基于单片机的双路温度测控系统设计.docx

基于单片机的双路温度测控系统设计.docx

《基于单片机的双路温度测控系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的双路温度测控系统设计.docx（46页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于单片机的双路温度测控系统设计

前言

温度测控在工业领域具有广泛的应用。

随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能温度测控系统测控功能的完善，测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。

由于单片机具有集成度高、功能强、体积小、抗干扰能力等优与一般cpu的优点。

因此，在要求高控制精度和较低成本的测控条件系统中，往往采用单片机作为数字控制取代模拟控制器.

而作为“感觉器官”传感器用各种各样信息的感知获取和检测，并将其转换为工作系统能进行处理的信息。

目前，传感器正沿着分立式→集成化→智能化→单片机系统网络化的方向迅速发展，自能传感器系统是在智能传感器的基础上发展而来的。

显而易见，传感器在现代科学技术领域中占有极其重要的地位。

采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前最广泛的测量技术。

随着科学技术的发展，现在也出现了光通量等作为可测量的传感器。

本设计正对温度控制设计了以单片机为主机的主动控制系统，系统的结构图由单片机52为主机，A/D转换器，两个测温点路，控制电机正反转，电源电路，键盘和显示电路。

温度测控系

统是一个闭环控制系统，用温度传感器将监测到的温度A/D转化后送入计算机中。

本设计在指导老师吴文涛、王璇、冯智磊的指导和相关文件的综合而完成的。

摘要

在现代工业印花技术中，单片机温度测控是核心设计一个基于单片机的双路温度测控系统设计。

其能够采集探头和工作台上两路信号，范围分别是0~300和0~99精度为正负1，这两路温度信号通过放大器输入单片机，单片机结合由键盘输入的设定值输出控制电机正反转命令、并用LED实时显示所测得的两路温度值。

关键词：

单片机、温度测控系统、工业印花技术

Abstract

Inthemodernindustrialprintingtechnology,SCMisthecoretemperaturecontrollingdesignabasedonsinglechipmicrocomputertemperaturemeasurementandcontrolsystemofdoubleroaddesign.Theprobeandthecollectiontotwochannelssignal,Rangeis0~300respectivelyand0~99precisionofplusorminus1,thetworoadtemperaturesignalthroughtheamplifiersingle-chipmicrocomputer,SCMbycombininginputkeyboardinputvalueoutputcontrolmotorpositive&negativecommand,andLEDreal-timedisplaymeasuredwaytwotemperature.

Keywords:

