溫度控制系統(tǒng)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的溫度控制系統(tǒng)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞:溫度控制;PID算法;單片機

中圖分類號:TP29文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)09-2216-02

The Design of the Temperature Control System for Aquarium

XIONG Jie, ZHANG Li-yong

(Technology Information, Yangtze University Department of Engineering and Technology, Jingzhou 434020, China)

Abstract: This paper introduces a method about the design of the temperature control system for Aquarium. System takes the 89C51 as a core, discuss the design from not only hardware but also software. Adopted PID control algorithm keeps the temperature precise and stable. This paper gives the actual measured data, realized the Aquarium temperature control system design.

Key words: temperature control; PID algorithm; single chip

溫度是一個基本的物理量,也是一個極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一,幾乎所有的科研和生產(chǎn)過程都和溫度密切相關(guān)。因而,準(zhǔn)確地測量和控制溫度,對于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都是十分重要的。

本設(shè)計主要是對特定空間內(nèi)的溫度進行精準(zhǔn)的控制。在一個密閉的空間里,把溫度作為控制目標(biāo),無論是在啟動或設(shè)定值的升降,還是各種干擾因素,我們都希望系統(tǒng)能向快、穩(wěn)、準(zhǔn)這三方面靠近。溫控系統(tǒng)的控制電路由單片機控制繼電器來調(diào)節(jié)電熱絲和風(fēng)扇達到加熱和制冷目的,一旦溫度的超調(diào),控制系統(tǒng)的非線性、時滯性和不確定性等相關(guān)因素的出現(xiàn),一般的控制方式達不到要求。因此,在軟件上采用PID算法,在硬件上采用PWM(脈寬調(diào)制)控制繼電器工作,實現(xiàn)升溫和降溫的處理。

1 整體框架設(shè)計

系統(tǒng)是以單片機為控制核心,其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,溫度傳感器從魚缸中采集溫度送入單片機,通過鍵盤中輸入的設(shè)定溫度進行比較,采用PID控制算法進行處理,通過控制電路對與剛好進行溫度調(diào)節(jié)最后達到穩(wěn)定,同時顯示屏上進行顯示當(dāng)前溫度曲線。

2 硬件電路設(shè)計

硬件電路包含鍵盤顯示電路和溫度采集控制電路兩部分內(nèi)容:

2.1 鍵盤顯示電路

1)鍵盤電路:系統(tǒng)鍵盤由四個按鍵組成,分別實現(xiàn)“設(shè)定初始溫度加一”,“初始溫度減一”,“開始/原始坐標(biāo)系”,“放大坐標(biāo)系”等功能。

“設(shè)定初始溫度加減一”兩個按鍵可以用來設(shè)定魚缸的預(yù)置溫度;“開始/原始坐標(biāo)系”是系統(tǒng)進行初始化后用戶用來使系統(tǒng)開始工作;系統(tǒng)采用兩種坐標(biāo)系進行溫度曲線的顯示,“放大坐標(biāo)系”可以使坐標(biāo)放大,即使溫度曲線精度更高。初始時系統(tǒng)顯示曲線范圍是0-40攝氏度,放大坐標(biāo)放溫度范圍是30-34攝氏度。

2)顯示電路:顯示電路LCD液晶顯示器TS12864A構(gòu)成,通過控制單片機的I/O來實現(xiàn)浴缸溫度在LCD的實時顯示。該顯示屏可以通過鍵盤中的放大坐標(biāo)按鍵可以調(diào)整坐標(biāo)的范圍,使其更有利于觀察溫度的變化;并能顯示溫度從開始到穩(wěn)定所需要的時間。

2.2 溫度采集與控制電路

1) 溫度采集電路:溫度采集電路采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20數(shù)字溫度采集器組成,該芯片獨特的單線接口方式,在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,該數(shù)字溫度傳感器接線簡單,編程方便,可與單片機直接相連。

2) 溫度控制電路:溫度控制電路主要是執(zhí)行魚缸的制冷與升溫操作,其控制命令通過分析采集的數(shù)據(jù)進行判斷處理。

溫度控制電路中若采集溫度高于設(shè)定溫度,則P1.3端置0,P1.2置1,繼電器開關(guān)置右邊,處于降溫狀態(tài),反之則P1.3置1,P1.2置1,處于升溫狀態(tài);若設(shè)定溫度與采集溫度相等則P1.2置0,使繼電器兩端的加熱絲和電風(fēng)扇的壓降為零處于非工作狀態(tài)。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)硬件部分較簡單,主要是軟件部分的實現(xiàn),系統(tǒng)上電復(fù)位,首先對各存儲單元進行初始化,并對LCD進行初始化,顯示開機界面,提示是否進入系統(tǒng),若開始按鍵按下,則進入系統(tǒng),判斷放大坐標(biāo)系是否按下,若按下則以溫度為30―34坐標(biāo)系顯示,反之,以0―40坐標(biāo)系顯示;調(diào)用溫度采集程序采集魚缸溫度,并與設(shè)定溫度進行判斷,調(diào)用處理子程序進行控制,該溫度控制算法采用PID算法來實現(xiàn)。其流程圖如圖2所示。

4 系統(tǒng)測試

首先通過軟件仿真實現(xiàn)系統(tǒng)的功能,最后通過硬件焊接實現(xiàn)了魚缸的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。其仿真的結(jié)果如圖3所示。

溫度調(diào)節(jié)時間結(jié)果記錄如表1:

表1 實際測試結(jié)果

分析可知,溫差相同時,升溫時間比降溫時間要快,原因在于升溫采用電阻絲加熱,而降溫采用的是12V普通風(fēng)扇降溫,效率較低。若采用加熱致冷芯片來完成升溫和降溫則溫度穩(wěn)定時間會更少。

5 小結(jié)

通過軟件仿真,系統(tǒng)實際設(shè)計制作,最終完成了系統(tǒng)的設(shè)計,該系統(tǒng)簡單實用,成本低,可靠性強,安裝方便簡單,可擴展聲光報警等功能。

參考文獻:

[1] 徐愛鈞.8051單片機實踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

第2篇：溫度控制系統(tǒng)范文

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程及實現(xiàn)方法?，F(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機，單片機根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設(shè)備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設(shè)置，這時數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當(dāng)滿足用戶溫度設(shè)置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設(shè)置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設(shè)置。然后溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

二、溫度檢測的設(shè)計

系統(tǒng)測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：

1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)；即：，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K。

2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；

3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；

4、輸出電阻為710MW；

5、精度高。

AD590溫度傳感器輸出信號經(jīng)放大電路放大10倍，再送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，轉(zhuǎn)換后送單片機。根據(jù)AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現(xiàn)場溫度的比較發(fā)現(xiàn)，實際溫度轉(zhuǎn)換后送入單片機的值與按鍵輸入數(shù)值之間有一定的差值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的數(shù)值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數(shù)乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據(jù)運算結(jié)果及程序狀態(tài)字的狀態(tài)再進行循環(huán)右移一位，如果溢出標(biāo)志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環(huán)右移，如果溢出標(biāo)志位為高電平時，先對進位標(biāo)準(zhǔn)位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環(huán)右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的溫度值相統(tǒng)一。

三、具體電路連接如圖所示

四、軟件編程

單片機溫度控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現(xiàn)對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統(tǒng)的編程方法。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；顯示00

JBP3.4，$；T0=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L1：MOVA，R0；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；輸出至P1顯示

MOVR5，#10；延時1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.4，L3；放開了沒？是則

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限溫度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.5，$；T1=1？放開？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L4：MOVA，RO；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；顯示00

MOVR5，#10；延時1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？

DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.5，L6；放開了？是則跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限溫度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#0FFH；32H舊溫度寄存

；器初值

AAA：MOVX@R0，A；使BUS為高阻抗

；并令A(yù)DC0804開始轉(zhuǎn)換

WAIT：JBP2.0，ADC；檢測轉(zhuǎn)換完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；將轉(zhuǎn)換好的值送入

；累加器

MOV33H，A；將現(xiàn)在溫度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值較大，表示

；溫度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；與上限溫度作比較

JCLOOP；C=1時表示比上限小須

；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；與下限溫度作比較

JNCLOOP；C=1時表示比下限小，須

；加熱，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1動作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延時

DJNZR4，$

JMPAAA

END

五、結(jié)語：

本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設(shè)置溫度上限、下限值來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)溫度的控制；給出了溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路以及軟件程序，此系統(tǒng)溫度控制只是單片機廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應(yīng)用更加廣泛化。

參考文獻：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7

[2]萬光毅，嚴(yán)義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.4

第3篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：SST89E564RC單片機；溫度控制；系統(tǒng)設(shè)計

Abstract: SCM has a small volume, strong function, low cost, wide application range and other advantages, can say, intelligent control and automatic control core is the microcontroller. In the modern industrial production, current, voltage, temperature, pressure, flow, flow rate and switching capacity is accused of main parameters. In this paper, from two aspects of hardware and software design are introduced in this paper the multi-point temperature heating control system using SST89E564RC microcontroller and a new temperature measurement devices, according to the set of real-time control of the temperature of each point of the indoor heating system, so as to improve the living comfort and heating economy.

