zlg温度控制系统
6页1、温度自动控制系统摘要:本系统以MCS-51单片机为控制核心,结合由精密热电偶摄氏温度传感 器和精密AD转换器构成的前级信号采集电路和由FPGA、双向可控硅、内置过 零检测的光电耦合器构成的后向功率控制电路,采用分段PID控制算法,通过 调功法用制冷片对木箱内的温度进行控制。系统采用了大屏幕点阵式LCD和按 键进行人际交互,使得系统操作简单快捷。同时LCD还可以实时显示测量得到 的温度值,并绘制出坐标图像,统计信息明确直观。本系统可以在535C范 围内自由设定木箱内的温度,稳定状态下温度波动在土 1C范围内。关键词:MCS-51,控制算法,温度传感器,ADC采样Abstract: The system is in the control of microcontroller core MCS-51, combined of a precision thermocouple Celsius temperature sensor LM35, a front circuit and signal acquisition which is consisted of 12 bit precisio
2、n AD converters ADS7886 and FPGA, and the power control circuit made up of a zero crossing bilateral triac. The system uses a sub-PID algorithm and through transferring of powerto heat or cool the inner wooden box temperature to achieve the control of temperature .In this experiment the temperature of the inner wooden box can be set free from 5 C to 35 C , the fluctuation of the temperature in stable condition may range from -1 C to 1 C.Keyword: MCS-51, sub-PID algorithm, ADC, temperature sensor
3、一、方案论证与比较1 .前级模块(温度采集)方案1:采用常见的温度传感器有电阻式、热电偶式。Pt电阻温度传感器 可以满足精度和线性度这两个要求,但是Pt电阻丝易氧化磨损,而且成本较高; 热电偶式在低温端线性度不理想,同时热电偶式温度传感器在应用时受外部影 响较为明显,难以达到实验要求的2摄氏度精度。方案2:采用模拟集成温度传感器。常见的模拟集成温度传感器,如LM35, 测量温度的精度高,线性度好,反应速度快,同时可以直接输出电压或电流值, 便于数字化的处理,应用较为广泛。方案3:采用数字式集成温度传感器。数字式温度传感器可以直接将温度 值转化为数字信号,且转换精度高,测量范围广,无需外设便可以直接与单片 机通信,应用方便。考虑到本实验要求的测量范围,兼顾测量精度和性价比,方案2比较合适, 这里我们选用高精度电压型传感器LM35。2 .控制算法方案1: PID算法。PID控制了组合了比例控制、积分控制、微分控制这三 种基本控制规律,应用中可以灵活选用比例(P)、积分(I)、微分(D)的线性 组合,调试方便。方案2:模糊算法。模糊控制是一种基于计算机的智能化数字控制方法, 且无需建立对象的
4、精确数学模型,算法简易实现,同时具有适应性好,但是存 在稳定精度比较低、抖动和饱和等问题。方案3:分段PID拟合:将温度分成均匀的几段,在相应的范围内应用PID 算法。该方案结合了 PID算法调试的简洁性和分段拟合的精确性,参数测试简 便,精确度高。PID算法的实现:PID控制组合了比例控制、积分控制和微分控 制这3中基本控制规律,通过改变调节器参数来实现控制,基本的输入输出关系为 u (t) = K e (t) + / e (t) dt + T 空也pTD dtI 0Kp、Ki、Kd为PID控制的三个基本参数,其中比例调节参数Kp是主要的控制 部分,增大Kp则系统反应灵敏,速度加快,稳态误差减少,但振荡次数增加, 调节时间加长。Ki(积分调节参数)和Kd (微分调节参数)可以对系统动态进行 调节。本实验要求测量的温度范围较窄,分段数不是很多,这里可以充分发挥分 段PID拟合的优越性,选用方案3非常合适。3 .后级功率控制部分方案1:采用调功法或者调相法。调功法和调相法都是通过控制交流电的 导通而达到对交流电的有效值进行控制,参数选择合理的时候可以达到很高的 精度,但是具体实现电路起来
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