温度控制十篇

温度控制篇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。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；显示00

JBP3.4，$；T0=0？有键按下？

CALLDELAY1；消除抖动

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；计温指针初值

L1：MOVA，R0；计温指针载入ACC

MOVP1，A；输出至P1显示

MOVR5，#10；延时1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖动

JBP3.4，L3；放开了没？是则

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限温度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有键按下？

CALLDELAY1；消除抖动

JNBP3.5，$;；T1=1？放开？

MOVR0，#00；计温指针初值

L4：MOVA，RO；计温指针载入ACC

MOVP1，A；显示00

MOVR5，#10；延时1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖动

JBP3.5，L6；放开了？是则跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限温度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#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：JBP2.0，ADC；检测转换完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；将转换好的值送入

；累加器

MOV33H，A；将现在温度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值较大，表示

；温度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；与上限温度作比较

JCLOOP；C=1时表示比上限小须

；加热，C=0表示比上限大，停止加热

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；与下限温度作比较

JNCLOOP；C=1时表示比下限小，须

；加热，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1动作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延时

DJNZR4，$

JMPAAA

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：

温度控制篇2

关键字：电烘箱；温度控制；单片机

1 引言

温度是一个基本的物理常量，是工业对象的主要被控参数之一。在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用这种加热炉、烘箱、恒温箱等，他们均需要对温度进行相应的控制。利用所学知识，应用电路仿真的软件设计一个电烘箱的温度测试及控制器，经过软件编程及硬件调试，使其具有温度测量及控制的作用，达到准确而迅速按所定要求进行温度控制的目的。

2 系统设计框架

设计以AT89S51单片机为核心研制的一种电烘箱温度控制器。采用数字式温度传感器DS18B20对温度进行监测，由继电器对加热丝电流进行通断控制，使电烘箱温度控制在恒定值。

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制系统

电烘箱温度控制器以单片机为控制中心，AT89S51单片机作为本设计的核心控制器件，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

3.2 温度传感器测量电路

在本设计中，采用美国Dallas半导体公司继DS1820之后推出的一种改进智能温度传感器DS18B20作为温度检测元件，测温范围为-55～125℃，最大分辨率可达0.0625℃。

3.3 显示模块电路

液晶显示模块不仅显示直观方便，而且与单片机连线方便，无需驱动电路，占用口线也相对与LED数码管减少许多，其连接电路如图3所示。

3.4 继电器驱动电路

继电器用于控制加热丝电流的通断具有价格低廉，控制灵活方便，驱动简单的优点。本设计中继电器的驱动电路如图4所示。三极管基极为高电平时三极管导通，继电器线圈通过电流，触电从4脚切换到5脚，使加热丝通以电流，并可使LED阴极为低电平，LED点亮，作为电热丝加热状态指示。

3.5 键盘电路

本次设计即采用多功能键的设计方法，节省了按钮数量，简化硬件线路，缩小了系统规模，只是编程变得更复杂些。本次设计键盘电路如图5所示。

由于采用复合式键盘设计的方法，一个按钮具有多个功能，如BUT4及BUT5即可对设定温度值进行加数或减数，又可对设定保温时间进行加数或减数操作。这样就减少了按钮数量，缩小了系统规模，操作也更灵活简单。

4 系统软件设计

4.1 液晶模块LCD1602驱动程序设计

由于MPU 可以直接访问模块内部的IR 和DR，作为缓冲区域，IR 和DR 在模块进行内部操作之前，可以暂存来自MPU 的控制信息。这样就给用户在MPU 和控制设备的选择上，增加了余地。模块的内部操作由来自MPU的RS、R/W、E 以及数据信号DB决定，这些信号的组合形成了模块的指令。

4.2 温度传感器DS18B20驱动程序设计

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60us左右，后发出60～240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

4.3 键盘驱动程序设计

键盘的工作过程可以分两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪个键按下，其程序流程图如图8所示。

4.4 总体控制程序设计

主程序main函数在烘箱温度控制系统中起着主要的控制作用。在进入main函数后，首先对寄存器进行初始化，然后进入while循环，循环执行某些程序并等待中断。

5 结论

本设计控制温度范围为-55℃～125℃，控制精度为1℃。通过按钮可设定电烘箱保温温度，保温时间（从00：00到99：59可任意设定）。在保温时间内，温度超过设定温度的一定范围（可选择±1℃、±2℃、±3℃、±4℃）则继电器工作，加热丝电路接通或断开，即加热或停止加热。保温时间到则断开继电器，停止加热。

经过电路设计、程序调试及Proteus仿真运行，此电路工作较为稳定，控制方便及时，精度较高，满足对电烘箱温度控制的要求。

参考文献

[1]刘文涛.单片机应用开发实例.北京：清华大学出社，2005，9

[2]彭为.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，1998.133-142

[3]赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，2004，58-69

温度控制篇3

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

温度控制篇4

关键词：DCS；卷取温度；动态修正

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01

Design Applications of Process Control for Layer Cold Temperature

Wang Yan

(Laiwu Steel Group Automation,Laiwu 271104,China)

Abstract:This paper presents the structure of coiling temperature control system,proposed amendments to the pre-set dynamic model of the head from the learning correction model parameters,length of monitoring to improve the control quality control methods and the corresponding control algorithms,proved that the control system stable operation and high control precision,improved shape quality.

