温度控制系统范文

温度控制系统范文第1篇

论文摘要：实验结果显示该系统的先进性。介绍以单片机为核心的PID控制温度控制系统，并给出了系统的硬件与软件设计方案。

中图分类号：TP273+.4文献标识码：B

0引言

控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响，因此，常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象（温度）进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统，它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点，可制成单机，广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。

1温控系统结构与工作原理

温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度（mv信号），经放大、线性化、AD转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设定温度值，此值与经AD转换过的炉温信号存在一差值（假如两者温度不一致），由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机，其硬、软件完全符合系统的要求，为满足测控精确度的要求，AD电路选用12位转换器，分辨率为2-12。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管（Y接法均可）进行输出功率控制，即在电源电压过零时触发晶闸管，利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载，达到控制输出功率，也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生，触发器与单片机光电隔离，可减少电网对微机的干扰，调功方式下电加温炉的平均功率为：P=3nU2NR(1)

式中：P为输入电炉的功率；R为电炉的等效电阻；U为电网相电压；n为允许导通的波头数；N为设定的波头数。

注：公式（1）为负载Y接法适用

2系统控制软件设计

2.1PID参数的优化系统采用遗传算法（GeneticAlgorithm,简称GA）离线优化PID参数[1]。20世纪70年代由美国J．Holland教授提出的遗传算法（GA）[2]是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索，对变量进行编码处理，用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作，从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向，无需求导求逆等复导数数学运算，且可以方便的引入各种约束条件，更有利于得到最优解，适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作，我们称为染色体串（0或1），每个串表示搜索空间的一个点。它模仿遗传进化的步骤，引入如繁殖、交叉和变异的方法，在所求解的问题空间进行全局的、并行的、随机的优化搜索[3]。

本系统用GA算法对PID离散化表达式[3]中的3个PID参数KP、KI、KD进行离线优化设计，从而使系统的性能达到最优。本例中用C语言编写的算法流程图如图2所示。

取采样周期：T=80s；GA离线优化结果为：积分时间：TI=240s；微分时间：TD=80s；比例系数：KP=6；积分系数：KI=KPTTI=2；微分系数：KD=KPTDT=6。

2.2变速积分PID控制算法在传统的PID算法中，因积分增益KI为常数，故在整个调节过程中其值不变。但系统对积分的要求是：偏差大时，积分作用减弱，否则会产生超调，甚至出现积分饱和；反之则加强，否则不能满足准确性的要求[4]。引进变速积分PID控制算法能使控制性能得以满足。其基本思路为：偏差大时，积分累积速度慢，积分作用弱；偏差小时，积分累积速度快，积分作用强。为此，设置系数f[E(K)]，它是偏差E(K)的函数，当[E(K)]增大时，f[E(K)]减小；反之则增大。每次采样后，用f[E(K)]乘E(K)，再进行累加：

PI(K)=KI{+f[E(K)]E(K)}(2)

式中：PI(K)表示变速积分的输出值。

f[E(K)]与E(K)的关系可表示为：

E(K)≤B

B<│E(K)│≤A+B

∣│E(K)│>A+B

将P(k)代入PID算式，得：

P(K)=KPE(k)+KI{+f[E(K)]E(K)}+KD[E(k)-E(k-1)](3)

变速积分PID控制算法程序框图如图3所示。

在此系统中，采用简单的变速积分PID控制，经实验验证，取A=10，B=2效果良好。

2.3系统主程序设计系统的软件设计在89C52单片机上，由单片机控制的主程序包括初始化、显示面板管理及各子程序调用。温度信号的采集、数字滤波、标度变换、温度显示、变速积分PID控制算法等功能的实现由各子程序完成。软件还包括对系统的保护和快速加温的切换等。软件流程图如图4所示。采样周期通过AT89C52的定时器T0和软件计数实现。

3实验结果

实验中采用10kw电阻炉将温控对象从室温加热到300℃，并使炉温保持在此温度，温度值上下波动±0.5℃。测得系统的动态性能为：延迟时间td=150s，超调量σ=3.1℅，上升时间tr=650s，调节时间tc=320s。对于时间常数较大的温度控制系统，系统的动态性能指标较好。

4结束语

温度控制系统范文第2篇

应用程序与OPC服务器之间必须有OPC接口，OPC规范提供了两套标准接口:Custom标准接口和OLE自动化标准接口，通常在系统设计中采用OLE自动化标准接口。OLE自动化标准接口定义了以下3层接口，依次呈包含关系。OPCServer(服务器):OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPCGroup类对象。OPCGroup(组):存储由若干OPCItem组成的Group信息，并返回OPCItem类对象。OPCItem(数据项):存储具体Item的定义、数据值、状态值等信息。3层接口的层次关系如图2所示。

