温度控制系统范文

导语：如何才能写好一篇温度控制系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

文中系统介绍了本设计的硬件系统连接图，软件流程图，同时简要的介绍了该设计中所用到的各种元器件的主要用途及使用。经理论和实践的证明，该设计有很高的使用价值，且其功能完善，抗干扰能力强.

关键词：热电偶 可控硅 温室 单片机

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 录

绪论 1

第一章 系统性能指标及方案确定 2

第二章 系统的硬件设计及芯片介绍 4

第一节 硬件系统的设计原则和采用方法 4

第二节 芯片介绍 5

第三章 前向通道的设计 17

第四章 后向通道的设计 23

第五章 人机通道的设计 27

第六章 抗干扰技术 29

第一节 干扰的作用机制及后果 29

第二节 数字信号输入的软件抗干扰措施 30

第七章 系统软件的设计 31

第一节 专用模块的程序设计 31

第二节 主程序设计 43

结束语 55

参考文献 56

附录………………………………………57

绪 论

温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金，机械，食品，化工等种类工业中广泛使用的各种加热炉，热处理炉，反应炉等对工件的处理温度要求严格控制，以及在农业等方面的温室的温度控制，微机控制技术在这方面的应用，使温度控制技术指标得到了大幅度的提高。

本设计是温室温度控制系统，其基本控制原理是：单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换得到相应的数字量，在送到微机进行相应的判断和运算，输出控制量控制加热功率，从而实现对温度的控制。系统结构图如下

点及用途：

由于该系统仅实现单一的温度控制，所以硬件结构简单，而接口及外扩芯片应用较少，成本低，在抗干扰措施上硬件采用了光电隔离，软件采用滤波程序，所以系统抗干扰的能力强，稳定性好，能满足工业中各类温度控制要求。

第一章 系统性能指标及方案的确定

系统要求的主要技术指标：

（1）要求温室温度分三档：一档为温室、二档为40℃、三档为50℃。

（2）具有实时显示温度（三位××.×℃）。

（3）当不能保证要求温度时，给出报警信号。

系统分析及总体设计方案：

一、硬件电路方案的确定：

（1）温度检测元件及放大器，A/D转换芯片选择：

温度检测元件及放大器放大倍数的选择，按控制范围和精度要求考虑。该部分采用热电偶，因为热电偶是温度测量中使用最广泛的传感器之一。放大器选择AD521，A/D转换用0801使量化误差满足性能指标要求。

（2）温度控制电路选择：

温度控制电路采用了可控硅调节规律方式。双向可控硅在50HZ交流电源和 加热电路中，只要在给定周期里改变可控硅开关的接通时间，就能改变加热功率的目的，从而实现温度调节。

(3)人机通道方案选择：

报警电路的选择：由于该系统所控制的温度有确定的范围，这就要求报警电路有上下限报警并指示功能，因此，可采用声光报警，即声音报警采用蜂鸣器接到8031的P6口上，而发光报警采用发光二极管即可并有红黄之分，区别上下限，正常运行时绿等亮。

定时电路的选择：由于该系统主控电路的电源为220V/50HZ，工频交流电，经电压比较器LM311，过零触发器MC14528后产生频率为50HZ的单稳态脉冲，此时脉冲一路作为触发脉冲，一路作为该系统的外部定时（100ms）送给T0，T1计数器计数。

二、 软件方案确定：本设计是采用传统的PID控制，比较实际温度和炉温得到的偏差，通过对偏差的处理获得控制信号来调节可控硅的通断，用以实现对电阻炉的控制，从而调节温室温度。

三、 软、硬件功能划分

软件和硬件是计算机系统的两大组成部分，它们的目的是一致的都是为了解决特定的问题，实现特定的功能；他们的作用是相辅相成的，如果增加软件的任务，就能减少硬件的任务，简化硬件电路；相反加重硬件的任务，增强硬件的功能则可减轻软件的负担，简化编程。因此，合理地分配软件所承担的任务充分利用MCS-51本身丰富的软件硬件功能，特别是它的软件控制功能，力争用最少的外部电路构成系统，完成系统要求的任务。

1.硬件

（1） 前向通道：包括传感器（热电偶）、A/D转换器（ADC0801）、放大器（AD521）

（2）人机通道：包括显示电路、拨码盘、报警电路

（3）后向通道：包括脉冲触发电路、两个加热电路

2.软件

（1）温度检测：包括定时采样和软件滤波。

（2）温度控制的实现：即根据温度给定值的大小，决定2台电炉的通电与断电实现温度控制。

（3） T。定时器产生每一次的定时中断，作为本系统的采样周期，T1计数器决定控制脉冲的时间。

（4） 显示有关状态。

（5） 输出报警信息。

四、 系统结构框图及基本工作原理

篇2

关键词: 中央空调; 温度控制; 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

中图分类号：P184.5+3文献标识码：A 文章编号：

一、绪论

近年来, 随着我国高层建筑的兴起和人们生活水平的日益提高, 中央空调的应用变得越来越普遍。然而传统的中央空调系统设计一般采用负荷估算法，以中央空调最大负荷为设计基准，且其水系统和风机盘管系统均采用定流量和定风量运行方式，因此中央空调系统电能消耗巨大，建筑运行成本高昂。中央空调控制系统综合应用计算机、自动控制、通信等技术，通过对集中空调系统的优化运行管理和控制，使空调设备处于最佳工作状态，充分发挥其潜力，在满足工艺条件和使用要求的前提下，最大限度地减少能量消耗，降低运行费用，以创造出更好的经济效益。在中央空调控制系统中，往往需要根据所控制空调设备的不同，采用不同的控制策略和方法，如供水温度旁通调节、制冷系统蒸发过热控制压差旁通控制、末端变风量控制、热交换器供水温度控制、空气品质控制、、冷却塔风机变频控制、室内静压控制等。因此中央空调温度控制系统应包括综合各种控制系统。

二、 中央空调温度控制系统的结构及原理

1、 系统组成

系统组成见图1, 中央空调空气处理机组主要完成空气的过滤、制冷( 或加热) 和加湿等功能。其中, 空气的制冷( 或加热) 是其通过与盘管中的冷( 热) 水进行热交换完成的, 改变盘管中的冷( 热) 水流量即可改变送风温度。中央空调温度控制系统的控制目标是保证送风温度在设定点。温度传感器测量送风温度, 通过PCI 板卡1送入计算机。整个模糊控制算法由软件实现, 控制量则通过PCI 板卡2 输出去驱动调节阀, 从而改变盘管中的水流量以影响送风温度。