Keywords:DCS;Coiling temperature;Dynamic correction

一、概述

卷曲温度控制，本质上是热轧带钢生产终的轧后控制冷却，而轧后控制冷却影响产品质量的主要因素是：冷却开始和终了的温度（冷却开始温度基本上就是终轧温度）、冷却速度及冷却的均匀程度。卷曲温度控制的目的，就是通过层流冷却喷水段长度的动态调节，将不同情况的带钢从比较高的终轧温度迅速冷却到所要求的卷曲温度，使带钢获得良好的组织性能和力学性能。

二、控制系统的网络结构

采用在工业过程控制领域内具有强大生命力的DCS控制系统，系统由操作员/工程师站、数据库、可编程控制器、通讯网络、现场设备组成。如图1所示。

图1 控制系统网络结构

三、控制系统的实现

（一）数学模型。数学模型是整个控制系统的核心部分，带钢全长卷取温度以及冷却速率控制的精度在很大程度上依赖于过程的数学模型的精度。

1.模型的构成。卷取温度控制的特点是在一个很大的空间范围内对处于变速运动中的带钢延长度方向逐点实施控制。为了取得满意的控制效果，采用动态修正预设定模型、头部自学习修正模型参数、全长监控改善控制质量的设计思想。

（1）预设定模型。为了消除整个控冷系统动作滞后的影响，在F2咬钢时，根据层流冷却控制所需的边界条件（终轧温度、厚度、速度、卷取温度）的设定值信息，运用预设定模型，对各控制量进行预计算【1】。具体模型如下：

冷却水段数N的方程为：

N={Pi+Plern+Ri （Vs-Vst）+[1（Tfs - Tfst）-（ Ts -Ttr- Tst）] } 2

式中：Vs―带钢设定速度；Vst―带钢（基准速度）；Tfs―设定终轧温度；Tfst ―标准终轧温度；Ts― 卷取目标温度；Tst― 卷取标准温度；Hs― 带钢设定厚度；Ttr― 由粗调段转移到精调段控制的温度；Pi= Aih+Bi 为标准条件下预设段数，它与带钢厚度有关；Plern―长期自学习值，与厚度有关；Ri = Cih+Di 带钢速度影响系数，也与带钢厚度有关；1 = 0.8 带钢在精轧出口侧温度变化对卷取温度变化的影响系数；Q ―每段冷却水所能带走的热量；2―由 冷却水温tW，标准水温tWS，轧件含碳量Si所决定的影响系数，即：2＝（1＋KiSi）〔1+KW（tW-tWS）〕。

（2）动态补偿模型。由于板带进入层流冷却区时的实际温度、厚度、速度是实时变化的，为了消除这种板带自身边界条件与其设定值的偏差对卷取温度的影响，在带钢出末机架获得实测边界条件后，每隔一定时间（带钢走过两个集管之间间距所需的时间），对预设定模型进行一次修正【2】，相当于沿带钢长度方向分段控制。

NFFT=［1 （Tfa - Tfs）＋Ri （Va-Vs）］ 2

式中：Tfa―带钢实测终轧温度；Va―带钢实测终轧速度；Ha―带钢实测终轧厚度；

（3）反馈控制模型。为了把带钢全长的温度都控制在要求的精度范围内，当带钢到达卷取测温仪，获得实测卷温后，根据其与设定值的偏差，反馈回一个控制信号，相应地调节卷取机侧冷却集管的开闭状态【3】。

NFB=（Ttr+TsCTsa ） 2

式中：Tsa―卷取温度平均值；Ts―卷取目标温度。

（4）自学习模型。为了使系统能够根据自身的经历而不断优化，即使系统具有智能性，采取对带钢头部进行自学习的方法。即每轧一卷带钢时，先从自学习库中调出对应于此卷钢厚度的长期自学习值，作为预设定的一部分，在带钢头部到达卷取测温仪，并且反馈控制没有投入前，根据获得的实测数据，产生新的对应于此厚度带钢的短期自学习值，并进行可信性分析，之后再将其应运于此卷钢的轧制．在轧制结束后，把轧制此卷钢时所用的长期自学习值及经过可信度分析后的短期自学习值加和，在考虑遗传效应的基础上，来修正对应此厚度的带钢的长期自学习值。

（二）人工智能控制算法。考虑到卷取温度控制系统的大滞后性，为了削弱反馈控制作用太强引起的卷取温度的振荡，反馈控制采用仿人智能PI控制算法，即采用大偏差时，为了防止积分饱和，采用纯P调节，且比例系数取得相对较大，使其迅速趋进目标值；小偏差时，为了实现无差控制，采用PI调节，且比例系数取得相对较小。

