基于单片机的熏蒸温度微分先行控制器
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《基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展,智能化控制系统的应用越来越广泛,其中温度智能控制系统在工业、农业、家庭等领域有着重要的应用。
本文将介绍一种基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现,旨在提高温度控制的精度和效率。
二、系统设计1. 硬件设计本系统采用单片机作为核心控制器,通过温度传感器实时检测环境温度,并根据设定的温度值进行控制。
硬件部分主要包括单片机、温度传感器、执行器(如加热器或制冷器)以及电源等。
其中,单片机选用性能稳定、功耗低的型号,温度传感器选用精度高、响应速度快的类型。
2. 软件设计软件部分主要包括单片机的程序设计和上位机软件设计。
单片机程序负责实时采集温度传感器的数据,根据设定的温度值与实际温度值进行比较,输出控制信号给执行器。
上位机软件则负责设置温度控制参数、实时显示温度值以及与单片机进行通信等。
三、系统实现1. 单片机程序设计单片机程序设计是本系统的核心部分。
首先,需要初始化单片机的各个模块,包括定时器、ADC(模数转换器)等。
然后,通过温度传感器实时采集环境温度,并将其转换为数字信号。
接着,将设定的温度值与实际温度值进行比较,根据比较结果输出控制信号给执行器。
最后,将采集到的温度数据通过串口通信上传至上位机软件。
2. 上位机软件设计上位机软件采用图形化界面,方便用户设置温度控制参数和实时查看温度值。
软件通过串口通信与单片机进行数据交换,实现温度值的实时显示和历史记录。
此外,上位机软件还具有参数设置、报警设置、曲线分析等功能,以满足用户的多样化需求。
四、系统测试与优化在系统实现后,需要进行测试与优化。
首先,对系统进行功能测试,确保各个模块能够正常工作。
然后,进行性能测试,包括温度控制的精度、响应速度、稳定性等方面。
根据测试结果,对系统进行优化,提高其性能和可靠性。
五、结论本文介绍了一种基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现。
通过硬件设计和软件设计,实现了对环境温度的实时检测和控制。
基于单片机的水温控制系统设计摘要:水温控制系统在工业、农业、生活等各个领域广泛应用。
随着技术的发展,单片机控制技术正在越来越多的应用到水温控制领域中。
本文通过对水温控制系统原理的分析,进行了设计和制作,并通过实验结果验证了本设计的可行性和稳定性。
关键词:单片机控制技术;水温控制系统;可行性;稳定性1. 引言水温控制系统在现代社会中应用广泛,水温控制技术的发展和进步为现代社会的科技进步做出了巨大的贡献。
单片机技术作为一种广泛应用的控制技术,可以实现多种不同的控制操作,因此被广泛应用到水温控制系统中。
本文将针对单片机水温控制系统进行分析设计,并进行实验验证。
2. 水温控制系统原理分析水温控制系统的基本结构由传感器、控制器以及执行机构等组成。
其中,传感器负责温度数据的采集,控制器负责处理和分析数据,并控制执行机构实现温度控制。
单片机水温控制系统的实现原理基于以下几个步骤:1)传感器采集温度数据并将数据转换为数字信号。
2)单片机控制器通过间接方式获取传感器采集的温度数字信号,并将其传输到外围设备中。
3)控制器将传输的信息根据其程序所设定的算法进行计算,得到温度数据,从而调整执行机构的作用。
4)执行机构实现接收计算出的数据并通过温度调节装置将温控装置的工作状态调节到所设定的工作状态,最终实现水温控制。
3. 单片机水温控制系统设计根据以上原理设计单片机水温控制系统,具体实现过程如下:1)传感器:选用DS18B20数字温度传感器,将其与单片机进行连接;2)控制器:选用AT89S52单片机,作为水温控制器,通过程序将传感器所采集到的数字信号转化为温度信息,并与设定温度进行比较和判断,控制继电器开关;3)执行机构:选用继电器作为执行机构,通过继电器的开关控制加热器的加热状态,调节水温。
4. 实验验证将设计好的单片机水温控制系统进行实验,实验过程中将设定温度为30℃,获得的实验结果显示在图1中。
图1 实验结果实验结果表明,本设计的单片机水温控制系统能够在设定温度为30℃时以及系统正常工作的情况下,实现对水温的有效控制。
