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温度控制系统范文1
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、AD590的电源电压范围为4V～30V；
4、输出电阻为710MW；
5、精度高。
AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
ORG 00H
START：ANL P1，#00H；显示00
JB
P3.4 ，$ ；T0=0？有键按下？
CALL DELAY1 ；消除抖动
JNB P3.4 ，$；T0=1？放下？
MOV R0 ，#00；计温指针初值
L1： MOV A ， R0 ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；输出至P1显示
MOV R5 ， #10 ；延时1秒
A1：MOV R6 ， #200
D1：MOV R7 ， #248 ；0.5毫秒
JNB P3.4 ，L2 ；第2次按下T0？
DJNZ R7，$
DJNZ R6，D1
DJNZ R5，A1
INC A
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L1
L2：CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.4 ，L3 ；放开了没？是则
；跳至L3停止
JMP L2
L3: MOV A ，R0
CALL CHANGE
MOV 31H ， A ；下限温度存入31H
JB P3.5 ，$ ；T1=0？有键按下？
CALL DELAY1
；消除抖动
JNB P3.5 ，$ ; ；T1=1？放开？
MOV R0 ，#00 ；计温指针初值
L4：MOV A ，RO ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；显示00
MOV R5 ，#10 ；延时1秒
A2：MOV R6 ，#200
D2：MOV R7 ，#248 ；0.5毫秒
JNB P3.5 ，L5 ；第二次按下T1？DJNZ R7 ，$
DJNZ R6 ，D2
DJNZ R5 ， A2
ADD A ， #01H
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L4
L5:CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.5 ，L6 ；放开了？是则跳至L6
JMP L5
L6：MOV A， RO ；
CALL CHANGE
MOV 30H ，A ；上限温度存入30H
DELAY1：MOV R6 ，#60 ；30毫秒
D3：MOV R7 ， #248
DJNZ R7 ， $
DJNZ R6 ， D3
RET
CHANGE：MOV B ，#5
MUL AB
JNO
D4
SETB C
D4：RRC A
RET
MOV 32H ，#0FFH ；32H旧温度寄存
；器初值
AAA：MOVX @R0 ， A；使BUS为高阻抗
；并令ADC0804开始转换
WAIT：JB P2.0 ，ADC ；检测转换完成否
JMP WAIT
ADC：MOVX A ，@RO ；将转换好的值送入
；累加器
MOV 33H ，A ；将现在温度值存入33H
CLR C
；C=0
SUBB A ，32H
JC TDOWN ；C=0取入值较大，表示
；温度上升，C=1表示下降
TUP：MOV A， 33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，30H ；与上限温度作比较
JC LOOP ；C=1时表示比上限小须
；加热，C=0表示比上限大，停止加热
SETB P2.1
JMP LOOP
TDOWN：MOV A ，33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，31H ；与下限温度作比较
JNC LOOP ；C=1时表示比下限小，须
；加热，C=0表示比下限大
CLR P2.1 ；令P2.1动作
LOOP：MOV 32H ，33H
CLR A
MOV R4 ，#0FFH ；延时
DJNZ R4 ，$
JMP AAA
END
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：
温度控制系统范文2
关键词：真空退火炉；单回路反馈控制；温度控制
引言
管材真空退火炉的温度控制系统，原采用DDC-II型仪表进行温度控制，其控制精度低、可靠性差，已经不能满足设备生产要求，为了使管材真空退火炉能够满足现代工业生产的要求，改造后的系统必须具有先进性和可靠性等特点，针对上面的要求，将原有控制系统改造为单回路反馈控制系统。
单回路反馈控制系统亦称单回路调节系统简称单回路系统，由四个基本环节组成被控对象、控制器、变送器和执行器。从系统的框图（图1）看，只有一个闭环回路。
