溫度控制系統范文

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

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

關鍵詞：熱電偶 可控硅 溫室 單片機

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 系統性能指標及方案確定 2

第二章 系統的硬件設計及芯片介紹 4

第一節 硬件系統的設計原則和采用方法 4

第二節 芯片介紹 5

第三章 前向通道的設計 17

第四章 后向通道的設計 23

第五章 人機通道的設計 27

第六章 抗干擾技術 29

第一節 干擾的作用機制及后果 29

第二節 數字信號輸入的軟件抗干擾措施 30

第七章 系統軟件的設計 31

第一節 專用模塊的程序設計 31

第二節 主程序設計 43

結束語 55

參考文獻 56

附錄………………………………………57

緒 論

溫度是工業對象中主要的被控參數之一，如冶金，機械，食品，化工等種類工業中廣泛使用的各種加熱爐，熱處理爐，反應爐等對工件的處理溫度要求嚴格控制，以及在農業等方面的溫室的溫度控制，微機控制技術在這方面的應用，使溫度控制技術指標得到了大幅度的提高。

本設計是溫室溫度控制系統，其基本控制原理是：單片機定時對爐溫進行檢測，經A/D轉換得到相應的數字量，在送到微機進行相應的判斷和運算，輸出控制量控制加熱功率，從而實現對溫度的控制。系統結構圖如下

點及用途：

由于該系統僅實現單一的溫度控制，所以硬件結構簡單，而接口及外擴芯片應用較少，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，所以系統抗干擾的能力強，穩定性好，能滿足工業中各類溫度控制要求。

第一章 系統性能指標及方案的確定

系統要求的主要技術指標：

（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）當不能保證要求溫度時，給出報警信號。

系統分析及總體設計方案：

一、硬件電路方案的確定：

（1）溫度檢測元件及放大器，A/D轉換芯片選擇：

溫度檢測元件及放大器放大倍數的選擇，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轉換用0801使量化誤差滿足性能指標要求。

（2）溫度控制電路選擇：

溫度控制電路采用了可控硅調節規律方式。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的接通時間，就能改變加熱功率的目的，從而實現溫度調節。

(3)人機通道方案選擇：

報警電路的選擇：由于該系統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，而發光報警采用發光二極管即可并有紅黃之分，區別上下限，正常運行時綠等亮。

定時電路的選擇：由于該系統主控電路的電源為220V/50HZ，工頻交流電，經電壓比較器LM311，過零觸發器MC14528后產生頻率為50HZ的單穩態脈沖，此時脈沖一路作為觸發脈沖，一路作為該系統的外部定時（100ms）送給T0，T1計數器計數。

二、 軟件方案確定：本設計是采用傳統的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節可控硅的通斷，用以實現對電阻爐的控制，從而調節溫室溫度。

三、 軟、硬件功能劃分

軟件和硬件是計算機系統的兩大組成部分，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，就能減少硬件的任務，簡化硬件電路；相反加重硬件的任務，增強硬件的功能則可減輕軟件的負擔，簡化編程。因此，合理地分配軟件所承擔的任務充分利用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成系統，完成系統要求的任務。

1.硬件

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

（2）人機通道：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：即根據溫度給定值的大小，決定2臺電爐的通電與斷電實現溫度控制。

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

（4） 顯示有關狀態。

（5） 輸出報警信息。

四、 系統結構框圖及基本工作原理

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關鍵詞: 中央空調; 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文獻標識碼：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, 中央空調的應用變得越來越普遍。然而傳統的中央空調系統設計一般采用負荷估算法，以中央空調最大負荷為設計基準，且其水系統和風機盤管系統均采用定流量和定風量運行方式，因此中央空調系統電能消耗巨大，建筑運行成本高昂。中央空調控制系統綜合應用計算機、自動控制、通信等技術，通過對集中空調系統的優化運行管理和控制，使空調設備處于最佳工作狀態，充分發揮其潛力，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，以創造出更好的經濟效益。在中央空調控制系統中，往往需要根據所控制空調設備的不同，采用不同的控制策略和方法，如供水溫度旁通調節、制冷系統蒸發過熱控制壓差旁通控制、末端變風量控制、熱交換器供水溫度控制、空氣品質控制、、冷卻塔風機變頻控制、室內靜壓控制等。因此中央空調溫度控制系統應包括綜合各種控制系統。

二、 中央空調溫度控制系統的結構及原理

1、 系統組成

系統組成見圖1, 中央空調空氣處理機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) 水進行熱交換完成的, 改變盤管中的冷( 熱) 水流量即可改變送風溫度。中央空調溫度控制系統的控制目標是保證送風溫度在設定點。溫度傳感器測量送風溫度, 通過PCI 板卡1送入計算機。整個模糊控制算法由軟件實現, 控制量則通過PCI 板卡2 輸出去驅動調節閥, 從而改變盤管中的水流量以影響送風溫度。

2、中央空調的制冷原理

中央空調系統一般主要由制冷壓縮機系統、制冷劑循環系統、冷水循環水系

統、盤管風機系統、冷卻水循環系統、冷卻塔風機系統等組成。

中央空調制冷系統，根據其制冷過程，可以大體劃分為直接制冷系統和間接制冷系統兩類，這兩種系統的區別就在于：直接制冷系統中的蒸發器直接和被冷卻對像進行熱交換，只包括制冷回路；然而間接制冷系統除了制冷劑回路，至少還有載冷劑回路，在間接制冷系統中，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，實現制冷的目的。

