導(dǎo)語：如何才能寫好一篇溫度控制系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

文中系統(tǒng)介紹了本設(shè)計的硬件系統(tǒng)連接圖，軟件流程圖，同時簡要的介紹了該設(shè)計中所用到的各種元器件的主要用途及使用。經(jīng)理論和實踐的證明，該設(shè)計有很高的使用價值，且其功能完善，抗干擾能力強(qiáng).

關(guān)鍵詞：熱電偶 可控硅 溫室 單片機(jī)

ABSTRACT

This design is composed by independent temperature and humidity sensor and 8031 single-chip microcomputer. Through independent temperature and humidity recalled circus composed by independent temperature and humidity sensor， and enlarge equipment and A/D alternated department. Then showing it， the number could control the temperature of the warm room， the single-chip microcomputer looks into the temperature of the warm room， the data got from A/D alternation will be sent to the computer， and will be judged and calculated， then output the data， so that we can control the warm power of the electric oven， so that we can achieve the goal of controlling the temperature. The design also has the function of showing， warning and choosing the controlled state.

In the paper， we introduce systematic chant of the hardware and software， also， the paper introduced the main function and use of all kinds of parts briefly. All have been proved by the theory and practice， the design has high ratio performance to price， and its function was perfect， strong disturbance resistant， so it has good pragmatic value and great development in future.

Keywords: independent ; control ; show

目 錄

緒論 1

第一章 系統(tǒng)性能指標(biāo)及方案確定 2

第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計及芯片介紹 4

第一節(jié) 硬件系統(tǒng)的設(shè)計原則和采用方法 4

第二節(jié) 芯片介紹 5

第三章 前向通道的設(shè)計 17

第四章 后向通道的設(shè)計 23

第五章 人機(jī)通道的設(shè)計 27

第六章 抗干擾技術(shù) 29

第一節(jié) 干擾的作用機(jī)制及后果 29

第二節(jié) 數(shù)字信號輸入的軟件抗干擾措施 30

第七章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 31

第一節(jié) 專用模塊的程序設(shè)計 31

第二節(jié) 主程序設(shè)計 43

結(jié)束語 55

參考文獻(xiàn) 56

附錄………………………………………57

緒 論

溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，如冶金，機(jī)械，食品，化工等種類工業(yè)中廣泛使用的各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等對工件的處理溫度要求嚴(yán)格控制，以及在農(nóng)業(yè)等方面的溫室的溫度控制，微機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，使溫度控制技術(shù)指標(biāo)得到了大幅度的提高。

本設(shè)計是溫室溫度控制系統(tǒng)，其基本控制原理是：單片機(jī)定時對爐溫進(jìn)行檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字量，在送到微機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的判斷和運算，輸出控制量控制加熱功率，從而實現(xiàn)對溫度的控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下

點及用途：

由于該系統(tǒng)僅實現(xiàn)單一的溫度控制，所以硬件結(jié)構(gòu)簡單，而接口及外擴(kuò)芯片應(yīng)用較少，成本低，在抗干擾措施上硬件采用了光電隔離，軟件采用濾波程序，所以系統(tǒng)抗干擾的能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，能滿足工業(yè)中各類溫度控制要求。

第一章 系統(tǒng)性能指標(biāo)及方案的確定

系統(tǒng)要求的主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）要求溫室溫度分三檔：一檔為溫室、二檔為40℃、三檔為50℃。

（2）具有實時顯示溫度（三位××.×℃）。

（3）當(dāng)不能保證要求溫度時，給出報警信號。

系統(tǒng)分析及總體設(shè)計方案：

一、硬件電路方案的確定：

（1）溫度檢測元件及放大器，A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇：

溫度檢測元件及放大器放大倍數(shù)的選擇，按控制范圍和精度要求考慮。該部分采用熱電偶，因為熱電偶是溫度測量中使用最廣泛的傳感器之一。放大器選擇AD521，A/D轉(zhuǎn)換用0801使量化誤差滿足性能指標(biāo)要求。

（2）溫度控制電路選擇：

溫度控制電路采用了可控硅調(diào)節(jié)規(guī)律方式。雙向可控硅在50HZ交流電源和 加熱電路中，只要在給定周期里改變可控硅開關(guān)的接通時間，就能改變加熱功率的目的，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

(3)人機(jī)通道方案選擇：

報警電路的選擇：由于該系統(tǒng)所控制的溫度有確定的范圍，這就要求報警電路有上下限報警并指示功能，因此，可采用聲光報警，即聲音報警采用蜂鳴器接到8031的P6口上，而發(fā)光報警采用發(fā)光二極管即可并有紅黃之分，區(qū)別上下限，正常運行時綠等亮。

定時電路的選擇：由于該系統(tǒng)主控電路的電源為220V/50HZ，工頻交流電，經(jīng)電壓比較器LM311，過零觸發(fā)器MC14528后產(chǎn)生頻率為50HZ的單穩(wěn)態(tài)脈沖，此時脈沖一路作為觸發(fā)脈沖，一路作為該系統(tǒng)的外部定時（100ms）送給T0，T1計數(shù)器計數(shù)。

二、 軟件方案確定：本設(shè)計是采用傳統(tǒng)的PID控制，比較實際溫度和爐溫得到的偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號來調(diào)節(jié)可控硅的通斷，用以實現(xiàn)對電阻爐的控制，從而調(diào)節(jié)溫室溫度。

三、 軟、硬件功能劃分

軟件和硬件是計算機(jī)系統(tǒng)的兩大組成部分，它們的目的是一致的都是為了解決特定的問題，實現(xiàn)特定的功能；他們的作用是相輔相成的，如果增加軟件的任務(wù)，就能減少硬件的任務(wù)，簡化硬件電路；相反加重硬件的任務(wù)，增強(qiáng)硬件的功能則可減輕軟件的負(fù)擔(dān)，簡化編程。因此，合理地分配軟件所承擔(dān)的任務(wù)充分利用MCS-51本身豐富的軟件硬件功能，特別是它的軟件控制功能，力爭用最少的外部電路構(gòu)成系統(tǒng)，完成系統(tǒng)要求的任務(wù)。

1.硬件

（1） 前向通道：包括傳感器（熱電偶）、A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0801）、放大器（AD521）

（2）人機(jī)通道：包括顯示電路、撥碼盤、報警電路

（3）后向通道：包括脈沖觸發(fā)電路、兩個加熱電路

2.軟件

（1）溫度檢測：包括定時采樣和軟件濾波。

（2）溫度控制的實現(xiàn)：即根據(jù)溫度給定值的大小，決定2臺電爐的通電與斷電實現(xiàn)溫度控制。

（3） T。定時器產(chǎn)生每一次的定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期，T1計數(shù)器決定控制脈沖的時間。

（4） 顯示有關(guān)狀態(tài)。

（5） 輸出報警信息。

四、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及基本工作原理

篇2

關(guān)鍵詞: 中央空調(diào); 溫度控制; 策略

Abstract: along with the air conditioning in the keen competition of the market, the central air conditioning this market segment also gradually into white-hot, and thus to take the lead in the central air conditioning temperature control system is especially important and central air conditioning control method has the larger traditional loss, the combination of the controlled object temperature inertia and response slow characteristics, so in the increasing market demand, the enterprise must take out new technology, new technology. This paper of central air conditioning temperature control system and puts forward the corresponding strategy research.

Keywords: the central air conditioning; Temperature control; strategy

中圖分類號：P184.5+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一、緒論

近年來, 隨著我國高層建筑的興起和人們生活水平的日益提高, 中央空調(diào)的應(yīng)用變得越來越普遍。然而傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計一般采用負(fù)荷估算法，以中央空調(diào)最大負(fù)荷為設(shè)計基準(zhǔn)，且其水系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)均采用定流量和定風(fēng)量運行方式，因此中央空調(diào)系統(tǒng)電能消耗巨大，建筑運行成本高昂。中央空調(diào)控制系統(tǒng)綜合應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、通信等技術(shù)，通過對集中空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運行管理和控制，使空調(diào)設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，充分發(fā)揮其潛力，在滿足工藝條件和使用要求的前提下，最大限度地減少能量消耗，降低運行費用，以創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟(jì)效益。在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，往往需要根據(jù)所控制空調(diào)設(shè)備的不同，采用不同的控制策略和方法，如供水溫度旁通調(diào)節(jié)、制冷系統(tǒng)蒸發(fā)過熱控制壓差旁通控制、末端變風(fēng)量控制、熱交換器供水溫度控制、空氣品質(zhì)控制、、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制、室內(nèi)靜壓控制等。因此中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)應(yīng)包括綜合各種控制系統(tǒng)。

二、 中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

1、 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成見圖1, 中央空調(diào)空氣處理機(jī)組主要完成空氣的過濾、制冷( 或加熱) 和加濕等功能。其中, 空氣的制冷( 或加熱) 是其通過與盤管中的冷( 熱) 水進(jìn)行熱交換完成的, 改變盤管中的冷( 熱) 水流量即可改變送風(fēng)溫度。中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)是保證送風(fēng)溫度在設(shè)定點。溫度傳感器測量送風(fēng)溫度, 通過PCI 板卡1送入計算機(jī)。整個模糊控制算法由軟件實現(xiàn), 控制量則通過PCI 板卡2 輸出去驅(qū)動調(diào)節(jié)閥, 從而改變盤管中的水流量以影響送風(fēng)溫度。