Key words: SST89E564RC MCU; temperature control; system design

中圖分類號：F407.63

1.單片機溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程及實現(xiàn)方法。現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機，單片機根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設(shè)備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設(shè)置，這時數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當(dāng)滿足用戶溫度設(shè)置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設(shè)置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設(shè)置。然后溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。下面將以SST89E564RC單片機為例進行溫度控制分析。

2.系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

系統(tǒng)總體設(shè)計思想是以SST89E564RC單片機為控制核心，整個系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測部分、控制執(zhí)行部分、顯示及鍵盤系統(tǒng)及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)所需完成的功能，設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 控制核心。系統(tǒng)采用SST89E564RC單片機作為控制核心，進行溫度采集、信息顯示及執(zhí)行機構(gòu)的控制。SST89E564RC是美國SST公司推出的高可靠、小扇區(qū)結(jié)構(gòu)的FLASH單片機，內(nèi)部嵌入72 KB的Super-Flash，1 KB的RAM，通過對其RAM做進一步擴展，可滿足嵌入系統(tǒng)操作系統(tǒng)的運行條件。

3.2 溫度傳感器。溫度傳感器采用Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DSl8820。該傳感器支持“一線總線”接口，可方便地進行多點溫度測量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，最高精度為±0．062 5℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3～5．5 V的電壓范圍，因其體積小使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。DSl8820的管腳排列如圖3所示，其中DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸人端。

DSl8820內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DSl8820的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個DSl8820都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)1根總線上掛接多個DSl8820的目的。

DSl8820溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括9 B高速暫存RAM和1 B非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器，該字節(jié)第7位(TM)為0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用來設(shè)置分辨率，如表1所示。

根據(jù)DSl8820的通信協(xié)議，主機控制DSl8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對其進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送1條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DSl8820進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放，DSl8820收到信號后等待16～60μs左右，后發(fā)出60～240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。由于DSl8820采用的是單線進行控制與讀取數(shù)據(jù)，因此對操作的時序要求非常嚴(yán)格，否則由于時序不匹配，將無法完成對器件的正確操作。

3.3 控制執(zhí)行那分。(1)壁掛爐燃燒系統(tǒng)控制?？刂齐娐凡捎昧嗣}沖繼電器器件作為整個系統(tǒng)的總控部分，當(dāng)所有居室溫度均達到設(shè)定值時，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點是：當(dāng)線圈收到一個脈沖信號后，線圈通電，電磁鐵吸合，帶動觸頭閉合接通需要控制的電路，當(dāng)下一個信號到來后，電磁鐵吸合，觸頭斷開，切斷被控制的電源，因此其具有自鎖和信號遙控功能。由于磁鐵的作用，控制脈沖消失后滑片位置不發(fā)生變化，保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以該器件具有功耗小、具有記憶功能。(2)居室溫度控制。各居室溫度控制在燃燒控制系統(tǒng)工作前提下，根據(jù)各居室溫度測量返回值，采用上海歐凱電磁閥制造有限公司生產(chǎn)的OK6515自保持脈沖電磁閥控制各回路的通斷。脈沖電磁閥采用脈沖和永磁技術(shù)，只需通過控制器切換脈沖的電極觸點來改變電磁閥的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)控制器發(fā)出電脈沖時，驅(qū)動閥芯克服永磁力產(chǎn)生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態(tài)。

3.4 圖形液晶顯示模塊。為了能夠提供形象直觀的用戶顯示界面，系統(tǒng)采用圖形液晶顯示模塊LCDl2864，其具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，可與CPU直接接口，顯示各種字符及圖形?？紤]到系統(tǒng)中漢字的使用量少，因此選用不帶漢字庫的LCD。對于使用的漢字分別提取其字模并以二進制形式保存于內(nèi)部FLASHROM中。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要依據(jù)系統(tǒng)程序流程以及DSl8820的時序要求進行代碼編寫。為了降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率，系統(tǒng)開發(fā)中引入了μC／OS一Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)并移植了LCD顯示驅(qū)動。另一方面，為了確保對DSl8820操作時序的精確性，對DSl8820進行初始化和讀寫代碼仍采用匯編語言。

4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括各測溫元件的序列號表，漢字字模存儲、系統(tǒng)運行時間表存儲、各溫控點的設(shè)定值及測量值、系統(tǒng)時間的存放及一些臨時數(shù)據(jù)存儲。

為了區(qū)別多個溫度傳感器，在系統(tǒng)初始化時讀入傳感器中的64位序列號，并將其存入程序存儲空間，以便程序運行期間進行比對，共需64 B。漢字字模采用16×16字庫進行提取，其中每個漢字需32 B，約15個字，為了方便程序功能的升級改進，在程序存儲空間中按20個字進行空間分配，需要存儲空間640 B。系統(tǒng)運行時間表的設(shè)計以小時為設(shè)置單位，需要保存24個值；為了減少時間比較過程中的數(shù)據(jù)計算量以及方便編程，對每個值采用一個字節(jié)存儲，這里共需24 B存儲空間，這里仍然使用程序存儲空間進行存儲，以便在系統(tǒng)掉電時設(shè)定值不會丟失。

4.2系統(tǒng)程序設(shè)計。系統(tǒng)程序設(shè)計主要使用KeilC5l進行編寫，但由于對DSl8820器件的讀寫時序要求比較嚴(yán)格，故采用匯編代碼，其中溫度讀取子程序主要代碼如下：

第4篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機；溫度控制；DS18B20

基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計，是通過溫度傳感器和單片機對飲水機的智能控制，以解決傳統(tǒng)控制水溫對電力資源和水資源的浪費，同時又使飲用水達到飲用的標(biāo)準(zhǔn)。溫度過高或者是過低，都會使水資源失去應(yīng)有的作用，也喪失了很多營養(yǎng)物質(zhì)，從而同時造成了電力資源和水資源的巨大浪費，特別是在當(dāng)前的全球能源極度匱乏，而國家倡導(dǎo)節(jié)約水資源的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對水溫的控制，才能把身邊的水電資源更好的利用起來，這同樣也是對自己的負責(zé)。

1 項目背景

隨著人們對飲水機的需求變高的同時，我們自然而然的對飲水質(zhì)量問題就產(chǎn)生了更多的關(guān)注，而現(xiàn)在的飲水設(shè)備大多都沒有自動控溫系統(tǒng)，有的只是自動加熱，但是水的礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分在反復(fù)加熱的過程中就大大的流失了，基于這個問題，本文給出了合理的軟件設(shè)計來解決?；趩纹瑱C飲水機的溫度智能控制系統(tǒng)，可以智能的實時檢測飲水機水箱的水溫，當(dāng)水溫低于設(shè)定的溫度時，飲水機將加熱水箱中的水，當(dāng)高于設(shè)定的時候，飲水機將對水箱中的水停止加溫。這樣既節(jié)約了能源又為人們的使用提供了便捷。