2菇棚温度控制系统的设计

2．1菇棚的温度控制原理宁夏南部山区杏鲍菇生产基地采用大棚式培养方式，作为对杏鲍菇生长起最重要影响的因素，温度显得尤为重要［8］。菇棚温度采用自动记录仪对温度进行检测，利用空调对菇棚温度进行调节。由于温度控制系统具有大时变、非线性、滞后性等特点，采用模糊控制非常合适［9－10］。本文对菇棚的温度进行了控制设计，最终采用模糊PID控制方案，达到对温度的实时控制，从而将出菇阶段的温度控制在14～17℃的范围之内。菇棚温度控制系统的原理如图3所示。图3中，虚线框内的部分在工业控制环境中大多由PLC等控制设备完成，而这些设备很难实现模糊PID的控制功能。因此，将虚线框部分在Simulink中实现，把在Simulink中创建的模糊PID控制器直接应用到现场设备中。菇棚实时温度控制系统原理图如图4所示。图4中，该系统以PCACCESS软件作为OPC服务器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模块和OPCRead模块与Simulink进行数据交换。传感变送装置检测温度后将电信号传送给S7－200PLC的模拟量输入模块EM231，经过A/D转换后得出温度值;PCACCESS软件从PLC中读取温度值，通过OPCRead模块传送给Simulink;在Simulink中与设定的温度值进行比较后，进行模糊PID计算，将结果通过OPCWrite模块传送给PCACCESS软件，经PCACCESS软件写入到PLC中，计算分析得出数字量，输出到模拟量输出模块EM232，经D/A转换为电信号送给温控装置(空调)，实现对菇棚温度的模糊PID控制。2．2模糊PID控制系统2．2．1模糊PID控制器的设计菇棚的温度控制系统是一个复杂的非线性系统，很难建立精确的数学模型，而常规的PID控制则需建立被控对象的精确数学模型，对被控过程的适应性差，算法得不到满意的控制效果。单纯使用模糊控制时，控制精度不高、自适应能力有限，可能存在稳态误差，引起振荡［11－12］。因此，本文针对PID控制和模糊控制的各自特点，将两者结合起来，设计了模糊PID控制器，可以利用模糊控制规则对PID参数进行在线修改，从而实现对菇棚温度的实时控制，将出菇阶段的温度控制在14～17℃的范围之内。基于上述分析，将菇棚温度作为研究对象，E、EC作为模糊控制器的输入，其中E为设定温度值与实际温度值的差值。PID控制器的3个参数KP、KI、KD作为输出。设输入变量E、EC和输出变量的KP、KI、KD语言值的模糊子集均为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，误差E和误差变化率EC的论域为{－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的论域为{－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的论域为{－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的论域为{－3，－2，－1，0，1，2，3}。为了论域的覆盖率和调整方便，均采用三角形隶属函数。根据对系统运行的分析和工程设计人员的技术知识和实际操作经验，得出KP、KI、KD的模糊控制规则表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系统的模糊PID控制器的模型，如图5所示。2．2．2系统的仿真菇棚温度的传递函数采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α为惯性环节时间常数，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，为纯滞后时间。设定菇棚温度值为15℃，常规PID控制器的仿真结果如图6所示，模糊PID控制器的仿真结果如图7所示。结果表明，菇棚温度控制系统采用模糊PID控制器具有超调小、抗干扰能力强等特点，能较好地满足系统的要求。

3Simulink与S7－200PLC数据交换的实现

PCACCESS软件是专用于S7－200PLC的OPC服务器软件，它向作为客户机的MATLAB/OPC客户端提供数据信息。在菇棚温度控制系统中，模糊PID控制器的输出值和反馈值就是Simulink与S7－200PLC进行交换的数据。实现数据交换的具体步骤如下:1)打开软件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，单击右键设置“PC/PG”接口，本文选用“PC/PPI(cable)”。然后，右键单击“MicroWin(USB)”进入“新PLC”，添加监控S7－200PLC，本文默认名称为“NewPLC”。右键单击所添加的新PLC的名称，进入“NewItem”添加变量，本文为输出值“wendu1”和反馈值“wendu2”，设置完成，如图8所示。PCACCESS软件自带OPC客户测试端，客户可以将创建的条目拖入测设中心进行测试，观察通信质量，如图9所示。测试后的通信质量为“好”。2)打开MATLAB，在工作空间输入命令“opctool”后，将弹出OPCTool工具箱的窗口，在该窗口的MAT-LABOPCClients对话框下单击右键，进入“AddClient”添加客户端，用户名默认“localhost”，ServerID选择“S7200．OPCServer”;与PCACCESS软件连接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加组和项，把在PCACCESS软件中创建的两个变量“wendu1”和“wendu2”添加到项中，操作完成后结果如图10所示。3)新建Simulink文件，导入模糊PID控制器模型，调用OPCWrite模块、OPCRead模块和OPCConfigura-tion模块，设置OPCWrite模块和OPCRead模块的属性，把OPC工作组中的变量“wendu1”添加到OPCWrite模块中，把变量“wendu2”添加到OPCRead模块中，设置完成后两个模块与控制器相连，如图11所示。这样，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID实时温度控制系统的设计就完成了。

4结论

针对工业现场中PLC难以实现复杂控制算法这一问题，采用OPC技术将Simulink与PLC连接实现数据交换，解决了Simulink仅用于数字仿真的缺点，完成了对宁夏南部山区杏鲍菇菇棚温度控制系统的设计。仿真结果表明，采用模糊PID控制器较常规PID控制器具有更好的动态适应性和良好的抗干扰能力，对温度的控制效果更好，设计方案可行。虽然PLC在工业控制中应用广泛、可靠性强，但是由于自身编程语言的限制，难以实现诸如模糊控制、神经网络控制、遗传算法等复杂的智能算法，而MATLAB拥有强大的运算功能和丰富的工具箱，能仿真实现各类算法。因此，采用OPC技术将二者结合，能将复杂的算法直接应用到现场PLC中，具有良好的实用性。

温度控制系统范文第3篇

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：

[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7

温度控制系统范文第4篇

关键词：温度控制；PID；现场实验整定法

PID调节是连续系统中技术最成熟,应用最广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值按比例、积分、微分的函数关系进行运算。运算结果用于控制输出。

在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可灵活的改变PID结构，取其中的一部分环节构成控制规律，如比例调节、比例积分调节、比例积分微分调节等，特别在计算机控制系统中，更可以灵活运用，以充分发挥微型机的作用。PID调试最困难的部分是参数的设定与调整，即指系统PID参数整定方法。

本文介绍了PID的三个参数在实际控制中的作用如何设定与调整，及在实际中如何应用。提出了并实际验证了系统PID现场实验整定法在基于单片机基于键盘设定的温度控制系统中实现PID控制的可行性。