三、中央空調溫度控制系統的控制策略

1、系統的硬件設計和實現

中央空調下位機主要完成信號的采集、顯示和控制策略的選擇。結構見圖2。其控制核心是89C51 單片機, 下位機的溫度、流量信號的采集以及電機轉速的給定都是由單片機來控制完成, 此外, 它還負責與上位機信息的交換。考慮到實際應用中, 有時候要改造原有的循環水系統, 為了達到最佳的節能效果, 不會更換所有的原有電機, 此時為了通過主控計算機對未更換的電機進行啟停的控制, 需要加入繼電器, 直接對未更換電機啟停控制.

圖2 下位機水泵或風機控制器結構圖

2、系統的軟件設計與實現

中央空調系統控制現場信號的采集由下位機完成, 主要采集進風口溫度、出風口溫度、電機的轉速和故障信號以及電機的啟停信號。這些信號通過CAN 總線送到上位機, 在上位機主要完成系統的記錄查詢、記錄打印、密碼管理、水泵切換、電機啟停、溫度和溫差設定等環節。工作人員可以隨時查詢系統運行狀況、改變溫度和溫差值, 也可以根據實際水泵的運行狀態進行水泵的切換。因而顯得非常方便，其主控界面如圖3 所示。

圖3 中央空調主控界面

（1）水泵節點的啟停切換控制

假設冷卻水有循環泵3 臺, 2 臺為可調速電機, 記為1# 和2# , 1 臺為不可調速電機, 記為工頻機。正常運行時3臺泵為兩用準備。冷卻水設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）模糊控制器的設計與實現

通常取溫度誤差e 和誤差的變化率ec為輸入量, 輸出量經調理后作為電機的轉速給定量, 設為v。模糊控制器的結構如圖5 所示。

輸入量溫度誤差e 和誤差變化率ec以及輸出量v的隸屬度函數的確定方法類似。以溫度誤差e為例, 其隸屬函數如圖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 } 。根據專家經驗, 通常N B 取Z 形隸屬度函數。P B 取S 形隸屬度函數, 其余取三角形隸屬度函數。

借助于專家經驗, 建立冬季水冷式中央空調的控制規則。模糊控制器的控制規則為: 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則。如表1 所示。控制現場的傳遞函數[ 2] ( 圖1 中的轉速環、執行機構和空調房間)G ( s) = 20/ ( 1. 6s2 +4. 4s+ 1) , 在給定溫度為25b時, 其模糊控制仿真結構如圖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仿真曲線如圖8所示。

由仿真結果分析得出：

(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。仿真過程中發現，如果干擾過大，會出現不穩定情況。

(2)普通模糊控制。控制規則帶有主觀性，沒有自學習功能。仿真過程中發現，在不同設定溫度下，模糊控制器論域發生變化，需要不同的參數，而且誤差較大。

(3)模糊PID控制。可以達到較好的控制效果，響應時間更短，超調較小，具有很好的響應特性和魯棒性，可以達到更好的控制效果。從模糊控制器的設計過程可以看出，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的復雜性，而且計算速度也會影響控制系統的實時性，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的控制值為內容的模糊控制表。

四、結語

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

參考文獻

1、劉金琨 先進PID控制MATLAB仿真 2004

2、薛定宇 控制系統計算機輔助設計--MATLAB語言與應用 2006

3、楊志;鄧仁明;周齊國 建筑智能化系統及工程應用 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的系統分析與設計-模糊系統 2001

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關鍵詞：擠出機、溫度控制、溫控器、溫控原理

1. 概述

金鑼集團是肉制品生產加工的一家國家級大型企業，為保證產品的原味性.保鮮性.，就要對包裝品材料的質量進行嚴格要求；我公司引進的加拿大麥克羅擠出生產線主要以PVDC為加工原料生產包裝火腿腸的腸衣薄膜，此生產線生產過程自動化水平高、穩定性強、有較強的可靠性。能適應嚴格的質量需求。本章節在大體分析工藝及原理的擠出上提出擠出機各部控制系統的控制方案；主要分析擠出機溫度控制系統的組成及控制原理。

2擠出機系統概述

首先概括介紹擠出機生產系統的主要結構及各部功能簡單分析腸衣膜生產過程中的擠出工藝及原理：

2.1擠出機生產線主要以主機和輔助機兩大部分組成主機部分構成較為固定，由上料系統、擠壓系統、傳動系統、加熱冷卻系統和控制系統五部分組成，輔機部分主要有模頭.、水槽、、扭泡器、熱合擠壓裝置和卷取機組成。

麥克羅薄膜擠出生產線各組成部分的主要功能是利用上料器把PVDC原料儲存在料斗內通過喂料裝置勻速地輸送給主機，通過主機上的加熱裝置將原料加熱塑化，同時由傳動結構帶動螺桿將已塑化的物料經過螺桿和料筒的擠壓傳送給模口至模頭，通過模頭將溶流態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行吹泡，經熱合擠壓裝置熱合牽引成為寬度一定的薄膜經卷取機卷繞達到需要長度后卸卷存放。

