温度控制实习

1、1温度控制实习报告姓 名： 葛峰铭 组 员： 李浩铭 学 院： 自动化 班 级: 231131 专 业： 自动化 指导老师： 金星 22016 年 8 月1、温度控制实习概述温度控制实习概述1.11.1 温度控制实习的目的温度控制实习的目的在现代化的工业生产中，电流，电压，温度，压力等都是常用的主要被控参数。温度作为一个基本物理量，与人们的生产生活密切相关。在现代化的工业生产过程中，温度作为一种常用的主要被控参数，在很多生产过程中我们需要对温度参数进行检测，温度控制调节也被广泛的应用在冶金行业，化工行业，机械制造和食品加工等多种领域。温度控自动控制系统实验也是综合应用控制理论、单片机原理及接口技术、电机拖动、微机接口技术、自动控制系统等课程知识的重要实践环节。其目的在于通过试验来验证和研究控制理论（温度检测控制），增强感性认识, 以促进认识的深化，培养学生科学的分析能力，使学生掌握一般运动控制和温度控制的操作方法和基本技能。1.21.2 温度控制实习主要内容温度控制实习主要内容此次采用的 WK-2 温度控制仪是一个闭环反馈控制系统， 由主控芯片直接读取温度传感器测得的温度值后直接与当前

2、温度的设定值进行比较。根据 PID 计算的结果得到控制信号控制双向可控硅光耦进而控制电热杯的通电和断电操作。1.31.3 PIDPID 算法介绍算法介绍根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制简单 PID 控制。PID 控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律，由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D组成。PID 控制的基础是比例控制，积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调，微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。3它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和 Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。首先，PID 应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样 PID 就可控制了。其次，PID 参数较易整定。也就是，PID 参数 Kp，Ti 和 Td 可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。第三，PID 控制器

3、在实践中也不断的得到改进 PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作得不是太好。最重要的是，如果PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。虽然有这些缺点，但简单的 PID 控制器有时却是最好的控制器。1.41.4 温度控制实习预期结果温度控制实习预期结果完成最高温度（60-70 度）的稳定性实验，计算超调量和稳态误差；自己设定升温曲线，升温速率可以为 0.5-3 度/分钟，可以分阶段升温，如把 30-70 度的升温过程分成 3 个阶段，30-40，40-50， 50-70，且在每个阶段有温度保持时间，如 3 分钟或更长；编制信号采样程序，转换显示以及在数码管上时钟显示（秒表）。达到设定温度稳定后加入扰动，控制加热算法，使其快速达到温度设定值。2 2、温度控制实习硬件介绍温度控制实习硬件介绍2.12.1 温度检测单元温度检测单元由于 DS18B20 采用的是 1Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对 AT89S51 单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18B20 芯

4、片的访问。4图 温度采集电路2.22.2 温度控制单元温度控制单元利用合理的算法，对于不同的采集数据进行分析，处理。通过单片机的 P1.4和 P1.3 口发脉冲经过一个或非门来控制可控硅 BCR12AM 的导通角（脉冲宽度的调节），进而对水加热，以达到预期的温度。考虑到强点的干扰，这里，可控硅 BCR12AM 控制的前级采用具有光电隔离且具有自同步功能的可控硅控制器件MOC3401 来对可控硅进行控制。光耦的接口电路：为了供电方便，本装置采用的是可控硅型光耦。其输出端有 220V，380V 的交流电压。由于有些光耦的导通电流较小，因此要适当的加上限流电阻以及起分流作用的电阻。有时为了防止高频干扰对于光耦输入端的影响，可以在输入两端加一个滤波电容（C1）。图 电热杯温度控制电路接口电路5可控硅是一种大功半导体器件，可以分为单相可控硅和双向可控硅。在微机控制中可以作为大功率驱动器件，具有用较小的功率控制大功率，开关无触点等的特点，在交流，直流电机调速，随动系统中都有广泛的作用，本装置中使用的是双向可控硅。2.32.3 显示电路单元显示电路单元由 8 位 LED 数码显示管，74LS138