单回路反馈控制系统组成方框图，如图1所示。
单回路控制系统其结构比较简单、所需自动化控制工具少、投资比较低、操作维护比较方便，能满足管材真空退火炉工业生产过程的控制要求，而且闭环控制系统结构简单，易于实现自动控制。
本次设计采用单回路反馈闭环系统，以可编程温度控制仪表FP21仪表为控制器，充分利用FP21仪表能处理模拟量、数字运算的特点，可控硅移相调压装置作为执行机构，用其输出的可调直流电流来控制饱和电抗器的输出电流，达到控制炉内加热体温度，进而控制管材的退火温度。本次方案设计如图2所示。
在管材真空退火炉炉温单闭环控制系统中，热电偶作为检测元件检测炉温，仪表FF21作为信号转换装置将热电偶输出的微弱的电压信号转换为标准量程的电流或电压，通过A/D转换将它与温度设定值比较，并按某种控制规律（例如PID控制算法）对误差值进行运算，将运算结果经A/D转换后变为电流信号，用来控制可控硅调压装置，通过它控制加热用的电流大小，实现对温度的闭环控制。
单闭环负反馈控制可以使控制的反馈量等于或跟设定值。在管材真空退火炉温控制系统中，管材的温度值低于给定的温度值，反馈量小于给定值，误差为正，则控制器的输出量将增大，使可控制调压装置的电流增大，进入退火炉的电流也随之增大，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于给定值。
加热体回路采用单闭环控制，温控表采集加热体温度作为反馈信号，和设定值进行运算，控制电力调压装置输出电压的变化，改变磁性调压变压器的饱和电抗器上的直流电压就能控制输出电流，达到控制炉体的温度。饱和电抗器的电压范围是0-55V直流电压，电流为0-15A。本次调压器选用PAC16P调压装置，其主要特点：
（1）单相调功/调压一体化。
（2）处理器数字化设计。
（3）锁相环同步电路。
（4）输出电流电压限制。
（5）过电流，缺相保护。
温度控制系统范文3
【关键词】 数字显示 继电器 可调温度控制
1 方案设计思路
本方案设想是采用AT89C2051单片机结合DS18B20温度传感器控制温度的设计，DS18B20是一种新型的可编程温度传感器，能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。
2 方案可行性论证
（1）从技术性角度来看，该系统所用技术均为现代新技术，具有很高技术含量，本系统完成的主要任务如下：1）测定并显示当前环境温度值。2）设定一个上限温度值并保存在DS18B20。3）当环境温度高于设定温度，继电器被驱动吸合，外电路中的降温风扇开始工作并发出警报。4）当环境温度低于设定温度后，继电器自动断开，风扇停止工作，警报解除。
（2）本系统的主要技术指标如下：1）温度显示范围：-55― +125摄氏度。2）压缩机输出节点容量：10A/240V AC。3）LED灯闪烁报警。
（3）从系统的性能来看，所采用的DS18B20是一种新型的可编程温度传感器，能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。
综上所述，该系统具有良好的开发价值，具有广阔的应用前景。
3 方案设计
3.1 系统的总体设计
单片机的温度控制系统需要完成温度的采集，显示当前温度值，并通过按键设定上限温度，实现当温度超过设定的温度值时，继电器导通，使连接继电器的风扇转动，使温度下降，同时发光二极管发光。系统包括单片机最小系统电路和按键电路、LED显示电路、温度检测部分、发光二极管和控制输出等主要部分，系统地总体设计如下图所示：
图1 系统整体设计框图
3.2 系统的主要硬件设备
3.2.1 微处理器AT89C2051
AT89C2051是低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
图2 AT89C2051引脚结构
3.2.2 温度传感器DS18B20
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire。只要求一个端口即可实现通信，在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号，实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测量温度范围在-55。C到+125。C之间，数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择，内部有温度上、下限告警设置。图3为DS18B20的引脚图。
DS18B20的设计原理：
DS18B20使用外接电源的供电方式，数据端用4.7K的电阻上拉接+VDD，再接到AT89c2051的P3.7脚上。晶振选用11.0592M 的，使用简单的上电复位电路。选用共阳极的数码管，用S8550作位驱动，段引脚通过470欧的限流电阻接入AT89C2051的P1口上，电路中有三个按键，分别是显示开关/温度设定，温度上调，温度下调，使用AT89C2051的第P3.5脚做控制输出端，低电平有效，通过9012 三极管放大去驱动一个5V的继电器。设定一个温度值如15度，当温度超出15度时，控制端为低电平，继电器闭合，风扇启动进行散热，当温度下降到设定温度时，继电器断开，散热风扇停止工作。
