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溫度控制系統范文1
關鍵詞：單片機、溫度傳感器、模/數轉換器
一、單片機溫度控制系統的組成及工作原理
在工業生產和日常生活中，對溫度控制系統的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內變化，穩定性好，不振蕩，對系統的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統設計過程及實現方法?，F場溫度經溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數轉換器轉換為數字信號送單片機，單片機根據輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設備完成溫度的控制。本系統的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設置，這時數碼管顯示溫度數值，每隔一秒溫度數值增加一度，當滿足用戶溫度設置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設置。然后溫度檢測系統根據用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。
二、溫度檢測的設計
系統測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：
1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環境的熱力學溫度（開爾文）度數；即： ，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學溫度，單位為K。
2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；
3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；
4、輸出電阻為710MW；
5、精度高。
AD590溫度傳感器輸出信號經放大電路放大10倍，再送入模/數轉換器ADC0804，轉換后送單片機。根據AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現場溫度的比較發現，實際溫度轉換后送入單片機的值與按鍵輸入數值之間有一定的差值，模/數轉換器送入單片機的數值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據運算結果及程序狀態字的狀態再進行循環右移一位，如果溢出標志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環右移，如果溢出標志位為高電平時，先對進位標準位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數轉換器送入單片機的溫度值相統一。
三、具體電路連接如圖所示
四、軟件編程
單片機溫度控制系統由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統的編程方法。
ORG 00H
START：ANL P1，#00H；顯示00
JB
P3.4 ，$ ；T0=0？有鍵按下？
CALL DELAY1 ；消除抖動
JNB P3.4 ，$；T0=1？放下？
MOV R0 ，#00；計溫指針初值
L1： MOV A ， R0 ；計溫指針載入ACC
MOV P1 ， A ；輸出至P1顯示
MOV R5 ， #10 ；延時1秒
A1：MOV R6 ， #200
D1：MOV R7 ， #248 ；0.5毫秒
JNB P3.4 ，L2 ；第2次按下T0？
DJNZ R7，$
DJNZ R6，D1
DJNZ R5，A1
INC A
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L1