SCM,temperaturemeasurementandcontrolsystems,industrialprintingtechnology

单回路温度控制器

一个单回路温度控制器是一种手段，需要从一个传感器的信号，把它比作一个设定点信号，并调整输出到加热设备维护，尽可能接近，与测量温度和设定温度平衡。

这里的关键词是“尽可能接近”。

有许多用于实现这种控制方法的几个类型。

我们将试图简单介绍一下最常见的。

开关控制

该应用程序的正确的温度控制器选择取决于应用程序所需的控制程度。

最简单的应用程序可能只需要什么是所谓的“开关”控制。

开关控制操作的，就像对我们的家庭供暖系统温控器相同的方式。

换句话说，该控制器的输出可以是100％或100％优惠。

对敏感性的开关控制（有时称为“滞后”或“死区”）是进入点之间的控制作用，此时，控制输出开关由“关”“开”时设计的。

在延时开关设计，这可以防止太迅速从小康到输出。

如果设置滞后过于“狭窄”，快速切换将发生，往往会造成所谓的输出“格格”之称。

这种“抖动”可以导致输出继电器和加热元件寿命差。

因此，应设置滞后，这样是有关系的“开”和“关”的输出模式有足够的时间延迟。

由于在通断控制器输出所需的滞后，总是会有一定的“冲”和“超调”中的调节作用。

就根据拍摄和超调量在整个特定应用的热系统的特点而定。

图（A）

时间配比的进程，需要比开关控制通常需要什么是所谓的配料多一点时间的精确控制。

一时间比例控制操作作为一个开关控制大致相同的方式，而这一过程的温度是所谓的比例带之外。

比例带设定点是，围绕在配料控制，届时需要的地方区域。

当进程进入温度之间的时间比例带（接近设定值）的周期时间和休息时间开始发生变化。

在比例带的低端，在时间比更大的关闭时间。

由于工艺越接近设定值，在时间减少，而关断时间增加。

这改变了有效的权力，热负荷，并导致“节流回”中，在该过程温度上升的速度。

这一行动继续进行，直到一个稳定的需要某处低于设定值的地方。

在这一点上，控制的实现。

在控制点的差异和实际设定值被称为“下垂”。

图（B）

积分或“复位行动

如果“下垂”的控制时间比例形式不能耐受的过程中，控制整体功能必须加入。

整体功能“自动复位”控制器发现使用数学算法来计算下垂数额，然后调整输出到“复位”设定值的控制效果。

这通常是通过自动转换带的比例稍微弥补下垂。

自动复位内采取行动只能比例带的地方。

应自动复位比例带外应用，其结果将是一个极端的设定值超调状态。

消除了比例带被称为“反重置饱和”自动复位外过程是典型的控制，包括自动复位或“整合”功能的标准功能。

在许多控件没有提供“自动”复位。

此功能是通过手工完成的电位变化调整，手动比例带。

（图14A及14B条）

衍生金融工具（自动速率）

当温度超调的过程，在其骑自行车，超过设定值。

过冲可以小和微不足道或大到足以导致这一进程的重大问题。

在所有的讨论至今控件类型，发生过冲。

过冲可能会造成损害，在许多流程，因此必须加以避免。

衍生功能（也称为“自动率”）可用于控制系统，以防止过冲。

衍生功能预计多快的速度将达到设定值。

它这个测量过程的温度变化速率，然后通过强制成比例以更快的行动，从而减慢过程的温度变化率率的控制。

这一行动使工艺温度的“滑翔”到设定值，从而防止过冲很大程度在启动时系统的变化，如大负荷的变化或开门一炉，等发生。

通常，最精确的过程控制应用都需要有比例控制，自动复位，自动速率功能。

这种类型的控制为PID知道（比例，积分，微分）。

（图14C的）

控制系统调节开关控制：

优化一个开关控制系统通常由一个简单的手动调整完成。

这种调整，基本上通过调整控制点的控制开启和关闭开关滞后。

比例（P），比例加积分（PI）和比例加积分加微分（PID）。

是有对P，PI和PID控制适当调整的几种方法。

大多数方法需要大量的试验和错误以及大量具有很大的耐心赋予技师！

下面是其中的方法之一。

第一步是调整比例带。

如果控制器包含积分和微分的调整，调整到零之前，他们调整比例带。

调整比例带选择的响应速度（有时称为增益）成比例控制器需要实现该系统的稳定性。

比例带，必须更广泛地较系统的正常振荡的学历，但不要太宽，以抑制系统的响应。

开始时为比例带最窄的设置。

如果有振荡，慢慢增加比例带小的增量，使系统解决了几分钟后，每次出来，直到在该点的偏移量开始增加下垂步调整。

在这一点上，过程变量应在平衡状态下的一些设定点。

接下来的步骤是调整积分或复位动作。

如果该控制器具有手动复位调整，只需调整复位，直到进程下垂被淘汰。

与手动复位调整的问题是，一旦设定值更改为一个值比原来的外，下垂可能会回归和复位将再次需要进行调整。

如果控制具有自动复位，复位自动复位调整，调整时间常数（每分钟重复）。

最初的设置应在每分钟重复的最低数字，以便在系统的平衡。

换句话说，小步调整的自动复位，使系统解决之后的每一步，直到开始出现轻微的振荡。

然后回到小康就在那里的振荡停止，调整，重新建立平衡点。

该系统将自动调整偏移误差（下垂）。

最后一个控制参数，调整为速率或衍生功能。

随时调整这个函数的最后一个。

永远！

我之所以这样强调的是在这一点上，如果利率调整是在复位前作出调整转向，复位将被拉出来的时候调整利率调整已打开。

然后你只需要启动调整过程结束了！

其速率调节功能，是尽可能减少任何过冲。

房价调整是基于调整中，调谐到与整个系统的响应分钟的时间来计算时间。

最初的利率调整应尽可能最低的分钟数。

增加在非常小的增量调整。

每次调整后，让它解决了几分钟。

然后增加一个中等量设定值。

观看的控制作用达到设定值。

如果出现超调，提高利率调整另一个少量重复该过程直到冲被淘汰。

有时系统会变成“疲软”，绝不达到设定值的。

如果发生这种情况，减少利率调整过程，直到达到设定值。

可能仍有轻微的超调，但是这是一个取舍的情况。

自动调谐-调整控制参数是不好玩！

谢天谢地，现代技术和“自动调谐的发明”。

今天的控制器制造商大多提供单回路的自动参数调整选项，它消除了手动调谐的温度控制器不少苦工。

有几种方法的自动调整。

大多数的系统上运行的控制器，即“看”，从开始时的初始启动上升周期的时间进程到达设定值。

然后从第一个周期的响应特性学习它调整到最佳调谐自己在第一循环创造了历史的参数。

自动调谐功能继续“学习”，直到随后的周期，并重新调整的PID达到最佳设置参数。

由于并非所有制造商的自动调节控制器的功能相同，最好咨询，然后再尝试第一次使用自动调谐功能的使用说明书。

SingleLoopTemperatureControllers

Asinglelooptemperaturecontrollerisaninstrumentthattakesthesignalfromasensor,comparesittoasetpointsignal,andadjuststheoutputtotheheatingdevicetomaintain,ascloseaspossible,equilibriumbetweenthemeasuredtemperatureandthesetpointtemperature.Thekeyphrasehereis"ascloseaspossible".Thereareseveraltypesofcontrolmethodsusedtoaccomplishthis.Wewillattempttobrieflyexplainthemostcommon.