2、中央空调的制冷原理

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、制冷剂循环系统、冷水循环水系

统、盘管风机系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统等组成。

中央空调制冷系统，根据其制冷过程，可以大体划分为直接制冷系统和间接制冷系统两类，这两种系统的区别就在于：直接制冷系统中的蒸发器直接和被冷却对像进行热交换，只包括制冷回路；然而间接制冷系统除了制冷剂回路，至少还有载冷剂回路，在间接制冷系统中，制冷剂先与载冷剂热交换，然后由载冷剂将冷量传递给被冷对象，实现制冷的目的。

三、中央空调温度控制系统的控制策略

1、系统的硬件设计和实现

中央空调下位机主要完成信号的采集、显示和控制策略的选择。结构见图2。其控制核心是89C51 单片机, 下位机的温度、流量信号的采集以及电机转速的给定都是由单片机来控制完成, 此外, 它还负责与上位机信息的交换。考虑到实际应用中, 有时候要改造原有的循环水系统, 为了达到最佳的节能效果, 不会更换所有的原有电机, 此时为了通过主控计算机对未更换的电机进行启停的控制, 需要加入继电器, 直接对未更换电机启停控制.

图2 下位机水泵或风机控制器结构图

2、系统的软件设计与实现

中央空调系统控制现场信号的采集由下位机完成, 主要采集进风口温度、出风口温度、电机的转速和故障信号以及电机的启停信号。这些信号通过CAN 总线送到上位机, 在上位机主要完成系统的记录查询、记录打印、密码管理、水泵切换、电机启停、温度和温差设定等环节。工作人员可以随时查询系统运行状况、改变温度和温差值, 也可以根据实际水泵的运行状态进行水泵的切换。因而显得非常方便，其主控界面如图3 所示。

图3 中央空调主控界面

（1）水泵节点的启停切换控制

假设冷却水有循环泵3 台, 2 台为可调速电机, 记为1# 和2# , 1 台为不可调速电机, 记为工频机。正常运行时3台泵为两用准备。冷却水设定温度低于实际温度控制的程序流程如图4 所示。

图4 冷却水设定温度低于实际温度控制的程序流程图

（2）模糊控制器的设计与实现

通常取温度误差e 和误差的变化率ec为输入量, 输出量经调理后作为电机的转速给定量, 设为v。模糊控制器的结构如图5 所示。

输入量温度误差e 和误差变化率ec以及输出量v的隶属度函数的确定方法类似。以温度误差e为例, 其隶属函数如图6 所示, 其论域取[ - 3, + 3] , 语言值取7个, 即为{ N B, NM, N S,ZO, PS , PM, PB } 。根据专家经验, 通常N B 取Z 形隶属度函数。P B 取S 形隶属度函数, 其余取三角形隶属度函数。

借助于专家经验, 建立冬季水冷式中央空调的控制规则。模糊控制器的控制规则为: 1) 如果温度误差E 很大( PB) , 且误差变化率EC 也很大(P B) , 那么应该把制冷闸门开得很大( PB ) 。依次类推, 共计49 条模糊控制器的控制规则。如表1 所示。控制现场的传递函数[ 2] ( 图1 中的转速环、执行机构和空调房间)G ( s) = 20/ ( 1. 6s2 +4. 4s+ 1) , 在给定温度为25b时, 其模糊控制仿真结构如图7 所示。

（3）不同控制方法仿真曲线对比

3种不同控制方法阶跃响应仿真曲线如图8所示。

由仿真结果分析得出：

(1)PID控制。对干扰较敏感，控制效果不够理想，具有较大的超调。仿真过程中发现，如果干扰过大，会出现不稳定情况。

(2)普通模糊控制。控制规则带有主观性，没有自学习功能。仿真过程中发现，在不同设定温度下，模糊控制器论域发生变化，需要不同的参数，而且误差较大。

(3)模糊PID控制。可以达到较好的控制效果，响应时间更短，超调较小，具有很好的响应特性和鲁棒性，可以达到更好的控制效果。从模糊控制器的设计过程可以看出，对于模糊控制器来说，要完成一次控制动作，只要将观测值输入模糊控制器，经模糊化、模糊推理和解模糊之后，得到一个确切的控制量并作用在被控对象上。然而采用在线实时计算会增加控制系统的复杂性，而且计算速度也会影响控制系统的实时性，所以，为了减少在线计算量，往往通过离线计算，形成由观测值和与之相对应的控制值为内容的模糊控制表。

四、结语

随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，制冷与空调技术得了非常广泛的应用。如今的空调技术较之前已经有了很大的进步，然而市场需求并没有得到充分的饱和，因此空调技术还需要很大的提升，尤其是起步较晚的中央空调技术。随着各类研究人员的加入，中央空调技术也取得了长足的进步。通过本文的分析，对于中央空调的温度控制系统要从几个方面做起，既要在硬件上进行革新，也要在软件系统上下工夫，尤其要注意对新技术的引用和创新，以使得中央空调的温度控制系统更加完善，更能够满足市场的需求。

参考文献

1、刘金琨 先进PID控制MATLAB仿真 2004

2、薛定宇 控制系统计算机辅助设计--MATLAB语言与应用 2006

3、杨志;邓仁明;周齐国 建筑智能化系统及工程应用 2002

4、孙鑫;余安萍 VC++深入详解 2006

5、楼顺天;胡昌华;张伟 基于MATLAB的系统分析与设计-模糊系统 2001

篇3

关键词：挤出机、温度控制、温控器、温控原理

1. 概述

金锣集团是肉制品生产加工的一家国家级大型企业，为保证产品的原味性.保鲜性.，就要对包装品材料的质量进行严格要求；我公司引进的加拿大麦克罗挤出生产线主要以PVDC为加工原料生产包装火腿肠的肠衣薄膜，此生产线生产过程自动化水平高、稳定性强、有较强的可靠性。能适应严格的质量需求。本章节在大体分析工艺及原理的挤出上提出挤出机各部控制系统的控制方案；主要分析挤出机温度控制系统的组成及控制原理。