2 設(shè)計部分

⑴系統(tǒng)方案設(shè)計。本論文設(shè)計了一種以AT89C51單片機為核心部件，采用DS18B20的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的最大有點在于可以實時檢測飲水機水箱的水溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示（也即3位LED數(shù)碼管）飲水機水箱水溫度數(shù)，而且可以預(yù)防二次加熱。系統(tǒng)的電路設(shè)計主要由以下幾部分組成：①控制部分主芯片采用單片機AT89C51；②顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器；④加熱控制部分采用繼電器電路；⑤時鐘電路；⑥復(fù)位電路；⑦按鍵輸入這部分就不用說了，這個是必不可少的。在這里就不再贅述。

⑵系統(tǒng)軟件設(shè)計。系統(tǒng)的軟件設(shè)計本人主要采用C語言，對單片機的各項功能用編程來實現(xiàn)。主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、繼電器電路，用的是循環(huán)查詢方式來顯示和控制溫度。

1）系統(tǒng)主程序流程圖。本軟件設(shè)計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量，所以可以滿足性能要求。程序流程：當(dāng)你選擇了打開飲水機之后，程序內(nèi)部進行初始化操作，將數(shù)據(jù)傳送給DS18B20系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)來處理子程序，繼而顯示子程序，最后是繼電器控制子程序，但是飲水機沒有停止工作，只要沒有給它結(jié)束命令，它會在繼電器控制子程序語句執(zhí)行完之后繼續(xù)初始化操作，然后循環(huán)進行。如圖1所示

2）讀取DS18B20溫度模塊子程序。每次對DS18B20操作時多要按照DS18B20中的協(xié)議進行。初始化DS18B20發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖2

3）數(shù)據(jù)處理子程序。由于DS18B20轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行數(shù)據(jù)處理。首先程序判斷當(dāng)前飲水機內(nèi)水溫是否為零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補碼，需要對其低八位取反加一變成原碼。處理過后把DS18B20的溫度復(fù)制到單片機的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的Hex碼了，然后轉(zhuǎn)換Hex碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位的BCD碼存入RAM中。

3 總結(jié)

本設(shè)計在元器件選擇上盡量做到使硬件電路簡單，充分利用軟件編程來彌補元器件精度不足的缺點。完成了以AT89C51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了多項功能，其中包括：溫度采集部分、顯示部分、驅(qū)動部分等，基本實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的要求，并且電路簡單，功能全，易于控制操作，還能擴展很多功能。同時，由于時間及個人能力有限的問題，本系統(tǒng)的設(shè)計還存在很多不足和需要改進的地方，如：采集部分的誤差較大，控制算法還需進一步完善等。

[參考文獻]

[1]唐朔飛.計算機組成原理.高等教育出版社.2008.

[2]汪新民，劉若慧.C語言基礎(chǔ)案例教程.北京大學(xué)出版社.2010.

第5篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：單片機 溫度 控制

0引言

隨著社會的發(fā)展，溫度的測量及控制變得越來越重要。及時準(zhǔn)確地獲取溫度信息并對其進行適當(dāng)?shù)目刂?，這在許多工業(yè)場合中都是很重要的環(huán)節(jié)。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式和控制方式均不同。目前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機的在全社會大規(guī)模地興起。單片機由于自身的優(yōu)勢，使得它在當(dāng)代社會占據(jù)著很大的位置。單片機具有體積小、處理能強、成本低運行速度快、功耗低及應(yīng)用面廣等優(yōu)點，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。

1單片機溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1單片機AT89S51的工作原理

硬件部分CPU主控制采用單片機AT89S51，電路部分主要由4個部分組成：溫度采集電路、按鍵顯示電路、電熱絲控制電路和電源電路。主要是通過采用智能溫度傳感器DS18B20集成芯片來完成溫度采集，此芯片可以把溫度傳感器、A/D傳感器、寄存器、接口電路集成在一塊芯片中，然后可以直接數(shù)字化輸出和測試。按鍵顯示電路主要經(jīng)過HD7279A芯片驅(qū)動共陰數(shù)碼管的顯示和實現(xiàn)按鍵功能。實現(xiàn)電源電路主要是通過TL431二極管的穩(wěn)壓。而對于電熱絲控制電路，可直接由電熱絲接繼電器和電源并通過單片機控制繼電器的開和關(guān)，從而得以實現(xiàn)控制電熱絲的加熱。

1.2 AT89C52單片機控制原理

AT89C52單片機作為一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。從硬件上看，Vcc接外部電源是連接DS18B20與單片機的部件，GND接地，還有I/O與單片機的I/O線相連接。而相對復(fù)雜的接口編程是DS18B20簡單的硬件接口的代價。經(jīng)過單總線與單片機進行通訊，因此DS18B20的通訊功能是分時進行完成的。通過嚴(yán)格的時序來實現(xiàn)傳感器與單片機的接口協(xié)議，然而只能是在特定的時隙，才能對DS18B20數(shù)據(jù)的寫入和讀出進行實現(xiàn)。AT89C52對DS18B20的訪問流程如下：先對DS18B20進行初始化操作，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器和數(shù)據(jù)進行操作。嚴(yán)格的遵循工作時序和通信協(xié)議來對DS18B20進行每一步的操作。如由AT89C52控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，完成這一過程應(yīng)經(jīng)過三個步驟：在進行每一次讀寫之前應(yīng)對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后應(yīng)發(fā)送ROM指令，最后再對RAM指令進行發(fā)送，只有進行這樣一系列的操作才能預(yù)定操作DS18B20。DS18B20在通過上面的命令時，對外界的溫度進行測試，用存儲器將測試的溫度記錄下來，對其數(shù)據(jù)處理后，經(jīng)過與89C52之間的通信協(xié)議，將相關(guān)的信息發(fā)送到89C52，然后將該信息交由89C52處理。

1.3 89C51單片機應(yīng)用原理

本設(shè)計對89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng)進行采用以實現(xiàn)我們的設(shè)計要求，由于89C51單片機在片內(nèi)已經(jīng)含4KB的EEPROM，因此并不需要外擴展存儲器，這樣可使整個系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡單。采用89C51串行口的輸出工作方式，大大提高了89C51的利用率，如此也簡化了外部電路。89C51可直接掃描讀數(shù)鍵盤，可用串/并轉(zhuǎn)換模塊74Ls164驅(qū)動LED直接對溫度值進行顯示。由于其的利用率很高，負載又重，只需在后向電路加一塊同向驅(qū)動器，單片機就可正常工作。在進行串行傳輸數(shù)據(jù)時，可達到1MHz的頻率，對溫度的顯示完全可以達到測控精度要求。

2單片機在貯液容器溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

該系統(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)。發(fā)揮前饋控制和反饋控制的各自優(yōu)勢，將可測而不可控的干擾由前饋控制克服，其他干擾由反饋控制克服，從而達到控制貯液容器溫度。滿足工藝要求的目的。

2.1硬件設(shè)計

選單片機AT89C51為主機，配以兩路傳感變送器、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)閥等實現(xiàn)對貯液容器溫度的自動控制，同時還設(shè)有報警電路、鍵盤和顯示電路。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，貯液容器的溫度恒定在工藝要求的數(shù)值不變。

2.1.1前向通道的設(shè)計

采用JUMU90系列的溫度傳感變送器，其輸入范圍為：0℃～500℃，輸出為4mA～20mA（DC），測量精度為0.5％，選用10位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換芯片AD571，接收到有效的CONV ERT命令后，內(nèi)部的逐次逼近寄存器從最高位開始順次經(jīng)電流輸出的D A C在比較器上與模擬量經(jīng)5k8電阻所產(chǎn)生的電流相比較。檢測完所有位后，SAP中包含轉(zhuǎn)換后的10位二進制碼。轉(zhuǎn)換完成后，SAP發(fā)出DR信號（低電平有效），單片機查詢到DR=0時，便使其打開三態(tài)緩沖器輸出數(shù)據(jù)。

2.1.2后向通道的設(shè)計

為了滿足系統(tǒng)的精度要求，選用10位的D／A轉(zhuǎn)換器DAC1020。由于其內(nèi)部不帶有鎖存器，所以必須通過I／O口才能與AT89C51單片機連接，又由于AT89C51的字長是8位的，一次操作只能傳輸8位數(shù)據(jù)．因此AT89C51必須進行兩次操作才能把一個完整的10位數(shù)據(jù)送到AC1020。為了使10位數(shù)據(jù)能夠同時送人DAC1020，避免輸出電壓波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，故必須采用雙緩沖器方式。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路

一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。為使編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。同時，本系統(tǒng)對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。本裝置可工作于軟件主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、以及有關(guān)DS18B20的初始化子程序、寫程序和讀程序。

3結(jié)束語

目前單片機的應(yīng)用已涉及到了生活中的各個領(lǐng)域并起著重要作用，本設(shè)計使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確，具有一定實際應(yīng)用價值。該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方。溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，而單片機的控溫會直接影響單片機在這些場合的使用情況，所以我們要想使單片機在各領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用就要繼續(xù)努力研究出更好的單片機控溫系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]王慧強.基于MCS51單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2010，（05）.