3.3 主要的电路设计
基于单片机的温度控制主要有以下几部分：温度数据采集，按键设计、温度显示、继电器4个部分，下面分别加以介绍，硬件模块如图4所示。
3.3.1 温度采集部分
温度传感器有很多种，这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器DS18B20，其特点：独特的单线接口方式，DS18B20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；测温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源：3～5V/DC。
温度检测数据采集电路如图5所示，由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度，提供给AT89C2051的I/O口作为数据输入。
3.3.2 LED数码管显示电路
显示器分为数码管和液晶显示，本系统所采用是的数码管显示，其外形和引脚如图6所示：
LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳机极数码管；相反的，就叫共阴的（如图7所示）那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
基于单片机的热水控制器采用7段数LED码管显示，这里采用3个数码管显示温度。
6位共阳极数码管采用扫描形式工作，其8个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的PO口，AT89C2051单片机的P0口的每一个I/O都能能吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流，算下来能驱动约10mA。能驱动数码管的8个数据阴极。
6位共阳极数码的6个阳极采用6个PNP三极管9012驱动。用单片机P2.0-P2.5 6个I/O口控制。电路图如图8所示。
3.3.3 单片机及按键电路设计
图9为单片机及键盘电路的电路图，单片机AT89C2051的时钟引脚外接12M晶振，作为单片机工作的时钟，EA端接高电平，表示使用片内程序存储器。RST引脚接了上电复位电路，当系统上电时，上电复位电路会产生一个高电平脉冲信号，使系统复位。（如图9）
键盘是标准的输入设备。本方案使用软件实现键盘的扫描。实现起来具有较强的灵活性，也只需要很少的CPU开销，可以节省开发成本。
理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通，当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。
一次完整的按键过程，包含以下几个阶段：如图10所示。（1）等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶段；（2）闭合抖动阶段：此时键刚刚按下，但信号处于抖动状态，系统在检测时应消抖延时，约5ms到20ms；（3）有效闭合阶段：此时抖动己经结束，一个有效按键动作己经产生，系统应该在此时执行按键功能，或将按键编码记录下来，待键弹起时再执行其功能；（4）释放抖动阶段：许多时候编程人员并不在此时消抖延时，但最好也执行一次消抖延时，以防止误操作；（5）有效释放阶段：若设计要求在按键抬起时才执行功能，则应当在此时进行按键功能的处理。
软件上对闭合阶段的抖动一般采取延时再次确认按键是否按下的方式消除抖动。
如上图所示，完成系统的最高温度和最低温度的高低调整的四个按键分别加上拉电阻接到单片机的P1.1-P1.4口上，供单片机查询，当没有按键按下时，单片机I/O口输入高电平，当有按键按下时，对应的单片机端口变为低电平，单片机通过检测这种电平的变化确定按键的状态。
3.3.4 继电器电路
继电器具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。如图11所示。
3.4 软件系统设计
（1）系统程序流程图如图12所示：
（2）独立按键程序流程图如图13所示。
4 系统的测试分析
经测试，此设计中应实现的当前温度显示，温度设定（包括设定温度上调、下调），继电器输出，设定温度保存，系统关闭等功能均实现。温度可以正常显示且精确度相当高。
当然，在系统设计和调试中也出现了好多问题，现在都得以解决。例如：（1）开始时无法显示当前温度，但其它功能均能正常实现。经过分析，发现最初温度传感器DS18B20正负极接反烧毁，更换后可以正常显示。（2）温度显示不稳定，跳动不止，而且同时继电器输出口高低电平也不稳定，也随之跳动。后来在传感器I/O口输入单片机前加上1.6K左右电阻问题得以解决。
参考文献：
[1]冯文旭.单片机原理及应.机械工业出版社，2008-08.