1系统设计原理及功能

本系统采用典型的反馈式温度控制系统，数字控制器的功能由AT89C51单片机实现。温度控制系统由DS18B20单总线传感器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。其中，热敏电阻选用器mf12-26型号，它将温度信号转变为阻值变化信号再经电桥变为0~5v标准电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字量与与炉温的给定值数字化后进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差。炉温的设定值由键盘输入。由单片机构成的数字控制器按最小拍进行计算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给由p3.0通过t0调制的pwm波送至ssr,从而改变电烤箱单位时间内电压导通的百分比,从而控制电烤箱加热功率，起到调温的作用。温度控制系统的硬件设计图分别如图1。

1.控制模块：采用ATMEL公司的AT89C51作为控制器的方案；2.温度采集模块：采用数字式温度传感器DS18B20；3.开关电路：采用固态继电器继电器；4.键盘和显示模块：采用独立式键盘；5.电源模块：采用过滤，滤波，稳压等电路实现。

本温度控制系统的对象是电炉，针对日常生活，要求所设计的系统具有软硬件结构简单、成本低廉、可靠性高（即不易出错）等特点。

2PID参数在实际控制中的作用及设定与调整

（1）比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造系统的不稳定。（2）积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强，反之积分作用就弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与其他两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。（3）微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能，在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化是，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。

参数的设定与调整是PID最困难的部分，编程时按经验值设定他们的大概数值，然后通过反复的参数整定才能找到相对比较理想的参数值。面对不同的控制对象参数都不同，所以我们无法提供参考数值，但是我们可以根据这些参数在整个PID过程中的作用原理，来讨论我们的对策。1加温很迅速就达到目标值，但是温度过冲很大：a）比例系数太大，致使在未达到设定温度过冲很大；b）微分系数过小，致使对对象反应不敏感；2加温经常达不到目标值，小于目标值的时间较多：a）比例系数过小，加温比例不够；b）积分系数过小，对恒偏差补偿不足；3基本上能控制在目标上，但上下偏差较大，经常波动：a）微分系数过小，对即时变化反映不够快，反应措施不利；b）积分系数过大，使微分反应被淹没钝化；c）设定的基本定时周期过短，加热没有来得及传到测温点；4受工作环境影响较大，在稍有变化就会引起温度的波动：a）微分系数过小，对即时变化反映不够快，不能及时反应；b）设定的基本定时周期过长，不能及时得到修正；选择一个合适的时间常数很重要，要根据我们的输出单元采用什么器件来确定，如果是采用可控硅的，则可设定时间常数的范围就很自由，如果采用继电器的则过于频繁的开关会影响继电器的使用寿命，所以就不太适合采用较短周期。一般的周期设定范围是1－10分钟较为合适。

3系统PID参数整定方法及计算

系统整定是指选择调节器的比例度、积分时间TI和微分时间Td的具体数值。系统整定的实质，就是通过改变控制参数使调节器特性和被控过程特性配合好，来改善系统的动态和静态特性，求得最佳的控制效果。系统的良好控制效果一般要求：瞬时响应的衰减率(0.75-0.9)（以保证系统具有一定的稳定性储备），尽量减小稳态偏差(余差)、最大偏差和过渡过程时间。

工程上得到广泛应用的PID参数整定方法通常有：动态特性参数法、临界比例度法、衰减曲线法、现场实验整定法等。它直接在过程控制系统中进行，其方法简单，计算简便，而且容易掌握.。在实际应用中，将调节器的整定参数按先比例、后积分、最后微分的程序置于某些经验数值后，再作给定位扰动，观察系统过渡过程曲线。若曲线还不够理想，则改变调节器的δ、TI、Td值，进行反复凑试，以寻求最佳的整定参数，直到控制质量符合要求为止。

控制器设计总体指标可以概括为：稳、准、快，均衡调节以Kp、Ki、Kd三参数则可一定程度上满足上述三个指标的要求。在控制初期，关键要克服各环节的滞后，为了避免积分饱和造成较大超调，Ki应选的小一些。在控制中期，系统偏差以减小，但为了不过分影响稳定性，Ki可适当增大一些。在调节过程后期，为减小稳太误差，提高控制精度，Ki可选取更大一些。在控制初期，为尽快消除偏差，提高响应速度，Kp应该取大一些；在控制过程中期，为了防止超调过大造成震荡，Kp要减小些；在控制过程后期，则要克服超调，使系统尽快稳定，Kp值要再减小一些。纯大滞后系统在控制中，容易产生超调，使系统失稳。其主要原因是：其时滞阶段对误差的积分太大。因此，为了改善纯大滞后系统的相应特性，对积分因子提出了新的要求。

本次测试温度定值，选用PID参数整定方法中的现场实验整定法。现场实验整定法是通过仿真或实际运行，观察系统对典型输入作用的响应曲线，根据各控制参数对系统的影响，反复调节试凑，直到满意为止，从而确定PID参数。PID控制器各参数对系统的影响是；增大开环比例系数Kp，一般将加快系统的影响速度，在有静差的情况下则有利于减小静差；但过大的比例系数又会加大系统超调，甚至产生振荡，使系统不稳定。在现场实验整定法时，实行先比例、后积分、再微分的反复调整。积分时间和比例时间成反比，积分系数大，即积分时间短，导致超调过大。微分系数和微分时间成正比，微分系数过大，即微分时间过大，导致系统不稳定。