2、中央空調(diào)的制冷原理

中央空調(diào)系統(tǒng)一般主要由制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)、制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、冷水循環(huán)水系

統(tǒng)、盤管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等組成。

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)，根據(jù)其制冷過程，可以大體劃分為直接制冷系統(tǒng)和間接制冷系統(tǒng)兩類，這兩種系統(tǒng)的區(qū)別就在于：直接制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器直接和被冷卻對像進(jìn)行熱交換，只包括制冷回路；然而間接制冷系統(tǒng)除了制冷劑回路，至少還有載冷劑回路，在間接制冷系統(tǒng)中，制冷劑先與載冷劑熱交換，然后由載冷劑將冷量傳遞給被冷對象，實現(xiàn)制冷的目的。

三、中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的控制策略

1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計和實現(xiàn)

中央空調(diào)下位機(jī)主要完成信號的采集、顯示和控制策略的選擇。結(jié)構(gòu)見圖2。其控制核心是89C51 單片機(jī), 下位機(jī)的溫度、流量信號的采集以及電機(jī)轉(zhuǎn)速的給定都是由單片機(jī)來控制完成, 此外, 它還負(fù)責(zé)與上位機(jī)信息的交換?？紤]到實際應(yīng)用中, 有時候要改造原有的循環(huán)水系統(tǒng), 為了達(dá)到最佳的節(jié)能效果, 不會更換所有的原有電機(jī), 此時為了通過主控計算機(jī)對未更換的電機(jī)進(jìn)行啟停的控制, 需要加入繼電器, 直接對未更換電機(jī)啟?？刂?

圖2 下位機(jī)水泵或風(fēng)機(jī)控制器結(jié)構(gòu)圖

2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)

中央空調(diào)系統(tǒng)控制現(xiàn)場信號的采集由下位機(jī)完成, 主要采集進(jìn)風(fēng)口溫度、出風(fēng)口溫度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速和故障信號以及電機(jī)的啟停信號。這些信號通過CAN 總線送到上位機(jī), 在上位機(jī)主要完成系統(tǒng)的記錄查詢、記錄打印、密碼管理、水泵切換、電機(jī)啟停、溫度和溫差設(shè)定等環(huán)節(jié)。工作人員可以隨時查詢系統(tǒng)運行狀況、改變溫度和溫差值, 也可以根據(jù)實際水泵的運行狀態(tài)進(jìn)行水泵的切換。因而顯得非常方便，其主控界面如圖3 所示。

圖3 中央空調(diào)主控界面

（1）水泵節(jié)點的啟停切換控制

假設(shè)冷卻水有循環(huán)泵3 臺, 2 臺為可調(diào)速電機(jī), 記為1# 和2# , 1 臺為不可調(diào)速電機(jī), 記為工頻機(jī)。正常運行時3臺泵為兩用準(zhǔn)備。冷卻水設(shè)定溫度低于實際溫度控制的程序流程如圖4 所示。

圖4 冷卻水設(shè)定溫度低于實際溫度控制的程序流程圖

（2）模糊控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

通常取溫度誤差e 和誤差的變化率ec為輸入量, 輸出量經(jīng)調(diào)理后作為電機(jī)的轉(zhuǎn)速給定量, 設(shè)為v。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

輸入量溫度誤差e 和誤差變化率ec以及輸出量v的隸屬度函數(shù)的確定方法類似。以溫度誤差e為例, 其隸屬函數(shù)如圖6 所示, 其論域取[ - 3, + 3] , 語言值取7個, 即為{ N B, NM, N S,ZO, PS , PM, PB } 。根據(jù)專家經(jīng)驗, 通常N B 取Z 形隸屬度函數(shù)。P B 取S 形隸屬度函數(shù), 其余取三角形隸屬度函數(shù)。

借助于專家經(jīng)驗, 建立冬季水冷式中央空調(diào)的控制規(guī)則。模糊控制器的控制規(guī)則為: 1) 如果溫度誤差E 很大( PB) , 且誤差變化率EC 也很大(P B) , 那么應(yīng)該把制冷閘門開得很大( PB ) 。依次類推, 共計49 條模糊控制器的控制規(guī)則。如表1 所示?？刂片F(xiàn)場的傳遞函數(shù)[ 2] ( 圖1 中的轉(zhuǎn)速環(huán)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和空調(diào)房間)G ( s) = 20/ ( 1. 6s2 +4. 4s+ 1) , 在給定溫度為25b時, 其模糊控制仿真結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

（3）不同控制方法仿真曲線對比

3種不同控制方法階躍響應(yīng)仿真曲線如圖8所示。

由仿真結(jié)果分析得出：

(1)PID控制。對干擾較敏感，控制效果不夠理想，具有較大的超調(diào)。仿真過程中發(fā)現(xiàn)，如果干擾過大，會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。

(2)普通模糊控制?？刂埔?guī)則帶有主觀性，沒有自學(xué)習(xí)功能。仿真過程中發(fā)現(xiàn)，在不同設(shè)定溫度下，模糊控制器論域發(fā)生變化，需要不同的參數(shù)，而且誤差較大。

(3)模糊PID控制?？梢赃_(dá)到較好的控制效果，響應(yīng)時間更短，超調(diào)較小，具有很好的響應(yīng)特性和魯棒性，可以達(dá)到更好的控制效果。從模糊控制器的設(shè)計過程可以看出，對于模糊控制器來說，要完成一次控制動作，只要將觀測值輸入模糊控制器，經(jīng)模糊化、模糊推理和解模糊之后，得到一個確切的控制量并作用在被控對象上。然而采用在線實時計算會增加控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且計算速度也會影響控制系統(tǒng)的實時性，所以，為了減少在線計算量，往往通過離線計算，形成由觀測值和與之相對應(yīng)的控制值為內(nèi)容的模糊控制表。

四、結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，制冷與空調(diào)技術(shù)得了非常廣泛的應(yīng)用。如今的空調(diào)技術(shù)較之前已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，然而市場需求并沒有得到充分的飽和，因此空調(diào)技術(shù)還需要很大的提升，尤其是起步較晚的中央空調(diào)技術(shù)。隨著各類研究人員的加入，中央空調(diào)技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步。通過本文的分析，對于中央空調(diào)的溫度控制系統(tǒng)要從幾個方面做起，既要在硬件上進(jìn)行革新，也要在軟件系統(tǒng)上下工夫，尤其要注意對新技術(shù)的引用和創(chuàng)新，以使得中央空調(diào)的溫度控制系統(tǒng)更加完善，更能夠滿足市場的需求。

參考文獻(xiàn)

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2、薛定宇 控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計--MATLAB語言與應(yīng)用 2006

3、楊志;鄧仁明;周齊國 建筑智能化系統(tǒng)及工程應(yīng)用 2002

4、孫鑫;余安萍 VC++深入詳解 2006

5、樓順天;胡昌華;張偉 基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計-模糊系統(tǒng) 2001

篇3

關(guān)鍵詞：擠出機(jī)、溫度控制、溫控器、溫控原理

1. 概述

金鑼集團(tuán)是肉制品生產(chǎn)加工的一家國家級大型企業(yè)，為保證產(chǎn)品的原味性.保鮮性.，就要對包裝品材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格要求；我公司引進(jìn)的加拿大麥克羅擠出生產(chǎn)線主要以PVDC為加工原料生產(chǎn)包裝火腿腸的腸衣薄膜，此生產(chǎn)線生產(chǎn)過程自動化水平高、穩(wěn)定性強(qiáng)、有較強(qiáng)的可靠性。能適應(yīng)嚴(yán)格的質(zhì)量需求。本章節(jié)在大體分析工藝及原理的擠出上提出擠出機(jī)各部控制系統(tǒng)的控制方案；主要分析擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng)的組成及控制原理。

2擠出機(jī)系統(tǒng)概述

首先概括介紹擠出機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及各部功能簡單分析腸衣膜生產(chǎn)過程中的擠出工藝及原理：

2.1擠出機(jī)生產(chǎn)線主要以主機(jī)和輔助機(jī)兩大部分組成主機(jī)部分構(gòu)成較為固定，由上料系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五部分組成，輔機(jī)部分主要有模頭.、水槽、、扭泡器、熱合擠壓裝置和卷取機(jī)組成。

麥克羅薄膜擠出生產(chǎn)線各組成部分的主要功能是利用上料器把PVDC原料儲存在料斗內(nèi)通過喂料裝置勻速地輸送給主機(jī)，通過主機(jī)上的加熱裝置將原料加熱塑化，同時由傳動結(jié)構(gòu)帶動螺桿將已塑化的物料經(jīng)過螺桿和料筒的擠壓傳送給?？谥聊ｎ^，通過模頭將溶流態(tài)的物料塑造成筒狀膜柱，通過水槽分離冷卻牽引到扭泡器進(jìn)行吹泡，經(jīng)熱合擠壓裝置熱合牽引成為寬度一定的薄膜經(jīng)卷取機(jī)卷繞達(dá)到需要長度后卸卷存放。

2.2擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng)