L2：CALL DELAY1 ；第2次按消除抖動
JB
P3.4 ，L3 ；放開了沒？是則
；跳至L3停止
JMP L2
L3: MOV A ，R0
CALL CHANGE
MOV 31H ， A ；下限溫度存入31H
JB P3.5 ，$ ；T1=0？有鍵按下？
CALL DELAY1
；消除抖動
JNB P3.5 ，$ ; ；T1=1？放開？
MOV R0 ，#00 ；計溫指針初值
L4：MOV A ，RO ；計溫指針載入ACC
MOV P1 ， A ；顯示00
MOV R5 ，#10 ；延時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次按消除抖動
JB
P3.5 ，L6 ；放開了？是則跳至L6
JMP L5
L6：MOV A， RO ；
CALL CHANGE
MOV 30H ，A ；上限溫度存入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舊溫度寄存
；器初值
AAA：MOVX @R0 ， A；使BUS為高阻抗
；并令ADC0804開始轉換
WAIT：JB P2.0 ，ADC ；檢測轉換完成否
JMP WAIT
ADC：MOVX A ，@RO ；將轉換好的值送入
；累加器
MOV 33H ，A ；將現在溫度值存入33H
CLR C
；C=0
SUBB A ，32H
JC TDOWN ；C=0取入值較大，表示
；溫度上升，C=1表示下降
TUP：MOV A， 33H ；將現在溫度值存入A
CLR C
SUBB A ，30H ；與上限溫度作比較
JC LOOP ；C=1時表示比上限小須
；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱
SETB P2.1
JMP LOOP
TDOWN：MOV A ，33H ；將現在溫度值存入A
CLR C
SUBB A ，31H ；與下限溫度作比較
JNC LOOP ；C=1時表示比下限小，須
；加熱，C=0表示比下限大
CLR P2.1 ；令P2.1動作
LOOP：MOV 32H ，33H
CLR A
MOV R4 ，#0FFH ；延時
DJNZ R4 ，$
JMP AAA
END
五、結語：
本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設置溫度上限、下限值來實現一定范圍內溫度的控制；給出了溫度控制系統的硬件連接電路以及軟件程序，此系統溫度控制只是單片機廣泛應用于各行各業中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應用更加廣泛化。
參考文獻：
溫度控制系統范文2
關鍵詞：真空退火爐；單回路反饋控制；溫度控制
引言
管材真空退火爐的溫度控制系統，原采用DDC-II型儀表進行溫度控制，其控制精度低、可靠性差，已經不能滿足設備生產要求，為了使管材真空退火爐能夠滿足現代工業生產的要求，改造后的系統必須具有先進性和可靠性等特點，針對上面的要求，將原有控制系統改造為單回路反饋控制系統。
單回路反饋控制系統亦稱單回路調節系統簡稱單回路系統，由四個基本環節組成被控對象、控制器、變送器和執行器。從系統的框圖（圖1）看，只有一個閉環回路。
單回路反饋控制系統組成方框圖，如圖1所示。
單回路控制系統其結構比較簡單、所需自動化控制工具少、投資比較低、操作維護比較方便，能滿足管材真空退火爐工業生產過程的控制要求，而且閉環控制系統結構簡單，易于實現自動控制。
本次設計采用單回路反饋閉環系統，以可編程溫度控制儀表FP21儀表為控制器，充分利用FP21儀表能處理模擬量、數字運算的特點，可控硅移相調壓裝置作為執行機構，用其輸出的可調直流電流來控制飽和電抗器的輸出電流，達到控制爐內加熱體溫度，進而控制管材的退火溫度。本次方案設計如圖2所示。
