基于C8051F040單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)

　　Ptl00溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于0.5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：

　　式中，A=0.00390802;B=-0.000000580;其阻值表達(dá)式可近似簡(jiǎn)化為：Rpt00=100×(1+At)，當(dāng)溫度變化 1℃，Ptl00阻值近似變化0.39 Ω。

　　2.5 WDK505測(cè)液位模塊

　　采用WDK505壓力變送器測(cè)量液位。該儀器具有防結(jié)露、防雷擊設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。芯片置于全不銹鋼殼體內(nèi)堅(jiān)固密封，可靠性好，精度高。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　此系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)C8051F040芯片的初始化和各種參數(shù)的設(shè)置和通信，并顯示。重點(diǎn)是超調(diào)量控制、溫度控制PID實(shí)現(xiàn)以及上位機(jī)軟件的編寫。

　　3.1 超調(diào)量控制

　　實(shí)驗(yàn)表明，水溫控制系統(tǒng)中，采用一般的控制始終具有較大的超調(diào)，只能靠自然冷卻，這就使得調(diào)節(jié)時(shí)間大大延長(zhǎng)。因此，在水溫控制系統(tǒng)中要縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，就必須做到基本無超調(diào)。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用在程序中加入PID算法以及模糊控制方法進(jìn)行溫度控制。實(shí)踐證明，這種控制方式可以加快系統(tǒng)階躍響應(yīng)，減小超調(diào)量，并且具有較高的溫度控制精度。

　　3.2 上位機(jī)軟件

　　上位機(jī)軟件利用VC++編寫，可以設(shè)置2個(gè)通道的上、下限溫度和液位，以及溫度和液位的實(shí)時(shí)顯示和溫度隨時(shí)間變化曲線。上位機(jī)軟件可以打印溫度曲線，可以全圖打印，也可以局部打印，還可以隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)。其界面如圖3所示。

　　3.3 溫度控制PID實(shí)現(xiàn)

　　PID控制是控制工程中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，經(jīng)過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。PID的工作基理是：由于來自外界的各種擾動(dòng)不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷地進(jìn)行。若擾動(dòng)出現(xiàn)使得現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件就會(huì)將這種變化采集后經(jīng)變送器送至PID控制器的輸入端，并與其給定值進(jìn)行比較得到偏差值，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使之增加或減少，從而使現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值發(fā)生改變，并趨向于給定值，從而達(dá)到控制目的。其實(shí)PID的實(shí)質(zhì)就是對(duì)偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制執(zhí)行部件的過程?？刂品桨溉鐖D4所示。

　　PID控制器的控制規(guī)律可以描述為：

　　本設(shè)計(jì)利用了上面所介紹的位置式PID算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值進(jìn)行相減得偏差，再對(duì)偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算產(chǎn)生輸出結(jié)果，最后控制定時(shí)器的時(shí)間進(jìn)而控制加熱器。

　　4 結(jié)束語

　　溫度遙控遙測(cè)是工業(yè)上使用比較多的一種控制技術(shù)，本文就是針對(duì)溫度遙控遙測(cè)所進(jìn)行的探討與實(shí)踐。設(shè)計(jì)采用PID控制算法大大減少超調(diào)量，提高控制精度。由于傳感器和其它器件本身并非理想線性，程序中對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補(bǔ)償。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)，最終得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度較高。水溫控制準(zhǔn)確，雙向通信良好，上位機(jī)界面完整、優(yōu)美。希望本文提出的方案能對(duì)大家在溫度遙控遙測(cè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面有所幫助和啟示。