四、结束语

本系统投入运行之后，经过一段时间的参数调整及自学习修正，对各种规格的带钢的卷取温度进行统计分析，结果显示温度控制精度都在98%，满足现场生产需求。

参考文献：

[1]蔡晓辉,龚彩军等.冷流冷却系统中动态修正设定计算:钢铁,January 2004,Vot.39,No.1

[2]彭良贵,于明,王昭东.刘相华.热轧带钢层流冷却数学模型评述.Steel rolling,Dec 2003,Vot.20,No.6

温度控制篇5

关键词：智能；炉膛；控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.150

1 概述

煤炭以便宜丰富的有点占据着能源市场大部分比例，在各大火力发电厂中各种大型锅炉都趋于智能化的同时，小型炉膛的发展仍然是手动方式，需要人力实时监测远远达不到高效率利用，费时费力的同时也浪费的很多煤炭，对于这种现象，本文设计了一款可以自动送风系统炉膛，在设定好理想温度情况下对炉膛自动送风，在增加燃料充分燃烧的同时也减少风机对电能的消耗，并智能提醒人工加煤。系统设计主要是β膛的辅助设备（风机）进行升级，在辅助设备（风机）上加入智能芯片使风机给炉膛智能的送风可以很简单的给炉膛升级。系统采用AT89C51单片机，SMC1602A LCD液晶屏，DS18B20温度传感器，步进电机。首先系统通过按键加减解决要设定理想温度值，在LCD屏上显示理想温度，以便观察。然后是通过传感器测量炉膛内温度，通过程序转换显示在LCD屏上。在单片机内比较实际测量温度，当设定温度减实际测量温度的值大于50度时，风机采用四级风速（最大风速）；当设定温度减实际测量温度的值大于30度小于50度时，风机采用三级风速；当设定温度减实际测量温度的值大于10度小于30度时，风机采用二级风速；当设定温度减实际测量温度的值小于10度时，风机采用一级风速（最小风速）。

2 系统硬件设计

本系统主要由AT89C51单片机、SMC1602A LCD液晶屏、步进电机、蜂鸣器、按钮等元器件组成，它们的连接方式如图1所示：

2.1 AT89C51系统模块

系统主控模块主要有12MHz的晶振、两个30pF的瓷片电容、一个100Ω的电阻、一个1μF的电容、一个按键。

2.2 系统温度传感器模块

采用达拉斯公司的DS18B20智能型数字温度传感器，对比热敏电阻，只需一条线就能直接读出被测温度，并根据实际需求规划的读数可以达到9-12位数字的比较值。DS18B20主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度寄存器的部分组成。

2.3 SMC1602A LCD液晶屏显示模块

SMC1602A可以显示两行字符，每行16个字符，显示容量为16w2个字符。带有背光源，采用时分割驱动的形式，并行接口，可与单片机I/O口直接相连。在这里LCD液晶显示模块主要显示设定温度和测量温度。

2.4 按键模块

按键模块主要由两个按钮组成分别是S1、S2其连接方式如图1所示。

2.5 步进电机模块

步进电机模块主要由上拉排阻RESPACK―7、反相器74LS04、步进电机驱动芯片ULN2003A和步进电机MOTOR-STEPPER元件组成。

2.6 提醒模块

提醒模块主要是由一个蜂鸣器、15r的电阻、1k的电阻、5.5k的电阻和一个三级管组成。

3 系统软件设计

3.1 系统流程图

3.2 系统子功能设计

（1）SMC1602A LCD液晶屏显示程序功能设计。此部分功能设计主要包括延时1ms程序，写指令程序，写数据程序，显示程序，初始化显示程序。（2）DS18B20温度传感器程序功能的设计。此部分功能设计主要包括延时程序，ds18b20复位程序，读数据程序，写数据程序，读取温度值并转换程序，温度显示程序。（3）按键计数程序功能的设计。此部分功能设计主要包括按键计数程序，计数显示程序。（4）报警程序功能的设计。此部分功能设计主要包括报警条件程序，蜂鸣器发声程序

3.3 电机驱动程序功能的设计

此部分功能设计主要包括电机延时程序，电机初始化程序，电机风速确定程序。

通过系统的智能设计极大地改善了电能损耗，节约了人力成本，使炉膛燃烧充分。

参考文献：

[1]王桂斌，刘浩.锅炉控制系统的设计[J].煤炭现代化，2005（05）.

[2]阿雷尼，韦伯斯特著.张伦译.传感器和信号调节[M]北京清华大学出版社，2003.

温度控制篇6

关键词: 温室；自动控制；自动检测

1引言

当前农业温室大棚大多是中、小规模,要在大棚内引入自动化控制系统,改变全部人工管理的方式，就要考虑系统的成本，因此，针对这种状况，结合郊区农户的需要，设计了一套低成本的温湿度自动控制系统。该系统采用传感器技术和单片机相结合，由上位机和下位机（都用单片机实现)构成，采用485接口进行通讯，实现温室大棚自动化控制。

2系统硬件结构

2.1系统组成整个系统采用模块化设计，硬件结构由传感器和单片机、控制装置组成，传感器将物理参量转换为电压并完成信号的调理，再送入模数转换器ADC0809，由下位单片机AT89S51读取，单片机将数据通过485总线送给上位机，上位机设有显示功能，根据预先设置的参数决定要采取的措施，并将信息传给下位机，由下位机控制通风和喷灌装置，也可以通过键盘强制控制。

2.2测量功能及实现由于待测参量的信号调理电路稍繁，在此只作简要说明。

2.2.1空气温度测量。温度传感器的种类多，选择余地大。本系统采用AD590，通过运算放大器OP07调理后,送入模数转换器ADC0809，设置为第1路信号。调整后可在-20～50 ℃范围内工作，可精确到0.50 ℃，可满足应用要求。