基于DS18B20测温的单片机温度控制系统基于DS18B20测温的单片机温度控制系统温度是工业控制中主要的被控参数之一.对典型的温度控制系统进行研究具有很广泛的意义。
根据不同场所、不同温度范围、精度等要求.所采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也不同.本文以实验室电烤箱为被控对象,以AT89S52单片机为控制核心,温度传感单元采用DS18B20.采用PID算法,实现智能的温度控制系统。
整个系统主控部分采用AT89S52构成单片机应用系统:温度检测部分采用DS18B20单总线数字温度传感器对温度进行检测:控制部分由固态继电器控制加热管的通断。
工作时.由键盘输入设定温度值,系统采用PID控制算法进行运箅,通过单片机AT89S52的开关量控制固态继电器(SSR)的通断,以调节烤箱内温度至设定值,稳态误差在+(-)1?。
液晶实时显示烤箱内温度和设定温度值。
单片机温度控制系统原理图如图1所示。
图1 单片机温度控制系统原理图温度检测部分采用集成温度传感器DS18B20,它采用独特的单口接线方式传输,在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,不需要外围器件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只i极管的集成电路内,外加电源范围是3.0~5.5V,测温范围从-55%到+125?,在-1O?~+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,以”一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。
DS18B20测温原理如图2所示。
图中低温度系数品振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在-55%所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时。
《基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展,温度控制系统的智能化已经成为现代工业、农业、家庭等领域的迫切需求。
本文旨在设计并实现一个基于单片机的温度智能控制系统,该系统能够实时监测温度,并根据预设的温度阈值自动调节环境温度,提高工作效率,节约能源。
二、系统设计1. 系统硬件设计本系统主要硬件部分包括:单片机、传感器、执行器及外围电路。
其中,单片机作为核心控制器,负责接收传感器采集的温度信息,根据预设的温度阈值,通过执行器控制环境温度。
传感器采用高精度的温度传感器,确保采集的温度信息准确可靠。
执行器可根据单片机的指令调节环境温度。
2. 系统软件设计软件部分主要包括单片机的程序设计及与外部设备的通信协议。
程序设计采用模块化设计思想,便于后期维护和升级。
程序主要包括温度采集模块、数据处理模块、控制输出模块等。
其中,温度采集模块负责实时采集传感器数据;数据处理模块对采集的数据进行处理,判断是否需要调节环境温度;控制输出模块根据数据处理模块的判断结果,通过执行器调节环境温度。
三、系统实现1. 硬件连接将传感器、执行器与单片机连接,确保各部分正常工作。
传感器将采集的温度信息传输至单片机,单片机根据预设的温度阈值,通过执行器调节环境温度。
2. 程序设计及调试根据系统需求,编写单片机的程序。
程序主要包括初始化程序、主程序及中断服务程序等。
初始化程序负责初始化单片机及外设;主程序负责循环读取传感器数据,处理数据并输出控制指令;中断服务程序负责处理外部中断,如按键输入等。
程序编写完成后,进行调试,确保系统正常工作。
四、系统测试及性能分析1. 系统测试对系统进行实际测试,包括静态测试和动态测试。
静态测试主要检查系统硬件连接是否正确,程序是否能够正常运行;动态测试主要测试系统在各种环境下的性能表现,如温度变化范围、响应时间等。
2. 性能分析经过测试,本系统具有以下优点:(1)高精度:采用高精度的温度传感器,确保采集的温度信息准确可靠;(2)实时性:系统能够实时监测温度,并根据预设的温度阈值自动调节环境温度;(3)稳定性:系统采用模块化设计思想,具有良好的稳定性和可靠性;(4)节能性:通过自动调节环境温度,可有效节约能源。