5、译码器和 74LS373 数据锁存器组成。可用于显示被测量的温度值和升温时间等值，显示的内容可由软件设定。显示电路如下图所示，该电路属于动态显示，利用 74LS138 译码器实现位选，P0 口的输出通过锁存器实现段选。可以根据这硬件接口电路实现要求的数据的动态显示。2.42.4 串口通信单元串口通信单元MAX232 是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。该器件包含 2 个驱动器、2 个接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转6换成 5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT送到电脑 DB9 插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。3、实验程序及实验结果分析实验程序及实验结果分析3.

6、1 温度采集模块温度采集模块温度采集：由温度采集程序将采集的温度数字量通过数组返回到主函数， 得到的数字量乘以 0.0625 才是实际的温度，所以有以下数据转换函数：void covert1(void)/将温度转换为数码管显示的数据;t1=4;/右移 4 位x=x/和前面两句就是取出 t0的高四位t1=t1|x;/将高低字节的有效值的整数部分拼成一个字节7t0=t0/取有效的两位小数t0=3; /右移两位,以便查表x=t0;t0=dotcodex; /查表换算成实际的小数转换之后温度实际的值以整数部分存在 t1，小数部分存在 t0的方式保存并 返回主程序。3.23.2 计时模块计时模块秒表：利用单片机自身的定时器中断功能进行计时，中断周期为 10ms，具 体函数如下：void timer0() interrupt 1 using 1/加热的 PWM 周期为 100*定时器 0TH0 =(65536-10000)/256; TL0 =(65536-10000)%256;kk+;if(kk=100)kk=0;ge+;if(ge=10)ge=0;shi+;if(shi=10)shi=0;ba

7、i+ ; if(bai=10)bai=0;qian+;8if(qian=10)qian=9;3.33.3 数码管显示数码管显示显示部分，硬件部分由 38 译码器与锁存器实现，通过编程对八段管进行选择显 示，部分程序如下：void display(void)LE=1;/P1=710)|(pwm60)pwm=60;PID 算法得到的控制量怎么与温度控制联系起来从而达到控制效果是关键一步， 将得到的控制量与加热杯的导通时间联系起来，即我们接触到的脉冲占空比， 得到的控制量与定时器中断里面的水杯加热程序共同对加热时间进行控制：if(a=100)a=0;aa+;10if(m=pwm)|(value=target)TA=0;TB=0;if(m=60)m=0;m+;接下来就是所有函数的整合了：void main(void)int_timer0(); int_timer1();EA=1;int_uart();/ uartset(); P22=0;P23=0;P2_7 =0;while(1)P2_7 = !P2_7;EA=0; 11pt=ReadTemperature(TH,TL,0x7f); /测温函

8、数返回这个数组的头 地址EA=1;t0 = *pt;pt+;t1 = *pt; /上限温度-22,下限-24,分辨率 10 位,也就是 0.25Ccovert1();display(); cc+;if(cc100)Uart_SendChar(0x5a);Uart_SendChar(TempBuffer12);Uart_SendChar(TempBuffer13);Uart_SendChar(TempBuffer14);Uart_SendChar(TempBuffer15);cc=0;/读取温度,温度值存放在一个两个字节 的数组中if(aa%3)=0) /每三秒扫描一次m=0;dd_error=d_error;d_error=error;12error = (target-value);/求 e(k) /求 e(k-1) /求 e(k-2)det_t=k*(error- d_error)+(k*3/ti)*error+(k*td/3)*(error-2*d_error+dd_error);/ 增量公式pwm=det_t;if(error10)|(pwm60)pwm=60;3.53.5 实验结果实验结果以上是实验温度曲线图，能非常稳定的维持在 70 摄氏度，超调温度是 2 度， 应该是比例系数 K 过大所导致的，事实证明想要达到更好的控制效果仍要经过 更加精细的微调。1314

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