温度控制系统范文1
关键词：计算机系统；现场总线；工业以太网
中图分类号：S624.4+4 文献标识码：A
热轧机温度控制系统由可逆轧机温度控制系统和连轧机温度控制系统组成。它们之间采用高速工业以太网通讯方式进行数据传输，高温测量传感器的信号通过现场总线传送到温度控制单元，计算机通过数学模型的信息处理，输出控制信号，控制轧机电机传动系统的速度和喷射系统流量，实现带材的温度控制在允许的范围内。
下图为热轧机计算机控制系统：
热轧机轧制过程中，可逆轧机和连轧机的带材温度变化，直接影响带材的质量和板形，所以，为了保证连轧机能轧制出优质的产品，精确控制可逆轧机出口转移坯料的温度是非常必要的。但是，需要考虑与温度控制相关的主要问题：带材宽度、不同的合金和用途。它们对温度控制的要求是不同的。特别是不同的合金，轧制过程中，带材的温度变化是不同的。考虑到上述问题，首先在可逆轧机出口安装了带材温度控制系统，其包括：控制计算机系统、喷射系统、温度检测系统。
可逆轧机温度控制过程：
可逆轧机出口安装了冷却带材的喷射装置，喷射设备分区控制，每个区域的喷嘴控制阀可以独立控制。另外，一个高温检测传感器T1安装在喷射区的入口侧，另外一个高温检测传感器T2安装在喷射区的出口侧。带材温度控制过程中，预先设定冷却液的流量、温度和喷射区域，当带材通过喷射区时，又控制计算机控制带材的移动速度、冷却液的流量和喷射时间，带材通过喷射区的速度是根据喷射区入口高温传感器T1的测量温度偏差进行修正的，带材通过喷射区时，将导致带材温度下降，并且，温度下降的多少是由带材通过喷射区域的速度和时间长短决定的.速度控制由过程控制器完成，因此，带材的温度能精确控制。
带材向前控制：喷射区入口的高温传感器T1测量带材进入喷射区时刻的温度，并且，将温度信号通过现场总线传输到过程控制计算机，计算出该时刻带材的速度和进入喷射区的温度测量点的间隔。
带材向后控制：带材温度由喷射区出口的高温传感器T2测量，根据带材出口的目标温度与设定温度比较偏差，通过比例、积分控制对轧制速度进行修正，调节温度测量点的间隔。
可逆轧机温度控制的结果，带材在整个长度方向的温度偏差在正负5℃的稳定状态。
下图为可逆轧机带材温度控制图：
连轧机的带材温度控制过程：
连轧机温度控制系统中，连轧机的速度控制是预设定控制。连轧机F1#机架的入口安装了一个高温测量传感器T3 ，用来检测连轧机入口带材的温度，根据温度的测量值，过程控制计算机通过计算机内部的数学模型预设轧制速度控制基准。F3#机架的出口安装了一个高温测量传感器T4，用于测量最终带材出口的温度，两个高温传感器的测量值通过现场总线传送到计算机控制系统与目标温度值比较，对轧制速度基准进行反馈修正。连轧机轧制时，F1#机架入口带材的温度和F3#机架出口的带材温是不同的，温度变化范围在正负150℃左右，校正轧制速度和反馈温度控制是为了更有效地控制带材长度方向的温度更接近目标温度，带材的温度直接影响带材表面的光洁度和深度冲压性能。
由于带材与冷却液、轧辊之间的热传递，造成热量的变化，影响出口带材温度的控制，所以，连轧机入口带材的温度衰减和波动用于温度负反馈控制，校正每个机架的轧制速度基准。更好地控制带材的温度更接近目标温度。
下图为连轧机温度控制系统块图：
温度控制系统范文2
【关键词】单片机；DS18B20；LCD1602；声光报警
一、功能简介
本设计主要是以数字温度传感器DS18B20采集温度信号，将采集到的温度信号送给STC89C52单片机。单片机将检测的温度与预先设定的温度值进行比较，该设定温度可以通过两个按键以1℃为单位进行调节。当超过设定的温度值时，单片机将控制一个发光二极管和一个蜂鸣器进行声光报警，同时控制一个继电器的通断，达到简单调温的目的。按模块可分为：（1）报警控制模块（2）温度采集模块（3）显示模块。
温度检测及显示要求实现以下功能：
（1）用LCD直接显示读数、显示清晰直观。
（2）温度测量范围：0-100℃。
（3）可通过按键实现调节报警温度大小，单位1℃。
（4）精确度高。
（5）稳定性好。
二、方案简介
理简单化。采用温度芯片DS18B20测量温度，体现了作品芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。
单片机温度控制系统是以MS-52单片机为控制核心，报警电路对温度监控的微机控制系统。基本控制原理：DS18B20检测温度并将信号传送给单片机通过LCD显示出来，键盘设定温度上下限值，当所测温度超出所设置的初始温度时，报警装置响起，同时控制一个继电器的通断，达到简单调温的目的。