2挤出机系统概述

首先概括介绍挤出机生产系统的主要结构及各部功能简单分析肠衣膜生产过程中的挤出工艺及原理：

2.1挤出机生产线主要以主机和辅助机两大部分组成主机部分构成较为固定，由上料系统、挤压系统、传动系统、加热冷却系统和控制系统五部分组成，辅机部分主要有模头.、水槽、、扭泡器、热合挤压装置和卷取机组成。

麦克罗薄膜挤出生产线各组成部分的主要功能是利用上料器把PVDC原料储存在料斗内通过喂料装置匀速地输送给主机，通过主机上的加热装置将原料加热塑化，同时由传动结构带动螺杆将已塑化的物料经过螺杆和料筒的挤压传送给模口至模头，通过模头将溶流态的物料塑造成筒状膜柱，通过水槽分离冷却牵引到扭泡器进行吹泡，经热合挤压装置热合牵引成为宽度一定的薄膜经卷取机卷绕达到需要长度后卸卷存放。

2.2挤出机的温度控制系统

固态粉状物料被添加到挤出机中在挤出机的加热挤压下，物料被融化；挤出过程的温度决定挤出薄膜的拉伸度及外观质量，随着挤出产量的增加挤出温度和压力波动急剧加大，挤出过程中塑料熔体温度的变化必然引起熔体黏度的变化导致挤出压力和流率的波动。模头中温度波动1摄氏度可引起百分之三的流率波动，使挤出的薄膜在外观质量和内在强度方面都受到影响，因此，非常有必要通过合理的控制手段和方法获得精确的挤出工艺温度。

挤出机温度控制部分分为料筒温度控制、模头温度控制、螺杆温度控制和热合挤压温度控制。料筒温度直接影响物料的内在塑化效果而模头温度影响薄膜的表面质量，料筒温度控制起主要作用。

料筒温度控制采用五段铸铝加热器加热，此种加热方式具有清洁、易维护、成本低、效率高等显著特点，易施行各段温度的单独控制。

与加热相对应的是料筒加热冷却系统，冷却系统的主要作用是对料筒、螺杆在超温时进行强制冷却，保证生产工艺对温度的需求。下料口冷却采用冷却水冷却，目的是为了防止物料因温度高而变黏以至于结块堵塞下料口。料筒采用五段风机冷却，每一段加热器相对应一台冷却风机，从而对料筒每段温度进行闭环控制。模头温度控制也是按五段加热，其中夹环为云母加热丝加热，模头四区为铸铝加热器加热，此区无冷却装置施行单温控制。

螺杆加热控制采用模温机流体加热控制方式，流体在模温机按设定温度加热后通过油泵、双温控制器输送到螺杆内部进行加热，螺杆加热系统是辅助料筒加热系统使物料进一步充分塑化达到预期想要的效果，挤压热合加热与螺杆加热类似。

3.温度控制的硬件系统

3.1加热驱动器的利用

主机与模头的温度控制采用日本理化RKC温控器作为中心控制，由于温控器输出信号不能直接用于AC220V—380V的电路，所以需要在温控器与加热器之间安装加热驱动系统，在此利用固态继电器作为驱动，固态继电器利用大功率三极管功率场效应等半导

体器件的开关特性，来达到接通和断开被控电路的目的。

3.2测温点与测温装置的选择

温度测量的准确与否对温度控制起着极其重要的作用，准确的测量温度与测量点和测量装置密切相关；挤出机料筒是一块很厚的金属筒，测温点放置在料筒的内壁表面才能真实的反应料筒内的物料温度。

由于温度不能直接加以测量，只能借助于温度传感器（热电偶）与被测物体之间进行热交换（电压型或电流型）间接测出物体温度，在本系统中选用电动势大、线性好、稳定性强的K型热电偶。

3.3 RKC温控器对温度控制的基本过程

本系统选用RKC—FB400温控器，具有控制精度高、范围广等特性，控制方法为加热和冷却两种模式，起核心控制算法是PID控制（即P比例、I积分、D微分控制）温控器根据热电偶发回来的信号读取实际温度，然后把这个实际温度值与设定值进行比较，产生一个温度偏差，调节的方向朝着温度偏差减少的方向进行，然后温控器输出一个开关量驱动固态继电器进行加热或驱动接触器进行风机冷却。

3.3.1PID的控制原理

当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。

比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数P设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数P设定为4%，表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。积分运算的目的是消除偏差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240秒时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。

PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制：

1、温度设定

2、P值

3、I值

4、D值

PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。

比例运算（P）

比例控制是建立与设定值（SV）相关的一种运算，并根据偏差在求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运 算值回复到先前值（前馈运算）。若出现静差（残余偏差），可用减小P方法减小残余偏差。如果P太小，反而会出现振荡。

积分运算（I）

将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。

微分运算（D）

比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。

3.3.2RKC—FB400温控器的基本接线

端子①

L

AC220V

相线

②

N

零线

⑨⑩

第二冷却输出

⑾⑿

第一加热输出

22、23、24

热电偶或PT100温度传感器接点

25、26、27

篇4

伴随着微信计算机的诞生，单片机就此产生，单片机是一种将CPU、RAM、ROM、多种I/O口和中断系统以及定时等功能通过超大规模集成电路技术集成到一片硅片上的微型计算机系统，被广泛应用于工业控制行业，并且随着时间的推移和单片机技术的发展，温湿度测控技术在农业的发展取得了较大进步。现本文硬件和软件设计探讨了单片机温度控制系统的设计。

【关键词】

单片机；温度控制系统；设计

自建国以来，我国的科技和社会的发展进入了飞速发展的阶段，人们的生活水平有了极大的进步，尤其是近年来计算机的运用，使得人们生活逐渐迈向智能化的道路。然而科技的发展却给环境带来了巨大的问题，如水污染和大气污染等，诸多问题时刻限制着人们的生活与工作。改善环境问题是人们的生活环境得以改善的重要前提，而湿度和温度是环境的两大基本要素，因此，检测环境的湿度和温度有利于使人们的生活更加舒适，对改善人们生活环境有着重要的影响和意义。