2.2.2空气湿度测量。采用陶瓷湿度传感器H104检测大棚内空气湿度，调理后 ,送入模数转换器ADC0809，设置为第2路信号。由于H104有0.70%RH的温度系数，在信号调理电路中进行了温度补偿，在35%～85%RH范围内可精确到2%RH。

2.2.3土壤湿度。土壤水分传感器采用不锈钢管和一段钢丝制成，长30cm，不锈钢管和钢丝之间留1cm的距离并保持平行放置，将二者用绝缘材料固定。通过测量不锈钢管和钢丝之间的电阻来测量土壤水分，采用电阻桥和运算放大器OP07调到0～5V的范围，在经过模数转换器送入单片机。

2.3控制功能及实现在系统中，下位机通过接收上位机的控制信号来控制相应的控制继电器驱动电路，由继电器来控制通风和喷灌装置。

2.4键盘显示电路本系统采用1个八段LED显示器显示参量标号，3个八段LED 显示测量结果。键盘、LED 显示器设计成1块板,由8155 芯片控制。系统设置了12 个键, 可以更改控制参数和功能设置。

3软件的设计

3.1下位机软件设计下位机软件主要模块有采集模块、控制模块、通讯模块。

采集模块主要完成对ADC0809的通道的控制和转换结果的读取，并将结果暂存入数据区。通过对AT89S51定时器T0的计数实现定时，每15min采集1次，用定时器T1定时来确定三个参量的采集时间间隔，定为0．50s。控制模块实现对通风和喷灌装置的控制，当接收到上位机的控制信号时，将相应的引脚置零即可开通通风和喷灌装置。通讯模块可将采集到的参量传到上位机，并接收上位机发来的控制信息。

3.2上位机软件设计上位机软件主要模块有键盘模块和显示模块、控制决策模块、通讯模块。

键盘模块的功能是完成键盘的扫描、参数和功能的设置，也可进行参数和功能的更改。显示模块用来循环显示测得的三个参量，循环间隔是5s。控制决策模块根据当前的参量值和设定的范围来判断是否要进行通风和喷灌，如果是，就将控制信号发到下位机。通讯模块实现与下位机之间的信息传输。

4结束语

该系统在一蔬菜温室大棚运行了一个夏季，运行状况良好，由于采用模块化设计，上位机未采用个人计算机并可根据情况进行取舍，通信距离可达到1km，系统经济、灵活,而且操作方便，比较适合在中、小规模大棚内使用和推广。

参考文献

[1] 于海业.温室环境自动检测系统[J].农业工程学报,1997,13(增):262～269.

温度控制篇7

关键词：单片机；温度处理；上位机；LCD；实时显示

中图分类号：TD655.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

随着计算机技术的发展和成熟，计算机的应用也越来越广泛，在自动化领域，计算机已经成为控制系统的首选平台，应用计算机对生产和试验进行实时、远程监控是现代自动化发展的主要方向。将计算机应用于工业实时控制的前提是现场数据的实时获取。在生产和科学实验中，常常要测控很多参数，诸如温度、压力、转速等，通常的方法是使用专用的仪表人为观测、记录处理数据、做出判断，这就会带来人为的误差。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很重要的问题。数据采集是各行业广泛采用的一种现场控制手段，它可以实现实时控制、现场监测，辅助数据分析、问题处理，以其结构简单、使用手法便捷、精确的测量和友好的人机界面，博得用户的青睐。其中，温度采集与处理系统就是被广泛用于工业现场的数据采集系统，主要是对温度进行实时监测和控制。

温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。在生产过程中，它可以实现对人类难以或无法到达的工作现场的监测，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供了信息和手段；再者，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。温度也是生活中最常见的一个物理量，它与我们的生活息息相关，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。因此，在生产和生活中要对温度进行严格的控制，使温度在规定的范围内变化。为此，设计了无线温度控制系统，它是一种基于无线射频技术的无线温度控制装置，可以实现远距离的对系统的实时监测和控制。

一、设计要求及模块方案

（一）设计要求

（1）测量和控制温度，实现温度的采集、数据的发射和接受；（2）对温度进行处理，实现报警和实时显示；（3）通过上位机将所测结果显示出来；（4）利用实时时钟芯片显示当前的时间，实时观测温度；（5）分别设计控制设备和采集设备，进行相关测试。

（二）模块设计方案

1.设计思路。本系统的设计跟据单片机的控制，通过无线传输来远距离来测试温度并实时显示出来，我们根据单片机的控制原理，来控制相关器件的相关工作，控制温度的采集，数据的发射和接受，并利用51单片机自带的串口功能把数据发送到电脑上实时显示出来，具体工作过程：

利用单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答，在测温系统收到命令后，开始采集温度，转化完毕以后，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度首先经过处理，通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来，并且发送到LCD12864上面实时显示出来，同时判读温度是否超过设置的告警温度，若是超过报警温度，则发送报警命令，使测试系统做出反应，例如，蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮，为超过报警温度。若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。

另外在我们增加相应的按键控制单片机，设置报警温度，调节时间，可以实时观测温度。增加上位机处理，通过计算机来实时观测温度变化。

2.微控制器模块。方案：应用单片机作为控制器。我们使用了ATMEL公司的AT89S52单片机，它也同样具有很强的信息处理功能，易于操作使用，具有8k的程序存储器，频率最大支持33MHZ，体积小，需要电压小，功耗低，价格便宜等优点，更适于本系统的要求。