基于51单片机两路温度控制器的设计方案本文提出了基于51 单片机两路温度控制器的设计方案,该设计方案采用两个DS18B20 温度传感器,采集两个不同地方的温度,通过AT89C51 处理进行,由四位LED 数码管显示所测量温度,前两位为第一个温度传感器的温度,后两位为第二个温度传感器的温度。
采用3 个按键实现温度最高和最低的设定,采用蜂鸣器和电动机实现温度过高或过低报警。
1.引言目前,温度控制器存在的问题是如何缩减成本,减少功耗,温度测量的准确性和多路温度的同时显示。
本方案设计的实现基于C51 单片机的两路温度控制器,做到成本最低化,精确度高,两路温度的显示和控制,能在温度超出设定的最高温度时启动电风扇进行降温,在温度低于设定的最低温度时启动蜂鸣器报警,能够用户设定最高最低温。
2.系统结构温度控制器系统包括以下几个主要部分:温度传感器,报警电路,LED 显示电路,键盘控制,89C51 控制部分。
如图所示:本系统设计实现:启动温度控制器后,绿灯亮起,四位LED 数码显示器上前两位为温度传感器1 所测的环境温度,后两位为温度传感器2 所测的环境温度。
3.硬件结构3.1 温度传感器本设计采用的是DS18B20 作为温度传感器,DS18B20 与传统的热敏电阻相比具有精确度高,测量误差小,方便实现多点测温等优点,因此用DS18B20 作温度传感器。
3.2 报警电路本设计采用蜂鸣器和电风扇报警电路。
蜂鸣器报警电路由三极管和蜂鸣器组成。
当温度低于设定的最低温度时,则蜂鸣器报警。
电风扇报警电路由三极管和电风扇组成。
当温度高于设定的最高温度时,则电风扇报警。
3.3 显示电路本系统采用L E D 数码显示管显示,LED 亮度高,可视角度高。
LCD 的可视角度低,亮度较低,价格高。
考虑到此温度传感器主要用于温室大棚等亮度不太高的环境,从经济与实用的角度来看选LED 作为显示器。
3.4 键盘控制本系统采用3 个独立的按键作为键盘控制电路。
《基于51单片机的温度控制系统设计与实现》篇一一、引言在现代工业控制领域,温度控制系统的设计与实现至关重要。
为了满足不同场景下对温度精确控制的需求,本文提出了一种基于51单片机的温度控制系统设计与实现方案。
该系统通过51单片机作为核心控制器,结合温度传感器与执行机构,实现了对环境温度的实时监测与精确控制。
二、系统设计1. 硬件设计本系统以51单片机为核心控制器,其具备成本低、开发简单、性能稳定等优点。
硬件部分主要包括51单片机、温度传感器、执行机构(如加热器、制冷器等)、电源模块等。
其中,温度传感器负责实时监测环境温度,将温度信号转换为电信号;执行机构根据控制器的指令进行工作,以实现对环境温度的调节;电源模块为整个系统提供稳定的供电。
2. 软件设计软件部分主要包括单片机程序与上位机监控软件。
单片机程序负责实时采集温度传感器的数据,根据设定的温度阈值,输出控制信号给执行机构,以实现对环境温度的精确控制。
上位机监控软件则负责与单片机进行通信,实时显示环境温度及控制状态,方便用户进行监控与操作。
三、系统实现1. 硬件连接将温度传感器、执行机构等硬件设备与51单片机进行连接。
具体连接方式根据硬件设备的接口类型而定,一般采用串口、并口或GPIO口进行连接。
连接完成后,需进行硬件设备的调试与测试,确保各部分正常工作。
2. 软件编程编写51单片机的程序,实现温度的实时采集、数据处理、控制输出等功能。
程序采用C语言编写,易于阅读与维护。
同时,需编写上位机监控软件,实现与单片机的通信、数据展示、控制指令发送等功能。
3. 系统调试在完成硬件连接与软件编程后,需对整个系统进行调试。
首先,对单片机程序进行调试,确保其能够正确采集温度数据、输出控制信号。
其次,对上位机监控软件进行调试,确保其能够与单片机正常通信、实时显示环境温度及控制状态。
最后,对整个系统进行联调,测试其在实际应用中的性能表现。
四、实验结果与分析通过实验测试,本系统能够实现对环境温度的实时监测与精确控制。
基于单片机的温度控制系统设计1.设计要求要求设计一个温度测量系统,在超过限制值的时候能进行声光报警。
具体设计要求如下:①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度;②在不超过最高温度的情况下,能够通过按键设置想要的温度并显示;设有四个按键,分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键;③DS18B20温度采集;④超过设置值的±5℃时发出超限报警,采用声光报警,上限报警用红灯指示,下限报警用黄灯指示,正常用绿灯指示。