第6篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：單片機；溫度處理；上位機；LCD；實時顯示

中圖分類號：TD655.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和成熟，計算機的應(yīng)用也越來越廣泛，在自動化領(lǐng)域，計算機已經(jīng)成為控制系統(tǒng)的首選平臺，應(yīng)用計算機對生產(chǎn)和試驗進行實時、遠程監(jiān)控是現(xiàn)代自動化發(fā)展的主要方向。將計算機應(yīng)用于工業(yè)實時控制的前提是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時獲取。在生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，常常要測控很多參數(shù)，諸如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，通常的方法是使用專用的儀表人為觀測、記錄處理數(shù)據(jù)、做出判斷，這就會帶來人為的誤差。如何將計算機與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡化人工操作并實現(xiàn)自動控制，滿足社會的需求，成為一個很重要的問題。數(shù)據(jù)采集是各行業(yè)廣泛采用的一種現(xiàn)場控制手段，它可以實現(xiàn)實時控制、現(xiàn)場監(jiān)測，輔助數(shù)據(jù)分析、問題處理，以其結(jié)構(gòu)簡單、使用手法便捷、精確的測量和友好的人機界面，博得用戶的青睞。其中，溫度采集與處理系統(tǒng)就是被廣泛用于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要是對溫度進行實時監(jiān)測和控制。

溫度檢測是現(xiàn)代檢測技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。在生產(chǎn)過程中，它可以實現(xiàn)對人類難以或無法到達的工作現(xiàn)場的監(jiān)測，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供了信息和手段；再者，溫度過高或過低會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對機械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞，嚴(yán)重的會影響到生產(chǎn)安全。溫度也是生活中最常見的一個物理量，它與我們的生活息息相關(guān)，溫度過高或過低同樣會造成一些不良影響。因此，在生產(chǎn)和生活中要對溫度進行嚴(yán)格的控制，使溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)變化。為此，設(shè)計了無線溫度控制系統(tǒng)，它是一種基于無線射頻技術(shù)的無線溫度控制裝置，可以實現(xiàn)遠距離的對系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制。

一、設(shè)計要求及模塊方案

（一）設(shè)計要求

（1）測量和控制溫度，實現(xiàn)溫度的采集、數(shù)據(jù)的發(fā)射和接受；（2）對溫度進行處理，實現(xiàn)報警和實時顯示；（3）通過上位機將所測結(jié)果顯示出來；（4）利用實時時鐘芯片顯示當(dāng)前的時間，實時觀測溫度；（5）分別設(shè)計控制設(shè)備和采集設(shè)備，進行相關(guān)測試。

（二）模塊設(shè)計方案

1.設(shè)計思路。本系統(tǒng)的設(shè)計跟據(jù)單片機的控制，通過無線傳輸來遠距離來測試溫度并實時顯示出來，我們根據(jù)單片機的控制原理，來控制相關(guān)器件的相關(guān)工作，控制溫度的采集，數(shù)據(jù)的發(fā)射和接受，并利用51單片機自帶的串口功能把數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦上實時顯示出來，具體工作過程：

利用單片機控制無線模塊，發(fā)出采集溫度命令，等待自動應(yīng)答，在測溫系統(tǒng)收到命令后，開始采集溫度，轉(zhuǎn)化完畢以后，由單片機控制無線模塊把溫度發(fā)出去，等待自動應(yīng)答?？刂葡到y(tǒng)收到數(shù)據(jù)后，自動應(yīng)答。收到的溫度首先經(jīng)過處理，通過串口模塊發(fā)送到上位機上，在電腦上實時顯示出來，并且發(fā)送到LCD12864上面實時顯示出來，同時判讀溫度是否超過設(shè)置的告警溫度，若是超過報警溫度，則發(fā)送報警命令，使測試系統(tǒng)做出反應(yīng)，例如，蜂鳴器報警，繼電器斷開，同時紅色指示燈亮，為超過報警溫度。若是沒有超過報警溫度，則發(fā)送正常命令，使測試系統(tǒng)正常工作，繼電器吸合，蜂鳴器關(guān)閉，綠色指示燈亮。

另外在我們增加相應(yīng)的按鍵控制單片機，設(shè)置報警溫度，調(diào)節(jié)時間，可以實時觀測溫度。增加上位機處理，通過計算機來實時觀測溫度變化。

2.微控制器模塊。方案：應(yīng)用單片機作為控制器。我們使用了ATMEL公司的AT89S52單片機，它也同樣具有很強的信息處理功能，易于操作使用，具有8k的程序存儲器，頻率最大支持33MHZ，體積小，需要電壓小，功耗低，價格便宜等優(yōu)點，更適于本系統(tǒng)的要求。

3.無線射頻模塊。nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。

4.液晶顯示模塊。方案：采用LCD液晶顯示。LCD液晶顯示模塊雖然占用I/O口多，控制復(fù)雜，但其功能強大，顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大。并且能夠提示操作語句，這大大提高了系統(tǒng)的人性化設(shè)計。

5.電源模塊。采用LM7805提供5V穩(wěn)壓電源，并在穩(wěn)壓模塊兩端加上加上多個電容，使之更加穩(wěn)定，對于無線模塊需要提供3.3V的穩(wěn)壓電源，我們選用了ASM117電源模塊，輸出3.3V的穩(wěn)壓電源。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

在此系統(tǒng)中，下位機主要是負責(zé)采集多路數(shù)據(jù)將其送至上位機，與此同時單片機也會進行將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度示數(shù)在LED顯示器上顯示。下位機的硬件控制系統(tǒng)主要由單片機AT89C51，LCD顯示電路，無線傳輸模塊，串口硬件電路以及鍵盤LED顯示組成。測試系統(tǒng)主要由單片機AT89S52，DS18B20，無線模塊，繼電器控制系統(tǒng)，蜂鳴器報警系統(tǒng)，LED顯示電路等組成。

采用VB 6.0作為該系統(tǒng)的上位機編程語言，同時利用RS232實現(xiàn)與單片機間的通訊，從而對下位機采集得到的數(shù)據(jù)進行動態(tài)跟蹤的顯示、分析、繪制曲線及數(shù)據(jù)的存儲。其組成大概有兩部分，一個是實時數(shù)據(jù)顯示界面，即當(dāng)下位機將數(shù)據(jù)到達的同時要繪制出曲線。另一個是歷史數(shù)據(jù)界面，即在輸入所要查詢的時間與通道后，繪制出相應(yīng)的曲線、方塊圖及數(shù)據(jù)列表等。

三、系統(tǒng)總體論證

（一）工作原理

無線溫控系統(tǒng)是以單片機AT89S52為控制核心，用無線傳輸來遠程來測試溫度。具體工作過程：

（1）給系統(tǒng)上電后，按下鍵2，向單片機發(fā)出指令，單片機控制無線模塊，發(fā)出采集溫度命令，等待自動應(yīng)答。

（2）在測溫系統(tǒng)收到命令后，開始采集溫度，采集完畢，由單片機控制無線模塊把溫度發(fā)出去，等待自動應(yīng)答。

（3）控制系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)后，自動應(yīng)答。收到的溫度經(jīng)過單片機處理，可以實現(xiàn)如下功能：