3.无线射频模块。nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

4.液晶显示模块。方案：采用LCD液晶显示。LCD液晶显示模块虽然占用I/O口多，控制复杂，但其功能强大，显示内容丰富、清晰，显示信息量大。并且能够提示操作语句，这大大提高了系统的人性化设计。

5.电源模块。采用LM7805提供5V稳压电源，并在稳压模块两端加上加上多个电容，使之更加稳定，对于无线模块需要提供3.3V的稳压电源，我们选用了ASM117电源模块，输出3.3V的稳压电源。

二、系统硬件电路设计

在此系统中，下位机主要是负责采集多路数据将其送至上位机，与此同时单片机也会进行将数据转换为对应的温度示数在LED显示器上显示。下位机的硬件控制系统主要由单片机AT89C51，LCD显示电路，无线传输模块，串口硬件电路以及键盘LED显示组成。测试系统主要由单片机AT89S52，DS18B20，无线模块，继电器控制系统，蜂鸣器报警系统，LED显示电路等组成。

采用VB 6.0作为该系统的上位机编程语言，同时利用RS232实现与单片机间的通讯，从而对下位机采集得到的数据进行动态跟踪的显示、分析、绘制曲线及数据的存储。其组成大概有两部分，一个是实时数据显示界面，即当下位机将数据到达的同时要绘制出曲线。另一个是历史数据界面，即在输入所要查询的时间与通道后，绘制出相应的曲线、方块图及数据列表等。

三、系统总体论证

（一）工作原理

无线温控系统是以单片机AT89S52为控制核心，用无线传输来远程来测试温度。具体工作过程：

（1）给系统上电后，按下键2，向单片机发出指令，单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答。

（2）在测温系统收到命令后，开始采集温度，采集完毕，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。

（3）控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度经过单片机处理，可以实现如下功能：

1）通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来；

2）同时发送到LCD12864上实时显示出来；

3）而且能够同时判读温度是否超过设置的告警温度，并发出相应的指令。

（4）测试系统根据指令做出相应的显示。

1）若是超过报警温度，则发送报警命令，则测试系统蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮。

2）若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。

另外我可以通过手动设置报警温度，通过调控控制系统上面的按钮来可以设置不同报警温度，可以做出不同的反映。另外我们在控制系统上面加上了实时时钟芯片，可以实时的显示当前时间，确切的知道当前温度的时间，以及发生报警的时间等。

在上位机中我们用VB设置了实时显示画面，实时显示当前的时间，准确显示当前接收到的温度，并且通过温度曲线实时显示，形象地表示。

本模块为温度采集部分，上电后，温度处于接收状态，有无线控制部分发射指令当接收到指令后，根据指令做出相应的判断。

1）为正常工作，这令为0xaa，接收到这个指令后，关闭蜂鸣器，黄色报警灯，打开正常工作电源灯绿色，接通继电器，同时采集温度，把无线模块转化为发射，把采集的温度发射出去，正常发送以后，在转为接收状态。

2）超过设置温度，指令为0x55，接收到这个指令后，打开蜂鸣器，打开红色发光二极管，关闭绿色灯，断开继电器，同时再次采集温度，把无线模块转化为发送状态，把温度发送出去以后，再次转化为接收状态

3）为数据传输错误指令，0xcc接收到这个指令以后，说明收到的温度数据有问题，黄色灯亮，

4）接收到这个指令以后，0x33这个指令为是使单片机进入低功耗工作，暂时停止工作，只有外部中断在检测状态。

5）接收到指令，是确认模块处于工作状态，打开指示灯，使模块转为接收状态

注：故障处理

温度采集模块可能一直接收不到指令，超过一定时间，模块进入低功耗状态，使电流消耗减少。

模块处于发送时，通过返回来的指令，判断到数据没有接收到，设定一定的次数，停止温度的发送，让无线模块自动转到接收状态。

四、测试及结论

（一）测试结果

根据工作原理我们对成品进行了相关的测试，打开开发板，开发板显示当前时间，按下测试键，控制系统就向测试系统发射测试信号，测试系统收到信号后，开始进行温度转换，转化完毕以后然后发送红温度给控制系统。如此反复循环，不断发送命令和测试温度。

（二）测试结论

无线温控系统可以实现对温度传感器的稳定控制，测温范围为0.0到99.9度，不仅使测量结果比普通温度计精确2-5倍，还对功能进行了扩展与创新；而且功能上分别设置了预置固定温度报警、手动设置温度报警功能和智能自动调控温度等，并且通过无线控制在屏幕上和电脑上实时显示出来。实现了温度的准确报警、实时温度显示及温度的智能控制等。设计过程中考虑到了硬件与软件的相互补充，系统运行稳定，结构小巧美观。

参考文献：

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[2]孙肖子，张企民.模拟电子技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001：22-72.

[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，1999：245-362.

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[5]戴佳，戴卫恒，刘博文.51单片机C语言应用程序设计实例演讲[M].北京：电子工业出版社，2008：71-99.

[6]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002：283-288.