2.方案论证根据设计要求,本次设计是基于单片机的课程设计,由于实现功能比较简单,我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能,因此可以选用AT89C51单片机。
温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。
报警和指示模块中,可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯,报警鸣笛采用蜂鸣器。
显示模块有两种方案可供选择。
方案一:使用LED数码管显示采集温度和设定温度;方案二:使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。
LED数码管结构简单,使用方便,但在使用时,若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号,且显示时数码管不断闪动,使人眼容易疲劳;若采用静态显示则又需要更多硬件支持。
LCD显示屏可识别性较好,背光亮度可调,而且比LED 数码管显示更多字符,但是编程要求比LED数码管要高。
综合考虑之后,我选用了LCD显示屏作为温度显示器件,由于显示字符多,在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度,可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。
LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计根据设计要求,硬件系统主要包含6个部分,即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。
其相互联系如下图1所示:图1 硬件电路设计框图3.1单片机时钟电路形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。
本次设计采用内部时钟方式,如图2所示。
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端,其频率范围为1.2~12MHz ,经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一起形成了一个自激振荡电路,为单片机提供时钟源。
基于单片机的艾灸烟雾处理机控制系统设计艾灸烟雾处理机控制系统是一种用单片机控制的设备,用于控制艾灸烟雾的生成和处理。
本文将介绍该控制系统的设计思路和功能。
该控制系统采用的单片机是市场上常见的8位单片机,如STC89C52等。
单片机具有较高的集成度和可编程性,可以很好地满足该控制系统的需求。
该控制系统的主要功能包括电源控制、温度控制、烟雾测量和显示等。
电源控制部分主要负责对机器的电源进行控制,包括开关机和电源稳定等功能。
在开机时,单片机会发送信号给电源控制电路,控制电源的启动;在关机时,单片机会发送信号给电源控制电路,控制电源的关闭。
单片机还负责对电源的稳定性进行监控,当电源工作不稳定时,单片机会发送信号给用户进行提示。
温度控制部分主要负责对艾灸的温度进行控制,保证艾灸的稳定性和安全性。
在启动艾灸时,单片机会发送信号给温度传感器,获取当前的温度值;然后,与预设的温度进行比较,根据温度差值来控制加热元件的工作时长,以达到温度稳定的目的。
单片机还负责对温度进行实时监控,当温度异常时,单片机会发送信号给用户进行警告。
烟雾测量部分主要负责对艾灸产生的烟雾进行测量,并判断烟雾的浓度。
在启动烟雾测量时,单片机会发送信号给烟雾传感器,获取当前的烟雾浓度值;然后,与预设的阈值进行比较,根据浓度差值来判断烟雾是否超过正常范围。
如果超过了阈值,单片机会发送信号给烟雾处理装置,进行相应的处理,如打开排烟装置、触发警报等。
显示部分主要负责对相关参数进行显示。
通过LCD液晶显示屏,单片机可以将当前的温度值、烟雾浓度值以及其他相关信息实时显示出来。
单片机还可以设置一些参数的上下限值,如温度上限、烟雾浓度上限等,当超过这些限定值时,会在显示屏上进行相应的警告提示。
基于单片机的艾灸烟雾处理机控制系统设计包括电源控制、温度控制、烟雾测量和显示等功能。
通过单片机的控制,可以实现艾灸烟雾的生成和处理的自动化控制,提高设备的稳定性和安全性。