1基于单片机的温度控制系统硬件设计

1．1总体结构

依据功能来分类，单片机的温度控制系统硬件部分可以分为单片机主控模板、输入通道、输出通道和保护电路等五个部分，单片机是整个温度控制系统的核心，由它扩展外部存储器，进而构成主控模板。其中，担当保护电路的温控箱主要由铂电阻温度传感器进行温度的测量并转换为电压信号，转换为数字量的工作则由A/D转换器负责，而且在将数字量通过数字滤波后，不仅能够在显示器中显示出温控箱的温度，在经过专业的控制算法运算后，还能够依据温度值的比较数据控制温控箱的功率，从而实现控制温度的目的。

1．2主控模板设计

主控模板是由四部分组成，即单片机、外部时钟、复位和存储器扩展等电路，其中单纯的单片机内部存储器的容量肯定无法满足整个系统的运行需求，因此必须进行扩展。在扩展存储器的过程中，需要注意的是，数据总线和低8位地址线应当由PO口担任，而高8位地址线则由P2口担任，因为PO口分时复用，因此需要将低8位地址利用地址锁存器锁存。而外部复位电路担任着单片机的复位功能，复位电路的接法有很多种，如上电复位和手动复位键复位等方式。时钟电路采用的是内部模式，在内部形成一个高增益反相的放大器，以此构成所需的振荡器，与外接晶体谐振荡器还能构成自激振荡器，在一定频率中能够获得标准的波特率。

1．3输入通道设计

输入通道主要由温度传感器、A/D转化器等电路组成，利用温度传感器电路将温控箱的温度转化为电量输出是输入通道的主要作用，因为该模式下的电量单片机无法识别，因此需要利用A/D转换器进行转换，并将模拟出来的电量转化为相对应的数字值，从而使单片机在做出良好的判断以及控制。其中温度传感器的种类较多，因材料、构成方式和测量原理的不同，各个温度传感器的测量范围和精度也具有明显的差异性，因此必须依据使用的用途来选择相应的温度传感器。而A/D转化器是温度控制中的重要环节之一，它的转换速度、精度、分辨率和使用价值都对温度控制器起着重要的影响，因此在选用是应当全方位考虑它的测量精度和转换率等问题。

1．4输出通道设计

输出通道主要由温控箱功率调节模块和可控硅输出等电路组成，目前的温控系统都可以利用可控硅来调节功率。而可控硅又分为相位控制和零位控制两种模式，前者能够更加便利的调节电压有效值，在灯光和电炉等方面有着广泛的运用，而后者在大惯性的加热器负载中应用广泛，不仅能够达到温度控制的目的，而且没有相位控制中的高次谐波污染电网。可控硅分为两种，即单向可控硅和双向可控硅，作为功率驱动器件在微机控制系统中起着重要的作用。

1．5保护电路

保护电路的主要功能就是在温控箱温度超标时进行保护，将温度传感器测量的温度与所给定值同电压比较器比较后，当发现温度超标时，电压比较器能够及时的断开加热电阻丝电源，从而起到保护温控箱的作用。

1．6抗干扰措施

在系统抗干扰手段中，硬件抗干扰是最为基础的方式，主要是从防和抗两个角度进行抗干扰。需要注意的是，在进行抗干扰的措施时，主要针对的是对干扰源的抑制或消除，从而将系统的耦合通道断开，实现干扰信号对系统影响的措施，而硬件抗干扰设计的主要措施有隔离、接地和滤波等方式。

2软件设计

2．1主程序模块

主程序模块主要包括上电后的系统初始化和整体软件框架构建两方面的工作，系统初始化需要对单片机、A/D芯片和串口等模块进行初始化，完成初始化后，再进行温度的设定。当温度设定好后，分析并判断系统的运行键能够按下后，系统就能够依据需要调动起各个模块的功能，如数据采集和数据处理等模块，然后循环控制到系统完全停止后即可。

2．2数据采集模块

该模块主要承担着采集温度信号并将模拟量通过A/D转换器转换为数字量，最后提供给单片机的工作。当软件开始工作后，系统将会连续采集多个样本，在进行转换后判断是否达到规定的量，如果没有达到就循环运行直至停止，最后进行数字滤波即可。

2．3数据处理模块

该模块主要分为数字滤波和显示处理等环节，承担着处理A/D转换后数字量的工作，其中数字滤波有着重要的作用。只有经过了转换后的模拟信号才能够被单片机所接受，因此所采集的样本必须多次验证，才能够减少偏差值，在经过多次采样后，通过某种软件算法才能够确保最终值的可靠性，其中所用到的软件算法即数字滤波算法。

2．4抗干扰措施

从软件方面来说，主要有按键消抖和数字滤波两种抗干扰措施。前者主要依靠硬件电路，即RC滤波电路，以及软件延时，即通过软件避开抖动时间两种方式来消除抖动，该方式不仅能够消除抖动，还能同时运作其它模块的功能;而后者主要是将输入的数字依据相应的运算法则转换为另一组数据的方式进行滤波，该方式不仅可靠性高，功能齐全，而且使用时不需要其它硬件设备的配合，不过需要占用一定的处理和运行时间。

3结论

单片机的温度控制系统不仅能够测量和显示当前环境的温度，还能够依据固定的温度进行适当的调整，从而达到调节环境温湿度的目标，而且当温度超出所设定的温度时，系统还会发出警报进行提醒。只有高性价比和良好适应性的系统，才能够被广泛的应用于生活和、工作和实践中，因此具备不断改进系统设计的能力是每个设计者都需要具备的。

作者：王梦轩 单位：成都理科大学

参考文献:

［1］李伟，李杰超，闫卫平．多通道高稳定性温度检测系统［J］．仪表技术与传感器，2014(4):46～49．

篇5

关键词：温度控制器 单片机 传感器

中图分类号：TP272 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0006-01

家用壁挂炉室内温度控制器是现代家庭中常用温控器，使用该产品可以让室内的温度值按照使用者的意愿进行修改，以使使用者感到身心舒适，该技术的研究具有一定的实际使用意义。该设计实用性强，不仅能巩固所学的相关专业知识，而且成本相对于现有产品较低。该设计用成本较低的DS18B20温度传感器读取温度值、使用传统的51系列单片机对实际生活中的壁挂炉的水温的控制以达到使用者的需求。该设计电路比较简单、性价比较高、水温控制灵活、实用性强；依此设计的温控器能很灵活地控制市面上不同的燃气壁挂炉，具有良好的市场应用前景。