2.2擠出機的溫度控制系統

固態粉狀物料被添加到擠出機中在擠出機的加熱擠壓下，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量，隨著擠出產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量和內在強度方面都受到影響，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在塑化效果而模頭溫度影響薄膜的表面質量，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、成本低、效率高等顯著特點，易施行各段溫度的單獨控制。

與加熱相對應的是料筒加熱冷卻系統，冷卻系統的主要作用是對料筒、螺桿在超溫時進行強制冷卻，保證生產工藝對溫度的需求。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塊堵塞下料口。料筒采用五段風機冷卻，每一段加熱器相對應一臺冷卻風機，從而對料筒每段溫度進行閉環控制。模頭溫度控制也是按五段加熱，其中夾環為云母加熱絲加熱，模頭四區為鑄鋁加熱器加熱，此區無冷卻裝置施行單溫控制。

螺桿加熱控制采用模溫機流體加熱控制方式，流體在模溫機按設定溫度加熱后通過油泵、雙溫控制器輸送到螺桿內部進行加熱，螺桿加熱系統是輔助料筒加熱系統使物料進一步充分塑化達到預期想要的效果，擠壓熱合加熱與螺桿加熱類似。

3.溫度控制的硬件系統

3.1加熱驅動器的利用

主機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動系統，在此利用固態繼電器作為驅動，固態繼電器利用大功率三極管功率場效應等半導

體器件的開關特性，來達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

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

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）與被測物體之間進行熱交換（電壓型或電流型）間接測出物體溫度，在本系統中選用電動勢大、線性好、穩定性強的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）溫控器根據熱電偶發回來的信號讀取實際溫度，然后把這個實際溫度值與設定值進行比較，產生一個溫度偏差，調節的方向朝著溫度偏差減少的方向進行，然后溫控器輸出一個開關量驅動固態繼電器進行加熱或驅動接觸器進行風機冷卻。

3.3.1PID的控制原理

當通過熱電偶采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID控制可根據測量信號與給定值的偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，從而輸出某個適當的控制信號給執行機構，促使測量值恢復到給定值，達到自動控制的效果。

比例運算是指輸出控制量與偏差的比例關系。比例參數P設定值越大，控制的靈敏度越低，設定值越小，控制的靈敏度越高，例如比例參數P設定為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度的單位。設定的積分時間越短，積分作用越強。例如積分時間設定為240秒時，表示對固定的偏差，積分作用的輸出量達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果的修正動作，響應較慢。微分作用是為了消除其缺點而補充的。微分作用根據偏差產生的速度對輸出量進行修正，使控制過程盡快恢復到原來的控制狀態，微分時間是表示微分作用強度的單位，儀表設定的微分時間越長，則以微分作用進行的修正越強。

PID模塊操作非常簡捷只要設定4個參數就可以進行溫度精確控制：

1、溫度設定

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定值（SV）相關的一種運算，并根據偏差在求得運算值（控制輸出量）。如果當前值（PV）小，運算值為100%。如果當前值在比例帶內，運算值根據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 算值回復到先前值（前饋運算）。若出現靜差（殘余偏差），可用減小P方法減小殘余偏差。如果P太小，反而會出現振蕩。

積分運算（I）

將積分與比例運算相結合，隨著調節時間延續可減小靜差。積分強度用積分時間表示，積分時間相當于積分運算值到比例運算值在階躍偏差響應下達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。但如果積分時間值太小，校正作用太強會出現振蕩。

微分運算（D）

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

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

伴隨著微信計算機的誕生，單片機就此產生，單片機是一種將CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統以及定時等功能通過超大規模集成電路技術集成到一片硅片上的微型計算機系統，被廣泛應用于工業控制行業，并且隨著時間的推移和單片機技術的發展，溫濕度測控技術在農業的發展取得了較大進步。現本文硬件和軟件設計探討了單片機溫度控制系統的設計。

【關鍵詞】

單片機；溫度控制系統；設計

自建國以來，我國的科技和社會的發展進入了飛速發展的階段，人們的生活水平有了極大的進步，尤其是近年來計算機的運用，使得人們生活逐漸邁向智能化的道路。然而科技的發展卻給環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。改善環境問題是人們的生活環境得以改善的重要前提，而濕度和溫度是環境的兩大基本要素，因此，檢測環境的濕度和溫度有利于使人們的生活更加舒適，對改善人們生活環境有著重要的影響和意義。

1基于單片機的溫度控制系統硬件設計

1．1總體結構

依據功能來分類，單片機的溫度控制系統硬件部分可以分為單片機主控模板、輸入通道、輸出通道和保護電路等五個部分，單片機是整個溫度控制系統的核心，由它擴展外部存儲器，進而構成主控模板。其中，擔當保護電路的溫控箱主要由鉑電阻溫度傳感器進行溫度的測量并轉換為電壓信號，轉換為數字量的工作則由A/D轉換器負責，而且在將數字量通過數字濾波后，不僅能夠在顯示器中顯示出溫控箱的溫度，在經過專業的控制算法運算后，還能夠依據溫度值的比較數據控制溫控箱的功率，從而實現控制溫度的目的。