固態(tài)粉狀物料被添加到擠出機(jī)中在擠出機(jī)的加熱擠壓下，物料被融化；擠出過程的溫度決定擠出薄膜的拉伸度及外觀質(zhì)量，隨著擠出產(chǎn)量的增加擠出溫度和壓力波動急劇加大，擠出過程中塑料熔體溫度的變化必然引起熔體黏度的變化導(dǎo)致擠出壓力和流率的波動。模頭中溫度波動1攝氏度可引起百分之三的流率波動，使擠出的薄膜在外觀質(zhì)量和內(nèi)在強(qiáng)度方面都受到影響，因此，非常有必要通過合理的控制手段和方法獲得精確的擠出工藝溫度。

擠出機(jī)溫度控制部分分為料筒溫度控制、模頭溫度控制、螺桿溫度控制和熱合擠壓溫度控制。料筒溫度直接影響物料的內(nèi)在塑化效果而模頭溫度影響薄膜的表面質(zhì)量，料筒溫度控制起主要作用。

料筒溫度控制采用五段鑄鋁加熱器加熱，此種加熱方式具有清潔、易維護(hù)、成本低、效率高等顯著特點，易施行各段溫度的單獨控制。

與加熱相對應(yīng)的是料筒加熱冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)的主要作用是對料筒、螺桿在超溫時進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保證生產(chǎn)工藝對溫度的需求。下料口冷卻采用冷卻水冷卻，目的是為了防止物料因溫度高而變黏以至于結(jié)塊堵塞下料口。料筒采用五段風(fēng)機(jī)冷卻，每一段加熱器相對應(yīng)一臺冷卻風(fēng)機(jī)，從而對料筒每段溫度進(jìn)行閉環(huán)控制。模頭溫度控制也是按五段加熱，其中夾環(huán)為云母加熱絲加熱，模頭四區(qū)為鑄鋁加熱器加熱，此區(qū)無冷卻裝置施行單溫控制。

螺桿加熱控制采用模溫機(jī)流體加熱控制方式，流體在模溫機(jī)按設(shè)定溫度加熱后通過油泵、雙溫控制器輸送到螺桿內(nèi)部進(jìn)行加熱，螺桿加熱系統(tǒng)是輔助料筒加熱系統(tǒng)使物料進(jìn)一步充分塑化達(dá)到預(yù)期想要的效果，擠壓熱合加熱與螺桿加熱類似。

3.溫度控制的硬件系統(tǒng)

3.1加熱驅(qū)動器的利用

主機(jī)與模頭的溫度控制采用日本理化RKC溫控器作為中心控制，由于溫控器輸出信號不能直接用于AC220V—380V的電路，所以需要在溫控器與加熱器之間安裝加熱驅(qū)動系統(tǒng)，在此利用固態(tài)繼電器作為驅(qū)動，固態(tài)繼電器利用大功率三極管功率場效應(yīng)等半導(dǎo)

體器件的開關(guān)特性，來達(dá)到接通和斷開被控電路的目的。

3.2測溫點與測溫裝置的選擇

溫度測量的準(zhǔn)確與否對溫度控制起著極其重要的作用，準(zhǔn)確的測量溫度與測量點和測量裝置密切相關(guān)；擠出機(jī)料筒是一塊很厚的金屬筒，測溫點放置在料筒的內(nèi)壁表面才能真實的反應(yīng)料筒內(nèi)的物料溫度。

由于溫度不能直接加以測量，只能借助于溫度傳感器（熱電偶）與被測物體之間進(jìn)行熱交換（電壓型或電流型）間接測出物體溫度，在本系統(tǒng)中選用電動勢大、線性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的K型熱電偶。

3.3 RKC溫控器對溫度控制的基本過程

本系統(tǒng)選用RKC—FB400溫控器，具有控制精度高、范圍廣等特性，控制方法為加熱和冷卻兩種模式，起核心控制算法是PID控制（即P比例、I積分、D微分控制）溫控器根據(jù)熱電偶發(fā)回來的信號讀取實際溫度，然后把這個實際溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個溫度偏差，調(diào)節(jié)的方向朝著溫度偏差減少的方向進(jìn)行，然后溫控器輸出一個開關(guān)量驅(qū)動固態(tài)繼電器進(jìn)行加熱或驅(qū)動接觸器進(jìn)行風(fēng)機(jī)冷卻。

3.3.1PID的控制原理

當(dāng)通過熱電偶采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID控制可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，從而輸出某個適當(dāng)?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機(jī)構(gòu)，促使測量值恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動控制的效果。

比例運算是指輸出控制量與偏差的比例關(guān)系。比例參數(shù)P設(shè)定值越大，控制的靈敏度越低，設(shè)定值越小，控制的靈敏度越高，例如比例參數(shù)P設(shè)定為4%，表示測量值偏離給定值4%時，輸出控制量變化100%。積分運算的目的是消除偏差。只要偏差存在，積分作用將控制量向使偏差消除的方向移動。積分時間是表示積分作用強(qiáng)度的單位。設(shè)定的積分時間越短，積分作用越強(qiáng)。例如積分時間設(shè)定為240秒時，表示對固定的偏差，積分作用的輸出量達(dá)到和比例作用相同的輸出量需要240秒。比例作用和積分作用是對控制結(jié)果的修正動作，響應(yīng)較慢。微分作用是為了消除其缺點而補充的。微分作用根據(jù)偏差產(chǎn)生的速度對輸出量進(jìn)行修正，使控制過程盡快恢復(fù)到原來的控制狀態(tài)，微分時間是表示微分作用強(qiáng)度的單位，儀表設(shè)定的微分時間越長，則以微分作用進(jìn)行的修正越強(qiáng)。

PID模塊操作非常簡捷只要設(shè)定4個參數(shù)就可以進(jìn)行溫度精確控制：

1、溫度設(shè)定

2、P值

3、I值

4、D值

PID模塊的溫度控制精度主要受P、I、D這三個參數(shù)影響。其中P代表比例，I代表積分，D代表微分。

比例運算（P）

比例控制是建立與設(shè)定值（SV）相關(guān)的一種運算，并根據(jù)偏差在求得運算值（控制輸出量）。如果當(dāng)前值（PV）小，運算值為100%。如果當(dāng)前值在比例帶內(nèi)，運算值根據(jù)偏差比例求得并逐漸減小直到SV和PV匹配（即，直到偏差為0），此時運 算值回復(fù)到先前值（前饋運算）。若出現(xiàn)靜差（殘余偏差），可用減小P方法減小殘余偏差。如果P太小，反而會出現(xiàn)振蕩。

積分運算（I）

將積分與比例運算相結(jié)合，隨著調(diào)節(jié)時間延續(xù)可減小靜差。積分強(qiáng)度用積分時間表示，積分時間相當(dāng)于積分運算值到比例運算值在階躍偏差響應(yīng)下達(dá)到的作用所需要的時間。積分時間越小，積分運算的校正時間越強(qiáng)。但如果積分時間值太小，校正作用太強(qiáng)會出現(xiàn)振蕩。

微分運算（D）

比例和積分運算都校正控制結(jié)果，所以不可避免地會產(chǎn)生響應(yīng)延時現(xiàn)象。微分運算可彌補這些缺陷。在一個突發(fā)的干擾響應(yīng)中，微分運算提供了一個很大的運算值，以恢復(fù)原始狀態(tài)。微分運算采用一個正比于偏差變化率（微分系數(shù)）的運算值校正控制。微分運算的強(qiáng)度由微分時間表示，微分時間相當(dāng)于微分運算值達(dá)到比例運算值在階躍偏差響應(yīng)下達(dá)到的作用所需的時間。微分時間值越大，微分運算的校正強(qiáng)度越強(qiáng)。

3.3.2RKC—FB400溫控器的基本接線

端子①

L

AC220V

相線

②

N

零線

⑨⑩

第二冷卻輸出

⑾⑿

第一加熱輸出

22、23、24

熱電偶或PT100溫度傳感器接點

25、26、27

篇4

伴隨著微信計算機(jī)的誕生，單片機(jī)就此產(chǎn)生，單片機(jī)是一種將CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)以及定時等功能通過超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成到一片硅片上的微型計算機(jī)系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制行業(yè)，并且隨著時間的推移和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)的發(fā)展取得了較大進(jìn)步。現(xiàn)本文硬件和軟件設(shè)計探討了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】

單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；設(shè)計

自建國以來，我國的科技和社會的發(fā)展進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，人們的生活水平有了極大的進(jìn)步，尤其是近年來計算機(jī)的運用，使得人們生活逐漸邁向智能化的道路。然而科技的發(fā)展卻給環(huán)境帶來了巨大的問題，如水污染和大氣污染等，諸多問題時刻限制著人們的生活與工作。改善環(huán)境問題是人們的生活環(huán)境得以改善的重要前提，而濕度和溫度是環(huán)境的兩大基本要素，因此，檢測環(huán)境的濕度和溫度有利于使人們的生活更加舒適，對改善人們生活環(huán)境有著重要的影響和意義。

1基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1．1總體結(jié)構(gòu)