在管材真空退火爐爐溫單閉環控制系統中，熱電偶作為檢測元件檢測爐溫，儀表FF21作為信號轉換裝置將熱電偶輸出的微弱的電壓信號轉換為標準量程的電流或電壓，通過A/D轉換將它與溫度設定值比較，并按某種控制規律（例如PID控制算法）對誤差值進行運算，將運算結果經A/D轉換后變為電流信號，用來控制可控硅調壓裝置，通過它控制加熱用的電流大小，實現對溫度的閉環控制。
單閉環負反饋控制可以使控制的反饋量等于或跟設定值。在管材真空退火爐溫控制系統中，管材的溫度值低于給定的溫度值，反饋量小于給定值，誤差為正，則控制器的輸出量將增大，使可控制調壓裝置的電流增大，進入退火爐的電流也隨之增大，加熱爐的溫度升高，最終使實際溫度接近或等于給定值。
加熱體回路采用單閉環控制，溫控表采集加熱體溫度作為反饋信號，和設定值進行運算，控制電力調壓裝置輸出電壓的變化，改變磁性調壓變壓器的飽和電抗器上的直流電壓就能控制輸出電流，達到控制爐體的溫度。飽和電抗器的電壓范圍是0-55V直流電壓，電流為0-15A。本次調壓器選用PAC16P調壓裝置，其主要特點：
（1）單相調功/調壓一體化。
（2）處理器數字化設計。
（3）鎖相環同步電路。
（4）輸出電流電壓限制。
（5）過電流，缺相保護。
溫度控制系統范文3
【關鍵詞】 數字顯示 繼電器 可調溫度控制
1 方案設計思路
本方案設想是采用AT89C2051單片機結合DS18B20溫度傳感器控制溫度的設計，DS18B20是一種新型的可編程溫度傳感器，能直接與單片機完成數據采集和處理，實現方便、精度高，可根據不同需要用于各種場合。
2 方案可行性論證
（1）從技術性角度來看，該系統所用技術均為現代新技術，具有很高技術含量，本系統完成的主要任務如下：1）測定并顯示當前環境溫度值。2）設定一個上限溫度值并保存在DS18B20。3）當環境溫度高于設定溫度，繼電器被驅動吸合，外電路中的降溫風扇開始工作并發出警報。4）當環境溫度低于設定溫度后，繼電器自動斷開，風扇停止工作，警報解除。
（2）本系統的主要技術指標如下：1）溫度顯示范圍：-55― +125攝氏度。2）壓縮機輸出節點容量：10A/240V AC。3）LED燈閃爍報警。
（3）從系統的性能來看，所采用的DS18B20是一種新型的可編程溫度傳感器，能直接與單片機完成數據采集和處理，實現方便、精度高，可根據不同需要用于各種場合。
綜上所述，該系統具有良好的開發價值，具有廣闊的應用前景。
3 方案設計
3.1 系統的總體設計
單片機的溫度控制系統需要完成溫度的采集，顯示當前溫度值，并通過按鍵設定上限溫度，實現當溫度超過設定的溫度值時，繼電器導通，使連接繼電器的風扇轉動，使溫度下降，同時發光二極管發光。系統包括單片機最小系統電路和按鍵電路、LED顯示電路、溫度檢測部分、發光二極管和控制輸出等主要部分，系統地總體設計如下圖所示：
圖1 系統整體設計框圖
3.2 系統的主要硬件設備
3.2.1 微處理器AT89C2051
AT89C2051是低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含2K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。
圖2 AT89C2051引腳結構
3.2.2 溫度傳感器DS18B20
DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1-Wire。只要求一個端口即可實現通信，在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號，實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫，測量溫度范圍在-55。C到+125。C之間，數字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇，內部有溫度上、下限告警設置。圖3為DS18B20的引腳圖。
DS18B20的設計原理：