三、温度传感器的选取及特性
选用美国DALLAS公司推出的一款单线数字温度传感器，此器件具有体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。外加电源范围是3.0～5.5V，测温范围从一55%到+125℃，在一lO℃―+85℃同有分辨率为0.5℃，测量结果以9位到12位数字量方式直接输出数字温度信号
DS18B20是美国DALLAS公司推出的一款单线数字温度传感器。它具有：体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点，每片DS18B20都有唯一的一个可读出的序列号，同时DS18B20还采用了寄生电源技术，可以不用外接电源。综合以上特点，DS18B20特别适合于测温系统。
DS18B20主要有以下特点：
1.单线接口：DS18B20与单片机连接时仅需一根I/O口线即可实现单片机与DS18B20之间的双向通信。
2.实际使用中不需要任何元件。
3.可用数据线供电，电压范围3.0-5.5V。测温范围-55-+125oC。
4.可编程实现9-12位的数字读数方式。
5.用户可设定的非易失性（掉电不丢失）的温度上下线报警值。
6.支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在唯一的三总线上，实现多点温度测量。
7.负压特性：电源极性接反时不会烧坏DS18B20，但是也不能正常工作。
四、显示屏的选择及使用特性
综合系统的实际需要，选用LCD1602液晶拱块实时显示温度信息。LCD1602是用来显示字母，数字和符号等内容的点阵型液晶模块。它的每个点阵字符位都可以显示1个字符，每位之间有1个点距的间隔，每行之间也有间隔。起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此它不能用来显示图形。1.LCD1602读数据。当输入RS=0，RW=0，E=1时，DB0～DB7为状态字；当输入RS=1，RW=1，E=1时，DB0～DB7为数据。2.LCD1602写指令或数据。当输入RS=0，RW=0，E为下降沿时，DB0～DB7为指令码；当输入RS=1，RW=0，E为下降沿时，DB0～DB7为数据。
五、声光报警设计
蜂鸣器分为直流和交流两种，直流蜂鸣器只要电源接通就会发出固定不变的声音，使用简单，但无法实现动听的音乐；交流蜂鸣器需要给其提供频率信号才能使其发声，也就是不断让交流蜂鸣器的电源通断，才会发出声音，控制电源通断的频率即可改变发出的声音，频率高，则声音尖，频率低，则声音粗。由于本系统只要求能够达到报警的目的就可以，所以选择了直流蜂鸣器。蜂鸣器驱动非常简单，因为单片机本身无法提供较大的驱动电流，所以一般用三极管对其进行驱动。蜂鸣器的发声主要是靠单片机发送的不同频率而产生的，所以单片机要不断的发送“1”、“0”信号；即单片机与蜂鸣器的接口要不断的ON/OFF，从而根据所给的通断时间的长短而发出不同的声音。
六、系统调试
1.硬件测试。在线路板加工好后，购买元器件进行焊接。焊接过程中发现电源接口无法焊接有误，经电路板打孔，飞线后焊接成功。焊接后先对单片机电压进行测试，发现单片机电压正常，所有器件电压正常。在进行完硬件测试后，对单片机进行程序编制，并分模块进行了测试。
2.软件测试。首先测试LCD显示器，将预先编制好的显示程序下载到单片机中，发现LCD无法显示，但有阴影出现，仔细检查后发现DB4接口虚焊，改正后LCD显示黑色方块。说明软件有错误，仔细检查后，发现延时的问题，改正延时程序后，LCD显示正常了。对温度传感器进行测试，通电后温度显示18.5度，用热源接近传感器后，温度不变，仔细查找后，发现读取温度寄存器地址出现错误，改正后，温度正确显示。对声光报警系统测试，在程序里改变温度后，蜂鸣器和LED正常工作。对按键进行测试，发现键盘工作正常。
七、结论
该温度报警器的设计缩短了设计周期，降低了设计成本，并且达到了实际要求。它能够准确测量单点或多点处室内温度，并可以通过程序按照不同季节设定相应的阈值，当出现火灾等其他引起温度上升的情况时，还可以进行声光报警，以警示居民，具有很强的实用性。
【参考文献】
温度控制系统范文3