[2]戴佳.51单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社，2005-01.
[3]谢宜仁.单片机实用技术问答[M].人民邮电出版社，2003 - 02.
[4]刘修文.实用电子电路设计制作300例[M].中国电力出版社，2005-01.
温度控制系统范文4
【关键字】电阻炉；温度控制；设计；
随着社会经济和科学的迅速发展，越来越多的技术工艺都用于制造加工当中，其中热处理工艺越来越多的被用于加工过程，在热处理工艺中应用最多的就是电阻炉，但现阶段我国电阻炉温度控制设备的状况是很少一部分比较先进的设备和绝大多数比较落后设备并存。其中仪表控制占据主导地位，其控制精度不高，且在一定程度上依赖人工调试，PID调节是目前技术最成熟的、应用最广泛的一种控制方法，但仍不能满足复杂的工作状况，给质量和工作效益带来了很大的负面影响。因此对电阻炉温度控制系统的改进尤为重要。
目前有很多关于电阻炉温度控制系统改进的设计，本文介绍一种新型的控制方法，通过它来说明炉温控制的改进，这种方法结合上下机位，设计出来的对温度实时监控的系统，即集散式热处理电阻炉温度控制系统。其核心是使用一台计算机监控多台热处理炉，实现集散型的炉温控制效果。
1 系统工作原理
这种控制方法是由一台上位机工作站、打印机、Rs 485接口、以及多台下位机（从机）组成。为了实现分散性控制、集中式管理即集散式控制的目标，系统将Pc机与多台单片机（从机）共同组成集散式智能温度控制系统。
操作人员可在Pc上位机上进行操作，通过Pc机的图形显示屏，进行对整个系统及下位机的监控，上位机对下位机发出控制命令，同时下位机想上位机报各数据，上位机对数据再做出适当的处理，通过这种沟通模式，实现了分散控制和集中管理的最佳效果。
下位机主要包括主CPU部分、输入通道、输出通道、键盘和显示部分。他们主要的工作是完成对温度的检测、显示、计算、输送以及与上位机之间的联系，且每一个下位机在自身的工作模式下，能够通过使用面板上面的键盘进行工艺参数的设置，工艺曲线的完善等操作，而在远程工作模式下，下位机无论是设置工艺参数还是操作工艺运行的状态和情况都完全受控于PC上位机，在控温的整个过程中，系统将会在显示屏上以图形的形式表示工艺曲线，且描绘当前的实际温度和运行状况，人机处于十分有好的合作状态。
上位机利用串行接口与各个下位机之间相互通信，进行各种参数和命令的发送与接收，在下位机运行过程中，上位机收到下位机发送的工艺参数，同时对工艺数据进行记录与保存，显示工艺曲线和反映下位机的工作状况，这样提供了分析控温工艺的有效手段，同时上位机通过发送和读写命令对下位机实现远程监控。
2 温度控制原理
系统中每台下位机都是独立的温度控制系统，这种温度控制系统的原理框架图如下图所示。
此控制系统为一封闭环。系统的输出量y经采样放大电路、模数转换电路转变为数字量Y，与设定温度R进行比较，得到温差e=R—Y。把e送入控制器，运用控制算法，求出控制量u，输出通道将控制量转换为开关量，控制继电器的动作，从而控制加热阀开关时间的长短，使温度达到设定的数值。
3 系统技术指标
整个控制系统最终达到的技术指标是在系统中的各个环节共同作用下完成的。每一个环节都是不容忽视的，在一般的情况下，技术指标达到某个限度后，即使要提高一点点都是非常不容易的，为此可能要付出多达几倍的时间和经费。经分析温度控制系统的实际应用，得到该系统精确的技术指标如下：
从机数量：小于20 测温范围：0-1100摄氏度
测温误差：上下浮动不超过0.4摄氏度控温误差：上下浮动不超过3摄氏度
通讯距离：小于1500米
4 系统下位机硬件设计
系统中的各下位机需要完成温度的收集、数据的处理、保存及显示、控制输出、与上位机互相通信等功能。其硬件电路主要设计了主CPU模块、输入通道、输出通道、键盘、显示和串行通信等几个模块。
