水溫控制系統(tǒng)doc

1、水溫控制系統(tǒng)1水溫控制系統(tǒng)文摘為了實(shí)現(xiàn)高精度的水溫控制，本文介紹了一種以SPCE061A單片機(jī)為控制核心、以PID算法控制以及PID參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法來實(shí)現(xiàn)的水溫控制系統(tǒng)。文章著重介紹核心器件的選擇、控制算法的確定、各部份電路及軟件的設(shè)計(jì)。SPCE061A單片機(jī)完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強(qiáng)大的中斷處理能力，決定了該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單、程序簡短、系統(tǒng)可靠性高等。本次設(shè)計(jì)還充分利用了SPCE061A單片機(jī)成熟的語音處理技術(shù)

2、和PC機(jī)的圖形處理功能，來實(shí)現(xiàn)了語音播報(bào)溫度和打印溫度變化曲線的要求。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞SPCE061A單片機(jī)；Pt1000；PID自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國外溫度控

3、制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國

4、內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量，其中溫度是一個(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品

5、質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。本文主要介紹單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件的選取和控制算法的選擇、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的

6、整定。在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了凌陽科技公司提供的一款新產(chǎn)品SPCE061A芯片作為該控制系統(tǒng)的核心。溫度信號由PT1000和電壓放大電路提供。通過PID算法實(shí)現(xiàn)對電水溫控制系統(tǒng)3目的的關(guān)鍵。它們選取的好壞將直接影響著整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果的優(yōu)劣，所以這是一項(xiàng)不容怱視的工作。1.2.1CPU（ComputerprocessingUnit）中央處理器）中央處理器⑴方案一：此方案采用SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。SPCE061A單片機(jī)除具有體積小，集成度高

7、、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，內(nèi)置8路ADC，2路DAC。在實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中，采用SPCE061A為前端采集單元，具有較好的同步性和實(shí)時(shí)性。且內(nèi)嵌32K字閃存FLASH，處理速度高，集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播報(bào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)極為方便。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。⑵方案二：此方案采用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，此單片機(jī)軟件編程自由度大，

8、可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但在數(shù)據(jù)采集時(shí)必須使用AD（數(shù)模轉(zhuǎn)換），且在選擇AD時(shí)需考慮3個(gè)方面的內(nèi)容：一是如何針對系統(tǒng)的需求，選擇合適的AD器件；二是如何根據(jù)所選的AD器件設(shè)計(jì)外圍電路與單片機(jī)的接口電路；三是編寫控制AD器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)程序，這些大大加大了工作量。若要增加語音播報(bào)功能，還需要外接語音芯片及接口，加繁了外圍電路設(shè)備，大大增加了軟件實(shí)現(xiàn)難度。此外51單片機(jī)內(nèi)部無在線仿真、編程接口，就需要用仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件

9、調(diào)試，較為繁瑣。將兩個(gè)方案一比較便可得出一個(gè)結(jié)論，采用凌陽單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)本題目，不管是從結(jié)構(gòu)上，還是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢，所以最后決定用SPCE061A作為該控制系統(tǒng)的核心。1.2.2常用溫度控制系統(tǒng)分析常用溫度控制系統(tǒng)分析溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里人們需對溫度進(jìn)行測量和控制。長期以來國內(nèi)外科技工作者對溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如性能成熟應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適

10、應(yīng)控制等。此處主要對一些控制器特性進(jìn)行分析以便選擇適合的控制方法應(yīng)用于改造。⑴常規(guī)PIDPID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于理解和實(shí)現(xiàn)，且一些高級控制都是以PID為基礎(chǔ)改進(jìn)的。在工業(yè)過程控制中90%以上的控制系統(tǒng)回路具有PID結(jié)構(gòu)，在目前的溫度控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，即使在科技發(fā)達(dá)的日本，PID在其溫度控制應(yīng)用中仍然占80%的比例。其主要構(gòu)成如圖2所。由圖可知PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)