DS18B20使用外接電源的供電方式，數據端用4.7K的電阻上拉接+VDD，再接到AT89c2051的P3.7腳上。晶振選用11.0592M 的，使用簡單的上電復位電路。選用共陽極的數碼管，用S8550作位驅動，段引腳通過470歐的限流電阻接入AT89C2051的P1口上，電路中有三個按鍵，分別是顯示開關/溫度設定，溫度上調，溫度下調，使用AT89C2051的第P3.5腳做控制輸出端，低電平有效，通過9012 三極管放大去驅動一個5V的繼電器。設定一個溫度值如15度，當溫度超出15度時，控制端為低電平，繼電器閉合，風扇啟動進行散熱，當溫度下降到設定溫度時，繼電器斷開，散熱風扇停止工作。
3.3 主要的電路設計
基于單片機的溫度控制主要有以下幾部分：溫度數據采集，按鍵設計、溫度顯示、繼電器4個部分，下面分別加以介紹，硬件模塊如圖4所示。
3.3.1 溫度采集部分
溫度傳感器有很多種，這里選用單總線數字輸出的集成半導體溫度傳感器DS18B20，其特點：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；測溫范圍-55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃；支持多點組網功能，多個DS1820可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫；工作電源：3～5V/DC。
溫度檢測數據采集電路如圖5所示，由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫度，提供給AT89C2051的I/O口作為數據輸入。
3.3.2 LED數碼管顯示電路
顯示器分為數碼管和液晶顯示，本系統所采用是的數碼管顯示，其外形和引腳如圖6所示：
LED數碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數點）而作為一個引腳，就叫共陽機極數碼管；相反的，就叫共陰的（如圖7所示）那么應用時這個腳就分別的接VCC和GND。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數碼管了。
基于單片機的熱水控制器采用7段數LED碼管顯示，這里采用3個數碼管顯示溫度。
6位共陽極數碼管采用掃描形式工作，其8個數據為接在單片機灌電流驅動能力最大的PO口，AT89C2051單片機的P0口的每一個I/O都能能吸收8個TTL邏輯器件的輸入漏電流，算下來能驅動約10mA。能驅動數碼管的8個數據陰極。
6位共陽極數碼的6個陽極采用6個PNP三極管9012驅動。用單片機P2.0-P2.5 6個I/O口控制。電路圖如圖8所示。
3.3.3 單片機及按鍵電路設計
圖9為單片機及鍵盤電路的電路圖，單片機AT89C2051的時鐘引腳外接12M晶振，作為單片機工作的時鐘，EA端接高電平，表示使用片內程序存儲器。RST引腳接了上電復位電路，當系統上電時，上電復位電路會產生一個高電平脈沖信號，使系統復位。（如圖9）
鍵盤是標準的輸入設備。本方案使用軟件實現鍵盤的掃描。實現起來具有較強的靈活性，也只需要很少的CPU開銷，可以節省開發成本。
理論上當按鍵按下或彈起時，可以相應的產生低電平或高電平，但實際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點式按鍵開關。當按鍵被按下或釋放時，按鍵觸點的彈性會產生抖動現象。即當按鍵按下時，觸點不會迅速可靠地接通，當按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開，而是要經過一段時間的抖動才能穩定下來，按鍵材料不同，抖動時間也各不相同。
一次完整的按鍵過程，包含以下幾個階段：如圖10所示。（1）等待階段：此時按鍵尚未按下，處于空閑階段；（2）閉合抖動階段：此時鍵剛剛按下，但信號處于抖動狀態，系統在檢測時應消抖延時，約5ms到20ms；（3）有效閉合階段：此時抖動己經結束，一個有效按鍵動作己經產生，系統應該在此時執行按鍵功能，或將按鍵編碼記錄下來，待鍵彈起時再執行其功能；（4）釋放抖動階段：許多時候編程人員并不在此時消抖延時，但最好也執行一次消抖延時，以防止誤操作；（5）有效釋放階段：若設計要求在按鍵抬起時才執行功能，則應當在此時進行按鍵功能的處理。