1．2主控模板設計

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

1．3輸入通道設計

輸入通道主要由溫度傳感器、A/D轉化器等電路組成，利用溫度傳感器電路將溫控箱的溫度轉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無法識別，因此需要利用A/D轉換器進行轉換，并將模擬出來的電量轉化為相對應的數字值，從而使單片機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，因此必須依據使用的用途來選擇相應的溫度傳感器。而A/D轉化器是溫度控制中的重要環節之一，它的轉換速度、精度、分辨率和使用價值都對溫度控制器起著重要的影響，因此在選用是應當全方位考慮它的測量精度和轉換率等問題。

1．4輸出通道設計

輸出通道主要由溫控箱功率調節模塊和可控硅輸出等電路組成，目前的溫控系統都可以利用可控硅來調節功率。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節電壓有效值，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載中應用廣泛，不僅能夠達到溫度控制的目的，而且沒有相位控制中的高次諧波污染電網。可控硅分為兩種，即單向可控硅和雙向可控硅，作為功率驅動器件在微機控制系統中起著重要的作用。

1．5保護電路

保護電路的主要功能就是在溫控箱溫度超標時進行保護，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，當發現溫度超標時，電壓比較器能夠及時的斷開加熱電阻絲電源，從而起到保護溫控箱的作用。

1．6抗干擾措施

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

2軟件設計

2．1主程序模塊

主程序模塊主要包括上電后的系統初始化和整體軟件框架構建兩方面的工作，系統初始化需要對單片機、A/D芯片和串口等模塊進行初始化，完成初始化后，再進行溫度的設定。當溫度設定好后，分析并判斷系統的運行鍵能夠按下后，系統就能夠依據需要調動起各個模塊的功能，如數據采集和數據處理等模塊，然后循環控制到系統完全停止后即可。

2．2數據采集模塊

該模塊主要承擔著采集溫度信號并將模擬量通過A/D轉換器轉換為數字量，最后提供給單片機的工作。當軟件開始工作后，系統將會連續采集多個樣本，在進行轉換后判斷是否達到規定的量，如果沒有達到就循環運行直至停止，最后進行數字濾波即可。

2．3數據處理模塊

該模塊主要分為數字濾波和顯示處理等環節，承擔著處理A/D轉換后數字量的工作，其中數字濾波有著重要的作用。只有經過了轉換后的模擬信號才能夠被單片機所接受，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字依據相應的運算法則轉換為另一組數據的方式進行濾波，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備的配合，不過需要占用一定的處理和運行時間。

3結論

單片機的溫度控制系統不僅能夠測量和顯示當前環境的溫度，還能夠依據固定的溫度進行適當的調整，從而達到調節環境溫濕度的目標，而且當溫度超出所設定的溫度時，系統還會發出警報進行提醒。只有高性價比和良好適應性的系統，才能夠被廣泛的應用于生活和、工作和實踐中，因此具備不斷改進系統設計的能力是每個設計者都需要具備的。

作者：王夢軒 單位：成都理科大學

參考文獻:

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

篇5

關鍵詞：溫度控制器 單片機 傳感器

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

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

1 控制器的設計要求

該設計使用液晶顯示器顯示使用者設定溫度值的和硬件實際測量得出的水溫；在現有產品中的壁掛爐并自己不能很好地調節水的溫度，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。這次設計的家用壁掛爐室內溫度控制器就是準備解決這個問題的主要配件，首先DS18B20溫度傳感器檢測當前室內的溫度并送到單片機中與預先設定的溫度進行對比，經過單片的處理后，如果當前室內溫度值小于使用者預設溫度，單片機發出信號，啟動控制機構讓火花塞點火火，加熱壁掛爐中的水，直至室內溫度大于或等于預設溫度。

2 設計的思路和方法

設計的家用壁掛爐室內溫度控制器是以AT89C52單片機為核心具有調節溫度、液晶顯示功能、能調節出想要的水溫，并且能滿足用戶的需求。首先利用單片機的接口技術實現壁掛爐對室內各種溫度參數的采集，然后單片機根據采集到的數據加以比較以此來驅動壁掛爐進行工作調溫，最終實現對室內溫度的控制和調節。硬件方面包括對溫度的測量，電路設計及加熱器的通斷設計，信號處理判斷，各個控制部件的選擇及溫度設置設計等。軟件方面，根據系統的硬件配置和功能來編制相對應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。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，通過檢測房間內溫度和設定溫度進行比較，如果實際溫度小于設定溫度，單片機發出電信號，通過輸出電路控制相應的繼電器進行開關動作，輸出控制壁掛爐制熱系統的啟停。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，本設計用單片機AT59C52和溫度傳感DS18B20為主要核心部件設計家用壁掛爐室內溫度控制器。

以AT89C52單片機為核心的溫控器，讀取溫度靠新型單總線接口方式的DS18B20數字溫度傳感器來實現，雙向可控硅驅動電路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組成晶閘管觸發電路，隔離了強電和弱電實現了弱電對強電的控制。當AT89C52單片機的P0.5口輸出為低電平時，集成可控硅驅動器件MOC3041內部導通，T1的G端出現同步觸發脈沖，控制可控硅導通并且接通升壓點火電路的工作電源。交流220V電壓經T進行升壓、VD2～VD5進行整流后，通過R2對C6充電。當C6兩端電壓達到放電管的擊穿電壓時，放電管放電擊穿，C6上所儲存的電能經放電管和電感線圈L加至火花塞上，通過火花塞產生放電火花，將天燃氣點燃。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 單片機主程序的設計