《基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的进步,人们对环境舒适度、工业生产以及农业种植等领域中的温度控制需求越来越高。
基于单片机的温度智能控制系统作为一种高效率、低成本的解决方案,得到了广泛的应用。
本文将详细介绍基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 硬件设计本系统以单片机为核心,包括温度传感器、执行器(如加热器、制冷器等)、电源模块、显示模块等部分。
其中,温度传感器用于实时检测环境温度,执行器负责根据单片机的指令进行温度调节,电源模块为系统提供稳定的电源,显示模块用于显示当前环境温度和设定温度。
在硬件设计过程中,我们需要根据实际需求选择合适的单片机型号和传感器类型。
此外,还需要考虑电路的布局和抗干扰能力,以确保系统的稳定性和可靠性。
2. 软件设计软件设计包括系统初始化、数据采集、数据处理、指令输出等部分。
系统初始化包括单片机的时钟设置、I/O口配置等;数据采集通过温度传感器实时获取环境温度;数据处理包括温度数据的滤波、转换和存储等;指令输出则是根据处理后的数据,控制执行器进行温度调节。
在软件设计过程中,我们需要编写相应的程序代码,并采用合适的算法进行数据处理和温度控制。
此外,还需要考虑系统的实时性和稳定性,以确保系统能够快速响应并保持长时间的稳定运行。
三、系统实现1. 硬件制作与组装根据硬件设计图,制作出相应的电路板和元器件,并进行组装。
在制作和组装过程中,需要严格按照工艺要求进行操作,以确保硬件的稳定性和可靠性。
2. 软件编程与调试根据软件设计要求,编写相应的程序代码,并进行调试。
在调试过程中,需要检查程序的逻辑是否正确、数据传输是否稳定等。
同时,还需要对系统进行实际测试,以验证其性能和稳定性。
3. 系统集成与测试将硬件和软件进行集成,并进行系统测试。
在测试过程中,需要检查系统的各项功能是否正常、响应速度是否满足要求等。
同时,还需要对系统进行长时间的运行测试,以验证其稳定性和可靠性。
第17卷第5期 2O10年1O月
工 程设计 学 报
Journal of Engineering Design VoI.17 No.5
oct.2O10
DOI:10.3785/j.issn.1006—754X.2010.05.012
基于单片机的熏蒸温度微分先行控制器
赵爱玲,张海峰,侯君 (安阳工学院实验中心,河南安阳455000)
摘要:针对熏蒸蒸汽温度的非线性、大滞后等特性,设计了一种基于单片机的温度控制系统,将微分先行PID算 法与PWM技术相结合应用于熏蒸蒸汽温度控制系统,缩短了滞后时间,减小了超调量.测试结果表明微分先行 PID控制比常规PID控制效果要好,系统具有较好的控制性能和动态性能,控制系统工作稳定可靠,所采用的电路 和程序具有较好的通用性和可移植性. 关键词:单片机;温度控制;微分先行PID控制;PWM 中图分类号:TP 273 文献标志码:A 文章编号:1006—754X(2010)05 0377-04
Differential preceding PID controller based on single chip microcomputer for fumigation temperature control
ZHAO Ai—ling,ZHANG Hai—feng,HOU J un (Experiment Center,Anyang Institute of Technology,Anyang 455000,China)
Abstract:Since the fumigation bed temperature control has the features of nonlinearity and large hysteresis,a precise temperature control system based on single chip microcomputer was designed to shorten the lag time and reduce overshoot,in which the authors adopted differential preceding PID calculating with Pulse Width Modulation(PWM)technology.The test