下位机以89C52单片机为工作核心。一方面，单片机把实时温度测定值与原本设定的期望温度值进行比较分析，得出偏差信号，然后根据设定及时切断或连通加热设备，从而使温度准确的控制在设定值上。避免发生不必要的差错。另一方面单片机把测定得到的相关数据送去液晶显示接口显示，并判断是否有报警提醒的需要。与此同时单片机又把测定得到的有关数据，通过通信接口传输给上位机，上位机则会进行显示、分析和处理。
5 下位机软件设计
下位机软件功能：（1）定时采集电阻炉内部的温度值；（2）可通过串行接口给上位机发送运行参数；（3）接收上位机发送的PID参数，计算控制输出，精确控制电阻炉内温度：（4）显示器显示实测及理论温度；（5）本地工作模式下，由下位机完成工艺参数的设置；（6）远程工作模式下，按接收到的上位机命令进行工作。
工作模块是下位机的核心部分，其中控制算法部分应用了纯滞后补偿的增量式PID实现温度控制，PID的三个参数都是由上位机在线整定，下位机在控制和检测温度的同时向上位机实时发送工艺数据，以保证上位机能够实时记录和分析。在远程工作模式下，软件采用查询的方式访问串行接口，按照上位机发送的各种有效的命令来运行操作。由于系统采用集散式控制，由上位机分别联络各下位机，因而各下位机每接收到上位机发送来的命令都要首先判断出是否是发给自己的命令，如果是则可以作出相应的处理，若不是则将信息清除，不予理会。远程工作模式下下位机的本地键盘起不到任何作用，各工艺数据的设置与修改由上位机发送，保存并由上位机发送控制命令。
6 上位机软件设计
上位机的主要功能是对下位机进行监控，以及在监控过程中通过接受下位机发来的数据对工艺运行过程进行分析处理，确保下位机的正常运行。从而保证自己数据来源和命令的下达，主要功能如下：（1）接收下位机传输来的运行数据：（2）实时整定PID参数；（3）监控所有下位机的工作状态；（4）需要的时候给下位机发送控制命令；（5）及时保存下位机的各项数据。
温度控制系统范文5
关键词：模糊控制 PID控制 参数自整定
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0007-02
在汽车生产过程中车身漆面的质量影响着整车外观与车身质量，而车身漆面的质量不仅只取决于油漆喷涂质量，面漆烘干过程也是影响车身面漆质量的主要因素，面漆烘干在整车生产过程中是能耗大户，所以具备一套控制性能优良的面漆烘干系统不仅能够提升车身漆面的质量更能为企业节能减排，降低整车生产成本，提高企业效益。
经过几代科研技术人员的研究与多年的生产实践应用，PID控制方法越来越走向成熟，并形成许多典型结构，由于其控制效果明显，结构灵活多变，因此被广泛的应用于各种控制系统中。但是当PID控制方法被用于具有非线性、滞后性、时变不确定温度控制系统中时却很难完成一个较为理想的控制效果。
为了得到最优控制，本文采用基于模糊控制的PID参数整定的方法将传统的PID控制进行优化，以期得到最优控制。
1 组建模糊PID控制器
将模糊控制与PID控制相融合组建模糊PID控制器，运用模糊控制方法来确定合理的PID控制参数。如（图1），其过程是，依照模糊数学的基本理论把控制规则和条件用模糊集合的形式来表示。并存入微机中，微机根据控制系统的实际情况，通过模糊运算实时推理，得出合理的kp，ki，kd控制参数，送给PID控制器，即可实现对PID参数的优化调整，得到最优控制。
2 确定输入输出变量隶属度函数
在车身面漆烘干温度控制过程中，根据PID控制原理与被控对象面漆烘干室温度偏差e和偏差变化率ec的特点将三个控制参数kp、ki、kd离散为7个模糊子集，如（图2）其变量定义为{正高（PH）、正中（PM）、正低（PL）、零（ZE）、负低（NL）、负中（NM）、负高（NH）}，模糊论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，隶属度函数均为三角形、均匀分布和全交叠隶属度函数。