軟件上對閉合階段的抖動一般采取延時再次確認按鍵是否按下的方式消除抖動。
如上圖所示，完成系統的最高溫度和最低溫度的高低調整的四個按鍵分別加上拉電阻接到單片機的P1.1-P1.4口上，供單片機查詢，當沒有按鍵按下時，單片機I/O口輸入高電平，當有按鍵按下時，對應的單片機端口變為低電平，單片機通過檢測這種電平的變化確定按鍵的狀態。
3.3.4 繼電器電路
繼電器具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。如圖11所示。
3.4 軟件系統設計
（1）系統程序流程圖如圖12所示：
（2）獨立按鍵程序流程圖如圖13所示。
4 系統的測試分析
經測試，此設計中應實現的當前溫度顯示，溫度設定（包括設定溫度上調、下調），繼電器輸出，設定溫度保存，系統關閉等功能均實現。溫度可以正常顯示且精確度相當高。
當然，在系統設計和調試中也出現了好多問題，現在都得以解決。例如：（1）開始時無法顯示當前溫度，但其它功能均能正常實現。經過分析，發現最初溫度傳感器DS18B20正負極接反燒毀，更換后可以正常顯示。（2）溫度顯示不穩定，跳動不止，而且同時繼電器輸出口高低電平也不穩定，也隨之跳動。后來在傳感器I/O口輸入單片機前加上1.6K左右電阻問題得以解決。
參考文獻：
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溫度控制系統范文4
【關鍵字】電阻爐；溫度控制；設計；
隨著社會經濟和科學的迅速發展，越來越多的技術工藝都用于制造加工當中，其中熱處理工藝越來越多的被用于加工過程，在熱處理工藝中應用最多的就是電阻爐，但現階段我國電阻爐溫度控制設備的狀況是很少一部分比較先進的設備和絕大多數比較落后設備并存。其中儀表控制占據主導地位，其控制精度不高，且在一定程度上依賴人工調試，PID調節是目前技術最成熟的、應用最廣泛的一種控制方法，但仍不能滿足復雜的工作狀況，給質量和工作效益帶來了很大的負面影響。因此對電阻爐溫度控制系統的改進尤為重要。
目前有很多關于電阻爐溫度控制系統改進的設計，本文介紹一種新型的控制方法，通過它來說明爐溫控制的改進，這種方法結合上下機位，設計出來的對溫度實時監控的系統，即集散式熱處理電阻爐溫度控制系統。其核心是使用一臺計算機監控多臺熱處理爐，實現集散型的爐溫控制效果。
1 系統工作原理
這種控制方法是由一臺上位機工作站、打印機、Rs 485接口、以及多臺下位機（從機）組成。為了實現分散性控制、集中式管理即集散式控制的目標，系統將Pc機與多臺單片機（從機）共同組成集散式智能溫度控制系統。
操作人員可在Pc上位機上進行操作，通過Pc機的圖形顯示屏，進行對整個系統及下位機的監控，上位機對下位機發出控制命令，同時下位機想上位機報各數據，上位機對數據再做出適當的處理，通過這種溝通模式，實現了分散控制和集中管理的最佳效果。
下位機主要包括主CPU部分、輸入通道、輸出通道、鍵盤和顯示部分。他們主要的工作是完成對溫度的檢測、顯示、計算、輸送以及與上位機之間的聯系，且每一個下位機在自身的工作模式下，能夠通過使用面板上面的鍵盤進行工藝參數的設置，工藝曲線的完善等操作，而在遠程工作模式下，下位機無論是設置工藝參數還是操作工藝運行的狀態和情況都完全受控于PC上位機，在控溫的整個過程中，系統將會在顯示屏上以圖形的形式表示工藝曲線，且描繪當前的實際溫度和運行狀況，人機處于十分有好的合作狀態。
上位機利用串行接口與各個下位機之間相互通信，進行各種參數和命令的發送與接收，在下位機運行過程中，上位機收到下位機發送的工藝參數，同時對工藝數據進行記錄與保存，顯示工藝曲線和反映下位機的工作狀況，這樣提供了分析控溫工藝的有效手段，同時上位機通過發送和讀寫命令對下位機實現遠程監控。
2 溫度控制原理
系統中每臺下位機都是獨立的溫度控制系統，這種溫度控制系統的原理框架圖如下圖所示。
此控制系統為一封閉環。系統的輸出量y經采樣放大電路、模數轉換電路轉變為數字量Y，與設定溫度R進行比較，得到溫差e=R—Y。把e送入控制器，運用控制算法，求出控制量u，輸出通道將控制量轉換為開關量，控制繼電器的動作，從而控制加熱閥開關時間的長短，使溫度達到設定的數值。