4系统软件设计

软件设计主程序流程图2。其中PID数字控制器是本系统设计的核心，用它对被测参数进行自动调节。

5控制系统调节时间和超调量调试

1.测试仪器：秒表、温度计2.测试方法：由于系统具有温度调节和控制的作用，通过设定欲达到的温度数值，然后对比设定值和实际测量值，测量出系统的最大超调量测量达到设定值所需要的时间（t）以及最终达到终值±0.2℃所需的时间（调节时间）；分析系统响应误差，绘制出系统的响应曲线；完成响应的数据记录。3.测试数据记录：（1）测试传感器DP18B20的，其测试数据如表1所示。(2)达到设定值时间的测试（系统的初始温度为30℃，设定值为53℃）；通过5次观察测试系统达到设定所需要的时间如表2所示。(3)系统最大超调量的测试。通过5次观察测试系统的最大超调量数据如表3所示。(4)观察系统的稳态误差带通过表1测量所得数据显示值与测量值比较可以看出传感起的误差基本上在±0.1之间，由于所采用的温度计的最小刻度值为2℃，所以用温度计所测量的数值存在较大误差。表2中所测量的数值可以看出系统达到所设定温度所需的时间约为135.2s（5次测量所的平均时间）。分析表3中数据可以看出系统的最大超调量约为0.3℃，由于所用的无触点固态继电器在较高的工作频率作用下不会像有触电的继电

器会有误操作动作。经过多次观察得出本系统稳态误差为：0.2℃（约为：0.37%）。

6结语

本系统通过AT89C51单片机，运用数字PID算法，实现了炉温的设定、采集与控制，并且通过键盘可以改变PID控制算法的参数，基本达到了设计的最初要求。由于在实际系统中各方面因素的干扰，往往同一PID参数不能适应各种要求，故设计专门添加了键盘可以改变参数的功能，为系统的调试带来了很大的方便。该系统具有很好的通用性，只要将硬件和软件稍加变动就可控制其他象水位、湿度、转速等工业参数。如加适当的电路系统便可具有温度上下限报警功能等。

参考文献

［1］吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用［M］.北京：清华大学出版社,2000,8.260-265.

［2］李建忠编著.单片机原理及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社,2001.

［3］潘新民,王燕芳编著.微型计算机控制技术［M］.北京：高等教育出版社,2001.

［4］何立民编著.单片机应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2000.

［5］韩志军,沈晋源,王振波编著.单片机应用系统设计［M］.北京：机械工业出版社,2005.

［6］杨振江,杜铁军,李群编著.流行单片机实用子程序及应用实例［M］.西安：西安电子科技大学出版社,2002.

温度控制系统范文第5篇

关键词：单片机 80C51 多路控温 热敏电阻

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0108-02

在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

本文中介绍的温控系统以MCS-51系列80C51型单片机为核心部件，进行温度的采集与控制，达到自动温度控制。我们用热敏电阻进行温度采集，将采集的温度值经与设定值进行比较，再由单片机决定继续加温或进行下一组比较，形成一套智能化温度控制。通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了硬件成本，使系统操控简便，并具有较高的可靠性和稳定性。

1 温控系统硬件设计

2 温度比较计算程序

4 结语

本设计应用热敏电阻在不同温度下的阻值发生变化的规律，以热敏电阻两端电压为采集量，将这个模拟信号经ADC0809转换成数字信号传输给单片机80C51，经过单片机运算，传输地址信号至74LS138，这样就完成了对温度的采集；将采集的温度值与设定值进行比较，再由单片机决定继续加温或进行下一组比较，形成一套智能化温度控制。多路系统与单路系统相类似，在其他路组成的热敏电阻—A/D转换器电路分别接入74LS138的Y1～Y7端口和单片机，这样就完成了多路温度采集和温控。但是本设计还是处于初级阶段，有许多地方还需要进一步改进，以达到更好的效果。

参考文献

[1] 阎石，王红.数字电子技术基础习题解答[M].5版.高等教育出版社，2006，10.

[2] 李锐，吕琼.MCS-51单片机三种编程方式的探讨[J].电脑知识与技术，2012（20）.

[3] 陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.

[4] 徐惠民，安德宁.单片微型计算机原理接口与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，1996.

温度控制系统范文第6篇

关键词 温度控制系统 编程控制器 计算机 发展

中图分类号：TP273 文献标识码：A

目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。PID结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。

一、温度控制系统的发展状况

温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。

单片机的发展历史虽不长，但它凭着体积小，成本低，功能强大和可靠性高等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。单片机已经由开始的4位机发展到32位机，其性能进一步得到改善。基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高。但相对其他温度系统而言，单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂的，高要求的系统中使用。

PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。PLC可靠性高、抗干扰能力强、编程简单，易于被工程人员掌握和使用，目前在工业领域上被广泛应用[6]。相对于IPC，DCS，FSC等系统而言，PLC是具有成本上的优势。因此，PLC占领着很大的市场份额，其前景也很有前途。

工控机（IPC）即工业用个人计算机。IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电磁辐射。过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统。影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制，已很难达到最佳状态。而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID。参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质，提高了平均热效率。但如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性差的缺点。

现场总线控制系统（FCS）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段的系统。其优势在于网络化、分散化控制。基于总线控制系统（FCS）的温度控制系统具有高精度，高智能，便于管理等特点，FCS系统由于信息处理现场化，能直接执行传感、控制、报警和计算功能。而且它可以对现场装置（含变送器、执行器等）进行远程诊断、维护和组态，这是其他系统无法达到的。但是，FCS还没有完全成熟，它才刚刚进入实用化的现阶段，另一方面，另一方面， 目前现场总线的国际标准共有12种之多，这给FSC的广泛应用增加了很大的阻力。

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。

二、可编程控制器

（一）可编程控制器的发展历程。

可编程控制器是一种工业控制计算机，英文全称：Programmable Controller，为了和个人计算机（PC）区分，一般称其为PLC。可编程控制器（PLC）是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。

20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，但由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大，未能在工业领域中获得推广。

1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备十大条件，立即引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。

（二）可编程控制器的基本组成。

PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种。整体式PLC一般由CPU板、I/O板、显示面板、内存和电源组成。模块式PLC一般由CPU模块、I/O模块、内存模块、电源模块、底版或机架组成。本论文实物采用的是模块式的PLC，不管哪种PLC，都是属于总线式的开发结构。一是CPU（中央处理器），和一般的微机一样，CPU是微机PLC的核心，主要由运算器、控制器、寄存器以及实现他们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量。CPU控制着PLC工作，通过读取、解释指令，指导PLC有条不紊的工作。二是存储器，存储器（内存）主要用语存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成部分。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序一般由厂家编写的，用户不能修改；而用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。三是输入输出模块，输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC提供了各种工作电平、连接形式和驱动能力的I/O模块，有各种功能的I/O模块供拥护选用。四是编程装置，编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。常见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。五是电源，PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化配置。

（作者：华中科技大学文华学院信息学部09级电子信息工程专业2班学生）

参考文献：

[1]马 莹.基于PLC和组态软件的加热炉温度控制系统.中国科技信息， 12（9）：64-67，2007.