依據(jù)功能來分類，單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件部分可以分為單片機(jī)主控模板、輸入通道、輸出通道和保護(hù)電路等五個部分，單片機(jī)是整個溫度控制系統(tǒng)的核心，由它擴(kuò)展外部存儲器，進(jìn)而構(gòu)成主控模板。其中，擔(dān)當(dāng)保護(hù)電路的溫控箱主要由鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度的測量并轉(zhuǎn)換為電壓信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的工作則由A/D轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)，而且在將數(shù)字量通過數(shù)字濾波后，不僅能夠在顯示器中顯示出溫控箱的溫度，在經(jīng)過專業(yè)的控制算法運算后，還能夠依據(jù)溫度值的比較數(shù)據(jù)控制溫控箱的功率，從而實現(xiàn)控制溫度的目的。

1．2主控模板設(shè)計

主控模板是由四部分組成，即單片機(jī)、外部時鐘、復(fù)位和存儲器擴(kuò)展等電路，其中單純的單片機(jī)內(nèi)部存儲器的容量肯定無法滿足整個系統(tǒng)的運行需求，因此必須進(jìn)行擴(kuò)展。在擴(kuò)展存儲器的過程中，需要注意的是，數(shù)據(jù)總線和低8位地址線應(yīng)當(dāng)由PO口擔(dān)任，而高8位地址線則由P2口擔(dān)任，因為PO口分時復(fù)用，因此需要將低8位地址利用地址鎖存器鎖存。而外部復(fù)位電路擔(dān)任著單片機(jī)的復(fù)位功能，復(fù)位電路的接法有很多種，如上電復(fù)位和手動復(fù)位鍵復(fù)位等方式。時鐘電路采用的是內(nèi)部模式，在內(nèi)部形成一個高增益反相的放大器，以此構(gòu)成所需的振蕩器，與外接晶體諧振蕩器還能構(gòu)成自激振蕩器，在一定頻率中能夠獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率。

1．3輸入通道設(shè)計

輸入通道主要由溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)化器等電路組成，利用溫度傳感器電路將溫控箱的溫度轉(zhuǎn)化為電量輸出是輸入通道的主要作用，因為該模式下的電量單片機(jī)無法識別，因此需要利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將模擬出來的電量轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的數(shù)字值，從而使單片機(jī)在做出良好的判斷以及控制。其中溫度傳感器的種類較多，因材料、構(gòu)成方式和測量原理的不同，各個溫度傳感器的測量范圍和精度也具有明顯的差異性，因此必須依據(jù)使用的用途來選擇相應(yīng)的溫度傳感器。而A/D轉(zhuǎn)化器是溫度控制中的重要環(huán)節(jié)之一，它的轉(zhuǎn)換速度、精度、分辨率和使用價值都對溫度控制器起著重要的影響，因此在選用是應(yīng)當(dāng)全方位考慮它的測量精度和轉(zhuǎn)換率等問題。

1．4輸出通道設(shè)計

輸出通道主要由溫控箱功率調(diào)節(jié)模塊和可控硅輸出等電路組成，目前的溫控系統(tǒng)都可以利用可控硅來調(diào)節(jié)功率。而可控硅又分為相位控制和零位控制兩種模式，前者能夠更加便利的調(diào)節(jié)電壓有效值，在燈光和電爐等方面有著廣泛的運用，而后者在大慣性的加熱器負(fù)載中應(yīng)用廣泛，不僅能夠達(dá)到溫度控制的目的，而且沒有相位控制中的高次諧波污染電網(wǎng)?？煽毓璺譃閮煞N，即單向可控硅和雙向可控硅，作為功率驅(qū)動器件在微機(jī)控制系統(tǒng)中起著重要的作用。

1．5保護(hù)電路

保護(hù)電路的主要功能就是在溫控箱溫度超標(biāo)時進(jìn)行保護(hù)，將溫度傳感器測量的溫度與所給定值同電壓比較器比較后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度超標(biāo)時，電壓比較器能夠及時的斷開加熱電阻絲電源，從而起到保護(hù)溫控箱的作用。

1．6抗干擾措施

在系統(tǒng)抗干擾手段中，硬件抗干擾是最為基礎(chǔ)的方式，主要是從防和抗兩個角度進(jìn)行抗干擾。需要注意的是，在進(jìn)行抗干擾的措施時，主要針對的是對干擾源的抑制或消除，從而將系統(tǒng)的耦合通道斷開，實現(xiàn)干擾信號對系統(tǒng)影響的措施，而硬件抗干擾設(shè)計的主要措施有隔離、接地和濾波等方式。

2軟件設(shè)計

2．1主程序模塊

主程序模塊主要包括上電后的系統(tǒng)初始化和整體軟件框架構(gòu)建兩方面的工作，系統(tǒng)初始化需要對單片機(jī)、A/D芯片和串口等模塊進(jìn)行初始化，完成初始化后，再進(jìn)行溫度的設(shè)定。當(dāng)溫度設(shè)定好后，分析并判斷系統(tǒng)的運行鍵能夠按下后，系統(tǒng)就能夠依據(jù)需要調(diào)動起各個模塊的功能，如數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等模塊，然后循環(huán)控制到系統(tǒng)完全停止后即可。

2．2數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊主要承擔(dān)著采集溫度信號并將模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后提供給單片機(jī)的工作。當(dāng)軟件開始工作后，系統(tǒng)將會連續(xù)采集多個樣本，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換后判斷是否達(dá)到規(guī)定的量，如果沒有達(dá)到就循環(huán)運行直至停止，最后進(jìn)行數(shù)字濾波即可。

2．3數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊主要分為數(shù)字濾波和顯示處理等環(huán)節(jié)，承擔(dān)著處理A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的工作，其中數(shù)字濾波有著重要的作用。只有經(jīng)過了轉(zhuǎn)換后的模擬信號才能夠被單片機(jī)所接受，因此所采集的樣本必須多次驗證，才能夠減少偏差值，在經(jīng)過多次采樣后，通過某種軟件算法才能夠確保最終值的可靠性，其中所用到的軟件算法即數(shù)字濾波算法。

2．4抗干擾措施

從軟件方面來說，主要有按鍵消抖和數(shù)字濾波兩種抗干擾措施。前者主要依靠硬件電路，即RC濾波電路，以及軟件延時，即通過軟件避開抖動時間兩種方式來消除抖動，該方式不僅能夠消除抖動，還能同時運作其它模塊的功能;而后者主要是將輸入的數(shù)字依據(jù)相應(yīng)的運算法則轉(zhuǎn)換為另一組數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行濾波，該方式不僅可靠性高，功能齊全，而且使用時不需要其它硬件設(shè)備的配合，不過需要占用一定的處理和運行時間。

3結(jié)論

單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)不僅能夠測量和顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度，還能夠依據(jù)固定的溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而達(dá)到調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度的目標(biāo)，而且當(dāng)溫度超出所設(shè)定的溫度時，系統(tǒng)還會發(fā)出警報進(jìn)行提醒。只有高性價比和良好適應(yīng)性的系統(tǒng)，才能夠被廣泛的應(yīng)用于生活和、工作和實踐中，因此具備不斷改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計的能力是每個設(shè)計者都需要具備的。

作者：王夢軒 單位：成都理科大學(xué)

參考文獻(xiàn):

［1］李偉，李杰超，閆衛(wèi)平．多通道高穩(wěn)定性溫度檢測系統(tǒng)［J］．儀表技術(shù)與傳感器，2014(4):46～49．

篇5

關(guān)鍵詞：溫度控制器 單片機(jī) 傳感器

中圖分類號：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0006-01

家用壁掛爐室內(nèi)溫度控制器是現(xiàn)代家庭中常用溫控器，使用該產(chǎn)品可以讓室內(nèi)的溫度值按照使用者的意愿進(jìn)行修改，以使使用者感到身心舒適，該技術(shù)的研究具有一定的實際使用意義。該設(shè)計實用性強(qiáng)，不僅能鞏固所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識，而且成本相對于現(xiàn)有產(chǎn)品較低。該設(shè)計用成本較低的DS18B20溫度傳感器讀取溫度值、使用傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)對實際生活中的壁掛爐的水溫的控制以達(dá)到使用者的需求。該設(shè)計電路比較簡單、性價比較高、水溫控制靈活、實用性強(qiáng)；依此設(shè)計的溫控器能很靈活地控制市面上不同的燃?xì)獗趻鞝t，具有良好的市場應(yīng)用前景。

1 控制器的設(shè)計要求

該設(shè)計使用液晶顯示器顯示使用者設(shè)定溫度值的和硬件實際測量得出的水溫；在現(xiàn)有產(chǎn)品中的壁掛爐并自己不能很好地調(diào)節(jié)水的溫度，能夠控制的水的溫度在35°～85°左右，這個溫度范圍雖然較大，但是并不能滿足人們實際生活要求，必須要另外加以其他的控制器來輔助控制水溫。這次設(shè)計的家用壁掛爐室內(nèi)溫度控制器就是準(zhǔn)備解決這個問題的主要配件，首先DS18B20溫度傳感器檢測當(dāng)前室內(nèi)的溫度并送到單片機(jī)中與預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行對比，經(jīng)過單片的處理后，如果當(dāng)前室內(nèi)溫度值小于使用者預(yù)設(shè)溫度，單片機(jī)發(fā)出信號，啟動控制機(jī)構(gòu)讓火花塞點火火，加熱壁掛爐中的水，直至室內(nèi)溫度大于或等于預(yù)設(shè)溫度。