results indicate that effect of differential preceding PID control iS better than that of other normal PID contro1.This system has good control performance and dynamic performance,the control system is stable and reliable,and the detection circuit and the serial communication program both have good versatili— ty and portability. Key words:single chip microcomputer;temperature control;differential preceding PID control; pulse width modulation
中药熏蒸蒸汽温度控制是决定其医疗保健效果 的关键因素,所以必须对熏蒸过程的蒸汽温度进行 严格控制.传统的手动温度控制方法熏蒸温度震荡 幅度较大、不稳定,要求操作者必须有丰富的工作经 验才能胜任,不仅工作效率低,而且不能根据不同患 者和病情需要实时地修改温度控制参数.为解决以 上问题,确保熏蒸疗法的医疗保健效果,本文设计了 一种基于AT89C52单片机的控制系统,很好地解 决了以上问题.该系统具有精度高、体积小、可靠性 高的特点,应用前景良好. 系统构成 本系统的基本功能为:上位机部分可方便、直 观、实时地监控熏蒸蒸汽温度,附有指示灯指示和报 警功能,可根据患者病情需要实时地设定所需熏蒸 温度和时间;下位机部分通过控制固态继电器通断 占空比控制加热炉加热功率,实现整个温控过程. 控制系统结构图如图1所示,由信号采集、中央 处理、相关信息显示(指示灯、液晶显示)、键盘控制 及被控对象(加热炉及风扇)等部分构成.工作时操
收稿日期:2010—02—03. 基金项目:河南省自然科学基金资助项目(0511014000). 作者简介:赵爱玲(1969一),女,河南安阳人,副教授,硕士,从事电气自动化控制研究,E-mail:ayzhaoal@126.com. 工程设计学报 第17卷 作者通过键盘设定温度值和工作时间,由DSI8B20 数字传感器检测实际温度并直接转换成数字信号, 输入AT89C52单片机中,由处理单元执行微分先 行PID算法结合PWM技术,通过固态继电器分别 控制加热炉及风扇,当温度高于设定温度时,加热停 止,同时启动风扇辅助散热,当温度低于设定温度 时,加热开始,风扇关闭. DS18B20 H数据采集 it・ PWM 羞耋 热及散斟 SSRN ̄I ̄一 图1 系统结构简图 Fig.1 Diagram of system architecture 2系统控制算法 熏蒸蒸汽温度控制系统是一个较复杂的纯滞后 系统.若直接采用基本PID控制,控制效果较差.而 采用改进的PID控制策略微分先行PID控制,可以 获得较为满意的控制效果.微分先行PID控制是将 微分作用提前,即包含了一个先行的微分环节L1 ]. 2.1微分先行PID控制器 微分先行PID控制的特点是只对输出量进行 微分,而对给定值不作微分.在微分先行控制方案 中,微分环节的输出信号包含被控参数及其变化速 度值.将其作为测量值输入比例积分控制器中,可使 系统克服超调的作用加强,从而补偿过程滞后,达到 改善系统控制品质的目的,这样,在温度给定值变化 时,不会使输出产生大幅度变化.而且由于被控量一 般不会突变,即使给定值已发生改变,被控量也是缓 慢变化的,不致引起微分项的突变_3].这里用G ( ) 表示比例积分控制器,T (s)+1表示先行的微分环 节,G(s)表示被控对象传递函数中不含时间滞后的 部分,e 表示被控对象传递函数中的时间滞后部 分,则微分先行PID控制结构图如图2所示. 图2微分先行PID控制结构图 Fig.2 Structure of differential preceding PID control 可以得出系统传递函数为 Y(5) X(s) Gc(s)G(5)e一 1+(Td(5)-4-1)G (5)G(s)e一 。 从上式中可以看出,尽管微分先行PID控制和 常规PID控制都采用了比例、积分、微分环节,但两 者传递函数有明显不同,采用微分先行PID控制可 较好地控制系统的超调量.
