和温度采集模块，由于数据大于5K，所以选用内存量为8K的AT89C52单片机。
1.3温度显示模块/设定模块
此模块由显示部分和设定部分组成，显示部分采用LCD1602液晶显示器，设定部分是键盘输入，该部分由两个按键组成，PLAS键和SUBS键。
1.4温度控制模块
此模块是系统的执行机构，将单片机端口输出的PWM方波通过光电耦合器精确转化成可控硅的导通和断开，从而控制电阻炉电热丝功率的变化。
此模块是系统的执行机构，将单片机端口输出的PWM方波通过光电耦合器精确转化成可控硅的导通和断开，从而控制电阻炉电热丝功率的变化。
1.4.1光电偶合器MOC3021
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
1.4.2可控硅BTA16
一种以硅单晶为基本材料的P1、N1、P2、N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安級电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流将降低，此时，标称电流应降级使用。
2 系统的软件电路设计
2.1系统主程序
软件设计的主要思想是DS18B20温度检测，控制加热控制组件对温度（水温）进行恒定控制，并且将温度在LCD上显示。还可通过按键控制设定的温度。主程序主要包括系统的初始化、采样温度值、扫描键盘以及实时显示模块等。主程序的流程图如图2所示。
2.2温度采集子程序
通过DS18B20测量环境温度，将环境温度值转化为数字量送到AT89C52单片机中。再通过与设定温度比较对可控硅进行控制。
温度采集的流程图如图3中所示。
2.3控制算法
此系统不具备冷却装置，必须根据实际情况判断，温度不能存在超调现象，温度值必须要求从低到高逐渐逼近设定数值。
当设定温度和环境温度差值小于10℃时，则跳入相应PWM值控制热阻进行加热。当设定温度和实际温度的差值大于10℃，电阻炉持续加热。当设定温度小于等于实际温度则立即停止加热。
【参考文献】
[1]杨世兴.郭秀才.监测监控系统[M] 北京.中国电力出版社.2007.
[2]李广弟.单片机基础[M].北京.北京航空航天大学出板社.2001
[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京.高等教育出版社 1998.
【作者简介】
杨双义（1987-），男，河南开封人，大学本科，研究方向：电子电气。