3 建立模糊控制规则
根据烘干室不同的室温偏差和偏差变化率对PID控制系统的要求和参数调整的经验。推演总结得出kp，ki，kd的模糊控制规则。 （表1）给出输出变量Δkp的模糊控制规则表（Δki、Δkd同理）。
4 建立模糊控制表
模糊控制表是将输入温度偏差e和偏差变化率ec的各种组合进行推理计算出不同控制情况下的输出值，并最终生成一张模糊控制表。如（表2），输出变量Δkp（Δki、Δkd同理）的模糊控制表。这些模糊控制表是根据模糊控制规则由计算机离线推算得出的，并存入工控机中，在系统实际控制过程中，根据实际采样的数据，经过模糊运算后查询控制表，并分别得出kp、ki、kd三个控制参数的离散量，然后通过加权平均法进行精确化处理，并乘以相应的比例因子，从而最终得出该周期PID控制的三个参数[3]。
5 仿真效果及分析
为了证实引入模糊控制器能改善传统PID控制的烘干室温控系统。本文选择具有纯滞后环节的一阶惯性环节作为烘干室温度控制系统的数学模型，并进行matlab仿真[4]。系统传递函数表达式为：
将该系统PID控制器、模糊控制器、参数自整定模糊PID控制器仿真结果如（图2）所示。从仿真波形可以看到：引入模糊PID控制器以后，使PID控制的 超调量明显减小，并使被控对象更快的进入稳态，系统的稳态精度和动态性能都得到了大幅度的改善。
6 结语
采用传统PID控制算法的汽车面漆烘干室温度控制系统，具有控制精度差、受控温度超调量大、系统滞后严重的缺点，使漆面质量的进一步提升陷入瓶颈。用模糊PID控制对面漆烘干室温度进行控制，经过仿真与实践应用结果表明，新的控制系统能够满足生产工艺对面漆烘干室温度控制范围的要求，系统最大超调量
参考文献
[1]马占有.烘干炉温度集散型智能控制系统设计[J].煤炭技术，2010年11期.
[2]党建武，赵庶旭，王阳萍.模糊控制技术[M].北京：中国铁道出版社，2007.
温度控制系统范文6
【关键词】单片机AT89S51；温度控制；数字PID控制
温度控制技术不仅在工业生产有着非常重要的作用，而且在日常生活中也起着至关重要的作用。本文对系统进行硬件和软件的设计，在建立温度控制系统数学模型的基础之上，通过对PID控制的分析设计了系统控制器，完成了系统的软、硬件调试工作。算法简单、可靠性高、鲁棒性好，而且PID控制器参数直接影响控制效果[1]。
1.系统概述
1.1 系统总体结构
该系统利用AT89S51丰富的外设模块搭建硬件平台。系统的硬件电路包括：模拟部分和数字部分，基本电路由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块及控制执行模块等组成[2]。
1.2 系统工作流程
系统开始工作时，首先由单片机控制软件发出温度读取指令，通过数字温度传感器采集被控对象的当前温度值并送显示屏实时显示。然后，将该温度测量值与设定值T比较，其差值送PID控制器。PID控制器处理后输出一定数值的控制量，经D/A转换为模拟电压量，控制被控对象进行加热。
1.3 系统软件设计方法
整个系统软件设计包括管理程序和控制程序两部分，管理程序包括LED显示的动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应。控制程序包括A/D转换、中值滤波、越限报警处理、PID计算等[4]。
2.系统硬件结构
2.1 电源电路的设计
系统所用直流电源由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源提供。设计中选用了LM7805 LM7815和LM7915三个三端集成稳压器，提供+5V直流电压，输出电流均为1A。变压器将220V的市电降压后再通过整流桥整流之后采用了大容量的电解电容进行滤波，以减小输出电压纹波。电源电路图如图1所示。
2.2 复位电路设计