3 系統技術指標
整個控制系統最終達到的技術指標是在系統中的各個環節共同作用下完成的。每一個環節都是不容忽視的，在一般的情況下，技術指標達到某個限度后，即使要提高一點點都是非常不容易的，為此可能要付出多達幾倍的時間和經費。經分析溫度控制系統的實際應用，得到該系統精確的技術指標如下：
從機數量：小于20 測溫范圍：0-1100攝氏度
測溫誤差：上下浮動不超過0.4攝氏度控溫誤差：上下浮動不超過3攝氏度
通訊距離：小于1500米
4 系統下位機硬件設計
系統中的各下位機需要完成溫度的收集、數據的處理、保存及顯示、控制輸出、與上位機互相通信等功能。其硬件電路主要設計了主CPU模塊、輸入通道、輸出通道、鍵盤、顯示和串行通信等幾個模塊。
下位機以89C52單片機為工作核心。一方面，單片機把實時溫度測定值與原本設定的期望溫度值進行比較分析，得出偏差信號，然后根據設定及時切斷或連通加熱設備，從而使溫度準確的控制在設定值上。避免發生不必要的差錯。另一方面單片機把測定得到的相關數據送去液晶顯示接口顯示，并判斷是否有報警提醒的需要。與此同時單片機又把測定得到的有關數據，通過通信接口傳輸給上位機，上位機則會進行顯示、分析和處理。
5 下位機軟件設計
下位機軟件功能：（1）定時采集電阻爐內部的溫度值；（2）可通過串行接口給上位機發送運行參數；（3）接收上位機發送的PID參數，計算控制輸出，精確控制電阻爐內溫度：（4）顯示器顯示實測及理論溫度；（5）本地工作模式下，由下位機完成工藝參數的設置；（6）遠程工作模式下，按接收到的上位機命令進行工作。
工作模塊是下位機的核心部分，其中控制算法部分應用了純滯后補償的增量式PID實現溫度控制，PID的三個參數都是由上位機在線整定，下位機在控制和檢測溫度的同時向上位機實時發送工藝數據，以保證上位機能夠實時記錄和分析。在遠程工作模式下，軟件采用查詢的方式訪問串行接口，按照上位機發送的各種有效的命令來運行操作。由于系統采用集散式控制，由上位機分別聯絡各下位機，因而各下位機每接收到上位機發送來的命令都要首先判斷出是否是發給自己的命令，如果是則可以作出相應的處理，若不是則將信息清除，不予理會。遠程工作模式下下位機的本地鍵盤起不到任何作用，各工藝數據的設置與修改由上位機發送，保存并由上位機發送控制命令。
6 上位機軟件設計
上位機的主要功能是對下位機進行監控，以及在監控過程中通過接受下位機發來的數據對工藝運行過程進行分析處理，確保下位機的正常運行。從而保證自己數據來源和命令的下達，主要功能如下：（1）接收下位機傳輸來的運行數據：（2）實時整定PID參數；（3）監控所有下位機的工作狀態；（4）需要的時候給下位機發送控制命令；（5）及時保存下位機的各項數據。
溫度控制系統范文5
關鍵詞：模糊控制 PID控制 參數自整定
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0007-02
在汽車生產過程中車身漆面的質量影響著整車外觀與車身質量，而車身漆面的質量不僅只取決于油漆噴涂質量，面漆烘干過程也是影響車身面漆質量的主要因素，面漆烘干在整車生產過程中是能耗大戶，所以具備一套控制性能優良的面漆烘干系統不僅能夠提升車身漆面的質量更能為企業節能減排，降低整車生產成本，提高企業效益。
經過幾代科研技術人員的研究與多年的生產實踐應用，PID控制方法越來越走向成熟，并形成許多典型結構，由于其控制效果明顯，結構靈活多變，因此被廣泛的應用于各種控制系統中。但是當PID控制方法被用于具有非線性、滯后性、時變不確定溫度控制系統中時卻很難完成一個較為理想的控制效果。
為了得到最優控制，本文采用基于模糊控制的PID參數整定的方法將傳統的PID控制進行優化，以期得到最優控制。
1 組建模糊PID控制器
將模糊控制與PID控制相融合組建模糊PID控制器，運用模糊控制方法來確定合理的PID控制參數。如（圖1），其過程是，依照模糊數學的基本理論把控制規則和條件用模糊集合的形式來表示。并存入微機中，微機根據控制系統的實際情況，通過模糊運算實時推理，得出合理的kp，ki，kd控制參數，送給PID控制器，即可實現對PID參數的優化調整，得到最優控制。