我国农业正处于从传统到优质、高效、高产的现代化农业转化的初期。温室大棚作为现代化农业的重要产物，已经得到了广泛的应用。而现代化的农业生产是离不开环境控制的，温室大棚是北方的一些地区在近些年发展起来的生产设施，主要用于调节温湿度、CO2气体浓度和光照等环境因素，使农作物拥有最佳的生长环境。目前，我国的大多数温室控温设备都是比较简陋的，环境仍然是靠人工经验来进行控制管理，已严重的影响了农业的稳定快速发展。因此，我们迫切的需要设计出一种高效益、低成本的温室大棚温度控制系统。
温室大棚对温度的控制是—个较为复杂的系统，具有实时变化性强、非线性、随机干扰较大、过程机理错综复杂等特点，所以难以去建立一个精确的数学模型，采用传统的控制方法、控制理论，其控制效果都不是很好[1]。这种情况下，模糊控制就显得意义重大，因为模糊控制是不需要预先建立一个精确的数学模型的，根据实际数据并参考操作人员的经验，就可以进行实时的控制，将其应用在温室大棚温度控制系统中正适合。
2 系统设计
所谓模糊控制系统是一种自动的控制系统，它以模糊数学和模糊语言形式的知识来表示，以模糊逻辑推理来作为理论基础，并借助于计算机控制技术来构成的一种具有闭环结构的数字控制系统[2]。系统由模糊控制器、输入/输出接口装置、传感器、广义对象四个部分组成。其中广义对象包括了被控对象和执行机构，传感器将各种过程的被控制量和被控对象转换为电信号，模糊控制器再通过输入/输出接口将数字信号量从被控对象处获取，并经过数模变换把模糊控制器决策的输出的数字信号转变为模拟信号送给执行机构，继而去控制被控对象[3]。可见，整个系统的核心就是模糊逻辑控制器。本文着重介绍此部分。
3 模糊控制器设计
3.1 模糊控制器的结构
模糊控制器由模糊化 （Fuzzification）、模糊推理 （Fuzzy Reasoning）、模糊量的去模糊（Defuzzification）三部分组成，它们都是建立在知识库（Knowledge Base）基础上的。其控制原理如图1所示。
模糊控制器的输入量是非模糊量时，必须要转化成模糊量以后才能够用于模糊推理。而模糊化就是将确定量变换成模糊集的过程。其主要的功能是根据输入语言变量的隶属度函数去确定相应于每个语言值的隶属度。输入量模糊化后，下一步进行的就是模糊推理。模糊推理是模糊控制器对于给定的模糊输入量，根据判定的模糊规则以及事先规定好的推理方法求出模糊输出量的过程，它是模糊控制器的核心。在模糊推理中得出的模糊输出量必须转换成非模糊的输出，所以去模糊就是将模糊集变换成确定值的过程。根据模糊推理得到的输出模糊隶属函数，可用不同的方法找到一个比较具有代表性的精确值来作为控制量。
3.2 模糊控制器的设计
（1）确定模糊控制器的输入、输出变量
系统的输入变量为大棚温度与实际温度的偏差E和偏差的变化率DE，输出变量为控制加热装置的供电电压U。
（2）定义模糊子集
T（E）= {NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
其中，NB表示负；NM表示负中；NS表示负小；ZE表示零；PS表示正小；PM表示正中；PB表示正大。
温度偏差、偏差变化率的隶属函数赋值表如表1所示。
根据过程控制的实际经验来得到模糊控制的规则，实质上就是将操作员的控制经验加以总结从而得出一条条的模糊条件语句，将这些语句（规则）进行汇总，得出成如表2所示的模糊控制规则表。
模糊控制算法是系统实现模糊控制的关键，其实现的方法目前主要有两种，即公式法和查表法。可以根据不同系统的不同情况来选用不同的控制算法。本系统采用的是查表法来实现的。在查表法中，根据模糊控制规则表利用直接法计算出输入输出的模糊关系矩阵，即控制表。
在系统中，由于偏差 E和偏差的变化率DE的论域都有 7 个元素{-3，-2，-1，0，1，2，3}，所以，在输入时偏差E或偏差的变化率DE的值会量化到7个元素之中的任意一个。这样求出所有可能的输入组合及其对应的输出控制量，就形成了相应的模糊控制表。其部分控制规则描述如下：
4 结语
为了验证该模糊控制策略和设计方案的正确性，以便获得较好的控制效果，借助 MATLABA对温室大棚温度控制系统进行了仿真试验[4]。经试验得出，采用模糊控制要比采用普通PID控制的超调量小，控制效果好，并且能更好的改善系统的静态与动态特性。可见，在温室大棚温度控制系统中采用模糊控制而不用去建立精确的数学模型，只需根据实际数据并参考操作人员的经验，就可以进行实时的控制，这对于环境条件较复杂的情况是一种非常有效的控制策略，可取得比较满意的控制效果。
参考文献
[1] 王立舒，等.日光温室温、湿度模糊控制系统研究[J].东北农业大学学报.2005，36（5）：625-627.