1）通過串口模塊發(fā)送到上位機上，在電腦上實時顯示出來；

2）同時發(fā)送到LCD12864上實時顯示出來；

3）而且能夠同時判讀溫度是否超過設(shè)置的告警溫度，并發(fā)出相應(yīng)的指令。

（4）測試系統(tǒng)根據(jù)指令做出相應(yīng)的顯示。

1）若是超過報警溫度，則發(fā)送報警命令，則測試系統(tǒng)蜂鳴器報警，繼電器斷開，同時紅色指示燈亮。

2）若是沒有超過報警溫度，則發(fā)送正常命令，使測試系統(tǒng)正常工作，繼電器吸合，蜂鳴器關(guān)閉，綠色指示燈亮。

另外我可以通過手動設(shè)置報警溫度，通過調(diào)控控制系統(tǒng)上面的按鈕來可以設(shè)置不同報警溫度，可以做出不同的反映。另外我們在控制系統(tǒng)上面加上了實時時鐘芯片，可以實時的顯示當(dāng)前時間，確切的知道當(dāng)前溫度的時間，以及發(fā)生報警的時間等。

在上位機中我們用VB設(shè)置了實時顯示畫面，實時顯示當(dāng)前的時間，準(zhǔn)確顯示當(dāng)前接收到的溫度，并且通過溫度曲線實時顯示，形象地表示。

本模塊為溫度采集部分，上電后，溫度處于接收狀態(tài)，有無線控制部分發(fā)射指令當(dāng)接收到指令后，根據(jù)指令做出相應(yīng)的判斷。

1）為正常工作，這令為0xaa，接收到這個指令后，關(guān)閉蜂鳴器，黃色報警燈，打開正常工作電源燈綠色，接通繼電器，同時采集溫度，把無線模塊轉(zhuǎn)化為發(fā)射，把采集的溫度發(fā)射出去，正常發(fā)送以后，在轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。

2）超過設(shè)置溫度，指令為0x55，接收到這個指令后，打開蜂鳴器，打開紅色發(fā)光二極管，關(guān)閉綠色燈，斷開繼電器，同時再次采集溫度，把無線模塊轉(zhuǎn)化為發(fā)送狀態(tài)，把溫度發(fā)送出去以后，再次轉(zhuǎn)化為接收狀態(tài)

3）為數(shù)據(jù)傳輸錯誤指令，0xcc接收到這個指令以后，說明收到的溫度數(shù)據(jù)有問題，黃色燈亮，

4）接收到這個指令以后，0x33這個指令為是使單片機進入低功耗工作，暫時停止工作，只有外部中斷在檢測狀態(tài)。

5）接收到指令，是確認(rèn)模塊處于工作狀態(tài)，打開指示燈，使模塊轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)

注：故障處理

溫度采集模塊可能一直接收不到指令，超過一定時間，模塊進入低功耗狀態(tài)，使電流消耗減少。

模塊處于發(fā)送時，通過返回來的指令，判斷到數(shù)據(jù)沒有接收到，設(shè)定一定的次數(shù)，停止溫度的發(fā)送，讓無線模塊自動轉(zhuǎn)到接收狀態(tài)。

四、測試及結(jié)論

（一）測試結(jié)果

根據(jù)工作原理我們對成品進行了相關(guān)的測試，打開開發(fā)板，開發(fā)板顯示當(dāng)前時間，按下測試鍵，控制系統(tǒng)就向測試系統(tǒng)發(fā)射測試信號，測試系統(tǒng)收到信號后，開始進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化完畢以后然后發(fā)送紅溫度給控制系統(tǒng)。如此反復(fù)循環(huán)，不斷發(fā)送命令和測試溫度。

（二）測試結(jié)論

無線溫控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對溫度傳感器的穩(wěn)定控制，測溫范圍為0.0到99.9度，不僅使測量結(jié)果比普通溫度計精確2-5倍，還對功能進行了擴展與創(chuàng)新；而且功能上分別設(shè)置了預(yù)置固定溫度報警、手動設(shè)置溫度報警功能和智能自動調(diào)控溫度等，并且通過無線控制在屏幕上和電腦上實時顯示出來。實現(xiàn)了溫度的準(zhǔn)確報警、實時溫度顯示及溫度的智能控制等。設(shè)計過程中考慮到了硬件與軟件的相互補充，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)小巧美觀。

參考文獻：

[1]張永瑞，劉振起，楊林耀，顧玉昆.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994：82-88.

[2]孫肖子，張企民.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001：22-72.

[3]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，1999：245-362.

[4]譚浩強，張基溫.C語言程序設(shè)計教程[M].北京：高等教育出版社，2006：306-307.

[5]戴佳，戴衛(wèi)恒，劉博文.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例演講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：71-99.

[6]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：283-288.

[7]劉南平.現(xiàn)代電子設(shè)計與制作技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：230-232.

第7篇：溫度控制系統(tǒng)范文

【摘要】數(shù)字PID；自動溫度控制系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

中圖分類號：S624.4+4文獻標(biāo)識碼： A

前言

文章對溫度控制的目的和數(shù)字式定時溫控系統(tǒng)進行了簡單介紹，對數(shù)字PID自動溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了闡述，并結(jié)合自身實踐經(jīng)驗和相關(guān)理論知識，對數(shù)字PID自動溫度控制系統(tǒng)的硬件電路部分進行了探討。

二、溫度控制的目的分析 隨著社會的快速發(fā)展，科技的加速進步，測溫儀器在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，自動化和智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代的溫度控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。因為各行各業(yè)對于溫度控制有著越來越高的要求，所以對溫度的控制和測量就顯得較為重要。溫度控制器的使用范圍越來越廣泛，各種能夠應(yīng)用于不同領(lǐng)域的智能溫度控制器隨著產(chǎn)生。 不僅在日常的生產(chǎn)和生活中廣泛應(yīng)用到溫度控制，現(xiàn)在的很多電子產(chǎn)品單片機中也用到了溫度控制和溫度檢測。這就使單片機溫度控制系統(tǒng)越來越廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品之中。針對這個問題，該系統(tǒng)的設(shè)計是為了實現(xiàn)一種很可以連續(xù)進行高精度調(diào)節(jié)溫度的溫度控制系統(tǒng)，它功能強大，應(yīng)用廣泛，便于攜帶，小巧美觀，是一款急廉價又實用的溫度控制系統(tǒng)。該設(shè)計對單片機的溫度進行實時控制和監(jiān)測，這樣就實現(xiàn)了單片機溫度控制系統(tǒng)的基本溫度控制功能。

三、數(shù)字式定時溫控系統(tǒng) 本文研制的數(shù)字式定時溫控系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集,溫度、定時的顯示,溫度控制,溫度定時的設(shè)定以及報警等功能。核心控制器由單片機完成,采用數(shù)字PID控制算法進行過程控制。加熱器件選用熱慣性小,溫度控制精度高,速度快的電熱膜,由單片機輸出通斷率控制信號進行控制。

四、系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)由主控制器、測溫電路、顯示電路和鍵盤電路組成。該系統(tǒng)主控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器為DS18B20，用LCD 128X64液晶顯示屏實時顯示當(dāng)前溫度及控制溫度。鍵盤電路采用3*4矩陣鍵盤來設(shè)定需要溫度。AT89S51的P0.0～P0.4通過上拉電阻分別連接LCD 128X64液晶顯示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7連接LCD 128X64液晶顯示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接鍵盤電路。1.AT89S51單片機本系統(tǒng)選擇ATMEL生產(chǎn)的AT89S51單片機，其特性如下：（1）4KB可編程程序存儲器（ROM）；128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；32條雙向輸入輸出線（I/O）；1000次以上的循環(huán)寫/擦；（2）有ISP在線編程功能，在改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅僅需要4～5V即可；（3）內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要外接看門狗計時器單元電路；（4）電源范圍寬達4～5.5V，其工作性能更為穩(wěn)定。2. DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器。其主要特點如下：（1）適應(yīng)電壓范圍較寬，3.0～5.5V，兩種供電方式，寄生電源方式下由數(shù)據(jù)線供給；（2）1—wire單總線數(shù)據(jù)通信方式，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，通過一根端口線與CPU通信；（3）溫度測量范圍為—55℃～+125℃，可編程為9～12位的A/D轉(zhuǎn)換精度。3.JDL12864圖形點陣液晶顯示器JDL12864主要由行/列驅(qū)動器及128*64的全點陣液晶顯示器組成，可以顯示8*4個（16*16點陣）漢字。其主要特點如下：（1）電源：VDD，+5V。模塊內(nèi)自帶—10V負壓，用于作LCD的驅(qū)動電壓；（2）內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字（簡繁體可選），128個16×8點陣字符；（3）與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和8條控制線；（4）工作溫度為—10℃～+50℃。存儲溫度為—20℃～+70℃；其硬件連線如圖2。4.軟件設(shè)計DS18B20的單總線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