主程序首先對DS18B20進行復位與檢測，如果DS18B20存在，則往下執行，否則返回。往下則依次執行DS18B20溫度轉換命令，DS18B20讀取溫 度命令，單片機讀溫度命令，對溫度進行整合與比較，如果大于或等于則轉入加熱程序對水進行加熱。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。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。將兩次讀取結果組合起來就可以得到當前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。

5 結語

通過測試本系統能夠準確控制壁掛爐使室內溫度溫度到恒定，采用數字化控制精度達到±1°，遠高于現在市面上有很多壁掛爐的溫度控制系統。輸出電路方面采用可控硅作為控制期間，實現了弱電對強電的無觸電控制，增加了控制電路的安全性和使用壽命。

參考文獻

[1]呂俊亞.一種基于單片機的溫度控制系統設計與實現[J].計算機仿真，2012（7）.

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關鍵詞 PID；烘缸溫度控制系統；溫度測量；電路

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

電加熱智能溫度控制系統主要由89C51單片機外擴RAM6264、并行I/O芯片8155、A/D轉換器芯片ADC0809、串行通信芯片MAX485以構成最小系統。采用工業鉑電阻Pt100做溫度檢測元件，應用高精度運放設計測量放大器作信號調理電路，通過ADC0809實現A/D轉換以構成只能儀表前向通道。采用軟件設計的PWM波從P1.0口輸出，經驅動電路控制交流固態繼電器SCR，實現對交流加熱功率的連續控制，從而構成智能儀表的后向通道。通過89C51外擴的8155芯片組成了4位七段數碼管的動態顯示電路以及鍵盤電路，實時顯示烘缸溫度，從而構成人機對話窗口。利用RS—485串行接口，可實現智能儀表與上位工控機之間的遠程通信，從而實現對烘缸溫度的遠程監控。

1溫度測量及調理電路設計

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）將溫度變化量轉變為鉑電阻的阻值變化，進而轉變為電橋的電壓輸出，采用高精度運算放大器構成調理電路，以滿足A/D轉換器對采集電壓的要求。

由R1、R2、W1和Pt100構成單臂電橋測溫電路，采用高精度，低溫漂、免調零的運算放大器A1組成的差分放大電路，以對微弱的溫度電壓信號進行放大與調理；由A2組成的低通濾波器對干擾信號進行濾除。如圖1：

W1為溫度下限調整電位器，W2為溫度上限調整電位器，A2構成低通濾波器。

通過高精度運放構成的調理電路將電橋輸出的微弱溫度電壓信號放大為0V—5V的標準電壓信號，以供ADC0809進行A/D轉換

2烘缸壓力檢測設計

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。在運轉過程中，內通蒸汽將輸送產品烘干。鑄鐵烘缸是用作產品干燥的關鍵部件——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中，烘缸的內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時，烘缸才能正常運轉。如圖2所示：

3 A/D電路設計

模/數轉換電路采用89C51外擴ADC08098位模/數轉換芯片構成模擬量采集電路。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軟件設計部分

4.1對象特征

以烘缸加熱系統為例，設被控對象溫度為T，環境溫度為T0，供熱量為，散熱量為，期中Kr為散熱系數，A為散熱面積，能量平衡公式為：

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

設為對象的供熱時間常數，為對象的供熱比例系數，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境溫度之間的關系，式中T、T0為變量。

4.2對象傳遞函數分析

相對于一段時間，T0為不變量，則式（4—3）變為：

對式（4—4）作拉式變換，推出被測溫度與供熱（超調量）之間的傳遞函數為：

4.3對象的飛升曲線

對于上述電加熱系統（不加控制器、開環），當給定值處于平衡后，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。故對象的傳遞函數可表示為一階慣性加純滯后環節，即：

5 結論

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

（a）溫控對象的飛升曲線

（b）帶純滯后的控制系統

參考文獻

[1]呂勇哉.工業過程模型化及計算機控制[M].化學工業出版社，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用[J].工業控制計算機，2002：30—35.

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關鍵詞：單片機 溫度采集 硬件模塊

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

在國民經濟各部門，如電力、化工、機械、冶金、農業、醫學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視應用中，溫度測控通常是基于 -40℃～125℃溫度范圍內的應用，如環境監測、蔬菜大棚、糧庫、熱電偶冷端溫度補償、設備運行的可靠性等應用。實時采集溫度信息，及時發現潛在故障，并采取相應的處理措施，對確保設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化為電流信號；然后將電流信號傳輸給ADC0804進行AD轉換；接著通過單片機完成數據的串并轉化，并將數據分別發送到LED和鍵盤專用IC74 C922，分別顯示溫度和設定溫度下限。當現在溫度低于設定溫度時，則加熱（P2.1）動作，使溫度上升，直到現在溫度高于或等于設定溫度加熱器才停止動作。