[2] 王立新.模糊系统与模糊控制教程[M].北京：清华大学出版社，2003.
温度控制系统范文4
关键词：单片机；温度控制系统；硬件电路；软件电路
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
科技的进步为企业的生产带来了单片机技术，单片机的温度控制系统能够为企业的生产活动提供合适的温度，提高了生产效率，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。目前，单片机的温度控制系统主要应用于金属冶炼、化工生产、食品加工和机械制造等工业活动中，此系统能够对冶炼金属所使用的加热炉，化工生产所需要的反应炉和热处理炉等生产器具进行温度控制，为产品生产提供合适的温度，从而提高产品的品质和产量，为人民群众提供丰富的资源来从事生产和生活，提高人们的生活说平，促进国家经济的快速发展。本文主要对单片机的温度控制系统的功能和工作原理进行介绍，并分析系统的软硬件电路设计时的相关要求，进而为系统的设计人员提供科学合理的方法来进行系统设计，从而提高设计效率。
一、单片机的温度控制系统的功能及工作原理
（一）单片机的温度控制系统的功能。从单片机的温度控制系统的名称上来看，此系统的功能就是对产品生产过程进行温度控制，这就是单片机最主要的目的。将控制功能进一步细分，我们可以知道，单片机的温度控制系统可以对温度进行检测，然后将检测的数据以十进制的数码提供给监控人员，单片机温度控制系统的操作人员在进行系统设置的时候，可以将温度控制在一定的范围内以适应不同的温度控制系统的应用场所，一旦温度超过预设的温度范围，系统就会自动将温度调节到温度范围内，以此来保证产品生产所需的温度，实现产品生产的继续进行，促进企业的快速发展和国家经济的进步。
近几年来，随着科技和经济的快速进步，人们对产品提出了新的要求，为了满足人们对产品的需求，企业必须使用测控精度较高的温度控制系统，并且还要使用稳定性较好的系统来确保生产产品所需的最是温度，从而确保生产的持续进行。
（二）单片机的温度控制系统拥有控制温度功能的原因。单片机的温度控制系统要想拥有控制温度的作用，就必须依靠系统的硬件电路和软件电路，只有两者协同合作，才能对温度进行检测，并为温度检测系统提供合适的温度范围，为产品生产提供适宜的温度，从而促进产品生产的数量和质量，改善人们的生活，为生产建设部门提供优质的产品，促进建筑行业和生产行业的发展。
二、单片机温度控制系统的硬件要求
（一）温度控制系统中单片机的选取。设计人员在设计单片机温度控制系统的时候，必须按照系统使用者的需求选取科技含量较高，应用效果较好的单片机，从而对整个系统进行连续系统的控制，确保温度控制系统的持续运转，为产品生产提供适宜的温度，促进生产企业的快速发展。
（二）检测温度的电路对硬件的要求。检测温度的电路中需要的硬件有热电偶、放大镜和信号转换器。热电偶在系统中能够将变化的温度信息转换成与信息变化相一致的电信号，此种电信号在输出的时候比较微弱，所以就要利用放大器来将微弱的电信号放大，由于放大后的数据属于模拟信号，无法顺利地输入到计算机内，就需要使用信号转换器来将模拟信号转换成数字信号，从而为监测人员提供监测数据。
（三）控制温度的电路对硬件的要求。在控制温度的电路中只需要使用一个控制温度的电路元件，检测人员通过该元件可以对温度进行设定，一旦产品生产过程中的温度超过设定的最高温度，该元件就能利用半导体的制冷功能来降低产品生产的温度，当产品生产过程中的温度低于设定的最低温度，元件就能够通过半导体的加热功能来升高产品生产的温度。
（四）人机对话电路对硬件的要求。人机对话电路使用的硬件主要有显示器、键盘。单片机的温度控制系统中的显示器是由一些发光二极管组成的，当显示器接收到的字符的时候，一些发光二极管就会发生不同变化，因而就会在屏幕上显示出不同的亮光，为检测人员提供相关的信息。键盘作为输入设备，能够实现人机对话，还能够对系统设置进行更改，从而为产品生产提供合适的温度。