2.2对象模型建立及PID参数初始化 在开环状态下,通过多次实验确定对象模型,系 统初始温度选择室温2O℃,根据多次重复实验数据 的变化规律,选每30 S为1个采样时间间隔,得到 较为稳定的实验数据如表1所示. 表1试验数据 Table 1 Test data
根据表1实验数据,作温度阶跃响应曲线如图 3所示.
图3温度阶跃响应曲线 Fig.3 Step—response curve of temperature
O
首先,根据工程上的一般方法确定PID控制器 参数值,其步骤如下: 1)求出被控对象的纯滞后时间r和上升时间常 数T.根据模型参数与特性曲线的关系得到:T一 240 S,r一120 S,系统增益K==:0.5.则温度系统的 参考模型为
G㈤一 S. 厶 U—r上
2)利用求出的r,T和控制度的值,根据自衡对 象的整定计算公式进行计算,得出Ki,Ti,Ta的理论 参考值. 3)用以上方法确定的参数只能作为初步的参考 值,根据PID运算的控制算式
)一k ×[e+丢(’『 d )+Ta dt]J , 通过离散化过程,可得离散的PID算法表达式为
∞ 如 加 m 0 u。\ 延 第5期 赵爱玲,等:基于单片机的熏蒸温度微分先行控制器 “(忌)一忌 {P(志)4- ∑P( )+ L ‘J一0 r 1 .t d Ee(k)一P(k一1)]},
』s J
式中:k为采样序号,k一0,1,2,…,U(志)为第k次采
样时刻的计算机输出值,e(k)为第k次采样时刻输 入的偏差值,e(k一1)为第k一1次采样时刻输入的 偏差值_6]. 对于温度控制系统,一般采样时间取1O~20 S, 这里取10 s作为采样周期.为了获得良好的控制效 果,还需要作闭环调试,根据闭环响应的特征,反复 修改控制参数使系统达到相对较佳的控制效果,当 设定温度为40℃时,控制参数值确定为:K,===4.5, 丁,一66.7,Td=10.
3 软件设计 软件系统由主程序、数据采集、控制算法、控制 输出和输入显示模块组成.主程序主要完成初始化、 数据处理及各子程序的调用,控制算法及控制输出 模块完成微分先行PID运算及PWM技术进而控 制熏蒸加热系统,输入显示模块实现人机对话及指 示灯显示功能.系统软件总体框图如图4所示.
主模块 I I I 数据采集模块 控制算法模块 控制输出模块 输入显示模块 .1_ 上 上 _L
0 采 微 ≤ ≤ 键 液 样 控 分 舞 覆 盘 指 数 制
先 输 显 刁 据 策 行 法 形 入 刀 灯
控 处 略 模 输 模 模 显
制 理 0 块 出 块 块 不
图4系统软件总体框图 Fig.4 Diagram of the overall software
系统软件具体工作流程是:系统上电或复位后, 首先进行系统各部分初始化,包括初始化堆栈指针、 端口设置、PWM周期设定、PID运算及自整定运算 初始化等;然后,对各软、硬件模块进行自诊断;完成 自诊断后开放定时器及外部中断,随即进入循环.一 旦发生中断首先判断由哪个中断源产生:若是定时 中断,则调用相应的模块完成定时服务;若是人机面 板的按键中断,则在识别按键后,进入散转程序,随 之调用相应的键盘处理服务模块.无论是哪一个中 断源产生中断,执行完相应的程序后,均返回主模 块,必要时修改显示内容,并开始下一轮循环. 程序设计中需建立微分先行PID控制的运算 结果与PWM值之间的对应关系:当微分先行PID
输出的运算结果为最大值时,设定PWM占空比为 最大值100 ;当微分先行PID的运算结果为最小 值时,设定PWM占空比为最小值0.系统中PWM 调制周期设定为5 S,这样微分先行PID运算结果 与PWM值之间有以下关系: P一(A—B)×C, 其中:P表示系统PWM的值;A,B分别为微分先 行PID算法运算结果的上、下限值;C为比例系数.