[2]毛忠国，杨超.从控制角度谈PLC、DCS及FCS三大系统的差异.宁夏电力，增刊（2）：103-105，2007.

[3]李涛，王圆妹. 基于PWM的模糊PID温度控制系统研究.工业控制与应用，27（10）：32-34，2008.

[4]张立众.PID现场实验整定法在温度控制系统中的运用研究.现代商贸工业，第1期：362-364，2009.

温度控制系统范文第7篇

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

1、引言

随着可编程控制器（PLC）深入到工业控制等诸多领域，微机技术应用到可编程控制器中，不但用逻辑编程取代了硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送与处理以及对模拟量进行控制等功能，使之真正成为一种电子计算机工业控制设备。而温度控制器是重要的仪表控制组成单元，是对温度进行控制的电开关设备，在食品、化工、生物等领域要重要的现实意义。因此，如何精确的对温度控制器进行控制，是仪表控制中一类重要的研究方向。

2、可编程控制器（PLC）分析

所谓的可编程控制器就是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，一位运算为主，能够完成逻辑、顺序、定时、计数以及算术运算功能的自动控制装置，随着科学的发展与PLC的不断进步，功能不断增强，定义也会不断的发生变化，但总的来说可编程控制器的内涵终究是实现自动控制的目的。

2.1 可编程控制器的主要功能及应用领域

PLC把自动化技术、计算机技术以及通信技术融为一体，在仪器仪表方面也有诸多的应用，简单概括起来,功能可以表述为以下几个方面：

(1)实现逻辑控制,PLC具有逻辑运算功能,它设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，因此它可以代替继电器等更为精确的实现组合逻辑与顺序逻辑控制。

(2)定时控制,PLC具有定时控制的功能,为用户提供若干个定时器,并设置了定时指令。

(3)计数控制,PLC有计数控制的功能,为用户提供了若干个计数定时器,并设置了计数指令。

(4)步进控制,PLC为用户提供了若干个移位寄存器，或者直接有步进指令,可用于步进控制。

(5)数模、模数转换,有些PLC还提供了“数模”转换和“模数”转换等功能,能够完成对模拟量的控制以及调节。

(6)数据处理,有的可编程控制器还存在有数据处理的能力,能进行数据并行传送、比较和逻辑运算,BCD码的四则运算，还能进行数据检索、比较、数制转换等功能。

(7)通信与联网,有的PLC还采用了通信技术,可以进行远程I/O控制,多台PLC之间可以进行同位连接,还可以与计算机进行上位链接,由一台计算机以及若干台PLC可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络,从而完成较大规模的复杂的控制。

(8)实现对控制系统监控,PLC具有较强的监控功能，操作人员通过监控命令可以监控有关部分的运行状态。

2.2 可编程控制器的主要优点

总的来说可编程控制器一种逻辑控制单元，对于可编程控制器来说，首先，变成较为简单，可编程控制器的设计者在设计PLC时已经充分考虑到使用者的习惯以及技术水平以及用户的方便，构成了一个实际的PLC控制系统一般不需要很多的配套的设备，PLC的基本指令不多，常用于编程的梯形图以及传统的继电接触控制线路图有许多相似之处，编程器的使用简便，对程序进行增减、修改和运行监视很方便；其次，可编程控制器的可靠性较高，PLC是专门为工业控制而设计的，在设计与控制过程中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选器件等多层次有效的抗干扰措施，因此可靠性很高，有资料显示可编程控制器的无故障运行时间可长达3万小时以上，PLC自带的自诊断功能可以迅速方便的检查判断故障，缩短检修时间；再次，可编程控制器的通用性以及功能很强，PLC的品种很多，针对不同的系统可以灵活的选用不同的PLC，用来满足不同的控制要求，用一台PLC可以实现控制不同对象或者满足不同的控制要求；同时，可编程控制器还具有设计、施工以及调试周期短的优点，可编程控制器在很多领域是以软件编程来取代硬件连线，用PLC构成的控制系统也比较简单，编程也比较容易，安装与使用方便，不需要很多的配套的设备，程序调试修改也很方便，可大大缩短可编程控制系统的设计、施工以及投产时间。

在温度控制器中采用PLC控制，能实现精确控制温度，与此同时PLC具有良好的可靠性，能够适应较为恶劣的工作环境，对所操作的环境进行温度的合理控制，更有利于依赖温度行业的需要。

2.3 PLC的基本结构

可编程控制器是从计算机以及机电接触系统等发展而来的，因此，在结构上可以总结为以下几个单元：

输入输出部件，输入部件接受从开关、按钮、继电接触器和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成中央处理单元能够接受以及处理的数字信号，而输出部件接收经过中央处理单元输出的数字信号，并能把它转化成能被控制设备以及显示装置所能接受的电压或者电流信号，以驱动接触器、电磁阀等。