[7]刘南平.现代电子设计与制作技术[M].北京：电子工业出版社，2004：230-232.

温度控制篇8

关键词：供热；热交换站；温度控制系统

中图分类号：TK1文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0014(C)-0203-01

引言：热力交换站的热力工况自动控制系统就是一个以热交换系统及用热系统为控制对象，以热力交换站中某些工艺点的温度为考核指标，以规定的供热工艺要求为控制依据的自动温度控制系统。在间接集中供热系统中，热网将热能输送到热力交换站，用户通过热力交换站从热网获取热能，因而热力交换站的运行工况直接影响着接个供热系统的运行工况和供热效果。

一、热力交换站热负荷的分类

根据对温度控制的不同要求，将现有的热负荷分为采暖热水、生活热力、空调热水三种。

（一）采暖热水。目前大部分采暖热水热交换系统的运行方式是：在整个采暖季中根据气候分阶段进行阶梯式量调节，在每个量调节阶段中配合进行供水温度调节。为保证室内温度稳定且具有一定的舒适感，热力交换站的二次水出（供）水温度应在整个采暖季中随着气候的改变按照一定的规律变化因此，对于这种热负荷，热力交换站的出水温度在整个采暖季中变化的幅度较大，变化的速度和气候的变化及用热建筑的保温特性有关。（二）生活热水。由热力交换站提供的，直接用于人们日常生活和生产的非软化热水，称为生活热水，如厂矿、医院、宾馆、饭店的洗、浴用水等生活热水的工艺情况较复杂，但最主要的工艺可分为开式和开式循环两种为了保证使用热水时的人身全和舒适感，生活热水的温度应保持在一定的范围之内。同时，由于生活热水是非软化水，热交换器在工作时会产生结垢现象，为了减缓结垢，延长热交换器的使用寿命，生活热水的温度不宜过高。（三）空调热水。由热力站提供的，用作集中空调系统或风机系统热源的软化热水，称为空调热水。由于空调系统采用分级调速或无级调速，强制散热的方式对室内空气加热，主要通过调节风速改变散热量，所以空调系统对热源的要求和常规的采暖系统对热源的要求不同。兼顾到最大散热量和设备安全两方面，空调系统通常要求热力站提供一定温度范围的热水空调热水的流量特性，依赖于空调系统的工艺特性。

二、热力交换站温度系统的控制

PID调节器是一种控制精度较高同时又具有一定鲁棒性的串联调节器，PID调节器既能消除控制静差，改善系统的静态特性，又能加快过渡过程和提高系统的稳定性，改善系统的动态特性。基于PID调节器的这些特点，可以将PID调节控制算法作为热力交换站温度控制算法中的基本算法之一，用于扰动不是很大，控制对象的特性相对稳定时的温度控制。在热力交换站的温度控制中，和其他诸因素相比较，二次水流量的变化和控制给定值的变化是两个最主要的造成扰动和改变控制对象特性的因素，当控制给定值变化不是很快，二次水流量变化不大时，均可认为扰动不是很大且控制对象的特性相对稳定，PID调节控制算法完全可以满足采暖热水和生活热水的温度控制要求，而且能够得到比较好的控制精度。在生活热水温度控制中不存在控制给定值的变化，只有在采暖热水温度控制中才存在控制绘定值的变化。但是因为在以气侯条件为依据改变控制给定值时，考虑到建筑物的储热效应和一次水流量变化对整个热网造成的负荷冲击，还要对气候的变化过程进行适当的平滑滤波，因此就是在气候突然变化，如寒流或回暖的气候情况下，控制给定值的变化也是一个缓慢的渐变过程。所以，在采暖热水温度控制中气候变化导至控制给定值改变所产生的扰动通常不大因此，在热力交换站的温度控制中，当系统正常运行时，二次水流量突然的大幅度变化是产生大扰动的唯一因素，有大扰动的同时，必然有控皋对象特性的较大变化。另外，由于热力交换站温度控制的象化具有变参数特性，当控制对象的特性变对到一定的程度后，原来整定好的控制参数就不再适用，这时PID调节器的控制品质变坏，控制偏差变大甚至失控。所以，无论是突变因素还是渐变因素所造成的控制对象特性的改变，均可以通过分析控制偏差发现。（一）采暖热水温度控制。根据采暖热水的用热特点，采暖热水温度控制系统应是一个随动温度控制系统，即控制给定值应随着气候的变化，自动地按照采暖工艺改变，因此采暖热水温度控制系统中首先要考虑的问题就是以气候条件为依据改变控制给定值。（二）生活热水温度控制。棍据生活热水的用热特点，生括热水强度控制系统应是一个定值温度控制系统，但由于生活热水的温度控制精度要求较高，特别是负荷变化很快，所以如何使生活热水温度自动控制系统在各种流量．而且流量变化极其迅速的工况下都具有较高的控制品质是生活热水温度控制系统必须解决的问题。（三）空调热水温度控制。根据空调热水的用热特点，当要求热力交换站提供恒温热水时，空调热水温度控制系统应是一个定值温度控制系统，当要求热力交换站提供温度随气候变化的热水时，空调热水温度控制系统应是一个随动温度控制系统。

