基于C8051F040單片機的溫度測控系統(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、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時，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測液位模塊

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

　　3 軟件設(shè)計

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

　　3.1 超調(diào)量控制

　　實驗表明，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)時間大大延長。因此，在水溫控制系統(tǒng)中要縮短調(diào)節(jié)時間，就必須做到基本無超調(diào)。通過反復(fù)實驗，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 上位機軟件

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

　　3.3 溫度控制PID實現(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)過長期的工程實踐，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不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷地進(jìn)行。若擾動出現(xiàn)使得現(xiàn)場控制對象值發(fā)生變化，現(xiàn)場檢測元件就會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，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使之增加或減少，從而使現(xiàn)場控制對象值發(fā)生改變，并趨向于給定值，從而達(dá)到控制目的。其實PID的實質(zhì)就是對偏差進(jìn)行比例、積分、微分運算，根據(jù)運算結(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，再對偏差值進(jìn)行PID運算產(chǎn)生輸出結(jié)果，最后控制定時器的時間進(jìn)而控制加熱器。

　　4 結(jié)束語

　　溫度遙控遙測是工業(yè)上使用比較多的一種控制技術(shù)，本文就是針對溫度遙控遙測所進(jìn)行的探討與實踐。設(shè)計采用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，程序中對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補償。經(jīng)過大量的實驗，觀測數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)，最終得到的實驗結(jié)果精度較高。水溫控制準(zhǔn)確，雙向通信良好，上位機界面完整、優(yōu)美。希望本文提出的方案能對大家在溫度遙控遙測的設(shè)計與應(yīng)用方面有所幫助和啟示。