中央处理单元（CPU），它是PLC的核心部件，整个可编程控制器的工作过程都在中央处理单元的控制下统一指挥和协调进行。

存储器是保存系统程序和用户程序的器件，系统存储器主要用于存放系统正常工作所必需的程序。

电源部件为可编程控制器提供所需要的直流电源和外部输入设备所需要的直流稳压电源。

编程器是可编程控制必不可缺少的重要的设备，她主要对用户程序进行编辑、输入、检查、调试和修改，并用来监视PLC的工作状态。

3、温度控制器分析

温度控制器是对温度进行控制的电开关设备，温度控制器所控制的空调房间内的温度范围一般在18℃--28℃。窗式空调常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断。其结构由波纹管、感温包（测试管）、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个转送信号动力的系统。 按照控制方法温度控制器一般分为两种：一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。其中蒸气压力式温度控制器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式温度控制器都以这类温度控制器为主。而电子式温度控制器分为：电阻式温度控制器和热电偶式温度控制器。

3.1蒸气压力式温度控制器原理分析

温度控制器波纹管的动作作用于弹簧，弹簧的弹力是由控制板上的旋钮所控制的，毛细管放在空调机的室内吸入空气的风口处，对室内循环回风的温度起反应。当室温上升至调定的温度时，毛细管和波纹管中的感温剂气体膨胀，使波纹管伸长并克服弹簧的弹力把开关触点接通，此时压缩机运转，系统制冷，直到室温又降至设定的温度时，感温包气体收缩，波纹管收缩与弹簧一起动作，将开关置于断开位置，使压缩机的电动机电路切断。以此反复动作，从而达到控制房间温度的目的。

3.2电子式温度控制器原理分析

电子式温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的，一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）为测温电阻，这些电阻各有其优确点。家用空调温度控制器的传感器大都是以热敏电阻式。

3.3温度控制器PLC控制系统分析

一般温度控制器可以采用采用PID模糊控制技术，用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。据了解，很多厂家在使用温度控制器的过程中，往往碰到惯性温度误差的问题，苦于无法解决，依靠手工调压来控制温度。采用PID模糊控制技术，能较好地解决了惯性温度误差的问题。传统的温度控制器，是利用热电偶线在温度化变化的情况下，产生变化的电流作为控制信号，对电器元件作定点的开关控制器。基于这种电流控制信号，采用PLC对温度控制器进行控制使控制更加精准。传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制的电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统的温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈的内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。因此基于PLC的温度控制器的实现有重要的现实意义。

4、结语

本文简单介绍了PLC以及温度控制器，分析了PLC应用的优点以及在温度控制器应用中的优势，有利于PLC在温度控制器中的广泛应用。

参考文献

[1]邓则名,程良伦,谢光汉.电器与可编程控制器应用技术（第三版）[M].北京:机械工业出版社,2008.

温度控制系统范文第8篇

【关键词】PLC；控温系统

一、PLC系统总体设计方案

PLC控温系统主要包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件部分由测温电路、电压/频率转换电路、PLC控制电路、加热控制电路和显示电路等构成，如图1所示。

软件部分应用三菱FX系列PLC可编程控制，型号为FX2n-32MR。

PLC控温系统工作原理：在测温电路中LM35温度传感器测量加热装置的温度，把测得的实际温度转换成电压信号送到电压/频率转换电路，在电压/频率转换器（LM331）的输出端输出脉冲，PLC对脉冲计数。由PLC程序将脉冲个数转换为实际温度，与由拨码开关设定的温度进行比较，若设定温度大于实际温度，则继电器吸合，加热装置开始加热。等加热到设定温度时，继电器自动断开停止加热。PLC将此时的实际温度值送到译码器（CD4511），译码器将输入的BCD码转换成七段码，在LED数码管上显示出来。

二、PLC控制器

PLC是一种通用的智能化工业控制设备，其档次和功能面向各种各样的应用，众多的生产厂家提供各种系列且功能各异的产品。目前常见的国内外的PLC产品的型号有几百种。

PLC作为新一代的工业控制器具有通用型好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点。其基本组成中央处理单元、存储器、输入输出模块、编程器。此次PLC设计采用FX2N-32MR，FX是三菱公司的产品，2N是系列序号，32是输入输出点，输入16点，输出16点，M是基本单元类型，R是继电器输出，可以输出交、直流。PLC的供电电源为50HZ、220V的交流电，FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器提供直流24V电源。

PLC开关量输出接口按PLC机内使用的器件可以分为继电器型（R）、晶体管型（T）和晶闸管型（S）。输出接口本身都不带电源，在考虑外驱动电源时，需要考虑输出器件的类型，继电器型的输出接口可用于交流和直流两种电源，晶体管型的输出接口只适用于直流驱动的场合，而晶闸管型的输出接口只适用于交流驱动的场合。

参考文献

[1]杨青杰.三菱FX系列PLC应用系统设计指南[M].北京：机械工业出版社，2008.4.

[2]高勤.可编程控制器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.8.

[3]沈任元，吴勇.模拟电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2000.6.

温度控制系统范文第9篇

【关键词】单片机；温度控制系统；开发与研究

基于单片机的温度控制系统的开发与研究有很高的技术要求，控制系统分为硬件系统和软件系统两大部分，可以实现对温度的精确控制，在实际的生产生活当中，精确的温度控制具有很大的意义，可以大大提高系统的性价比，可以提高整个装置的稳定性与安全性。目前，国内外都很重视对温度控制系统的开发与研究，经过长期的努力与开发，基于单片机的温度控制系统的开发与研究已经取得了很大的发展，但是在实际应用过程中，仍然存在不小的问题，难以完全实现对温度的精确控制，整个装置的稳定性有待加强。

1.国内外温度测控系统的研究

1.1国外温度测控系统研究

在实际的生产生活中，对温度的精确控制具有相当重要的意义，国外很早就开展对温度控制技术的研究，这个研究始于20世纪70年代。国外最先采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，在80年代末出现了分布式控制系统，目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

1.2国内温度测控系统研究

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

2.基于单片机的温度控制原理

2.1基于单片机的温度控制系统的组成

传统单片机的温度控制系统在实际工作中，很容易受到外界环境的影响，工作很不稳定，功能比较单一。多功能温度控制系统由五部分组成，这五个部分分别是温度测控电路、按键电路、报警电路、显示器和恒温控制器，这种多功能的温度控制系统具有很多的有点，它的能耗比较低，整个装置的体积比较小，节省空间，在实际工作中，工作可靠性高，对温度的控制精度也很高。