综上，热力交换站的温度控特既有一般温度控制的要求，又有其自己独特的特性，只有了解这些规律才可能设计出有针对性的、满足热力交换站热力工况调节技术要求的自动温度控制系统。

作者单位：浙江新时代建筑设计有限公司

作者简介：赵永志，男，就职于浙江新时代建筑设计有限公司。

参考文献：

温度控制篇9

论文关键词：电锅炉,温度控制,模糊PID控制,仿真

在工业生产过程中，温度控制在生产过程中占有相当大的比例，准确的测量和有效的控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。

电锅炉是将电能直接转化为热能的一种能量转换装置。本文研究对象为直热式水锅炉，采用电阻式加热采用电阻式加热。本文的研究目的是结合电锅炉水温上升的特点，对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量小且稳定误差小的技术要求。

2.硬件设计概述

具体的硬件设计框图如图1所示：主要分6个功能模块：89C51单片机、温度检测模块、触发模块、过零检测模块和显示模块及报警模块。

图1 硬件电路设计总体框图

本文选用AT89C51作为核心芯片，这样不仅提高了系统的总体性能，而且降低了成本。本设计选用的传感器型号为DS18B20温度传感器。补偿器型号为AD590JH温度转换器。图2为数据采集及A/D转换模块。控制输出模块主要包括D/A转换和光电耦合模块，主要由芯片DAC0832、运算放大器和光耦实现，具体设计如图10所示。另外还进行了键盘输入模块和报警显示模块的设计，由于篇幅不再赘述。

图2 数据采集及A/D转换模块

图3 控制输出模块

3.算法的实现

由于纯PID控制对有较大的超量和过渡时间，为了解决这一难点，本系统将模糊控制算法和PID的实用性相结合，研究出一种参数模糊自整定PID控制系统，以此减少超调量，调节时间和系统的振荡性，提高温度调节系统的整体控制性能[10]。

参数模糊自整定PID控制系统能在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行检测分析，这种控制方法不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性强等特点，而且具有更大的灵活性、适用性、精确性等特性。典型的模糊自整定PID控制系统的结构如图4所示。

图4 参数自整定模糊PID控制器设计图

该模糊控制器输入输出的隶属函数均选灵敏度高及在论域范围内均匀分布的等距离三角函数。隶属函数曲线如图5、图6所示。

图5 偏差E及偏差变化率EC的隶属函数图 图6 Δkp、Δki、Δkd隶属函数图

模糊决策一般采用Mamdani's(min-max)决策法。反模糊化，也就是模糊量的精确化，本设计采用重心法计算公式如（1）式所示：

（1）

重心法比较全面的反应了各个控制信息，它的缺点是运算量较大，不过在实际的控制过程中，输出论域的元素一般不会太多。再次，清晰化方法选择重心法。此设计的模糊控制输入输出曲面如图7所示：

( a)(b)

(c)

图7 模糊PID控制器输入输出曲面图

4.仿真

在MATLAB命令窗口中键入“Simulink”,在Simulink环境下，建立模糊PID的仿真模型如图8所示，模糊PID的仿真结果曲线如图9所示。

图8 模糊PID控制器的仿真模块

图9 模糊PID控制系统仿真图

根据仿真结果可知，采用模糊控制策略整定PID参数相对于普通PID控制策略，其系统的鲁棒性增强,响应时间大大减少，超调量也得到了一定的改善，提高了系统的总体性能[6]。

5.总结

本文以电锅炉的温度作为研究对象，采用了较新的控制方法——模糊PID控制。该控制系统选用单片机AT89C51作为控制芯片。完成数据采集、参数整定、LED显示、键盘输入、报警等功能，由理论向实际迈出了一步，具有一定的理论和实用价值。

参考文献

[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M]..北京：北京航空航天大学出版社,2005

[2] 陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M]..北京：高等教育出版社,2002.8

[3] 谢仕鸿.MATLAB R2008控制系统动态仿真实例教程[M]. 北京：化学工业出版社，2009.1

[4] 王正林,王胜开等.MATALB/Simulink与控制系统仿真[M].北京：机械工业出版社，2008.7

温度控制篇10

仪使烤房内的温度精确地按照烟叶最佳生化控制曲线而变化，从而提高了烤房内温湿度的控制精度和烤烟质量。

关键词：数字温度传感器；温度控制；模糊控制；单片机；烟叶烤房

中图分类号：TP212　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2009)12－0042－02

近年来，随着我国烟叶生产水平的提高，烟叶烘烤过程成为制约烟叶质量的关键因素。传统的人工长期监守、利用干湿球玻璃温度计采集数据的方式，劳动强度大，操作规程复杂，与现代化的烤房设施不相适应。目前推广应用的许多智能烟叶烤房监测仪多采用电阻式温度传感器，测量精度低，需要MD转换，电路复杂，离散性大，温度反应缓慢，即使之后的控制方法设计的非常科学和严密，也会受到传感器的影响。为此，设计的烟叶烤房控制仪采用DSl820型数字式温度传感器作为温度采集单元，较好地解决了上述问题。