三、单片机温度控制系统软件设计的步骤
（一）温度控制系统中监控程序的设计。设计人员在设计监控程序的时候，要正确处理系统的调度问题，这就要求设计人员根据环境的相关变化来选取合适的调度方法，从而帮助单片机的温度控制系统快速地实现系统的任务。
（二）系统中断与子程序调用的设计。要对程序进行初始化处理，然后将脉冲方式的中断信号输向外部中断源，将中断源进行中断，再进行相关地址的更改，促进信号转换硬件的顺利使用。经过一系列的信号转换，将最终的数字信号储存在缓冲区域内。
四、系统调试
（一）利用开发装置来进行系统检测。单机片的温度控制系统的设计人员在系统开发装置上完成系统设计之后，就可以在开发装置上来对系统进行检测，主要方法是在开发装置上连入仿真器，在应用系统的时候，就会出现一系列的程序代码，如果运行出错，就找到处错误的代码进行更改，提高系统的稳定性。
（二）对系统进行连调处理。在对系统进行连调处理的时候，可以采用自底向上或自顶向下的方法来实现系统的联调，根据联调得到的信息进行方案更改，最终达到优化系统的目的。
（三）将程序固化到芯片内部。设计人员要将完成设计和调试的程序固化到芯片内部，从而保护程序的安全性，保护设计人员的知识产权。
五、结束语
单片机的温度控制系统在经济的发展方面上发挥着越来越重要的作用，为了与经济的发展性适应，企业在产品生产过程中必须使用单片机的温度控制系统，才能够加快产品的生产速度，提高产品的品质，因此要求设计人员必须根据企业产品生产的需要设计单片机的温度控制系统，为企业的发展做贡献，促进国家经济的快速发展。
参考文献：
温度控制系统范文5
关键词:塑料挤出机;模糊PID算法;智能控制;温度控制器;信号偏差
塑料制品以其使用性能优越、质轻、低成本、低能耗等优势，成为广泛应用于建筑工程、运输配送、医疗建设、航空航天等各行业的新型材料，随着塑料制品市场需求和生产规模日益增长，亟需进一步改善生产线工艺控制精度，提高塑料制品质量及性能［1－2］。挤出成型是塑料薄膜、管材等不同品种产品工业化生产的重要方式之一，具有生产过程连续化、自动化、涵盖产品类型广、综合性强、设备成本低、操作简单等特点［3］。塑料挤出成型设备主要为塑料挤出机，类型包含双螺杆、多螺杆等多种机型，辅机为定型冷却装置、牵引装置、切割装置等后续配套设备，其主要工艺过程为通过挤出机将物料加热至熔融状态，并通过螺杆施加一定压力使熔融物料通过口模进入料筒均匀塑化，再以特定形态进入定型冷却装置，最终成为具有恒定截面和特定规格的连续成品管材［4－5］。其中挤出机料筒温度控制对塑料挤出成型制品质量及性能具有很大影响，若温度较低会导致物料难以成型或表面质量不过关，而温度过高则会导致成型过程物料表面易形成微小气泡或烧焦，因此实现挤出机温度精确控制，是塑料挤出成型生产线工艺中的重要环节［6－7］。目前应用最广的温度控制方式为电阻加热分段控制，即料筒不同部分根据工艺要求具有恒定温度，不同段间温度不同，通过电阻加热升温，该方式难以解决温度控制中热惯性和滞后性问题，特别是工况发生变化时，传统PID控制器控制系统难以迅速进行响应及做出调整［8－9］。因此，本文在传统PID控制器的基础上，结合模糊控制算法和微电子技术，提出一种应用于塑料挤出系统工业生产中的智能温度控制器，目的是降低塑料挤出机温控系统偏差范围，提高控制精度。
1塑料挤出机温控系统简介