五、硬件電路設(shè)計 硬件系統(tǒng)主要由AT89S52單片機、溫度采集、鍵盤顯示電路等功能電路組成。 1.主控單元 AT89S52單片機為主控制單元。AT89S52單片機首先根據(jù)爐溫的給定值和測量值計算出溫度偏差，然后進行PID控制并計算出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)由P1．0口輸出。最后將P1．0口輸出的控制數(shù)據(jù)送往光電耦合隔離器的輸入端，利用PWM脈沖調(diào)制技術(shù)調(diào)整占空比，達到使?fàn)t溫控制在某一設(shè)定溫度。AT89S52單片機還負責(zé)按鍵處理、溫度顯示以及與上位機進行通信等工作。4位高亮度LED用于顯示設(shè)定溫度或?qū)崪y溫度。 2.溫度采集 溫度采集電路主要由鉑銠-鉑熱電偶LB-3構(gòu)成。LB-3熱電偶可以在1300℃高溫下長時間工作，滿足常規(guī)處理工藝要求。 測溫時，熱電阻輸出mV熱電勢，必須經(jīng)過變送器變換成0-5V的標(biāo)準(zhǔn)信號。本系統(tǒng)選用DWB型溫度變送器，并將其直接安裝在熱電偶的接線盒內(nèi)，構(gòu)成一體化的溫度變送器，不僅可以節(jié)省補償導(dǎo)線，而且可以減少溫度信號在傳遞過程中產(chǎn)生的失真和干擾。 電阻爐爐溫信號是一種變換緩慢的信號。這種信號在進行A/D轉(zhuǎn)換時，對轉(zhuǎn)換速度要求不高。因此為了減低成本以及方便選材，可以選用廉價的、常用的A/D芯片ADC0808，ADC0808是一種逐次逼近式8路模擬輸入、8為數(shù)字輸出地A/D轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換時間為100us，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。經(jīng)過ADC0808轉(zhuǎn)換所得到的實測爐溫數(shù)據(jù)直接送入AT89S52單片機中進行數(shù)據(jù)處理。

3.恒溫控制算法

對于簡單系統(tǒng),可以采用理論計算的方法確定這些參數(shù),但是稍微復(fù)雜一些的系統(tǒng),采用理論計算的方法就困難了。因此幾乎都是用工程的方法對參數(shù)進行整定。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是一項繁瑣而又費時的工作,因此,近年來國內(nèi)外在數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方面做了大量的研究工作,歸一參數(shù)的整定法是一種簡易的整定法。 根據(jù)大量實際經(jīng)驗的總結(jié),人為設(shè)定約束條件,以減少獨立變量的個數(shù),例如取: TD≈0.125TS TI≈0.5TS(7) T≈0.1TS 式中:TS是純比例控制式的臨界振蕩周期。 將式(7)代入式 (6)中,可得數(shù)字PID控制器的差分方程為: Δuk=KP(2.45ek+3.5ek-1+1.25ek-2) (8) 對比式(6)和式(8)可知,對4個參數(shù)的整定簡化成了對一個參數(shù)KP的整定,使問題明顯地簡化了。 采樣周期T的取值,從數(shù)字PID控制器對連續(xù)PID控制器的模擬精度考慮,采樣周期越小越好,但采樣周期小,控制器占用計算機的時間就長,增加了系統(tǒng)的成本。因此采樣周期的選擇應(yīng)綜合考慮各方面因素,選取最優(yōu)值。 在恒溫控制系統(tǒng)中,控制輸出為定時器T2初值n(0≤n≤65 536),誤差為溫度設(shè)定值Tset與DS18B20檢測值之差Tread。因為電阻絲的功率是有限的,初始溫度低于溫度設(shè)定值Tset較大時,可以不用數(shù)字PID控制?？梢愿鶕?jù)電阻絲的功率設(shè)定一個誤差值emax,當(dāng)e>emax時,一直加熱,輸出n=0;當(dāng)e

六、結(jié)語 數(shù)字PID在控制算法結(jié)合單片機在自動溫度控制方面有較好的作用的，但是其中還存在一些問題的，需要我們投入更多的精力和研究才行。

參考文獻[1]李鐵.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2010，29（24）：29—30.

第8篇：溫度控制系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：溫度測量；控制系統(tǒng)；CAN總線；DS18B20

一、 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，在溫度檢測領(lǐng)域也發(fā)生了很大的變化。在檢測系統(tǒng)中使用的傳感器過去大多使用熱敏電阻為溫度敏感元件，其特點有：成本低、測溫范圍大、溫度測量準(zhǔn)確度較低；而現(xiàn)在愈來愈多的系統(tǒng)使用數(shù)字溫度傳感器，其特點有：以數(shù)值方式直接輸出溫度值，溫度檢測精度較高，系統(tǒng)可靠性好，但測溫范圍小（一般－55℃－＋125C）等[1]。

在工業(yè)測控系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)傳輸提高工業(yè)現(xiàn)場實時效率的有效途徑?，F(xiàn)場總線是面向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)，它建立在開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型上，是一種工業(yè)環(huán)境中的通信標(biāo)準(zhǔn)。控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network簡稱CAN）作為現(xiàn)場總線之一，以其卓越的特性低廉的價格，極高的可靠性和靈活的結(jié)構(gòu)，在汽車工業(yè)，機械工業(yè)、過程工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛， CAN總線已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一[2]。

本文將研究一種由CAN總線完成測控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通信、結(jié)構(gòu)靈活、通用性好的溫度測控系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，我們同時使用了鉑電阻溫度傳感器Pt100和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，以適應(yīng)不同場合應(yīng)用需要，并能方便地實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。

二、 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

（一）、系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)應(yīng)用場合的需要，本溫度測控系統(tǒng)主要完成的功能有：對熱電偶溫度傳感器Pt100的信號進行檢測；利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20對溫度的檢測；現(xiàn)場LCD顯示及鍵盤控制功能；上位機通過CAN總線下位機通信，要實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。系統(tǒng)主要由：監(jiān)控、測溫模塊、現(xiàn)場顯示模塊和CAN總線等部分組成，系統(tǒng)構(gòu)成原理框圖如圖1所示。

（二）、各功能模塊的功能及實現(xiàn)

1、監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊的主要功能是向各測溫模塊節(jié)點發(fā)送遠程幀，接收來自各節(jié)點的數(shù)據(jù)或信息實現(xiàn)監(jiān)控、報警、打印及其它功能。該模塊硬件由微型計算機與一塊PC―CAN通信卡來實現(xiàn)。

2、測溫模塊

溫度測控系統(tǒng)通?？砂舾蓚€溫度測量模塊（稱為一個節(jié)點），每個節(jié)點可測量一個小范圍內(nèi)的多點溫度。單個節(jié)點由以下幾個部分組成：一片帶CAN控制器的單片機C8051F040、信號調(diào)整電路、若干個Pt100和若干個DS18B20。

C8051F040內(nèi)部程序存儲器、SRAM能滿足通常用途程序需要，不需增加額外的存儲器；其內(nèi)部集成了10位A/D轉(zhuǎn)換器、CAN控制器等[3]，可簡化系統(tǒng)設(shè)計。

DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進。溫度的測量范圍為-55℃―125℃，測量精度為0.5℃。傳感器的供電寄生在通信的總線上，可以從一總線通信中的高電乎中取得，這樣可以不需要外部的供電電源。也可直接由外部提供電源，一般在檢測的溫度超過100℃時，最好使用外部供電模式，供電的范圍為3―3.5V。當(dāng)使用總線寄生供電時，供電端必須接地，同時總線在空閑的時候必須保持高電乎，以便對傳感器充電。每―個DSl8B20溫度傳感器都有―個自己特有的芯片序列號，我們可以將多個這樣的溫度傳感器掛接在一根總線上，實現(xiàn)多點溫度的檢測。所有的DS18B20通過單線與單片機通信，而其電源有外部提供。DS18B20的接口電路非常簡單、成本低廉。

鉑電阻溫度傳感器Pt100其電阻值隨著溫度的變化而變化,為了便于檢測，可將其信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，這里采用外加恒流源將電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓盘?。在信號調(diào)整電路(見圖2)里，為了提高Pt100的測量精度，減少線路的長度對檢測結(jié)果的影響，對Pt100采用四線法進行采樣信號，再經(jīng)過差動放大電路，這樣可以較好的減少零點漂移，以及減少由于線路過長產(chǎn)生的壓降對系統(tǒng)的影響。

3、現(xiàn)場顯示模塊

此顯示模塊的主要功能有：它能在現(xiàn)場顯示各個節(jié)點的溫度值和溫度變化曲線，也可以通過鍵盤設(shè)定所要顯示的節(jié)點溫度。它有單獨的單片機進行處理，與C8051F040通過串行口進行通信。它的靈活性大，可以減輕下位機主控器C8051F040的負擔(dān)，而且用戶可以根據(jù)需要對其進行選擇。單一測溫模塊、現(xiàn)場顯示模塊可構(gòu)成一獨立的溫度測控小系統(tǒng)。

4、CAN總線

CAN總線是監(jiān)控模塊和各測溫節(jié)點的物理連接,該部分主要是其物理層的設(shè)計，其電路見圖5。CAN總線遵循ISO的標(biāo)準(zhǔn)模型，分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。在工程上，這兩層通常由CAN控制器和收發(fā)器實現(xiàn)的。這里我們選擇PHILIPS公司的PCA82C250收發(fā)器，它可提高總線的差動發(fā)送和接收能力。它與ISO11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，有三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機，可根據(jù)實際情況選擇。

為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN控制器（在C8051F040內(nèi)部）引腳CANTX、CANRX和收發(fā)器PCA82C250之間并不是直接相連，而是通過由高速光耦6N137構(gòu)成的隔離電路后與82C250相連，這樣就可以很好的實現(xiàn)總線上各節(jié)點的電氣隔離。這部分增加了節(jié)點的復(fù)雜性，但它卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。

80C250與CAN總線接口部分也采用了一些安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，從而保護82C250免受過流的沖擊。在CANH和CANL與地之間各自接一個30p的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力；另外，在CANH和CANL之間并聯(lián)一個15V的瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS），可以保護80C250在瞬間高電壓情況下而不受損壞。82C250的Rs腳上接有一個斜拉電阻，電阻的大小可根據(jù)總線速率適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其值一般在16K~140K之間，圖3中選用47K。

（三）、系統(tǒng)工作原理

由圖1可見，監(jiān)控模塊的主要功能是對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控。它通過CAN總線不斷的向下位機發(fā)送遠程幀，并接收從下位機傳送過來的溫度等信息，并對這些信息進行分析、顯示、存儲等。用戶可根據(jù)監(jiān)控菜單的提示，選擇需要了解的項目。監(jiān)控模塊還可以對數(shù)據(jù)進行記錄、打印，以及對出現(xiàn)異常情況給予報警、處理等。現(xiàn)場顯示模塊同樣可以接收各點的溫度值，并以數(shù)值曲線等形式顯示出來，用戶可以在現(xiàn)場對系統(tǒng)進行觀察等。

三、 軟件設(shè)計

CAN總線上的每一節(jié)點均可以作為主節(jié)點主動地與其它節(jié)點交換數(shù)據(jù)，徹底解決了主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上只能有一個主節(jié)點、其余均為從節(jié)點的潛在危害，CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點（信息幀）可分優(yōu)先級，這對實時控制系統(tǒng)無疑是極為有利的。由于本系統(tǒng)采用了CAN總線構(gòu)成局域網(wǎng)因此程序設(shè)計具有很大的靈活性。根據(jù)系統(tǒng)特點將程序分為兩部分：監(jiān)控程序、現(xiàn)場LCD顯示程序和測溫程序。利用微型計算機作為監(jiān)控模塊的主機，監(jiān)控程序可完成較完備的溫度監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理功能如：特定點溫度的采集和顯示，整個系統(tǒng)溫度的采集和顯示，溫度越限報警點的定位等；現(xiàn)場LCD顯示程序主要完成對信息的接收、處理，并按照一定的規(guī)律將其顯示出來；測溫程序主要完成接收監(jiān)控計算機發(fā)出的各種命令，采樣信息等功能。這里給出測溫程序框圖如圖4所示。圖中初始化部分主要包括對單片機及其電路的復(fù)位，設(shè)置CAN總線的波特率和設(shè)置CAN控制器的命令寄存器等。程序執(zhí)行部分首先選擇采樣通道，并判斷其終端傳感器的種類，再對其進行對應(yīng)的處理。

四、 結(jié)束語

（一）、該系統(tǒng)可以解決一般工業(yè)領(lǐng)域的溫度測控問題，并利用CAN總線的特殊優(yōu)勢解決了遠距離多點測量問題．網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性好。

（二）、該系統(tǒng)有良好的通用性根據(jù)實際需要用戶可選擇不同的方案。如：監(jiān)控計算機可控制多個測溫節(jié)點，而每個節(jié)點又可進行小范圍內(nèi)多點測溫；還可以根據(jù)用戶需要使用Pt100和DS18B20，以及它們各自的個數(shù)多少。

（三）、該系統(tǒng)可靠性好，由于CAN總線的多主特性，用戶甚至可以選擇多個監(jiān)控計算機，方便靈活，系統(tǒng)生命力強。

[參考文獻：

［1］胡振宇，劉魯源，杜振輝.DS18B20接口的C語言程序設(shè)計［J］,單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002 (7).

［2］光彬，胡云安.基于CAN總線局域網(wǎng)的通用多點測溫系統(tǒng)[J]，自動化與儀表，1999（5）.

第9篇：溫度控制系統(tǒng)范文

[關(guān)鍵詞] PLC 組態(tài)軟件 模糊算法 遠程控制

模糊控制比傳統(tǒng)的PID 控制等方法, 在強時變、大時滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于各種過程控制系統(tǒng)中，在國內(nèi)外已是很普遍的現(xiàn)象。PLC是工業(yè)控制常用的控制部件, 把二者結(jié)合起來, 可使控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)達到最優(yōu)?；谀：刂萍夹g(shù)的PLC網(wǎng)絡(luò)化溫度控制系統(tǒng), 是對傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)的改造, 具有達到設(shè)定溫度的時間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強、節(jié)省電能等優(yōu)點。相比傳統(tǒng)的計算機溫度控制系統(tǒng)，由PLC構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高，成本更低，而且可以方便地利用組態(tài)軟件構(gòu)建一個簡單的的分布式控制系統(tǒng)（DCS），實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，管理控制一體化，信息集成化。

一、系統(tǒng)構(gòu)建

系統(tǒng)主要由三大部分組成。第一部分由上位計算機、個人計算機、服務(wù)器構(gòu)成生產(chǎn)管理層；第二部分由現(xiàn)場總線系統(tǒng)構(gòu)成中間過程控制層；第三部分由可編程序控制器（PLC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）、溫度調(diào)控環(huán)節(jié)構(gòu)成現(xiàn)場控制層。生產(chǎn)管理層設(shè)在中控室，通過網(wǎng)絡(luò)與中間控制層聯(lián)系，完成對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理。過程控制層為CC-Link現(xiàn)場總線系統(tǒng)，它接收上位機的各種指令，并協(xié)調(diào)現(xiàn)場設(shè)備的工作，同時對現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)進行處理并向上層傳送?，F(xiàn)場控制層為多路具有各種控制功能的多點控制單元，PLC為三菱FX2N，數(shù)模轉(zhuǎn)換器為FXON-3A，溫度調(diào)控環(huán)節(jié)為可控調(diào)相閉環(huán)系統(tǒng)，具體完成對現(xiàn)場溫度的控制。系統(tǒng)構(gòu)建如圖1所示。