2 硬件系統

本溫度控制系統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

溫度控制系統的主控電路主要由單片機的復位電路、石英振蕩電路和下載電路構成。

2.2 溫度采集、放大電路

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

2.3 模數轉換模塊電路

ADC0804將輸入模擬值轉換成數字值輸出到P0，再由單片機運算處理。如輸入3 V，ADC0804的輸出應為96H=10010110B，此數字信號AT89S52的P0，再由P0存入AT89S52的累加器，然后累加器再送至P1，使相對應的數碼管顯示。ADC的參考電壓VREF應調整為2.56 V。

2.4 按鍵模塊電路

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

2.5 顯示模塊電路

本設計采用七段顯示譯碼器74LS47驅動共陽數碼管，實現的功能是時時顯示傳感器采集到的溫度值。并在數字鍵盤設定溫度下限時顯示設置的溫度。顯示的最大溫度值是99 ℃。

2.6 電源電路

本系統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。考慮到模擬信號易受到干擾，在電路的設計中引入了LC振蕩電路，起到了穩壓和穩流的作用。電路的模擬部分和數字部分分別設計模擬電源和數字電源。另外電路板上還設計了兩個地，稱其為模擬地和數字地，兩個地之間通過一個電感相連，大大增強了系統的抗干擾能力。

3 軟件系統分析

3.1 數據運算與代碼轉換

本電路采集電壓信號，首先將ADC08 04轉換成數字值，再將此數字值輸出到P0。轉化過程為：A/D轉換十進制運算乘以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，FF255255×41020。則R4=10，R3=20，即在本電路中D2顯示個位數2，D1顯示十位數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，FF255255×2=510。則R4=05，R5=10，即在本電路中D2顯示個位數1，D1顯示十位數5。

3.2 數據存儲器RAM的設計

30H：現在溫度的個位數；33H設定溫度的個位數；31H：現在溫度的十位數；34H設定溫度的十位數。

3.3 中斷服務程序

進入中斷服務程序以后，執行PUSH PSW和PUSH ACC將程序狀態寄存器PSW的內容和累加器A中的數據保存起來，這便是所謂的保護現場.以保護現場和恢復現場時存取關鍵數據的存儲區叫做堆棧。在軟件的控制之下，堆棧可在片內RAM中的任一區間設定，而堆棧的數據存取與一般的RAM存取又有區別，對它的操作，要遵循后進先出的原則。

3.4 鍵盤輸入功能與比較指令

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

4 結語

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

參考文獻

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[2] 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，等.8051單片機實踐與應用.北京：清華大學出版社，2002.

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針對我院檢測校準實驗室控溫系統中標準水槽、標準油槽及臥式高溫檢定爐等主設備存在手動控溫差，控溫穩定時間長，且每測一個點都需要對溫控系統重新進行設置的傳統溫度控溫系統，已不適應當前我院科研生產的檢測校準需求；為提高控溫精度和效率，分層分步提升溫度校準實驗室數字化技術水平，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開發，包括系統硬件和軟件的設計。它使用一種新型模糊PID控制器，可以很好地克服溫控系統中參數的變化和負載擾動引起的沖擊和突變，可實現溫度自動控制數、據記錄、數據查看、數據打印、遠程網絡監控及報警等多種功能，經測試取得了滿意的控制效果，能夠更快更精準的實現校準實驗室的溫度控制要求。

【關鍵詞】校準實驗室 溫度控制系統 LabVIEW 模糊PTD控制器

1 引言

目前我院檢測校準實驗室控溫系統現狀是：標準水槽、標準油槽及臥式高溫檢定爐等控溫設備都是手動設置操作控溫點，控溫穩定時間長，且每測一個測溫點都要重新設置溫控系統，非常不方便，不適應當前院所主專業科室大批量檢測校準的科研生產需求。隨著計算機軟件技術以及網絡技術的高度發展，其在電子測控技術與儀器上的應用，新的測控理論、方法、測控領域以及儀器結構不斷的出現，在許多方面已經沖破儀器的概念，電子測控儀器的功能和作用發生了質的變化，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中得到廣泛的應用，基于其在數據采集、數據處理、數據顯示等方面有著強大的功能，且隨著技術進一步發展，提供了外掛的PID 控制工具包，應用到校準實驗室中的爐溫控制可替代原來的手動控制系統，實驗室的測量控制均由LabVIEW軟件進行控制，為實驗室向數字化邁進打下基礎，下面介紹爐溫控制系統的設計。

2 溫度控制系統的硬件設計

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，升溫度參數難以確定。采用模糊控制升溫，可消除穩態誤差且超調小，具有良好的控制效果。

該控制系統主要由溫度傳感器，信號調理電路，多功能數據采集卡，觸發板和相應的軟件組成，將它們安裝在計算機上，即可構成一個控制系統。溫度傳感器輸出信號，經信號調理電路放大后，再由數據采集卡采集信號。見圖1。

2.1 數據采集卡的選用

數據采集卡選用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，求出系統輸出信號的大小，其輸出信號經光耦隔離后觸發晶閘管，改變溫度，以達到控制溫度。NI PCI6024E多功能數據采集卡的優勢：相對于M系列數據采集卡，費用小，測量精度高4倍，并獲得更多的數字I/O，而且可獲得采樣率高達200kS/s和12位分辨率以及16路模擬輸入，支持windows系統等多種操作系統。