2 確定輸入輸出變量隸屬度函數
在車身面漆烘干溫度控制過程中，根據PID控制原理與被控對象面漆烘干室溫度偏差e和偏差變化率ec的特點將三個控制參數kp、ki、kd離散為7個模糊子集，如（圖2）其變量定義為{正高（PH）、正中（PM）、正低（PL）、零（ZE）、負低（NL）、負中（NM）、負高（NH）}，模糊論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，隸屬度函數均為三角形、均勻分布和全交疊隸屬度函數。
3 建立模糊控制規則
根據烘干室不同的室溫偏差和偏差變化率對PID控制系統的要求和參數調整的經驗。推演總結得出kp，ki，kd的模糊控制規則。 （表1）給出輸出變量Δkp的模糊控制規則表（Δki、Δkd同理）。
4 建立模糊控制表
模糊控制表是將輸入溫度偏差e和偏差變化率ec的各種組合進行推理計算出不同控制情況下的輸出值，并最終生成一張模糊控制表。如（表2），輸出變量Δkp（Δki、Δkd同理）的模糊控制表。這些模糊控制表是根據模糊控制規則由計算機離線推算得出的，并存入工控機中，在系統實際控制過程中，根據實際采樣的數據，經過模糊運算后查詢控制表，并分別得出kp、ki、kd三個控制參數的離散量，然后通過加權平均法進行精確化處理，并乘以相應的比例因子，從而最終得出該周期PID控制的三個參數[3]。
5 仿真效果及分析
為了證實引入模糊控制器能改善傳統PID控制的烘干室溫控系統。本文選擇具有純滯后環節的一階慣性環節作為烘干室溫度控制系統的數學模型，并進行matlab仿真[4]。系統傳遞函數表達式為：
將該系統PID控制器、模糊控制器、參數自整定模糊PID控制器仿真結果如（圖2）所示。從仿真波形可以看到：引入模糊PID控制器以后，使PID控制的 超調量明顯減小，并使被控對象更快的進入穩態，系統的穩態精度和動態性能都得到了大幅度的改善。
6 結語
采用傳統PID控制算法的汽車面漆烘干室溫度控制系統，具有控制精度差、受控溫度超調量大、系統滯后嚴重的缺點，使漆面質量的進一步提升陷入瓶頸。用模糊PID控制對面漆烘干室溫度進行控制，經過仿真與實踐應用結果表明，新的控制系統能夠滿足生產工藝對面漆烘干室溫度控制范圍的要求，系統最大超調量
參考文獻
[1]馬占有.烘干爐溫度集散型智能控制系統設計[J].煤炭技術，2010年11期.
[2]黨建武，趙庶旭，王陽萍.模糊控制技術[M].北京：中國鐵道出版社，2007.
溫度控制系統范文6
【關鍵詞】單片機AT89S51；溫度控制；數字PID控制
溫度控制技術不僅在工業生產有著非常重要的作用，而且在日常生活中也起著至關重要的作用。本文對系統進行硬件和軟件的設計，在建立溫度控制系統數學模型的基礎之上，通過對PID控制的分析設計了系統控制器，完成了系統的軟、硬件調試工作。算法簡單、可靠性高、魯棒性好，而且PID控制器參數直接影響控制效果[1]。
1.系統概述
1.1 系統總體結構
該系統利用AT89S51豐富的外設模塊搭建硬件平臺。系統的硬件電路包括：模擬部分和數字部分，基本電路由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊及控制執行模塊等組成[2]。
1.2 系統工作流程
系統開始工作時，首先由單片機控制軟件發出溫度讀取指令，通過數字溫度傳感器采集被控對象的當前溫度值并送顯示屏實時顯示。然后，將該溫度測量值與設定值T比較，其差值送PID控制器。PID控制器處理后輸出一定數值的控制量，經D/A轉換為模擬電壓量，控制被控對象進行加熱。
1.3 系統軟件設計方法
整個系統軟件設計包括管理程序和控制程序兩部分，管理程序包括LED顯示的動態刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應?？刂瞥绦虬ˋ/D轉換、中值濾波、越限報警處理、PID計算等[4]。
2.系統硬件結構
2.1 電源電路的設計