2 設(shè)計的思路和方法

設(shè)計的家用壁掛爐室內(nèi)溫度控制器是以AT89C52單片機(jī)為核心具有調(diào)節(jié)溫度、液晶顯示功能、能調(diào)節(jié)出想要的水溫，并且能滿足用戶的需求。首先利用單片機(jī)的接口技術(shù)實現(xiàn)壁掛爐對室內(nèi)各種溫度參數(shù)的采集，然后單片機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)加以比較以此來驅(qū)動壁掛爐進(jìn)行工作調(diào)溫，最終實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制和調(diào)節(jié)。硬件方面包括對溫度的測量，電路設(shè)計及加熱器的通斷設(shè)計，信號處理判斷，各個控制部件的選擇及溫度設(shè)置設(shè)計等。軟件方面，根據(jù)系統(tǒng)的硬件配置和功能來編制相對應(yīng)軟件及溫度測量和校正算法。

3 溫控器工作原理和硬件電路

家用壁掛爐溫度控制器用于控制壁掛爐制熱系統(tǒng)。其工作原理是溫控器上的溫度傳感器把測得溫度以電信號傳到單片機(jī)，通過檢測房間內(nèi)溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行比較，如果實際溫度小于設(shè)定溫度，單片機(jī)發(fā)出電信號，通過輸出電路控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)行開關(guān)動作，輸出控制壁掛爐制熱系統(tǒng)的啟停。目前市面上的溫控器很多，最常見的有三種：一種為手動機(jī)械膜盒式的、第二種液晶可編程型的，第三種就是無線型溫控器，本設(shè)計用單片機(jī)AT59C52和溫度傳感DS18B20為主要核心部件設(shè)計家用壁掛爐室內(nèi)溫度控制器。

以AT89C52單片機(jī)為核心的溫控器，讀取溫度靠新型單總線接口方式的DS18B20數(shù)字溫度傳感器來實現(xiàn)，雙向可控硅驅(qū)動電路MOC3041和雙向可控硅TLC336A組成輸出控制通道，還有鍵盤和顯示電路，其工作原理框圖如圖1所示：

加熱絲輸出電路采用可控硅MOC3041組成晶閘管觸發(fā)電路，隔離了強(qiáng)電和弱電實現(xiàn)了弱電對強(qiáng)電的控制。當(dāng)AT89C52單片機(jī)的P0.5口輸出為低電平時，集成可控硅驅(qū)動器件MOC3041內(nèi)部導(dǎo)通，T1的G端出現(xiàn)同步觸發(fā)脈沖，控制可控硅導(dǎo)通并且接通升壓點火電路的工作電源。交流220V電壓經(jīng)T進(jìn)行升壓、VD2～VD5進(jìn)行整流后，通過R2對C6充電。當(dāng)C6兩端電壓達(dá)到放電管的擊穿電壓時，放電管放電擊穿，C6上所儲存的電能經(jīng)放電管和電感線圈L加至火花塞上，通過火花塞產(chǎn)生放電火花，將天燃?xì)恻c燃。同時通電延時型繼電器的KT線圈得電，KT延時斷開觸點開始延時，30s后，KT觸點斷開，將升壓點火電路的工作電源切斷。

4 單片機(jī)主程序的設(shè)計

主程序首先對DS18B20進(jìn)行復(fù)位與檢測，如果DS18B20存在，則往下執(zhí)行，否則返回。往下則依次執(zhí)行DS18B20溫度轉(zhuǎn)換命令，DS18B20讀取溫 度命令，單片機(jī)讀溫度命令，對溫度進(jìn)行整合與比較，如果大于或等于則轉(zhuǎn)入加熱程序?qū)λM(jìn)行加熱。鍵盤是4*4的鍵盤，先從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。

5 結(jié)語

通過測試本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確控制壁掛爐使室內(nèi)溫度溫度到恒定，采用數(shù)字化控制精度達(dá)到±1°，遠(yuǎn)高于現(xiàn)在市面上有很多壁掛爐的溫度控制系統(tǒng)。輸出電路方面采用可控硅作為控制期間，實現(xiàn)了弱電對強(qiáng)電的無觸電控制，增加了控制電路的安全性和使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]呂俊亞.一種基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)仿真，2012（7）.

篇6

關(guān)鍵詞 PID；烘缸溫度控制系統(tǒng)；溫度測量；電路

中圖分類號TM591 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674—6708（2012）76—0192—02

電加熱智能溫度控制系統(tǒng)主要由89C51單片機(jī)外擴(kuò)RAM6264、并行I/O芯片8155、A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809、串行通信芯片MAX485以構(gòu)成最小系統(tǒng)。采用工業(yè)鉑電阻Pt100做溫度檢測元件，應(yīng)用高精度運放設(shè)計測量放大器作信號調(diào)理電路，通過ADC0809實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換以構(gòu)成只能儀表前向通道。采用軟件設(shè)計的PWM波從P1.0口輸出，經(jīng)驅(qū)動電路控制交流固態(tài)繼電器SCR，實現(xiàn)對交流加熱功率的連續(xù)控制，從而構(gòu)成智能儀表的后向通道。通過89C51外擴(kuò)的8155芯片組成了4位七段數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路以及鍵盤電路，實時顯示烘缸溫度，從而構(gòu)成人機(jī)對話窗口。利用RS—485串行接口，可實現(xiàn)智能儀表與上位工控機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，從而實現(xiàn)對烘缸溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1溫度測量及調(diào)理電路設(shè)計

檢測電路可采用單臂電橋（橋臂電阻可采用高精度金屬電阻）將溫度變化量轉(zhuǎn)變?yōu)殂K電阻的阻值變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌虻碾妷狠敵觯捎酶呔冗\算放大器構(gòu)成調(diào)理電路，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對采集電壓的要求。

由R1、R2、W1和Pt100構(gòu)成單臂電橋測溫電路，采用高精度，低溫漂、免調(diào)零的運算放大器A1組成的差分放大電路，以對微弱的溫度電壓信號進(jìn)行放大與調(diào)理；由A2組成的低通濾波器對干擾信號進(jìn)行濾除。如圖1：

W1為溫度下限調(diào)整電位器，W2為溫度上限調(diào)整電位器，A2構(gòu)成低通濾波器。

通過高精度運放構(gòu)成的調(diào)理電路將電橋輸出的微弱溫度電壓信號放大為0V—5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，以供ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

2烘缸壓力檢測設(shè)計

烘缸是用鑄鐵制成的兩端有蓋的空心圓筒，由缸體及其兩端的缸蓋組成。在運轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)通蒸汽將輸送產(chǎn)品烘干。鑄鐵烘缸是用作產(chǎn)品干燥的關(guān)鍵部件——Ⅰ類壓力容器，烘缸在加熱過程中一般采用蒸汽，熱油等流體加熱。

在烘缸壓力檢測系統(tǒng)中，烘缸的內(nèi)部壓力主要通過壓力傳感器來讀取，分別有總閥門壓力傳感器傳感器和分閥門壓力傳感器。只有總閥門和分閥門的壓力都在允許的壓力范圍之內(nèi)時，烘缸才能正常運轉(zhuǎn)。如圖2所示：

3 A/D電路設(shè)計

模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用89C51外擴(kuò)ADC08098位模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成模擬量采集電路。IN0作為烘缸溫度信號輸入。P2.6為作為ADC0809芯片的片選信號。參考電壓REF[+]端接5V直流電壓，REF[—]端與GND端相連。利用74LS373輸出的低位地址線、、與ADC0809的A、B、C對應(yīng)連接，以確定8個輸入通道的地址。8個輸入通道的地址為：BFF0H ～BFF7H。

4軟件設(shè)計部分

4.1對象特征

以烘缸加熱系統(tǒng)為例，設(shè)被控對象溫度為T，環(huán)境溫度為T0，供熱量為，散熱量為，期中Kr為散熱系數(shù)，A為散熱面積，能量平衡公式為：

式中，G為被加熱介質(zhì)（水）的質(zhì)量，CP為水的比熱。將Q2帶入式（4—1），整理得：

設(shè)為對象的供熱時間常數(shù)，為對象的供熱比例系數(shù)，則對象特性的微分方程為：

式（4—3）表明了對象溫度與供熱能量及環(huán)境溫度之間的關(guān)系，式中T、T0為變量。

4.2對象傳遞函數(shù)分析

相對于一段時間，T0為不變量，則式（4—3）變?yōu)椋?/p>

對式（4—4）作拉式變換，推出被測溫度與供熱（超調(diào)量）之間的傳遞函數(shù)為：

4.3對象的飛升曲線

對于上述電加熱系統(tǒng)（不加控制器、開環(huán)），當(dāng)給定值處于平衡后，加一階躍電壓（220V），其飛升曲線如圖2所示。

由圖可求得對象的滯后時間為，對象的時間常數(shù)。故對象的傳遞函數(shù)可表示為一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，即：

5 結(jié)論

單片機(jī)的自適應(yīng)PID烘缸溫度控制系統(tǒng)是基于89C51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，通過采集現(xiàn)場溫度和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，采用PID控制溫度，若采集的溫度超過設(shè)定溫度，則報警，若低于設(shè)定溫度，則加熱，溫差越大則加熱功率越高，從而達(dá)到溫度控制的目的。

（a）溫控對象的飛升曲線

（b）帶純滯后的控制系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

[1]呂勇哉.工業(yè)過程模型化及計算機(jī)控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1986：65—80.