2.2基于单片机的温度控制原理

在生产生活中，要实现对温度的控制与采集，通常情况下都会用到传感器。传感器可以对温度信息进行采集和记录，并将信息进行转换，转换成为豪伏级的电压信号，微弱的电压信号经过放大就可以被单片机处理，处理之后的数据输入A/O转换器，就可以转换成数字信号，这个数字信号又会被输入到主机中去。基于单片机的温度控制系统，要想大幅度的提高温度的测量精度，在进行温度采样工作时，就必须要对数字信号进行数字滤波操作，这个操作可以将信号的标度逐渐转换出来，并可以借助其他仪器将温度数值清楚地显示出来。

3.单片机温度检测方法

在实际的生产生活中，温度测量大多采用集成的半导体模拟温度传感器，这种传感器可以将测量的温度信息转换成电压或者电流，而且传感器输出的电压或电流与温度在一定范围呈线性关系。这种测量信息之间的相互转换，可以实现对温度的更直观研究，可以实现对采样信息的放大。

温度测量可以使用热电偶进行测量工作，这种测量方法没有半导体模拟温度传感器测量法使用的普遍，在实际应用中，热电偶测量法的测量精度是相当高的，但是整个测量过程相对来说复杂，测量工作持续的时间比较长，此外，这种测量方法要使用电路，受到外界环境干扰的程度比较大，稳定性较差，容易出现较大的测量误差。

温度检测方法的分类有很多种，按照敏感元件和被测介质接触与否，可以分为接触式与非接触式两大类，每一种温度检测方式在一定程度上具有相应的检测范围。基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表以及基于热电效应的热电偶温度检测仪表采用的是接触式温度检测方法，非接触式温度检测方法主要是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系。基于单片机的温度控制系统，通过在单片机的外部添加各种接口，可以实现对不同物质的温度检测与显示，并且可以通过不断的改进，或者根据实际情况进行调整，实现对温度检测的报警与提醒记录，便于工作人员使用。

4.单片机的温度控制系统的开发与应用

4.1硬件电路的开发与应用

基于单片机的温度控制系统的设计，采用单片机为主机，配合两路传感变送器和多路开关，并包含各种转换器，快速实现不同信息之间的转换与显示，还配有调节阀等，可以实现对贮液容器温度的自动控制。在开发与研究中，基于单片机控制的温度系统有很多种，有时间温度控制系统和数字温度系统等。

下图是基于单片机控制的时间温度控制系统的仿真图，在这个图上，P1口来控制键盘扫描，其中P1.0～P1.3为行线输入，P1.4～P1.7为列线输入；P2口是控制字形的，而P0口控制位；P3.7为电平输出。这个温度控制系统的使用操作是很简单的，在进行温度监测时，操作人员通过数字键盘选择好系统提示需要选择的对象，这个选择对象可以是时间或者其他的参数，然后输入需要控制的时间，时、分、秒位都要认真输入，检查无误之后按下确认键，整个温度控制系统就会开始倒计时；在计时结束时，控制模块会通过P3.7输出一个电平，在下图的仿真图中，这个电平会驱动发光二极管，而在实际的电路中，这个电平要经过放大器进行放大然后传输到执行模块，这样才能最终实现对整个电路的自动控制触发，使后续电路动作。整个倒计时过程会在液晶显示屏上显示出来，便于人们的直观理解。最简单的控制模块可采用双向可控硅来实现，从P3.7输出的高电平经三极管放大后送至可控硅的控制极，而可控硅的其他两极分别与被控器件、电源相接即可。

时间控制系统仿真图

4.2软件开发与应用

在整个温度控制系统中，采样得到的温度信息要经过多次转换，还要经过相关电路的放大作用使得数据进入单片机的处理范围之内，经过一系列作用的数据最终会被输入到单片机之中进行处理与显示，显示的结果可以根据人们的实际需要进行调整，温度信息可以借助于一定的数学表达式、图标、函数等进行显示，便于人们对数据的直观认识。

5.结语

在实际的生产生活当中，精确的温度控制具有十分重要的意义，国内外都相当重视对温度控制系统的开发与研究，随着经济社会的发展，人们对温度控制精度的要求越来越高，与此同时，新型的温度采集技术和温度控制办法开始逐渐应用到整个温度控制系统当中，整个系统的检测精度和工作稳定度得到很大提升，性价比也不断提升！

【参考文献】

[1]樊军庆，张宝珍.温度控制理论的发展概况[J].工业炉，2008，30（6）：12-15.

温度控制系统范文第10篇

关键词：计算机仿真；蔬菜大棚；温度控制；鲁棒性

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）13－2746-03

The Design of the System of Vegetable Greenhouse Based on Fuzzy PID Control

JIA Fang－yun，WANG Da－wei，QU Yi

（Xianyang Vocational Technical College， Xianyang 712000，Shaanxi， China）

Abstract： Aiming at the problem of temperature control in traditional greenhouse， the fuzzy PID control menthod was introduced in the greenhouse temperature control system． The new control system could provide suitable temperature for the growth of agricultural crops and realize the optimum control according to the seasonal alteration and diurnal variation． Computer simulating control test in MATLAB environment indicated that the robustness and the adaptability of greenhouse temperature control system were greatly improved by the fuzzy PID control method， and the side effect of temperature disorder was also inhibited． A satisfactory control effect achieved．

Key words： computer simulation； vegetable greenhouse； temperature control； robustness

现代蔬菜大棚能够人为地改善大棚内农作物的生态环境，为蔬菜等农作物的生长提供最佳生长条件，提高农业土地的产出率和社会经济效益。但是，由于大棚环境系统自身的复杂性，各种环境因素之间相互耦合，采用常规PID控制方法很难为蔬菜等农作物提供一个最佳的环境温度［1－3］。