1.1塑料挤出机料筒温控系统组成塑料挤出机料筒温度控制系统包括:(1)加热器，是系统主要执行元件，通过电阻加热的方式对料筒进行分段控制。本文提出的智能温度控制器料筒部分使用铸铅加热器，机头及其连接部分采用带状加热器。(2)冷却器，起降温作用，作用是降低由于螺杆摩擦剪切力产生热能造成的料筒温度升高，控制温度平衡。本文采用风能冷却器，即使用大功率散热风扇对料筒温度过高部分表面进行强制散热。(3)温度检测元件，通过热电偶温度测量器直接与被测部分接触，实时检测挤出机不同部分温度并将信号传至控制系统。(4)控制系统，通过软件程序实现硬件设备的实时控制。(5)操作界面，通过人机界面实现用户和系统的交互。塑料挤出机工作过程中存在以下平衡:H+Hf=Hp+Hd+Hc(1)式中，H－加热系统产生的热能;Hf－挤出机螺杆运动及摩擦产生的热能;Hp－挤出过程消耗热能;Hd－热损失;Hc－冷却过程损失的热能。塑料挤出机在运行过程中，处于不同位置的物料熔体所受剪应力和摩擦力不同，导致其温度变化程度不同，需进行分段处理。一般塑料挤出机可分为:(1)加料段，由加料斗和物料通道构成，使物料进入挤出机，该过程摩擦产能较低，通过加热器使物料形成熔融态。(2)压缩段，由料筒和螺杆构成，螺杆剪切作用产能，无需另外加热，若温度检测元件监测到温度过高，可利用风能冷却器进行散热，至温度降低至要求范围内。(3)计量段，由料筒和口模构成，物流熔体均匀化阶段，并保持温度稳定，使其均匀从口模挤出。另外作为一种耦合控制系统，塑料挤出机连续分段处前一部位温度会对下一阶段温度产生影响，影响因素包括物料成分、运输量、起始温度、摩擦力等，因此应降低每一环节中出现温度波动的情况，加强控制系统作用。1.2塑料挤出机温控系统原理目前挤出机温度控制系统一般采用传统PID进行定值控制，其原理如图1所示。图1中，温度检测元件通过温度传感器直接检测不同部分温度信号，并将该信号转化为电信号后传至控制系统，将实际温度与设定温度对比后得出温度偏差值，控制系统调节加热器和冷却器进行作用，使各段温度稳定在设定范围内，保证系统正常运行。PID控制器实际输出和设定值的差值即为控制偏差，可采用比例调节快速调整控制偏差，微分调节可根据偏差微分变化趋势进行控制，改善系统动态响应过程，积分调节可根据偏差积分变化进行控制，消除静态误差。
2塑料挤出机智能温控系统控制算法
2.1塑料挤出机温控系统增量式PID控制算法PID控制是一种基于被控量和反馈值产生偏差信号实现调节的负反馈控制，其调节规律为:(2)式中，e－信号偏差量;t－系统运行时间;Kp－比例系数;KI－积分系数;KD－微分系数。其中比例控制是随稳态系统发生波动时产生残差大小变化而呈正比变化;积分控制属于无差调节，随总偏差输出量变化而变化，调节过程较缓慢;微分控制根据被控量变化频率进行相应输出调节，随偏差对时间的倒数增大而减小。上式即为增量式PID控制输出计算方式，控制系统只需根据连续三次采样值即可进行计算，比传统PID控制算法更方便。2.2智能控制与增量式PID算法结合智能控制系统能够根据被控对象及外界环境中包含的信息进行筛选、存储和学习，不断完善自身功能，对被控对象及外界环境具有更强的适应性，同时能够根据任务要求进行自我组织和决策，具有更强的灵活性、兼容性和鲁棒性，因此更适用于复杂性和不确定性高的系统。将智能控制与增量式PID算法结合，提出一种模糊自适应PID控制方式，能够弥补传统PID算法不能根据变化对自身参数做出调整的缺陷，提高PID参数自适应性，实现更好的控制效果。具体运行方式如图2所示。模糊自适应PID控制是根据被控对象和外界环境建立二维模糊控制规则，结合系统误差及其变化率推理出PID参数，通过改变PID参数实现目标动态跟踪及控制，调整PID回路，达到去除不同被控对象间耦合作用影响导致控制回路不稳定的目的。
3塑料挤出机温控系统总体设计