2.2 溫度控制電路

整個控制系統是建立在反饋原理基礎之上。根據溫度檢測要求，溫度控制系統考慮恒值，要求系統以一定的精度接近給定溫度值并保持穩定。

溫度控制電路由傳感器信號放大，觸發脈沖放大，同步脈沖形成等組成。溫度控制電路的原理是：改變可控硅的導通角即改變電爐絲兩端的有效電壓，有效電壓可在0～150V內變化。可控硅的導通角為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

報警信號通過數據采集卡的D/A的輸出通道給出，并進行信號放大。該電路工作原理是：從數據采集卡輸出報警信號，通過一個電阻連接到三極管基極，當信號是高電平時三極管導通，繼電器吸合，報警器接通，發出報警信號；當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 溫度控制系統的軟件設計

NI公司開發的LabVIEW編程軟件，利用圖形文本式進行編程，有豐富的庫函數和編程模塊，在溫度控制、數據采集、和數據分析等領域應用廣泛。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拖放到相應位置進行連線即可完成編程。（2）LabVIEW軟件內置各種功能強大的函數庫，如字符串處理函數，文件I/O函數和數學函數等，根據需要直接調用。（3）提供了靈活的程序調試方法，可以設置斷點、探針，高速執行程序能方便觀察程序中的數據流向，程序編譯速度快。

基于LabVIEW的校準實驗室溫度控制系統采用模塊化的方式來編寫，每個功能由一個模塊實現。由主控模塊調用各個子模塊，來實現溫度數據采集、記錄、處理、顯示、打印等功能；數據還可通過網絡傳輸。溫控系統模塊構成如圖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，并進行數據采集、記錄、處理、查看、打印，以及網絡數據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合，可快速生成自動控制程序。控制程序根據采樣時刻的偏差值計算控制量就可以實現采樣控制。

PID控制中的一個關鍵問題就是PID參數的整定，但單純依靠傳統的PID控制難以滿足溫度控制的高精度要求，根據我院校準實驗室的要求，在LabVIEW軟件平臺下設計一種新型模糊PID控制器，此控制保留了傳統PID控制器的線性結構，對偏差進行積分運算，能很好的控制系統中參數的變化和負載擾動引起的沖擊和突變，在溫度控制和采集系統中取得了高精度、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

當輸出溫度與設定需要控制的溫度較大偏離時，系統啟動錯誤事件處理模塊。當溫度過高或溫度過低發生時，系統通過錯誤事件處理模塊將事件記錄到Erroevent文件中去，同時發出報警警告，提示用戶停止程序的運行，進行系統保護。

3.4 數據采集模塊

數據采集模塊使用時，指定它信道名、采樣率、采樣數、緩存大小等。進行數據采集，將采集結果存放到指定位置中，我們把采集到的數據傳送到PID控制器的輸入端口，經過PID處理后，再通過數據采集卡的輸出通道輸出。將溫度信號轉化為數字量并傳遞到計算機中的過程。該模塊的數據采集功能由數據采集函數FunctionsData AcquisitionAnalog InputAnalog Input UtilitiesAI Read One Scan來實現。

3.5 數據顯示模塊

數據顯示模塊是從計算機C盤根目錄下‘溫度控制’子目錄下讀取溫度變化數據，然后傳遞給主控模塊并顯示，從而起到遠程監控溫度控制系統的目的。

3.6 數據記錄與存儲

系統提示輸入文件名即確定好存儲路徑后，將所采集測量的數據存儲到相應文件中。

3.7 數據打印模塊

打印模塊的功能是將系統從相應文件中，將所采集測量的數據取出并打印出來。

4 結論

以LabVIEW作為平臺的溫度測試系統，具有簡單、快捷、高效等優點，并且具有完善的數據顯示、存取和分析功能。利用現有計算機輔助測試與溫度控制系統，能夠更快更精確地實現校準實驗室的溫度控制要求。

參考文獻

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[2]姜平，馮雪，方亮.基于LabVIEW的溫度控制系統設計[J].硅谷，2010，01：32.

[3]何春華，蔡志崗.基于LabVIEW 的模糊PID控制系統[J].儀表技術，2010，07：59-62.

[4]付俐芳等.基于LabVIEW的溫度采集和控制系統[J].科學技術與工程，2011，11（34）：8610-8611.

篇9

我國農業正處于從傳統到優質、高效、高產的現代化農業轉化的初期。溫室大棚作為現代化農業的重要產物，已經得到了廣泛的應用。而現代化的農業生產是離不開環境控制的，溫室大棚是北方的一些地區在近些年發展起來的生產設施，主要用于調節溫濕度、CO2氣體濃度和光照等環境因素，使農作物擁有最佳的生長環境。目前，我國的大多數溫室控溫設備都是比較簡陋的，環境仍然是靠人工經驗來進行控制管理，已嚴重的影響了農業的穩定快速發展。因此，我們迫切的需要設計出一種高效益、低成本的溫室大棚溫度控制系統。

溫室大棚對溫度的控制是—個較為復雜的系統，具有實時變化性強、非線性、隨機干擾較大、過程機理錯綜復雜等特點，所以難以去建立一個精確的數學模型，采用傳統的控制方法、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先建立一個精確的數學模型的，根據實際數據并參考操作人員的經驗，就可以進行實時的控制，將其應用在溫室大棚溫度控制系統中正適合。