1 控制器的设计要求

该设计使用液晶显示器显示使用者设定温度值的和硬件实际测量得出的水温；在现有产品中的壁挂炉并自己不能很好地调节水的温度，能够控制的水的温度在35°～85°左右，这个温度范围虽然较大，但是并不能满足人们实际生活要求，必须要另外加以其他的控制器来辅助控制水温。这次设计的家用壁挂炉室内温度控制器就是准备解决这个问题的主要配件，首先DS18B20温度传感器检测当前室内的温度并送到单片机中与预先设定的温度进行对比，经过单片的处理后，如果当前室内温度值小于使用者预设温度，单片机发出信号，启动控制机构让火花塞点火火，加热壁挂炉中的水，直至室内温度大于或等于预设温度。

2 设计的思路和方法

设计的家用壁挂炉室内温度控制器是以AT89C52单片机为核心具有调节温度、液晶显示功能、能调节出想要的水温，并且能满足用户的需求。首先利用单片机的接口技术实现壁挂炉对室内各种温度参数的采集，然后单片机根据采集到的数据加以比较以此来驱动壁挂炉进行工作调温，最终实现对室内温度的控制和调节。硬件方面包括对温度的测量，电路设计及加热器的通断设计，信号处理判断，各个控制部件的选择及温度设置设计等。软件方面，根据系统的硬件配置和功能来编制相对应软件及温度测量和校正算法。

3 温控器工作原理和硬件电路

家用壁挂炉温度控制器用于控制壁挂炉制热系统。其工作原理是温控器上的温度传感器把测得温度以电信号传到单片机，通过检测房间内温度和设定温度进行比较，如果实际温度小于设定温度，单片机发出电信号，通过输出电路控制相应的继电器进行开关动作，输出控制壁挂炉制热系统的启停。目前市面上的温控器很多，最常见的有三种：一种为手动机械膜盒式的、第二种液晶可编程型的，第三种就是无线型温控器，本设计用单片机AT59C52和温度传感DS18B20为主要核心部件设计家用壁挂炉室内温度控制器。

以AT89C52单片机为核心的温控器，读取温度靠新型单总线接口方式的DS18B20数字温度传感器来实现，双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A组成输出控制通道，还有键盘和显示电路，其工作原理框图如图1所示：

加热丝输出电路采用可控硅MOC3041组成晶闸管触发电路，隔离了强电和弱电实现了弱电对强电的控制。当AT89C52单片机的P0.5口输出为低电平时，集成可控硅驱动器件MOC3041内部导通，T1的G端出现同步触发脉冲，控制可控硅导通并且接通升压点火电路的工作电源。交流220V电压经T进行升压、VD2～VD5进行整流后，通过R2对C6充电。当C6两端电压达到放电管的击穿电压时，放电管放电击穿，C6上所储存的电能经放电管和电感线圈L加至火花塞上，通过火花塞产生放电火花，将天燃气点燃。同时通电延时型继电器的KT线圈得电，KT延时断开触点开始延时，30s后，KT触点断开，将升压点火电路的工作电源切断。

4 单片机主程序的设计

主程序首先对DS18B20进行复位与检测，如果DS18B20存在，则往下执行，否则返回。往下则依次执行DS18B20温度转换命令，DS18B20读取温 度命令，单片机读温度命令，对温度进行整合与比较，如果大于或等于则转入加热程序对水进行加热。键盘是4*4的键盘，先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。

5 结语

通过测试本系统能够准确控制壁挂炉使室内温度温度到恒定，采用数字化控制精度达到±1°，远高于现在市面上有很多壁挂炉的温度控制系统。输出电路方面采用可控硅作为控制期间，实现了弱电对强电的无触电控制，增加了控制电路的安全性和使用寿命。

参考文献

[1]吕俊亚.一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真，2012（7）.

篇6

关键词 PID；烘缸温度控制系统；温度测量；电路

中图分类号TM591 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0192—02

电加热智能温度控制系统主要由89C51单片机外扩RAM6264、并行I/O芯片8155、A/D转换器芯片ADC0809、串行通信芯片MAX485以构成最小系统。采用工业铂电阻Pt100做温度检测元件，应用高精度运放设计测量放大器作信号调理电路，通过ADC0809实现A/D转换以构成只能仪表前向通道。采用软件设计的PWM波从P1.0口输出，经驱动电路控制交流固态继电器SCR，实现对交流加热功率的连续控制，从而构成智能仪表的后向通道。通过89C51外扩的8155芯片组成了4位七段数码管的动态显示电路以及键盘电路，实时显示烘缸温度，从而构成人机对话窗口。利用RS—485串行接口，可实现智能仪表与上位工控机之间的远程通信，从而实现对烘缸温度的远程监控。

1温度测量及调理电路设计

检测电路可采用单臂电桥（桥臂电阻可采用高精度金属电阻）将温度变化量转变为铂电阻的阻值变化，进而转变为电桥的电压输出，采用高精度运算放大器构成调理电路，以满足A/D转换器对采集电压的要求。

由R1、R2、W1和Pt100构成单臂电桥测温电路，采用高精度，低温漂、免调零的运算放大器A1组成的差分放大电路，以对微弱的温度电压信号进行放大与调理；由A2组成的低通滤波器对干扰信号进行滤除。如图1：

W1为温度下限调整电位器，W2为温度上限调整电位器，A2构成低通滤波器。

通过高精度运放构成的调理电路将电桥输出的微弱温度电压信号放大为0V—5V的标准电压信号，以供ADC0809进行A/D转换

2烘缸压力检测设计

烘缸是用铸铁制成的两端有盖的空心圆筒，由缸体及其两端的缸盖组成。在运转过程中，内通蒸汽将输送产品烘干。铸铁烘缸是用作产品干燥的关键部件——Ⅰ类压力容器，烘缸在加热过程中一般采用蒸汽，热油等流体加热。

在烘缸压力检测系统中，烘缸的内部压力主要通过压力传感器来读取，分别有总阀门压力传感器传感器和分阀门压力传感器。只有总阀门和分阀门的压力都在允许的压力范围之内时，烘缸才能正常运转。如图2所示：