为实现塑料挤出机智能温控要求，其系统设计过程中应满足智能式应答人机界面、硬件设施采用模块化设计，可靠性和通用性强、温控器结构分布清晰、软件可根据工况要求升级等，目的是提高智能温控器的偏差温控精度和响应速度。3.1塑料挤出机温控系统硬件设计本文提出一种挤出机温控系统硬件设计方案，其主要电路模块包括:(1)信号采集电路，该模块首先采用热电偶温度检测电路进行温度检测，该电路包括热端和冷端，热端为K型镍铬－镍硅热电偶，用于温度测量，冷端为点接触小型二极管，用于在测量过程中对电路进行冷补偿，其原理为温度变化导致电势能变化，两者呈正比，测量范围可达－200～1200℃，同时镍铬－镍硅材料具有良好的抗氧化性及抗腐蚀性，冷端直接与显示仪连接，根据冷端温度显示反映测量结果的准确性，由此提高热电势能反馈精度。然后将信号传至滤波电路，过滤高频干扰噪声信号，得到有效信号，将有效信号经精密型运算放大器放大后，再通过A/D转换成电压信号传至芯片，最后由CPU进行读取。(2)电源电路，由于工业生产环境比较复杂，本设计中将电源电路通过变压器分成三个，其中第一个为+12V电源，作用是给功率较大的SSR-25A型继电器供电，第二个为+5V的稳定直流电源，输出电压稳定，作用是给CPU及其辅助元件供电，第三个为－5V电源，作用是给双电源运放供电。(3)驱动电路，包括两个继电器，分别用于自动控制料筒加热器和冷却器，能够防止电流过载，实现控制电路自动调节和转换等作用。(4)数码管显示电路，数码管分为共阳极LED，低电平时有效，和共阴极LED，高电平时有效。本设计中共有6位数码管，其中3位为共阳极数码管，用来显示输出结果及相关参数值，另3位为共阴极数码管，用来显示给定输入值及设置参数。3.2塑料挤出机温控系统软件设计本文提出的塑料挤出机温控系统软件设计程序采用美国KeilSoftware公司推出的KeilC51软件作为系统运行环境，Microsoft公司推出的MicrosoftVisualC++作为程序语言，控制系统主程序及协调各子程序的运行，使用ZLG7290C51库函数程序作为数码管显示驱动程序。程序控制流程如图3所示。图3中，智能温度控制系统在完成系统设置初始化后，读取信号采集电路中温度控制参数，然后进行用户操作和输入显示模块，同时存储相关数据，系统软件分为不同分析模块，方便快速调用算法，实时更改参数。其中数据采集过程中，可运行内置数字滤波软件，其作用与信号采集电路中滤波及放大处理类似，可通过将电信号转换为数字信号，去除外界干扰因素，且软件滤波过程比硬件滤波更稳定，通用性更高。另外，人机界面是用户和系统的交流方式，应具有操作简单、可视性强等特点，用于实现参数设置、数据监控及存储、报警提醒及处理等功能，同时应具有可扩展性，使显示模块更具开放性、智能性。
4结语
温度控制系统范文6
关键词：STC89C52单片机；温度控制；温度检测
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)04-0902-02
A Temperature Control System Based on STC89C52 MCU
WU Jian, HOU Wen, ZHENG Bin
(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China)
Abstract: This paper discusses a STC89C52 MCU to increase the technical indexes of accused of temperature control system，Presented the design of the MCU circuitry of system, temperature control output circuit, temperature detecting amplifier circuit and so on. Realized of furnace temperature automatic control and improve the precision temperature control. Be provided with important engineering use value.