2 系統設計

所謂模糊控制系統是一種自動的控制系統，它以模糊數學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，并借助于計算機控制技術來構成的一種具有閉環結構的數字控制系統[2]。系統由模糊控制器、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行機構，傳感器將各種過程的被控制量和被控對象轉換為電信號，模糊控制器再通過輸入/輸出接口將數字信號量從被控對象處獲取，并經過數模變換把模糊控制器決策的輸出的數字信號轉變為模擬信號送給執行機構，繼而去控制被控對象[3]。可見，整個系統的核心就是模糊邏輯控制器。本文著重介紹此部分。

3 模糊控制器設計

3.1 模糊控制器的結構

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輸入語言變量的隸屬度函數去確定相應于每個語言值的隸屬度。輸入量模糊化后，下一步進行的就是模糊推理。模糊推理是模糊控制器對于給定的模糊輸入量，根據判定的模糊規則以及事先規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。根據模糊推理得到的輸出模糊隸屬函數，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 模糊控制器的設計

（1）確定模糊控制器的輸入、輸出變量

系統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；NM表示負中；NS表示負小；ZE表示零；PS表示正小；PM表示正中；PB表示正大。

溫度偏差、偏差變化率的隸屬函數賦值表如表1所示。

根據過程控制的實際經驗來得到模糊控制的規則，實質上就是將操作員的控制經驗加以總結從而得出一條條的模糊條件語句，將這些語句（規則）進行匯總，得出成如表2所示的模糊控制規則表。

模糊控制算法是系統實現模糊控制的關鍵，其實現的方法目前主要有兩種，即公式法和查表法。可以根據不同系統的不同情況來選用不同的控制算法。本系統采用的是查表法來實現的。在查表法中，根據模糊控制規則表利用直接法計算出輸入輸出的模糊關系矩陣，即控制表。

在系統中，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的輸出控制量，就形成了相應的模糊控制表。其部分控制規則描述如下：

4 結語

為了驗證該模糊控制策略和設計方案的正確性，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進行了仿真試驗[4]。經試驗得出，采用模糊控制要比采用普通PID控制的超調量小，控制效果好，并且能更好的改善系統的靜態與動態特性。可見，在溫室大棚溫度控制系統中采用模糊控制而不用去建立精確的數學模型，只需根據實際數據并參考操作人員的經驗，就可以進行實時的控制，這對于環境條件較復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

[1] 王立舒，等.日光溫室溫、濕度模糊控制系統研究[J].東北農業大學學報.2005，36（5）：625-627.

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

篇10

【關鍵詞】 單片機 溫度控制系統 傳感器

單片機是基于超大規模集成電路的技術發展起來的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中斷系統等多個部件于一體的器件，體積小，功能強，且性價比高，只需要外加電源和晶振就可以輕松實現對數字信息的處理和控制。基于單片機的溫度控制系統受到廣泛的應用和重視。

一、硬件系統設計

系統核心部分是STC89C52單片機，以8051為基核，8K字節Flash Rom存儲器，512字節的RAM存儲器，自帶EEPROM、看門狗，支持ISP，方便程序的下載和調試。

1、單片機的選擇。單片機AT89C52是INTEL公司生產的5l系列高性能8位單片機，是數字溫度計的核心器件，兼容標準的MCS-51指令系統；而內置的通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元則結合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗優勢。AT89C52具有兩種晶振方式，一種是片內時鐘振蕩，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。對于復位電路，AT89C52有兩種復位方式，分別是上電復位和按鍵復位；本設計采用按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使復位變得更加直接和簡單。

2、溫度測量模塊。采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20單總線溫度傳感器，能夠直接傳輸被測溫度，輸出數字量，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觸發器。本系統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數碼管顯示所測溫度值，數碼管為共陰極七段發光二極管構成。為了節省硬件資源，采用動態顯T方式，即使用兩個74HC573鎖存器控制數碼管的位和段，共同接到單片機的PO口。

4、報警及指示燈電路。當用戶設定的目標溫度達到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續的滴答的叫聲。在本系統中我們為用戶設計了越限報警，當溫度低于用戶設置的目標溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續不斷的滴答叫聲。當單片機輸出高電平時，三極管導通，蜂鳴器工作發出報警聲。

二、主控制電路和測溫控制電路設計

主控制電路由AT89C52及元件構成，測溫電路由DS18B20、預置數電路和報警電路組成。AT89C52是此硬件電路設計的核心，通過AT89C52管腳P1.3與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預置數電路由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置溫度值，則發光二極管亮，還有一個蜂鳴器與AT89C52的P1.2管腳相連。

三、軟件系統設計

根據設計的硬件電路圖，進行軟件的設計，使用Keil軟件編寫C51程序。程序的流程如圖1所示。

四、結語

本系統經過檢測基本上達到了設計的要求，并且系統硬件、軟件設計總體較為簡單，采用DS18B20傳感器能能夠實現數字信號的有效傳輸，并且與AT89C52單片機進行通訊，實現了溫度測量的精準。

參 考 文 獻

[1]王麗娟.單片機在鍋爐溫度控制系統中的應用[J].微計算機信息，2013年02期