单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。只有一个可靠的复位电路才能使系统避免出现了“死机”、“程序走飞”等现象。电路图如图2所示。
图1 电源电路图
图2 复位电路图
图3 时钟电路图
2.3 时钟电路设计
本控制器采用的是内部振荡方式得到单片机的时钟信号，这种方式得到的时钟信号比较稳定。图3为时钟电路。
2.4 可控硅输出电路
可控硅是一种功率半导体器件，简称SCR，也称晶闸管。本部分为控制电加热炉功率的双向可控硅驱动电路，采用MOC3041作为驱动电路。如图4所示。
图4 可控硅输出电路
图5 声光报警电路图
2.5 声光报警电路模块
某一通道的温度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时，系统发出声光报警以提醒用户注意。如图5所示。
3.系统软件设计
3.1 系统主程序设计
在反应器系统中，主程序的功能主要是设定程序执行过程中用到的相关变量，分配寄存器，对所需要的参数初始化，根据定时中断程序，调用相应的功能模块，完成一定的任务。
3.2 系统子程序设计
3.2.1 显示子程序
LED显示方式包括有静态和动态显示两种，动态扫描显示电路是将显示各位的所有相同字段线连在一起，由一个8位I/O口控制，而每一位的公共端（共阳或共阴COM）由另一个I/O口控制。由于这种连接方式将每位相同字段的字段线连在一起，当输出字段码时，每一位将显示相同的内容。因此，要想显示不同的内容，必须采取轮流显示的方式。
3.2.2 定时子程序
定时程序主要是用于完成查表的占空比控制。总体思想是根据控制表中占空比控制变量U的不同取值，采用不同的定时来改变继电器的通断，根据继电器的特性，要求不能频繁通断，所以通断要有一定长的时间，但又要考虑到控制能够及时的根据新的采集值和设定值的变化来做出相应的动作。
4.控制方案
4.1 PID控制
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
4.2 PID参数整定
由于PID控制器的输出为系统偏差的比例、微分和积分作用后的线性组合，所以调整各个部分的线性系数就是PID控制器控制性能好坏的关键。必须针对具体被控对象对PID控制器参数进行整定，采取扩充临界比例度法：
（a）选择合适的采样周期T。所谓合适是指周期足够小，一般应选它对象的纯滞后时间的1/IO以下；
（b）仅让控制器作纯比例控制，由小到大逐渐增大比例系数Kp，直至使系统出现临界振荡，记下此时的临界振荡周期Ts和临界振荡增益Ks；
（c）选择合适的控制度。所谓控制度，就是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比；
（d）根据控制度查表。
4.3 Matlab仿真
通过对上述的整定方法的综合运用，整定后得到PID控制器的参数为：Kp=1.75，Ki=0.0125，Kd=3，在MATLAB/Simulink环境下建立温度控制系统的仿真模型，如图6示。仿真后得到系统的阶跃响应曲线如图7所示。
图6 仿真模型
图7 阶跃响应函数
从图7可以看到系统的阶跃响应的动态性能还是比较理想的，超调很小（响应峰值为1.017，超调量Q%=1.7%）。从图8可以看到，系统的响应误差是也是比较小的（稳态误差为0.005），在系统要求的精度范围之内。
图8 响应误差
5.总结
系统采用模块化设计，扩展性强。模块化设计，使控制器具有一定的通用性，而且运行安全可靠。成本低，操作简单，体积小，安装方便，反应灵敏，控制精度高。
参考文献
[1]郑磊.基于DSP的PID温度控制系统[J].舰船电子工程，2007（2）：188-190.
[2]刘曙光，俊民竺，志超.模糊控制技术[M].中国纺织出版社，2001
[3]程武山.智能控制理论与应用[M].上海交通大学出版社，2006.