Key words: STC89C52 MCU; temperature control; temperature test
随着工业技术的不断发展，利用温度控制表，温度接触器的控制方式已不能满足高精度、高速度的控制要求，其主要缺点是温度波动范围大，受仪表本身误差和交流接触器寿命的限制，通断频率很低。本文设计了一种基于STC89C52单片机控制的温度控制系统。它使用了较少的器件和较为简单的电路设计，因此具有成本低、控制方便，实用性强等特点。
1 系统设计
本系统是对电炉炉温进行控制的微机控制系统。控制方式是单闭环控制形式。温度控制系统是以STC89C52单片机为控制核心，其系统结构框图如图1所示。
键盘将温度设定值和温度反馈值送入单片机，然后经过运算得到输出控制量，输出控制量控制控温输出电路得到控制电压，施加到驱动器上，从而控制电加热炉内温度。
2 系统硬件设计
硬件系统由单片机电路，温度检测放大电路，A/D、D/A转换电路，控温输出电路等组成。下面分别给予介绍。
2.1 单片机电路
STC89C52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机， 具有在线编程功能，不再需要启动像STC89C51那样的12V的VPP编程高压[1]。 使用简单且价格非常低廉。故本文使用STC89C52为系统的主控制器。单片机发送温度设定值和采集温度反馈值，并据此调节I/O的输出来控制温度的值。
2.2 温度检测放大电路
温度检测电路承担着检测电阻炉温度并将温度数据传输到单片机的任务。铂电阻最常应用于中低温区，精度高，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小，测量范围一般为-200～850℃。目前应用最广泛的是Pt100。Pt100铂热电阻与温度的关系如下：
(1)
其中：Rt――温度为t℃时铂电阻的电阻值（Ω）；R0――温度为0℃时铂电阻的电阻值（Ω）；A，B，C――常数，3.96847×10-3 （℃-1）；-5.847×10-7 （℃-2）；-4.22×10-12（℃-3）。
信号放大电路采用OP07E放大器，温度信号输入采用差动放大模式，输入电压范围为+/-14V，输出电压范围为+/-12V。设计电路如图2所示。
U1放大器放大倍数为：
(2)
2.3 A/D转换电路
温度检测电路采集到的温度值为模拟信号，需要转化为数字信号才能被单片机处理。温度控制系统的A/D转换模块采用ADC0804型8位全MOS A/D转换器。转换时间约为100μs，转换时钟信号可以由内部施密特电路和外接RC电路构成的震荡器产生，当/CS与/WR同时有效时便启动A/D转换，经DATA口送入单片机，再采集第二个模拟量进行转换。
2.4 D/A转换电路
温度控制系统的D/A转换芯片采用DAC0832。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成[2]。DAC0832的主要特性参数：分辨率为8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电，电压范围为+5V～+15V；低功耗，功耗为200mW。
2.5 可控硅调功控温电路
温度控制电路采用可控硅调功率方式。双向可控硅串在50Hz交流电源和加热丝电路中，在给定周期里改变可控硅开关的接通时间改变加热功率，从而实现温度调节[3]。如图3所示。
可控硅驱动器MOC3041集光电隔离、过零检测功能于一身，具有体积小、功耗低、抗干扰能力强，无噪声等优点[4]，RS、CS为吸收电路，起保护作用。经验公式如下：
Cs=（2～4）IT×10-3(uF)(3)
Rs=10～50Ω(4)
R17是触发器输出限流电阻，取51Ω。R16是驱动器的门极电阻，一般取值300-500Ω。
3 PID温度控制算法
温度控制技术大致可分为定值开关控温法，PID线性控温法。定值开关控温法通过硬件电路或软件计算判别，系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使被控温度波动较大，精度低。当我们不完全了解被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数时，最适合用PID控制技术。PID线性控温法主要取决于比例值、积分值、微分值[5]。只要三参数选取的正确，其控制精度是比较令人满意的。当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量时，需要用PID的“增量算法”。增量式PID控制算法可以通过（式5）推导出。
(5)
Uk――控制器的输出值；ek――控制器输入与设定值之间的误差；Kp――比例系数；
Ti――积分时间常数；Td――微分时间常数；T――调节时间。由（式5）可以得到控制器的第k－1个采样时刻的输出值为：
(6)
将（式5）与（式6）相减并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式：
(7)
其中：
由（式7）可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定A、B、C，只要使用前后三次测量的偏差值，就可以由（式7）求出控制量。物理模型如图4所示。
4 系统软件设计
为了便于程序的调试与维护，系统全部程序采用模块化结构。由一个主程序和若干子程序组成。子程序主要包括A/D转换子程序、D/A转换子程序、LED显示子程序、增量式PID控制子程序、键盘控制子程序等，各子程序均能很快返回主程序，不会发生子程序时间过长等问题，子程序对相关事件的处理依靠标志位和判断标志位来完成。主程序通过调用各个子程序来完成所有的温度控制器功能。主程序的流程图如图5所示。
5 设计结果
设计的温度控制系统基于STC89C52单片机，采用了信号放大，可控硅控制等简单的电路，经过焊接、 组装、 调试后，可以很好实现控制功能，具有很强的实用性，尤其是具有体积小、 易移动等优点。 该方案也可以在功能上加以扩展，如加上LED电路，当到达我们想要的温度时绿灯亮，当超过我们想要的温度一定量程时红灯亮。
参考文献：
[1] 张俊谟.单片机中级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999:75-86.
[2] 小岛郁太郎.实现数字电路与模拟电路及软件的协调设计[J].电子设计应用,2009(6):15-20.
[3] 王海宁.基于单片机的温度控制系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2008.