[2]方俊山.可編程序控制器在電加熱鍋爐控制中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2002：30—35.

篇7

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 溫度采集 硬件模塊

中圖分類號：TM924 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（c）-0119-01

在國民經(jīng)濟(jì)各部門，如電力、化工、機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及人們的日常生活中，溫度檢測是十分重要的。在許多模擬量控制和監(jiān)視應(yīng)用中，溫度測控通常是基于 -40℃～125℃溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、蔬菜大棚、糧庫、熱電偶冷端溫度補償、設(shè)備運行的可靠性等應(yīng)用。實時采集溫度信息，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，并采取相應(yīng)的處理措施，對確保設(shè)備良好運行具有重要意義。

1 工作原理

首先通過外置溫度傳感器AD590感知外部溫度變化并轉(zhuǎn)化為電流信號；然后將電流信號傳輸給ADC0804進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；接著通過單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)化，并將數(shù)據(jù)分別發(fā)送到LED和鍵盤專用IC74 C922，分別顯示溫度和設(shè)定溫度下限。當(dāng)現(xiàn)在溫度低于設(shè)定溫度時，則加熱（P2.1）動作，使溫度上升，直到現(xiàn)在溫度高于或等于設(shè)定溫度加熱器才停止動作。

2 硬件系統(tǒng)

本溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器及其信號放大電路、溫度顯示電路、按鍵路、供電電源電路等部分組成。

2.1 主控模塊電路

溫度控制系統(tǒng)的主控電路主要由單片機(jī)的復(fù)位電路、石英振蕩電路和下載電路構(gòu)成。

2.2 溫度采集、放大電路

（1）AD590將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流值，接口電路再把電流轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)AT89S52處理。ADC0804所得的值比設(shè)定的溫度參考值低，則令電熱器加熱，否則關(guān)掉電熱器，使溫度能保持在所設(shè)定的參考值。（2）調(diào)試步驟。第一，先調(diào)AD590的可變電阻器，如以0 ℃為參考值則應(yīng)使其電壓輸出為2.73 V；如以25 ℃為參考值，則應(yīng)使其電壓輸出為2.98 V。第二，調(diào)節(jié)VR2使0 ℃時，OPA2的輸出為0 V，而25 ℃時，OPA2的輸出為-0.25 V（反相）。第三，調(diào)VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的輸出為-0.25 V，則OPA3的輸出應(yīng)為1.25 V。（3）各OPA的功能。OPA1：阻抗匹配；OPA2：減2.73 V（經(jīng)VR2）并反相；OPA3：放大5倍并反相。

2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路

ADC0804將輸入模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值輸出到P0，再由單片機(jī)運算處理。如輸入3 V，ADC0804的輸出應(yīng)為96H=10010110B，此數(shù)字信號AT89S52的P0，再由P0存入AT89S52的累加器，然后累加器再送至P1，使相對應(yīng)的數(shù)碼管顯示。ADC的參考電壓VREF應(yīng)調(diào)整為2.56 V。

2.4 按鍵模塊電路

按鍵電路實現(xiàn)的功能是設(shè)定欲加熱溫度下限。本電路使用鍵盤專用IC74C922，以簡化軟件程序。欲設(shè)定溫度時，輸入“*”，就進(jìn)入設(shè)定模式，顯示器顯示“00”（設(shè)定初值，如已設(shè)定過，則顯示上一次設(shè)定值），開始輸入設(shè)定溫度，設(shè)定完成后按“*”，就可回到現(xiàn)在溫度顯示模式?，F(xiàn)在溫度低于設(shè)定溫度，則加熱器（P2.1）動作，使溫度上升，直到現(xiàn)在溫度高于或等于設(shè)定溫度加熱器才停止動作。本電路最高設(shè)定溫度為109 ℃。

2.5 顯示模塊電路

本設(shè)計采用七段顯示譯碼器74LS47驅(qū)動共陽數(shù)碼管，實現(xiàn)的功能是時時顯示傳感器采集到的溫度值。并在數(shù)字鍵盤設(shè)定溫度下限時顯示設(shè)置的溫度。顯示的最大溫度值是99 ℃。

2.6 電源電路

本系統(tǒng)中模擬信號的放大器需要提供+12 V、-12 V兩種電壓，所以整個電路至少需要三個電源?？紤]到模擬信號易受到干擾，在電路的設(shè)計中引入了LC振蕩電路，起到了穩(wěn)壓和穩(wěn)流的作用。電路的模擬部分和數(shù)字部分分別設(shè)計模擬電源和數(shù)字電源。另外電路板上還設(shè)計了兩個地，稱其為模擬地和數(shù)字地，兩個地之間通過一個電感相連，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3 軟件系統(tǒng)分析

3.1 數(shù)據(jù)運算與代碼轉(zhuǎn)換

本電路采集電壓信號，首先將ADC08 04轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，再將此數(shù)字值輸出到P0。轉(zhuǎn)化過程為：A/D轉(zhuǎn)換十進(jìn)制運算乘以4顯示。

下面解釋一下為什么要乘以4。

輸出最大轉(zhuǎn)換值為FFH（255）。OPA3為放大5倍，則本電路最大測量溫度為：

102 ℃（5.1 V/5=1.02 V）。由255×X=102，知X=0.4，即先乘4再除10，F(xiàn)F255255×41020。則R4=10，R3=20，即在本電路中D2顯示個位數(shù)2，D1顯示十位數(shù)0。如OPA3放大10倍，則本電路最大測量溫度為：51℃（5.1V/10=0.51V）。由255×X=51，知X=0.2，F(xiàn)F255255×2=510。則R4=05，R5=10，即在本電路中D2顯示個位數(shù)1，D1顯示十位數(shù)5。

3.2 數(shù)據(jù)存儲器RAM的設(shè)計

30H：現(xiàn)在溫度的個位數(shù)；33H設(shè)定溫度的個位數(shù)；31H：現(xiàn)在溫度的十位數(shù)；34H設(shè)定溫度的十位數(shù)。

3.3 中斷服務(wù)程序

進(jìn)入中斷服務(wù)程序以后，執(zhí)行PUSH PSW和PUSH ACC將程序狀態(tài)寄存器PSW的內(nèi)容和累加器A中的數(shù)據(jù)保存起來，這便是所謂的保護(hù)現(xiàn)場.以保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場時存取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲區(qū)叫做堆棧。在軟件的控制之下，堆?？稍谄瑑?nèi)RAM中的任一區(qū)間設(shè)定，而堆棧的數(shù)據(jù)存取與一般的RAM存取又有區(qū)別，對它的操作，要遵循后進(jìn)先出的原則。

3.4 鍵盤輸入功能與比較指令

系統(tǒng)的另一功能就是實現(xiàn)令加熱器動作的最小溫度的設(shè)定。系統(tǒng)會不間斷的檢測是否有按“*”鍵，“*”對應(yīng)建立的TABLE表的0AH。當(dāng)檢測到有按下時便進(jìn)入設(shè)定模式，讀取74C922鍵盤值至TABLE表取鍵盤轉(zhuǎn)換碼，再通過七段顯示器顯示此設(shè)定值。這樣就完成了對下限溫度的設(shè)定。

4 結(jié)語

本文首先指出溫度控制對我們的生活產(chǎn)生的深刻影響。通過軟、硬件電路的設(shè)計，充分利用其的特性，以單片機(jī)為核心，實現(xiàn)單片機(jī)與顯示電路、單片機(jī)與鍵盤相連接，最終實現(xiàn)溫度采集和控制的功能。

參考文獻(xiàn)

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[2] 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，等.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

篇8

針對我院檢測校準(zhǔn)實驗室控溫系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)水槽、標(biāo)準(zhǔn)油槽及臥式高溫檢定爐等主設(shè)備存在手動控溫差，控溫穩(wěn)定時間長，且每測一個點都需要對溫控系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)置的傳統(tǒng)溫度控溫系統(tǒng)，已不適應(yīng)當(dāng)前我院科研生產(chǎn)的檢測校準(zhǔn)需求；為提高控溫精度和效率，分層分步提升溫度校準(zhǔn)實驗室數(shù)字化技術(shù)水平，本項目開展了采用美國NI公司的LabVIEW 圖形化編程語言的溫度控制系統(tǒng)開發(fā)，包括系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計。它使用一種新型模糊PID控制器，可以很好地克服溫控系統(tǒng)中參數(shù)的變化和負(fù)載擾動引起的沖擊和突變，可實現(xiàn)溫度自動控制數(shù)、據(jù)記錄、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)打印、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及報警等多種功能，經(jīng)測試取得了滿意的控制效果，能夠更快更精準(zhǔn)的實現(xiàn)校準(zhǔn)實驗室的溫度控制要求。