3 A/D电路设计

模/数转换电路采用89C51外扩ADC08098位模/数转换芯片构成模拟量采集电路。IN0作为烘缸温度信号输入。P2.6为作为ADC0809芯片的片选信号。参考电压REF[+]端接5V直流电压，REF[—]端与GND端相连。利用74LS373输出的低位地址线、、与ADC0809的A、B、C对应连接，以确定8个输入通道的地址。8个输入通道的地址为：BFF0H ～BFF7H。

4软件设计部分

4.1对象特征

以烘缸加热系统为例，设被控对象温度为T，环境温度为T0，供热量为，散热量为，期中Kr为散热系数，A为散热面积，能量平衡公式为：

式中，G为被加热介质（水）的质量，CP为水的比热。将Q2带入式（4—1），整理得：

设为对象的供热时间常数，为对象的供热比例系数，则对象特性的微分方程为：

式（4—3）表明了对象温度与供热能量及环境温度之间的关系，式中T、T0为变量。

4.2对象传递函数分析

相对于一段时间，T0为不变量，则式（4—3）变为：

对式（4—4）作拉式变换，推出被测温度与供热（超调量）之间的传递函数为：

4.3对象的飞升曲线

对于上述电加热系统（不加控制器、开环），当给定值处于平衡后，加一阶跃电压（220V），其飞升曲线如图2所示。

由图可求得对象的滞后时间为，对象的时间常数。故对象的传递函数可表示为一阶惯性加纯滞后环节，即：

5 结论

单片机的自适应PID烘缸温度控制系统是基于89C51单片机的温度控制系统，通过采集现场温度和设定的温度进行比较，采用PID控制温度，若采集的温度超过设定温度，则报警，若低于设定温度，则加热，温差越大则加热功率越高，从而达到温度控制的目的。

（a）温控对象的飞升曲线

（b）带纯滞后的控制系统

参考文献

[1]吕勇哉.工业过程模型化及计算机控制[M].化学工业出版社，1986：65—80.

[2]方俊山.可编程序控制器在电加热锅炉控制中的应用[J].工业控制计算机，2002：30—35.

篇7

关键词：单片机 温度采集 硬件模块

中图分类号：TM924 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0119-01

在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日常生活中，温度检测是十分重要的。在许多模拟量控制和监视应用中，温度测控通常是基于 -40℃～125℃温度范围内的应用，如环境监测、蔬菜大棚、粮库、热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等应用。实时采集温度信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施，对确保设备良好运行具有重要意义。

1 工作原理

首先通过外置温度传感器AD590感知外部温度变化并转化为电流信号；然后将电流信号传输给ADC0804进行AD转换；接着通过单片机完成数据的串并转化，并将数据分别发送到LED和键盘专用IC74 C922，分别显示温度和设定温度下限。当现在温度低于设定温度时，则加热（P2.1）动作，使温度上升，直到现在温度高于或等于设定温度加热器才停止动作。

2 硬件系统

本温度控制系统包括温度传感器及其信号放大电路、温度显示电路、按键路、供电电源电路等部分组成。

2.1 主控模块电路

温度控制系统的主控电路主要由单片机的复位电路、石英振荡电路和下载电路构成。

2.2 温度采集、放大电路

（1）AD590将温度转换成相应的电流值，接口电路再把电流转换成电压，经ADC0804转换成数字信号，然后经AT89S52处理。ADC0804所得的值比设定的温度参考值低，则令电热器加热，否则关掉电热器，使温度能保持在所设定的参考值。（2）调试步骤。第一，先调AD590的可变电阻器，如以0 ℃为参考值则应使其电压输出为2.73 V；如以25 ℃为参考值，则应使其电压输出为2.98 V。第二，调节VR2使0 ℃时，OPA2的输出为0 V，而25 ℃时，OPA2的输出为-0.25 V（反相）。第三，调VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的输出为-0.25 V，则OPA3的输出应为1.25 V。（3）各OPA的功能。OPA1：阻抗匹配；OPA2：减2.73 V（经VR2）并反相；OPA3：放大5倍并反相。

2.3 模数转换模块电路

ADC0804将输入模拟值转换成数字值输出到P0，再由单片机运算处理。如输入3 V，ADC0804的输出应为96H=10010110B，此数字信号AT89S52的P0，再由P0存入AT89S52的累加器，然后累加器再送至P1，使相对应的数码管显示。ADC的参考电压VREF应调整为2.56 V。

2.4 按键模块电路

按键电路实现的功能是设定欲加热温度下限。本电路使用键盘专用IC74C922，以简化软件程序。欲设定温度时，输入“*”，就进入设定模式，显示器显示“00”（设定初值，如已设定过，则显示上一次设定值），开始输入设定温度，设定完成后按“*”，就可回到现在温度显示模式。现在温度低于设定温度，则加热器（P2.1）动作，使温度上升，直到现在温度高于或等于设定温度加热器才停止动作。本电路最高设定温度为109 ℃。

2.5 显示模块电路

本设计采用七段显示译码器74LS47驱动共阳数码管，实现的功能是时时显示传感器采集到的温度值。并在数字键盘设定温度下限时显示设置的温度。显示的最大温度值是99 ℃。

2.6 电源电路

本系统中模拟信号的放大器需要提供+12 V、-12 V两种电压，所以整个电路至少需要三个电源。考虑到模拟信号易受到干扰，在电路的设计中引入了LC振荡电路，起到了稳压和稳流的作用。电路的模拟部分和数字部分分别设计模拟电源和数字电源。另外电路板上还设计了两个地，称其为模拟地和数字地，两个地之间通过一个电感相连，大大增强了系统的抗干扰能力。

3 软件系统分析

3.1 数据运算与代码转换

本电路采集电压信号，首先将ADC08 04转换成数字值，再将此数字值输出到P0。转化过程为：A/D转换十进制运算乘以4显示。

下面解释一下为什么要乘以4。

输出最大转换值为FFH（255）。OPA3为放大5倍，则本电路最大测量温度为：

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。则R4=10，R3=20，即在本电路中D2显示个位数2，D1显示十位数0。如OPA3放大10倍，则本电路最大测量温度为：51℃（5.1V/10=0.51V）。由255×X=51，知X=0.2，FF255255×2=510。则R4=05，R5=10，即在本电路中D2显示个位数1，D1显示十位数5。