一、烘烤工艺温度控制要求

烟叶成熟采摘后必须经过烘烤加工才能制成工业用烟。这个烘烤过程一般需要几十个小时，完全由人工控制烤房燃烧室的火候并监测烤房温度，所以烟农劳动强度很大，而且不能精确控制烤房内的温湿度，也不能对烤程精确计时，使烤出的烟叶工业利用率较低。烟叶初烤过程中，烤房内温度的准确测量和有效控制是烘烤的核心和烟叶质量的根本保证。目前，广大烟区已广泛推广烟叶初烤的“三段式烘烤工艺”，该工艺分为变黄阶段，定色阶段，干筋阶段。

在本温度控制系统中采用DS1820型数字式温度传感器作为采集温度的装置。根据三段式烟叶烘烤曲线，把35％到43％定为烘烤变黄阶段，三段式烟叶烘烤过程的第一阶段为变黄期，第二阶段为定色期，第三阶段为烘干期。各阶段中对烤房的温度要求如图1所示。第一阶段，烤房从环境温度开始以每小时1℃的速率升温，当温度升至36℃―38℃时转为恒温，直至80％左右数量的烟叶达到变黄要求；第二阶段缓慢升温定色，前半段温度每小时上升0.5℃，升至42℃。

二、DS1820的结构、测量原理与精度

(一)DS1820的结构

DS1820是由Dallas半导体公司生产的“一线总线”接口的温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，DS1820的测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范围内，精度为±0.5℃，现场温度可直接通过“一线总线”以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DSl820适合于恶劣环境的现场温度测量，非常合适在烟叶烤房中使用。它工作在3V～5.5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。其全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：

1　独特的单线接口方式，DS1820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DS1820的双向通讯。

2　DS1820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。

3　DS1820在使用中不需要任何元件。

4　温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。

5　测量结果以9位数字量方式串行传送。

(二)DS1820测温原理

低温度系数晶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，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中最低有效位(LSB)由比较器进行0.25％比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25％时，清除温度寄存器的最低位(LSB)，当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25％，置位温度寄存器的最低位(LSB)。

(三)DS1820的精度

DSl820内部暂存寄存器的其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先，用DSl820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T整数，然后，再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，考虑到DSl820测量温度的整数部分以0.25％、0.75％为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到：T实际＝(T整数-0.25％)+(M每度-M剩余)，M每度。

三、模糊控制器的设计

为了提高模糊控制器的适应能力，本系统的设计采用了一种带有修正因子的控制算法，可描述为：u=[aE+(1－a)×c]，a∈(0，1)，其中a称作修正因子，调整修正因子a，相当于改变了控制规则的特性。结合模糊映射算法，就可产生多层控制规则。对控制规则进行分级管理，就形成了自适应分层模糊控制器。由于模糊控制器的硬件结构采用单片机来实现，为了节约内存和运行时间，实际控制过程中不进行实时推理，而是离线计算出输入、输出的对应关系，并以表格的形式存储于单片机的内存中，单片机根据实测输入值查询表格，得到相应的输出值。根据烟叶烘烤中变黄、定色和干筋的需要，本系统设计了多层控制规则，以细化烘烤工艺流程，便于单片机对烘烤过程进行高效及时的对应管理和控制，从而保证烘烤效果的最佳实现。

四、系统组成及工作原理

烤房控制系统主要有4部分组成：微处理器、温湿度检测电路、控制输出电路和人机接口电路。由温湿度传感器检测烤房上下棚温湿度传送至微处理器，处理器根据实际温湿度与设定温湿度比较经过智能PID运算得到相应输出量，由步进电机A控制控火门的开度来控制温度(也可以使用鼓风机控制温度，该情况通过调解鼓风机转速实现温度控制)；由步进电机B控制风门的开度来控制湿度，同时根据上下棚温差决定是否开启循环风机。LCD用来显示运行状态及实时温度 等信息。

五、硬件设计

DS1820采用外接电源工作方式，VCC端用3V～5.5V电源供电。本系统选用AT89C52作为CPU。温度设定通过一个2×2的矩阵键盘输入P2I／O口。同时，P3口将设定的温湿度值送到LCD上显示，在该I／O上还连接了8段LED驱动电路，用来将烤房的温湿度送到LED上显示，以方便烟农夜间观察烤房工作状态。报警电路由一只三极管构成驱动放大，然后外接蜂鸣器构成。风门控制和排湿风扇控制电路采用可控硅，为了提高系统的抗干扰能力，采用MOC3020光耦电路作为驱动模块。

六、软件设计

主程序设计总体采样循环结构，主要包含几个模块：系统初始化、中断模块、键盘模块、数据采样、模糊PID算法模块和控制量输出模块。系统初始化主要完成微控制器初始化、LCD显示初始化和系统外设检测等；键盘模块主要完成键盘扫描、系统设置和工艺设置等；中断模块指定时器中断，中断程序设置主要输入输出量标志，如温湿度检测、步进电机控制、循环风机控制等，被设置的标志在主循环中调用子程序执行。

七、结论

高精度数字温度传感器在烟叶烤房温度控制仪中的应用后，已经在云南楚雄的多个地区进行实际烘烤试验，并在气流下降式和气流上升式两种结构烤房投入使用，温度控制精度达到+0.5℃以上。该系统根据烟叶烤房模型不确定性、非线性、大滞后性等特点，利用模糊控制算法，使系统具有了自适应智能控制能力，解决了普通控制算法在烤房温湿度控制中的缺陷，提高了烟叶烤房温湿度的控制精度。

参考文献

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