二、溫度控制

溫度控制指令由中控遠程，具體調(diào)控則由底層溫度調(diào)控執(zhí)行單元完成?？刂圃砜驁D如圖2所示。r(t)為中控的溫度給定信號，調(diào)節(jié)器由PLC及FXON-3A數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，執(zhí)行機構(gòu)采用可控調(diào)相整流器，被控對象為加熱電阻絲，測量元件選用WB系列溫度變送器。

1.模糊控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計

由于溫度具有純滯后特性，采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器或改進型PID調(diào)節(jié)器，溫度控制精度不高，特別是溫度超調(diào)較大。而采用模糊控制設(shè)計的調(diào)節(jié)器可以獲得良好的溫度控制特性。

模糊控制系統(tǒng)的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制規(guī)律由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，控制的基本思想:根據(jù)給定值與反饋值的比較得到偏差信號e，一般選取偏差信號e作為模糊控制器的一個輸入量，把偏差信號e的精確量進行模糊化變成模糊量，偏差e的模糊量可以用相應(yīng)的模糊語言表示，得到了偏差e的模糊語言集合的一個子集。再由模糊子集和模糊控制規(guī)則（模糊關(guān)系）根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，從而得到模糊控制量u。

模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

模糊控制器主要包含三個功能環(huán)節(jié):用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)。其中e和c分別是系統(tǒng)偏差和偏差的微分信號，也就是模糊控制器的輸入，u為控制器輸出的控制信號，E、C、U為相應(yīng)的模糊量。

(1)控制規(guī)則

由圖3可知，模糊控制器的輸入變量為e，觸發(fā)電壓u作為模糊控制器的輸出變量，u的變化為電壓直接控制加熱元件供電電壓的高低。設(shè)描述輸入變量及輸出變量的語言值的模糊子集為:

{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大} 現(xiàn)簡記為 ：

NB=負大，NM=負中，NS=負小，Z=零，PS=正小，PM=正中，PB=正大。

溫度偏差e的論域[+n，-n]可量化為7個等級，分別表示為E = {-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，每級相差1度,即n=3，emax=3，emin=3。取轉(zhuǎn)換系數(shù)并將偏差E的隸屬度賦值。同樣把執(zhí)行控制量u的論域也量化為7個等級U={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}，也將U的隸屬度賦值，則可得到溫度控制的控制規(guī)則：

① if E = NB then U = PB ……R1

② if E = NM then U =PM ……R2

③ if E = NS then U = PS ……R3

④ if E = Z then U = Z……R4

⑤ if E = PS then U = NS ……R5

⑥ if E = PM then U = NM ……R6

⑦ if E = PB then U = NB ……R7

從上述規(guī)則可以看出：如果實際溫度小于給定值，則應(yīng)加大可控硅的導(dǎo)通角，差值越大，導(dǎo)通角變大越多，反之亦然。按照上述規(guī)則，可計算每條規(guī)則的模糊關(guān)系Ri（i=1，2，…，7），考慮到這些模糊關(guān)系之間具有“或”的關(guān)系，所以描述整個系統(tǒng)的控制規(guī)則E*U的Fuzzy關(guān)系R為R=R1∪R2∪…∪R7。求Ri（i=1，2，…，7）的運算按下式進行:Ri=E×U＝ET?U，則R1＝(NB)E×(PB)U。同樣也可計算出:R2，R3，R4，R5，R6，R7，則R=R1∪R2∪…∪R7。

(2)模糊推理和解模糊化

得到系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則R后，當(dāng)采樣偏差為E時，就可得到相應(yīng)的控制量U=E?R。解模糊化方法按最大隸屬度法，“-1”級的隸屬度最大，控制量應(yīng)取“-1”級，可求出表1所示的控制策略表。

有了控制策略表，下一步就是要求出U = {-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}七個級所對應(yīng)的精確執(zhí)行控制量，該量即為最后的執(zhí)行控制量u。執(zhí)行控制量u的范圍為[umax，umin]。

設(shè)轉(zhuǎn)換系數(shù): （1）

于是有: （2）

這樣就求出了七個級所對應(yīng)的精確執(zhí)行控制量,按照控制策略表和七個級所對應(yīng)的精確執(zhí)行控制量就可編譯成PLC的程序，從而完成調(diào)節(jié)器的設(shè)計。

(3)控制策略的調(diào)整

為了加快整個系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程，在E=-3（即 e =3）， E=PB以前，先將給定電壓調(diào)到最大化，加全壓，此時的輸出控制電壓為4.9V，這樣做的目的，可以提高整個系統(tǒng)的快速反映能力。在e =-1，-2，-3時，我們選擇執(zhí)行控制量u=0V，原因是在e=0時，系統(tǒng)在控制量u的作用下也可能出現(xiàn)暫時的、小的超調(diào)，及時切斷輸出的控制作用，僅利用系統(tǒng)的自身慣性維持溫度，當(dāng)溫度慢慢回到給定值時，模糊控制器又會有輸出，長期保持溫度在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定。

降溫策略：針對控制對象，當(dāng)需要降溫時，通常采用的方法是自然降溫，即是控制器沒有輸出，僅僅依靠室溫來降溫。為了克服水溫的慣性大的特點，可采用進冷水排熱水的方法使水槽的水溫迅速降下來，避免僅僅利用環(huán)境溫度使系統(tǒng)降溫的不足。關(guān)鍵問題是放出熱水的“量”與泵進冷水的“量”如何選?。扛鶕?jù)現(xiàn)場決策，即究竟溫度要降低多少做出一個初步的判斷，然后進入到“放水”―“進水”這樣一個循環(huán)操作，在溫度降到某個“值”（這個“值”略高于降溫后的期望溫度值，即當(dāng)E = NM）時，及時跳出這個循環(huán)子程序，讓系統(tǒng)依靠自身的慣性及調(diào)節(jié)器的作用完成溫度的調(diào)整。這樣做就避開對放出熱水的“量”與泵進冷水的“量”的確切把握，而是從另一個角度對放出熱水的“量”與泵進冷水的“量”進行了控制，這樣做簡單，且容易實現(xiàn)，控制效果也較為明顯，不需要進行復(fù)雜的運算就可以達到降溫的目的。從而使所設(shè)計的恒溫系統(tǒng)實現(xiàn)一定的智能化。

根據(jù)以上控制規(guī)則和控制策略可得到PLC程序流程（如圖4所示）。

2.模糊控制運行結(jié)果

系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，從中控室組態(tài)軟件的監(jiān)控畫面上可以觀測到溫度的動態(tài)顯示和溫度記錄曲線。系統(tǒng)運行開始時，系統(tǒng)運行開始時，實測溫度為18度，給定值為60.35℃，應(yīng)用模糊控制算法設(shè)計的調(diào)節(jié)器，響應(yīng)速度快，在加熱30分鐘左右就直接進入了穩(wěn)態(tài)，而且沒有出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，同時也有很好的抗干擾能力。30分鐘運行監(jiān)控結(jié)果（如圖5所示），60分鐘運行監(jiān)控結(jié)果（如圖6所示）。

三、結(jié)論

運行結(jié)果表明，基于模糊算法設(shè)計的控制調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)的控制效果與期望的相差無幾，大大縮短了動態(tài)響應(yīng)過程，提高了穩(wěn)態(tài)精度，溫度無超調(diào),系統(tǒng)具有很好的魯棒性，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，特別適合于非線性、強時變和純滯后對象的控制。而基于組態(tài)軟件的PLC網(wǎng)絡(luò)便于大規(guī)模集中監(jiān)控。

參考文獻:

[1]馬國華:監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001

[2]郭宗仁:可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]. 北京:人民郵電出版社，2002

[3]韓峻峰 李玉惠:模糊控制技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)業(yè)出版社，2003