3.2 数据存储器RAM的设计

30H：现在温度的个位数；33H设定温度的个位数；31H：现在温度的十位数；34H设定温度的十位数。

3.3 中断服务程序

进入中断服务程序以后，执行PUSH PSW和PUSH ACC将程序状态寄存器PSW的内容和累加器A中的数据保存起来，这便是所谓的保护现场.以保护现场和恢复现场时存取关键数据的存储区叫做堆栈。在软件的控制之下，堆栈可在片内RAM中的任一区间设定，而堆栈的数据存取与一般的RAM存取又有区别，对它的操作，要遵循后进先出的原则。

3.4 键盘输入功能与比较指令

系统的另一功能就是实现令加热器动作的最小温度的设定。系统会不间断的检测是否有按“*”键，“*”对应建立的TABLE表的0AH。当检测到有按下时便进入设定模式，读取74C922键盘值至TABLE表取键盘转换码，再通过七段显示器显示此设定值。这样就完成了对下限温度的设定。

4 结语

本文首先指出温度控制对我们的生活产生的深刻影响。通过软、硬件电路的设计，充分利用其的特性，以单片机为核心，实现单片机与显示电路、单片机与键盘相连接，最终实现温度采集和控制的功能。

参考文献

[1] 李广第，朱月秀，冷祖郝，等.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉，等.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社，2002.

篇8

针对我院检测校准实验室控温系统中标准水槽、标准油槽及卧式高温检定炉等主设备存在手动控温差，控温稳定时间长，且每测一个点都需要对温控系统重新进行设置的传统温度控温系统，已不适应当前我院科研生产的检测校准需求；为提高控温精度和效率，分层分步提升温度校准实验室数字化技术水平，本项目开展了采用美国NI公司的LabVIEW 图形化编程语言的温度控制系统开发，包括系统硬件和软件的设计。它使用一种新型模糊PID控制器，可以很好地克服温控系统中参数的变化和负载扰动引起的冲击和突变，可实现温度自动控制数、据记录、数据查看、数据打印、远程网络监控及报警等多种功能，经测试取得了满意的控制效果，能够更快更精准的实现校准实验室的温度控制要求。

【关键词】校准实验室 温度控制系统 LabVIEW 模糊PTD控制器

1 引言

目前我院检测校准实验室控温系统现状是：标准水槽、标准油槽及卧式高温检定炉等控温设备都是手动设置操作控温点，控温稳定时间长，且每测一个测温点都要重新设置温控系统，非常不方便，不适应当前院所主专业科室大批量检测校准的科研生产需求。随着计算机软件技术以及网络技术的高度发展，其在电子测控技术与仪器上的应用，新的测控理论、方法、测控领域以及仪器结构不断的出现，在许多方面已经冲破仪器的概念，电子测控仪器的功能和作用发生了质的变化，在这种背景下，美国NI公司的LabVIEW图形化编程语言软件在测试系统中得到广泛的应用，基于其在数据采集、数据处理、数据显示等方面有着强大的功能，且随着技术进一步发展，提供了外挂的PID 控制工具包，应用到校准实验室中的炉温控制可替代原来的手动控制系统，实验室的测量控制均由LabVIEW软件进行控制，为实验室向数字化迈进打下基础，下面介绍炉温控制系统的设计。

2 温度控制系统的硬件设计

恒温槽和高温检定炉是典型温度控制器，其温度控制具有升温单向性，滞后性，大惯性和时变性等特点，升温度参数难以确定。采用模糊控制升温，可消除稳态误差且超调小，具有良好的控制效果。

该控制系统主要由温度传感器，信号调理电路，多功能数据采集卡，触发板和相应的软件组成，将它们安装在计算机上，即可构成一个控制系统。温度传感器输出信号，经信号调理电路放大后，再由数据采集卡采集信号。见图1。

2.1 数据采集卡的选用

数据采集卡选用NI公司的PCI-6024E，通过采样通道采集输入信号，利用LabVIEW 图形化编程语言中的PID算法，求出系统输出信号的大小，其输出信号经光耦隔离后触发晶闸管，改变温度，以达到控制温度。NI PCI6024E多功能数据采集卡的优势：相对于M系列数据采集卡，费用小，测量精度高4倍，并获得更多的数字I/O，而且可获得采样率高达200kS/s和12位分辨率以及16路模拟输入，支持windows系统等多种操作系统。

2.2 温度控制电路

整个控制系统是建立在反馈原理基础之上。根据温度检测要求，温度控制系统考虑恒值，要求系统以一定的精度接近给定温度值并保持稳定。

温度控制电路由传感器信号放大，触发脉冲放大，同步脉冲形成等组成。温度控制电路的原理是：改变可控硅的导通角即改变电炉丝两端的有效电压，有效电压可在0～150V内变化。可控硅的导通角为0～5CH，温度传感器采用热敏电阻，温度越高热敏电阻值越小，其输出电压也就越小。

2.3 声光报警电路

报警信号通过数据采集卡的D/A的输出通道给出，并进行信号放大。该电路工作原理是：从数据采集卡输出报警信号，通过一个电阻连接到三极管基极，当信号是高电平时三极管导通，继电器吸合，报警器接通，发出报警信号；当信号电压为低电平时，三极管截止，继电器触点断开，报警器不工作。原理图见图2。

3 温度控制系统的软件设计

NI公司开发的LabVIEW编程软件，利用图形文本式进行编程，有丰富的库函数和编程模块，在温度控制、数据采集、和数据分析等领域应用广泛。程序有前面板和程序框图组成，前面板是图形方式的操作面板，程序框图包括节点和连线，操作简便，用LabVIEW软件编程有以下特点：（1）简便。在程序框图中将功能图标拖放到相应位置进行连线即可完成编程。（2）LabVIEW软件内置各种功能强大的函数库，如字符串处理函数，文件I/O函数和数学函数等，根据需要直接调用。（3）提供了灵活的程序调试方法，可以设置断点、探针，高速执行程序能方便观察程序中的数据流向，程序编译速度快。

基于LabVIEW的校准实验室温度控制系统采用模块化的方式来编写，每个功能由一个模块实现。由主控模块调用各个子模块，来实现温度数据采集、记录、处理、显示、打印等功能；数据还可通过网络传输。温控系统模块构成如图3 所示。

