摘 要：温度是工业对象中主要的被控参数之一，对装置的处理温度要求严格控制，单片机温度测控系统使温度控制指标得到了大幅度提高。系统能够实现对温度的自动采样，自动处理，自动计算，自动控温。
关键词：单片机89C52；温度测控；A/D转换；抗干扰
温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中常见、最基本的参量之一。在很多场合都需要对温度进行测控。自动控制领域中，温度测控与控制占有很重要地位。温度测控系统在工农业生产、科学研究和在人们生活领域，也得到广泛应用。尤其是在工业行业用途广泛，用于工业的各大生产合成装置温度控制系统中。
1. 课题研究的出发点和设计原理
1.1系统设计的出发点
在达到对温度的检测和控制的基础上,达到一定的测控精度,并尽量使系统的可靠性高、稳定性好、性价比高、速度快、使用灵活、实现容易、便于扩充。
1.2设计原理
在设计中，我选择AT89C52构成系统，采用带有死区的PID控制算法，当温度在给定的死区范围内时，不予调节。用AT89C52的串行口扩展四片/并转换的移位寄存器74HC164驱动四只1.5英寸共阳极LED数码管，实现显示合成装置温度。连接四个开关，设置对应的控制温度。实现输入给定温度值以及设定参数，显示器清零等功能。
测量部分采用Pt100型铂电阻温度传感器对温度进行测量，由于铂电阻阻值与温度是非线性关系，因此采用线性化检测电路，使其线性化，实现线性化采样。由于铂电阻采集的信号量较小，我们需要通过放大电路AD522进行放大。放大之后通过A/D转换电路ICL7109来进行模拟量和数字量的转换。通过数字采样程序，实现数字采样。
由于有被测信号源、传感器、外界等干扰，为了准确测量和控制必须消除被测信号中的干扰，我们采用了中间值数字滤波程序进行滤波。由于AT89C52读入数字量以后，需要转换成操作人员熟悉的工程值，我们采用了标度变换程序，使A/D转换前0～5V电压对应于0～400℃，方便输出于显示器上。
控制部分采用步进电机作为执行元件，步行电机实际是一种串行D/A转换器，其作用是将电脉冲信号转换为相应的移动量。在连续的脉冲序列作用下，步进电机按照运算结果，以步进方式调节加热装置。
当被控温度过高或过低时，该系统扩展X25045一片，该芯片集看门狗定时器，工作电压监控和512*8位E2PROM于一体。可以进行调温。以达到测控温度的目的。
2. 设计的对象、任务及控制原理
2.1控制对象
89C52单片机温度测控装置。
2.2 设计任务
设计主要研究基于89C52在单片机温度测控系统中的应用。
2.3控制原理
运用89C52单片机对温度测控系统的软件和硬件进行控制温度。
硬件设计核心分为3部分：
(1) 温度信号采集和A／D转换部分
我们采用专为低频信号测量而设计的A／D转换器ICL7109作为模拟前端的核心器件，以性能优越的铂电阻温度传感器PTl00(A级)作为前端温度信号采集器件。ICL7109为美国Intersil公司生产的带微机接口的单片CMOS双积分式A/D转换器。
(2) 单片机核心控制部分
单片机采用89C52芯片，它是80C51微控制器系列派生出的采用CMOS工艺的8位微控制器，含有8k的FLASH程序存储器，256字节RAM，所以，一般小型控制系统无须外扩程序存储器。它所具有的全双工增强型UART实现了与其它系统的串行通信。在此部分还有一个1k的串行E2PROM，实现控温点的改写与储存，以适应不同用户的要求。
(3) 键盘与显示部分
设计是在P3.3~P3.6口线上接4个开关。闭合K4时，P3.6为“0”，表示设置温度为370℃（触媒使用的前期）；闭合K3时，设置控制温度为380℃（触媒使用的中期）；闭合K2时，设置控制温度为390℃（触媒使用的后期）。K1为降温控制开关，闭合K1时，停止加热，系统进入降温过程。系统软件检测P3.3~P3.6的状态，发现某一开关闭合，即设置对应的控制温度，并转入相应的工作过程。
使用AT89C52的串行口扩展四片串/并转换的移位寄存器74HC164驱动四只1.5英寸共阳极LED数码管，实行显示合成装置的温度。P3.0口输出数据，P3.1送清除信号，P3.2输出移位时钟。LED显示器工作电流一般是10mA左右，即保证亮度适中，又不损坏显示器，因此选用200Ω电阻来限流。LED数码管的公共阳极端连在一起并接地。四片74HC164串联起来，可以构成一个四位的8段LED数码管显示器。
软件设计核心：
软件采用采用带有死区的PID控制算法，当温度在给定的死区范围内时，不予调节。当温度超出给定范围时，由单片机系统按照运算结果驱动步进电机，调节加热装置，最终达到控制合成装置的温度的目的。
3. 设计预期达到的目标 、技术创新点、应用领域、特点及主要技术指标
3.1预期达到的目标
系统设计目标用单片机对温度进行实时检测和控制，以解决工业及日常生活中对温度的及时自动控制问题;用十进制数码显示实现温度值，方便人工监视;用键盘输人温度控制范围值，便于在不同应用场所设置不同温度范围值。当实际温度值不在该范围时，系统能自动调节温度，以保持设定的温度基本不变，达到自动控制的目的。系统的温度最小区分度为1℃。在环境温度变化时，温度控制的静态误差小于等于0.5℃。
3.2技术新创点
设计采用了单片机应用系统和程序的设计，包括子程序设计及设计方法等。系统内含兼容MCS-51单片机的AT89C52为主处理器、辅以LED显示、键盘?放大电路AD522?ICL7109为A/D转换及电源等，并且用铂电阻作为温度传感器，共同构成温度调节系统。本系统将温度传感器的温度所对应的模拟量经A/D转换成数字信号，然后再经单片机进行处理，实时地显示在显示器上，并将该温度的数字量与已存入的温度控制上、下限进行比较，根据比较结果作相应的操作，实现温度的自动控制。用单片机对温度进行实时检测和控制,以解决工业及日常生活中对温度的及时自动控制问题。
3.3应用领域及特点
随着电子技术的发展和大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。
随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
现代化工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。化工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。
3.4主要技术指标
（1）工作最高温度 400℃；
（2）要求炉温均匀性≤±3℃；
（3）控温精度≤±3℃；
（4）A/D转换数据:0V～5V输入,0000H～0FFFH输出；
（5）温度显示:数字BCD码显示,分辨率为0.1。
4. 结论
在工业生产中，自动化系统完成生产工艺参数检测、显示、记录、调节、控制、报警等全程工艺过程控制功能，并且对提高生产线作业率，改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期也起到了重要性的作用。工业生产过程实时控制的特点是控制过程复杂，监控参数多且数据变化快，数据处理及储存量大，根据过程控制的特点及不同生产工艺过程控制要求，应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经济高效的完成生产任务。目前国内的的大中型过程控制都采用单片机控制系统。
参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及应用[M].北京:清华大学出版社,1999.
[2]康光华.电子技术基础（模拟部分）[M].北京:高等教育出版社,2004.
[3]魏泽鼎.单片机应用技术与实例[M].北京：电子工业出版社，2005.
[4]余永权，汪明慧，黄英. 单片机在控制系统中的应用[M]. 北京：电子工业出版社，2005.