系統所用直流電源由三端集成穩壓器組成的串聯型直流穩壓電源提供。設計中選用了LM7805 LM7815和LM7915三個三端集成穩壓器，提供+5V直流電壓，輸出電流均為1A。變壓器將220V的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。電源電路圖如圖1所示。
2.2 復位電路設計
單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整個系統工作的可靠性。只有一個可靠的復位電路才能使系統避免出現了“死機”、“程序走飛”等現象。電路圖如圖2所示。
圖1 電源電路圖
圖2 復位電路圖
圖3 時鐘電路圖
2.3 時鐘電路設計
本控制器采用的是內部振蕩方式得到單片機的時鐘信號，這種方式得到的時鐘信號比較穩定。圖3為時鐘電路。
2.4 可控硅輸出電路
可控硅是一種功率半導體器件，簡稱SCR，也稱晶閘管。本部分為控制電加熱爐功率的雙向可控硅驅動電路，采用MOC3041作為驅動電路。如圖4所示。
圖4 可控硅輸出電路
圖5 聲光報警電路圖
2.5 聲光報警電路模塊
某一通道的溫度測量值超出預先設定的上、下限報警值或系統運行出現故障時，系統發出聲光報警以提醒用戶注意。如圖5所示。
3.系統軟件設計
3.1 系統主程序設計
在反應器系統中，主程序的功能主要是設定程序執行過程中用到的相關變量，分配寄存器，對所需要的參數初始化，根據定時中斷程序，調用相應的功能模塊，完成一定的任務。
3.2 系統子程序設計
3.2.1 顯示子程序
LED顯示方式包括有靜態和動態顯示兩種，動態掃描顯示電路是將顯示各位的所有相同字段線連在一起，由一個8位I/O口控制，而每一位的公共端（共陽或共陰COM）由另一個I/O口控制。由于這種連接方式將每位相同字段的字段線連在一起，當輸出字段碼時，每一位將顯示相同的內容。因此，要想顯示不同的內容，必須采取輪流顯示的方式。
3.2.2 定時子程序
定時程序主要是用于完成查表的占空比控制。總體思想是根據控制表中占空比控制變量U的不同取值，采用不同的定時來改變繼電器的通斷，根據繼電器的特性，要求不能頻繁通斷，所以通斷要有一定長的時間，但又要考慮到控制能夠及時的根據新的采集值和設定值的變化來做出相應的動作。
4.控制方案
4.1 PID控制
PID控制器是一種線性控制器，它根據給定值與實際輸出值構成控制偏差，將偏差比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。
4.2 PID參數整定
由于PID控制器的輸出為系統偏差的比例、微分和積分作用后的線性組合，所以調整各個部分的線性系數就是PID控制器控制性能好壞的關鍵。必須針對具體被控對象對PID控制器參數進行整定，采取擴充臨界比例度法：
（a）選擇合適的采樣周期T。所謂合適是指周期足夠小，一般應選它對象的純滯后時間的1/IO以下；
（b）僅讓控制器作純比例控制，由小到大逐漸增大比例系數Kp，直至使系統出現臨界振蕩，記下此時的臨界振蕩周期Ts和臨界振蕩增益Ks；
（c）選擇合適的控制度。所謂控制度，就是數字控制器和模擬調節器所對應的過渡過程的誤差平方的積分之比；
（d）根據控制度查表。
4.3 Matlab仿真
通過對上述的整定方法的綜合運用，整定后得到PID控制器的參數為：Kp=1.75，Ki=0.0125，Kd=3，在MATLAB/Simulink環境下建立溫度控制系統的仿真模型，如圖6示。仿真后得到系統的階躍響應曲線如圖7所示。
圖6 仿真模型
圖7 階躍響應函數
從圖7可以看到系統的階躍響應的動態性能還是比較理想的，超調很?。憫逯禐?.017，超調量Q%=1.7%）。從圖8可以看到，系統的響應誤差是也是比較小的（穩態誤差為0.005），在系統要求的精度范圍之內。
圖8 響應誤差
5.總結
系統采用模塊化設計，擴展性強。模塊化設計，使控制器具有一定的通用性，而且運行安全可靠。成本低，操作簡單，體積小，安裝方便，反應靈敏，控制精度高。
參考文獻
[1]鄭磊.基于DSP的PID溫度控制系統[J].艦船電子工程，2007（2）：188-190.
[2]劉曙光，俊民竺，志超.模糊控制技術[M].中國紡織出版社，2001
[3]程武山.智能控制理論與應用[M].上海交通大學出版社，2006.