【關(guān)鍵詞】校準(zhǔn)實驗室 溫度控制系統(tǒng) LabVIEW 模糊PTD控制器

1 引言

目前我院檢測校準(zhǔn)實驗室控溫系統(tǒng)現(xiàn)狀是：標(biāo)準(zhǔn)水槽、標(biāo)準(zhǔn)油槽及臥式高溫檢定爐等控溫設(shè)備都是手動設(shè)置操作控溫點，控溫穩(wěn)定時間長，且每測一個測溫點都要重新設(shè)置溫控系統(tǒng)，非常不方便，不適應(yīng)當(dāng)前院所主專業(yè)科室大批量檢測校準(zhǔn)的科研生產(chǎn)需求。隨著計算機(jī)軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展，其在電子測控技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測控理論、方法、測控領(lǐng)域以及儀器結(jié)構(gòu)不斷的出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)沖破儀器的概念，電子測控儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化，在這種背景下，美國NI公司的LabVIEW圖形化編程語言軟件在測試系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，基于其在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示等方面有著強(qiáng)大的功能，且隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，提供了外掛的PID 控制工具包，應(yīng)用到校準(zhǔn)實驗室中的爐溫控制可替代原來的手動控制系統(tǒng)，實驗室的測量控制均由LabVIEW軟件進(jìn)行控制，為實驗室向數(shù)字化邁進(jìn)打下基礎(chǔ)，下面介紹爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計。

2 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

恒溫槽和高溫檢定爐是典型溫度控制器，其溫度控制具有升溫單向性，滯后性，大慣性和時變性等特點，升溫度參數(shù)難以確定。采用模糊控制升溫，可消除穩(wěn)態(tài)誤差且超調(diào)小，具有良好的控制效果。

該控制系統(tǒng)主要由溫度傳感器，信號調(diào)理電路，多功能數(shù)據(jù)采集卡，觸發(fā)板和相應(yīng)的軟件組成，將它們安裝在計算機(jī)上，即可構(gòu)成一個控制系統(tǒng)。溫度傳感器輸出信號，經(jīng)信號調(diào)理電路放大后，再由數(shù)據(jù)采集卡采集信號。見圖1。

2.1 數(shù)據(jù)采集卡的選用

數(shù)據(jù)采集卡選用NI公司的PCI-6024E，通過采樣通道采集輸入信號，利用LabVIEW 圖形化編程語言中的PID算法，求出系統(tǒng)輸出信號的大小，其輸出信號經(jīng)光耦隔離后觸發(fā)晶閘管，改變溫度，以達(dá)到控制溫度。NI PCI6024E多功能數(shù)據(jù)采集卡的優(yōu)勢：相對于M系列數(shù)據(jù)采集卡，費用小，測量精度高4倍，并獲得更多的數(shù)字I/O，而且可獲得采樣率高達(dá)200kS/s和12位分辨率以及16路模擬輸入，支持windows系統(tǒng)等多種操作系統(tǒng)。

2.2 溫度控制電路

整個控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上。根據(jù)溫度檢測要求，溫度控制系統(tǒng)考慮恒值，要求系統(tǒng)以一定的精度接近給定溫度值并保持穩(wěn)定。

溫度控制電路由傳感器信號放大，觸發(fā)脈沖放大，同步脈沖形成等組成。溫度控制電路的原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電爐絲兩端的有效電壓，有效電壓可在0～150V內(nèi)變化?？煽毓璧膶?dǎo)通角為0～5CH，溫度傳感器采用熱敏電阻，溫度越高熱敏電阻值越小，其輸出電壓也就越小。

2.3 聲光報警電路

報警信號通過數(shù)據(jù)采集卡的D/A的輸出通道給出，并進(jìn)行信號放大。該電路工作原理是：從數(shù)據(jù)采集卡輸出報警信號，通過一個電阻連接到三極管基極，當(dāng)信號是高電平時三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，報警器接通，發(fā)出報警信號；當(dāng)信號電壓為低電平時，三極管截止，繼電器觸點斷開，報警器不工作。原理圖見圖2。

3 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

NI公司開發(fā)的LabVIEW編程軟件，利用圖形文本式進(jìn)行編程，有豐富的庫函數(shù)和編程模塊，在溫度控制、數(shù)據(jù)采集、和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。程序有前面板和程序框圖組成，前面板是圖形方式的操作面板，程序框圖包括節(jié)點和連線，操作簡便，用LabVIEW軟件編程有以下特點：（1）簡便。在程序框圖中將功能圖標(biāo)拖放到相應(yīng)位置進(jìn)行連線即可完成編程。（2）LabVIEW軟件內(nèi)置各種功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，如字符串處理函數(shù)，文件I/O函數(shù)和數(shù)學(xué)函數(shù)等，根據(jù)需要直接調(diào)用。（3）提供了靈活的程序調(diào)試方法，可以設(shè)置斷點、探針，高速執(zhí)行程序能方便觀察程序中的數(shù)據(jù)流向，程序編譯速度快。

基于LabVIEW的校準(zhǔn)實驗室溫度控制系統(tǒng)采用模塊化的方式來編寫，每個功能由一個模塊實現(xiàn)。由主控模塊調(diào)用各個子模塊，來實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集、記錄、處理、顯示、打印等功能；數(shù)據(jù)還可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。溫控系統(tǒng)模塊構(gòu)成如圖3 所示。

3.1 主控模塊

主控模塊的功能，主要通過與其它模塊的通訊來完成PID控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄、處理、查看、打印，以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和錯誤事件處理等功能。

3.2 PID 控制模塊

PID控制模塊主要將PID控制工具包與LabVIEW軟件的邏輯功能相結(jié)合，可快速生成自動控制程序?？刂瞥绦蚋鶕?jù)采樣時刻的偏差值計算控制量就可以實現(xiàn)采樣控制。

PID控制中的一個關(guān)鍵問題就是PID參數(shù)的整定，但單純依靠傳統(tǒng)的PID控制難以滿足溫度控制的高精度要求，根據(jù)我院校準(zhǔn)實驗室的要求，在LabVIEW軟件平臺下設(shè)計一種新型模糊PID控制器，此控制保留了傳統(tǒng)PID控制器的線性結(jié)構(gòu)，對偏差進(jìn)行積分運算，能很好的控制系統(tǒng)中參數(shù)的變化和負(fù)載擾動引起的沖擊和突變，在溫度控制和采集系統(tǒng)中取得了高精度、高可靠性的控制效果。模糊PID控制如圖4所示。

3.3 錯誤事件處理模塊

當(dāng)輸出溫度與設(shè)定需要控制的溫度較大偏離時，系統(tǒng)啟動錯誤事件處理模塊。當(dāng)溫度過高或溫度過低發(fā)生時，系統(tǒng)通過錯誤事件處理模塊將事件記錄到Erroevent文件中去，同時發(fā)出報警警告，提示用戶停止程序的運行，進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)。

3.4 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊使用時，指定它信道名、采樣率、采樣數(shù)、緩存大小等。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集結(jié)果存放到指定位置中，我們把采集到的數(shù)據(jù)傳送到PID控制器的輸入端口，經(jīng)過PID處理后，再通過數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道輸出。將溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳遞到計算機(jī)中的過程。該模塊的數(shù)據(jù)采集功能由數(shù)據(jù)采集函數(shù)FunctionsData AcquisitionAnalog InputAnalog Input UtilitiesAI Read One Scan來實現(xiàn)。

3.5 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊是從計算機(jī)C盤根目錄下‘溫度控制’子目錄下讀取溫度變化數(shù)據(jù)，然后傳遞給主控模塊并顯示，從而起到遠(yuǎn)程監(jiān)控溫度控制系統(tǒng)的目的。

3.6 數(shù)據(jù)記錄與存儲

系統(tǒng)提示輸入文件名即確定好存儲路徑后，將所采集測量的數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)文件中。

3.7 數(shù)據(jù)打印模塊

打印模塊的功能是將系統(tǒng)從相應(yīng)文件中，將所采集測量的數(shù)據(jù)取出并打印出來。

4 結(jié)論

以LabVIEW作為平臺的溫度測試系統(tǒng)，具有簡單、快捷、高效等優(yōu)點，并且具有完善的數(shù)據(jù)顯示、存取和分析功能。利用現(xiàn)有計算機(jī)輔助測試與溫度控制系統(tǒng)，能夠更快更精確地實現(xiàn)校準(zhǔn)實驗室的溫度控制要求。

參考文獻(xiàn)

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篇9

我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)到優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的初期。溫室大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要產(chǎn)物，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是離不開環(huán)境控制的，溫室大棚是北方的一些地區(qū)在近些年發(fā)展起來的生產(chǎn)設(shè)施，主要用于調(diào)節(jié)溫濕度、CO2氣體濃度和光照等環(huán)境因素，使農(nóng)作物擁有最佳的生長環(huán)境。目前，我國的大多數(shù)溫室控溫設(shè)備都是比較簡陋的，環(huán)境仍然是靠人工經(jīng)驗來進(jìn)行控制管理，已嚴(yán)重的影響了農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展。因此，我們迫切的需要設(shè)計出一種高效益、低成本的溫室大棚溫度控制系統(tǒng)。