3.1 主控模块

主控模块的功能，主要通过与其它模块的通讯来完成PID控制，并进行数据采集、记录、处理、查看、打印，以及网络数据传输和错误事件处理等功能。

3.2 PID 控制模块

PID控制模块主要将PID控制工具包与LabVIEW软件的逻辑功能相结合，可快速生成自动控制程序。控制程序根据采样时刻的偏差值计算控制量就可以实现采样控制。

PID控制中的一个关键问题就是PID参数的整定，但单纯依靠传统的PID控制难以满足温度控制的高精度要求，根据我院校准实验室的要求，在LabVIEW软件平台下设计一种新型模糊PID控制器，此控制保留了传统PID控制器的线性结构，对偏差进行积分运算，能很好的控制系统中参数的变化和负载扰动引起的冲击和突变，在温度控制和采集系统中取得了高精度、高可靠性的控制效果。模糊PID控制如图4所示。

3.3 错误事件处理模块

当输出温度与设定需要控制的温度较大偏离时，系统启动错误事件处理模块。当温度过高或温度过低发生时，系统通过错误事件处理模块将事件记录到Erroevent文件中去，同时发出报警警告，提示用户停止程序的运行，进行系统保护。

3.4 数据采集模块

数据采集模块使用时，指定它信道名、采样率、采样数、缓存大小等。进行数据采集，将采集结果存放到指定位置中，我们把采集到的数据传送到PID控制器的输入端口，经过PID处理后，再通过数据采集卡的输出通道输出。将温度信号转化为数字量并传递到计算机中的过程。该模块的数据采集功能由数据采集函数FunctionsData AcquisitionAnalog InputAnalog Input UtilitiesAI Read One Scan来实现。

3.5 数据显示模块

数据显示模块是从计算机C盘根目录下‘温度控制’子目录下读取温度变化数据，然后传递给主控模块并显示，从而起到远程监控温度控制系统的目的。

3.6 数据记录与存储

系统提示输入文件名即确定好存储路径后，将所采集测量的数据存储到相应文件中。

3.7 数据打印模块

打印模块的功能是将系统从相应文件中，将所采集测量的数据取出并打印出来。

4 结论

以LabVIEW作为平台的温度测试系统，具有简单、快捷、高效等优点，并且具有完善的数据显示、存取和分析功能。利用现有计算机辅助测试与温度控制系统，能够更快更精确地实现校准实验室的温度控制要求。

参考文献

[1]翟为刚，邰晶，吴利刚.基于虚拟仪器的雷达自动监控系统[J].宇航计测技术，2013，33（3）：59-62.

[2]姜平，冯雪，方亮.基于LabVIEW的温度控制系统设计[J].硅谷，2010，01：32.

[3]何春华，蔡志岗.基于LabVIEW 的模糊PID控制系统[J].仪表技术，2010，07：59-62.

[4]付俐芳等.基于LabVIEW的温度采集和控制系统[J].科学技术与工程，2011，11（34）：8610-8611.

篇9

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.

篇10

【关键词】 单片机 温度控制系统 传感器

单片机是基于超大规模集成电路的技术发展起来的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中断系统等多个部件于一体的器件，体积小，功能强，且性价比高，只需要外加电源和晶振就可以轻松实现对数字信息的处理和控制。基于单片机的温度控制系统受到广泛的应用和重视。

一、硬件系统设计

系统核心部分是STC89C52单片机，以8051为基核，8K字节Flash Rom存储器，512字节的RAM存储器，自带EEPROM、看门狗，支持ISP，方便程序的下载和调试。

1、单片机的选择。单片机AT89C52是INTEL公司生产的5l系列高性能8位单片机，是数字温度计的核心器件，兼容标准的MCS-51指令系统；而内置的通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元则结合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗优势。AT89C52具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡，需要在XTAL1、XTAL2引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10到30pf；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2悬空。对于复位电路，AT89C52有两种复位方式，分别是上电复位和按键复位；本设计采用按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使复位变得更加直接和简单。

2、温度测量模块。采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20单总线温度传感器，能够直接传输被测温度，输出数字量，其具有以下特点：单总线接口，可串行通讯；多个DS18B20可共接在一条总线，实现多点测温；不需要任何电路；测量范围-55℃～125℃，固有测温分辨率为0.5℃。DS18B20主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL以及配置寄存器。

3、键盘、显示模块。键盘有编码和非编码两种方式。本系统选用非编码3*4矩阵键盘控制。键盘的抖动可以通过软件去抖动和硬件去抖动来解决。在按键不多的情况下，可以使用硬件去抖动，即加上RS触发器。本系统采用软件去抖动的方法，如果按键较多，常用软件方法消抖，即检测按键按下为低电平时，加一延时（5～10rns），等待下降沿的抖动消失后，再次确认是否为低电平，若是则有按键按下；按键松开时也用同样方法消抖。采用六位LED数码管显示所测温度值，数码管为共阴极七段发光二极管构成。为了节省硬件资源，采用动态显T方式，即使用两个74HC573锁存器控制数码管的位和段，共同接到单片机的PO口。

4、报警及指示灯电路。当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标温度10度或高于10度时蜂鸣器为连续不断的滴答叫声。当单片机输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。

二、主控制电路和测温控制电路设计

主控制电路由AT89C52及元件构成，测温电路由DS18B20、预置数电路和报警电路组成。AT89C52是此硬件电路设计的核心，通过AT89C52管脚P1.3与DS18B20相连，控制温度的读出和显示。预置数电路由4个按键组成，4个按键分别与AT89C52管脚P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相连。报警电路很简单，2个发光二极管分别与AT89C52的P1.0和P1.1管脚相连，若实际测量温度值大于预置温度值，则发光二极管亮，还有一个蜂鸣器与AT89C52的P1.2管脚相连。

三、软件系统设计

根据设计的硬件电路图，进行软件的设计，使用Keil软件编写C51程序。程序的流程如图1所示。

四、结语

本系统经过检测基本上达到了设计的要求，并且系统硬件、软件设计总体较为简单，采用DS18B20传感器能能够实现数字信号的有效传输，并且与AT89C52单片机进行通讯，实现了温度测量的精准。

参 考 文 献

[1]王丽娟.单片机在锅炉温度控制系统中的应用[J].微计算机信息，2013年02期