近年来，随着人工智能理论的发展日趋成熟，人工智能控制已经成为控制应用领域研究的一个热点，特别是将模糊控制和PID控制两者优点相融合的模糊PID控制（Fuzzy－PID），引起了科技工作者的广泛关注。Fuzzy－PID控制是一种人工智能控制方法，能提高控制系统精确度和使控制具有较强的自适应性、鲁棒性，同时也提高了系统的灵活性，改善了系统的动、静态性能，从而获得了良好的控制效果［4－6］。基于此，本文在建立大棚温度控制对象模型的基础上引入Fuzzy－PID控制算法，实现大棚内环境温度的控制。

1大棚温度模糊PID控制器的设计

模糊PID控制系统的设计是该控制系统的核心，关系到控制性能的优劣。大棚温度模糊PID控制系统的设计方法是利用模糊控制算法在线修订PID控制器的3个参数，达到在线寻优控制的效果。

1．1大棚温度模糊PID控制系统的原理

模糊PID控制系统以温度偏差和温度偏差变化率作为控制系统的输入，经模糊化处理后，进行模糊决策，为PID控制器的参数选择提供寻优算法。它的设计思想是把温度偏差e（公式1）和温度偏差的变化率ec（公式2）经过模糊化后输入到模糊控制器中，依据模糊控制规则，在线实时逻辑推理出的三个修正量Δki、Δkp和Δkd实现PID控制器的三个参数ki、kp、kd在线修正，实现对大棚内环境温度实时控制。

一般情况下，针对不同的e和ec，模糊PID控制的3个参数kp、ki、kd自整定应遵循以下原则：

1）当｜e｜较大时，应取较大的kp和较小的kd（以使系统响应加快），且是ki＝0。

2）当｜e｜中等时，应取较小的kp（以使系统响应具有较小的超调），适当的ki和kd。

3）当｜e｜较小时，应取较大的kp和ki（以使系统具有较好的稳态性能），kd的取值要恰当，以避免在平衡点附近出现震荡。

1．3大棚温度模糊PID系统参数的模糊化

依据控制系统的要求，大棚温度模糊PID控制系统中的模糊控制系统采用二输入三输出的形式，以温度偏差和温度偏差变化率作为输入，以校正量Δkp、Δki、Δkd作为输出。按大棚中农作物生长规律和农业技术人员的控制实践经验，取输入、输出语言变量模糊子集为｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝，简记为｛NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB｝，温度偏差e、温度偏差的变化率ec和控制器输出的校正量Δkp、Δki、Δkd的模糊论域取为｛－3，－2，－1，0，1，2，3｝，模糊子集也取为｛NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB｝，模糊子集的隶属函数NB，PB选高斯函数（公式5和公式6），其余均选灵敏度高且在论域范围内均匀分布，等距离的三角形函数（公式7~11），e、ec和Δkp、Δki、Δkd隶属函数曲线如图1所示。

在依据大棚农作物的生长规律和农业技术员的实践操作的经验基础上，建立合适的模糊规则表，得到对Δkp、Δki、Δkd等3个参数分别对应的整定的模糊规则表（表1、2、3）。

由模糊控制规则可知，参数调节规则表可写成条件语句形式。对于表1~3中kp、ki和kd的调节规则可以写成如下49条模糊条件语句。

1） if（e is NB）and（ec is NB） then （kp is NB）（ki is PM）（kd is PS）

2） if（e is NB）and（ec is NM） then （kp is NB）（ki is NB）（kd is PS）

3） if（e is NB）and（ec is NS） then （kp is NB）（ki is NB）（kd is PB）

…………

1．5大棚温度模糊PID量化因子的选择及输出信息的解模糊化

1．5．1大棚温度模糊PID控制系统量化因子选择大棚温度模糊PID控制器两个输入量是温度偏差e和温度偏差的变化率ec，它们都是连续的实数。在实际中，大棚中作物生长需要的温度变化范围即温度物理论域是（14，32） ℃，大棚温度偏差变化率的物理论域取整（－2，2） ℃／min，物理论域和模糊论域不能很好地匹配，这会影响整个控制系统的控制效果。因此引入量化因子ke和kec，其作用是使物理论域影射模糊论域，以便相邻模块相匹配，覆盖所有的模糊子集。

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1．5．2大棚温度模糊PID控制器输出信息清晰化在大棚温度模糊PID系统中，经过模糊逻辑推理后，输出的是模糊集合，由49条模糊条件语句（模糊推理规则）所得，是一个模糊量，不能直接控制温度的控制设备――暖气电动阀，还需要用合理的方法将模糊量转化为精确量（解模糊化），以便最好地发挥模糊推理结果的决策效果。清晰化的目的模糊集合等效为一个清晰值。在清晰化时，采用重心法（公式12），得到控制量u来控制被控对象。

在MATLAB的Simulink环境下，对大棚模糊PID温度控制系统和常规PID温度控制进行计算机仿真，并以仿真曲线为基础，进行温度控制系统性能分析。学习因子模糊PID温室温度控制系统追踪仿真曲线如图2所示，常规的PID温室温度控制系统追踪仿真曲线如图3所示。比较分析可以看出学习因子模糊PID温室温度控制系统的系统响应调节时间短，超调量小，抗干扰性强、鲁棒性好，能很好地抑制长时间存在的误差。

3小结

文章提出的学习因子模糊PID控制方法是将常规PID控制、模糊控制以及学习因子相结合，使控制系统具有了依据控制环境学习的能力，实现了在线智能修正PID控制器的参数，提高了控制系统的静态性能和动态性能，能使温室的控制系统在升温过程中无超调，在降温过程中有较小的超调，比较符合温室蔬菜生产对温度控制的要求。

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