溫室大棚對溫度的控制是—個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，具有實時變化性強(qiáng)、非線性、隨機(jī)干擾較大、過程機(jī)理錯綜復(fù)雜等特點，所以難以去建立一個精確的數(shù)學(xué)模型，采用傳統(tǒng)的控制方法、控制理論，其控制效果都不是很好[1]。這種情況下，模糊控制就顯得意義重大，因為模糊控制是不需要預(yù)先建立一個精確的數(shù)學(xué)模型的，根據(jù)實際數(shù)據(jù)并參考操作人員的經(jīng)驗，就可以進(jìn)行實時的控制，將其應(yīng)用在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中正適合。

2 系統(tǒng)設(shè)計

所謂模糊控制系統(tǒng)是一種自動的控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學(xué)和模糊語言形式的知識來表示，以模糊邏輯推理來作為理論基礎(chǔ)，并借助于計算機(jī)控制技術(shù)來構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)由模糊控制器、輸入/輸出接口裝置、傳感器、廣義對象四個部分組成。其中廣義對象包括了被控對象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器將各種過程的被控制量和被控對象轉(zhuǎn)換為電信號，模糊控制器再通過輸入/輸出接口將數(shù)字信號量從被控對象處獲取，并經(jīng)過數(shù)模變換把模糊控制器決策的輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，繼而去控制被控對象[3]。可見，整個系統(tǒng)的核心就是模糊邏輯控制器。本文著重介紹此部分。

3 模糊控制器設(shè)計

3.1 模糊控制器的結(jié)構(gòu)

模糊控制器由模糊化 （Fuzzification）、模糊推理 （Fuzzy Reasoning）、模糊量的去模糊（Defuzzification）三部分組成，它們都是建立在知識庫（Knowledge Base）基礎(chǔ)上的。其控制原理如圖1所示。

模糊控制器的輸入量是非模糊量時，必須要轉(zhuǎn)化成模糊量以后才能夠用于模糊推理。而模糊化就是將確定量變換成模糊集的過程。其主要的功能是根據(jù)輸入語言變量的隸屬度函數(shù)去確定相應(yīng)于每個語言值的隸屬度。輸入量模糊化后，下一步進(jìn)行的就是模糊推理。模糊推理是模糊控制器對于給定的模糊輸入量，根據(jù)判定的模糊規(guī)則以及事先規(guī)定好的推理方法求出模糊輸出量的過程，它是模糊控制器的核心。在模糊推理中得出的模糊輸出量必須轉(zhuǎn)換成非模糊的輸出，所以去模糊就是將模糊集變換成確定值的過程。根據(jù)模糊推理得到的輸出模糊隸屬函數(shù)，可用不同的方法找到一個比較具有代表性的精確值來作為控制量。

3.2 模糊控制器的設(shè)計

（1）確定模糊控制器的輸入、輸出變量

系統(tǒng)的輸入變量為大棚溫度與實際溫度的偏差E和偏差的變化率DE，輸出變量為控制加熱裝置的供電電壓U。

（2）定義模糊子集

T（E）= {NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}

其中，NB表示負(fù)；NM表示負(fù)中；NS表示負(fù)小；ZE表示零；PS表示正?。籔M表示正中；PB表示正大。

溫度偏差、偏差變化率的隸屬函數(shù)賦值表如表1所示。

根據(jù)過程控制的實際經(jīng)驗來得到模糊控制的規(guī)則，實質(zhì)上就是將操作員的控制經(jīng)驗加以總結(jié)從而得出一條條的模糊條件語句，將這些語句（規(guī)則）進(jìn)行匯總，得出成如表2所示的模糊控制規(guī)則表。

模糊控制算法是系統(tǒng)實現(xiàn)模糊控制的關(guān)鍵，其實現(xiàn)的方法目前主要有兩種，即公式法和查表法?？梢愿鶕?jù)不同系統(tǒng)的不同情況來選用不同的控制算法。本系統(tǒng)采用的是查表法來實現(xiàn)的。在查表法中，根據(jù)模糊控制規(guī)則表利用直接法計算出輸入輸出的模糊關(guān)系矩陣，即控制表。

在系統(tǒng)中，由于偏差 E和偏差的變化率DE的論域都有 7 個元素{-3，-2，-1，0，1，2，3}，所以，在輸入時偏差E或偏差的變化率DE的值會量化到7個元素之中的任意一個。這樣求出所有可能的輸入組合及其對應(yīng)的輸出控制量，就形成了相應(yīng)的模糊控制表。其部分控制規(guī)則描述如下：

4 結(jié)語

為了驗證該模糊控制策略和設(shè)計方案的正確性，以便獲得較好的控制效果，借助 MATLABA對溫室大棚溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真試驗[4]。經(jīng)試驗得出，采用模糊控制要比采用普通PID控制的超調(diào)量小，控制效果好，并且能更好的改善系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)特性?？梢?，在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中采用模糊控制而不用去建立精確的數(shù)學(xué)模型，只需根據(jù)實際數(shù)據(jù)并參考操作人員的經(jīng)驗，就可以進(jìn)行實時的控制，這對于環(huán)境條件較復(fù)雜的情況是一種非常有效的控制策略，可取得比較滿意的控制效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 王立舒，等.日光溫室溫、濕度模糊控制系統(tǒng)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報.2005，36（5）：625-627.

[2] 王立新.模糊系統(tǒng)與模糊控制教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

篇10

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 溫度控制系統(tǒng) 傳感器

單片機(jī)是基于超大規(guī)模集成電路的技術(shù)發(fā)展起來的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中斷系統(tǒng)等多個部件于一體的器件，體積小，功能強(qiáng)，且性價比高，只需要外加電源和晶振就可以輕松實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)受到廣泛的應(yīng)用和重視。

一、硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)核心部分是STC89C52單片機(jī)，以8051為基核，8K字節(jié)Flash Rom存儲器，512字節(jié)的RAM存儲器，自帶EEPROM、看門狗，支持ISP，方便程序的下載和調(diào)試。

1、單片機(jī)的選擇。單片機(jī)AT89C52是INTEL公司生產(chǎn)的5l系列高性能8位單片機(jī)，是數(shù)字溫度計的核心器件，兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)；而內(nèi)置的通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元則結(jié)合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗優(yōu)勢。AT89C52具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩，需要在XTAL1、XTAL2引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10到30pf；另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2懸空。對于復(fù)位電路，AT89C52有兩種復(fù)位方式，分別是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位；本設(shè)計采用按鍵復(fù)位，即利用一個復(fù)位電容和按鍵的組合使復(fù)位變得更加直接和簡單。

2、溫度測量模塊。采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20單總線溫度傳感器，能夠直接傳輸被測溫度，輸出數(shù)字量，其具有以下特點：單總線接口，可串行通訊；多個DS18B20可共接在一條總線，實現(xiàn)多點測溫；不需要任何電路；測量范圍-55℃～125℃，固有測溫分辨率為0.5℃。DS18B20主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器。

3、鍵盤、顯示模塊。鍵盤有編碼和非編碼兩種方式。本系統(tǒng)選用非編碼3*4矩陣鍵盤控制。鍵盤的抖動可以通過軟件去抖動和硬件去抖動來解決。在按鍵不多的情況下，可以使用硬件去抖動，即加上RS觸發(fā)器。本系統(tǒng)采用軟件去抖動的方法，如果按鍵較多，常用軟件方法消抖，即檢測按鍵按下為低電平時，加一延時（5～10rns），等待下降沿的抖動消失后，再次確認(rèn)是否為低電平，若是則有按鍵按下；按鍵松開時也用同樣方法消抖。采用六位LED數(shù)碼管顯示所測溫度值，數(shù)碼管為共陰極七段發(fā)光二極管構(gòu)成。為了節(jié)省硬件資源，采用動態(tài)顯T方式，即使用兩個74HC573鎖存器控制數(shù)碼管的位和段，共同接到單片機(jī)的PO口。

4、報警及指示燈電路。當(dāng)用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度達(dá)到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續(xù)的滴答的叫聲。在本系統(tǒng)中我們?yōu)橛脩粼O(shè)計了越限報警，當(dāng)溫度低于用戶設(shè)置的目標(biāo)溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續(xù)不斷的滴答叫聲。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作發(fā)出報警聲。

二、主控制電路和測溫控制電路設(shè)計

主控制電路由AT89C52及元件構(gòu)成，測溫電路由DS18B20、預(yù)置數(shù)電路和報警電路組成。AT89C52是此硬件電路設(shè)計的核心，通過AT89C52管腳P1.3與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由4個按鍵組成，4個按鍵分別與AT89C52管腳P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相連。報警電路很簡單，2個發(fā)光二極管分別與AT89C52的P1.0和P1.1管腳相連，若實際測量溫度值大于預(yù)置溫度值，則發(fā)光二極管亮，還有一個蜂鳴器與AT89C52的P1.2管腳相連。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的硬件電路圖，進(jìn)行軟件的設(shè)計，使用Keil軟件編寫C51程序。程序的流程如圖1所示。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過檢測基本上達(dá)到了設(shè)計的要求，并且系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計總體較為簡單，采用DS18B20傳感器能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號的有效傳輸，并且與AT89C52單片機(jī)進(jìn)行通訊，實現(xiàn)了溫度測量的精準(zhǔn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王麗娟.單片機(jī)在鍋爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機(jī)信息，2013年02期