On-OffControl

Selectionoftherighttemperaturecontrollerfortheapplicationdependsonthedegreeofcontrolrequiredbytheapplication.Thesimplestofapplicationsmayonlyrequirewhatiscalled"On-Off"control.On-Offcontroloperatesmuchinthesamemannerasthethermostatonourhomeheatingsystems.Inotherwords,theoutputofthecontrolleriseither100%onor100%off.ThesensitivityoftheOn-Offcontrol（sometimescalled"hysteresis"or"dead-band"）isdesignedintothecontrolactionbetweenthepointsatwhichthecontroloutputswitchesfrom"off"to"on".Thisdesignedinhysteresispreventstheoutputfromswitchingfromofftoontoorapidly.Ifthehysteresisissettoo"narrow",rapidswitchingwilloccurandoftenresultinwhatisknownasoutput"chattering".This"chattering"canresultinpoorlifetimeofoutputrelaysandheatingcomponents.Therefore,thehysteresisshouldbesetsothatthereissufficienttimedelaybetweenthe"on"and"off"modesoftheoutputs.Duetothehysteresisneededintheoutputoftheon-offcontroller,therewillalwaysbeacertain"undershoot"and"overshoot"inthecontrolaction.Theamountofundershootandovershootisdependentuponthecharacteristicsoftheentirethermalsystemofaparticularapplication.（Figure13A..）

TimeProportioning

ProcessesrequiringalittlemoreprecisecontrolthanOn-OffcontrolusuallyrequirewhatiscalledTimeProportioning.Atimeproportioningcontroloperatesmuchthesamewayasanon-offcontrolwhiletheprocesstemperatureisoutsideofwhatiscalledtheproportionalband.Theproportionalbandisthatareaaroundthesetpointinwhichtimeproportioningcontroltakesplaces.Whentheprocesstemperatureenterstheproportionalband（approachingsetpoint）thecycletimebetweentimeonandtimeoffbeginstovary.Atthelowendoftheproportionalband,theontimeismuchgreaterthantheofftime.Astheprocessgetsclosertothesetpoint,theontimedecreasesandtheofftimeincreases.Thischangestheeffectivepowertotheheatingloadandcausesa"throttlingback"inthespeedatwhichthetemperatureoftheprocessisincreased.Thisactioncontinuesuntilastabilizationtakesplacesomewherebelowthesetpoint.Atthispoint,controlisachieved.Thedifferenceinthecontrolpointandtheactualsetpointiscalled"droop".（Figure13B.）

Aslongasthereisnochangeintheprocessload,thisconditionwillremainconstant.

Integralor"ResetAction"

Ifthe"droop"inthetimeproportioningformofcontrolcannotbetoleratedintheprocess,theIntegralfunctionofcontrolmustbeadded.Theintegralfunctionfoundin"automaticreset"controllersusesamathematicalalgorithmtocalculatetheamountofdroopandthenadjuststheoutputto"reset"thecontrolresulttosetpoint.Thisisusuallydonebyautomaticallyshiftingtheproportionbandslightlytocompensateforthedroop.

Automaticresetactioncanonlytakeplacewithintheproportionalband.Shouldautomaticresetbeappliedoutsidetheproportionalband,theresultwouldbeaconditionofextremeovershootofthesetpoint.Theprocessofeliminatingtheautomaticresetoutsideoftheproportionalbandiscalled"anti-resetwindup"andistypicallyastandardfeatureofcontrolsthatincludetheautomaticresetor"integrating"function.Onmanycontrolsthatdonotoffer"automatic"reset.Thisfunctionisaccomplishedmanuallybyapotentiometeradjustmentthatmanuallyshiftstheproportionalband.（Figure14Aand14B）

Derivative（AutomaticRate）

Temperatureovershootiswhentheprocess,duringitscycling,exceedssetpoint.Overshootcanbesmallandinsignificantorlargeenoughtocausemajorproblemswiththeprocess.Inallthetypesofcontroldiscussedsofar,overshootoccurs.Overshootcanbedamaginginmanyprocessesandthereforemustbeavoided.

Thederivativefunction（alsocalled"automaticrate"）canbeusedincontrolsystemstopreventovershoot.Thederivativefunctionanticipateshowquicklythesetpointwillbereached.Itdoesthisbymeasuringtherateofchangeofprocesstemperatureandthenbyforcingthecontrolintoaproportioningactionatafasterratetherebyslowingdowntherateofprocesstemperaturechange.Thisactionallowstheprocesstemperatureto"glide"intothesetpointandtherebypreventalargedegreeofovershootonstart-upandwhensystemchangessuchaslargeloadchangesortheopeningofafurnacedoor,etc.takesplace.

Typically,themostpreciseofprocesscontrolapplicationswillrequireacontrolthathasproportional,automaticreset,andautomaticratefunctions.ThistypeofcontrolisknowasPID（Proportional,Integral,Derivative）.（Figure14C）

ControlSystemTuning

On-OffControl:

TuninganOn-Offcontrolsystemisusuallyaccomplishedbyonesimplemanualadjustment.Thisadjustmentbasicallycontrolstheswitchinghysteresisbyadjustingthepointsatwhichthecontrolturnsonandturnsoff.

Proportional（P）,ProportionalplusIntegral（PI）,andProportionalplusIntegralplusDerivative（PID）.

ThereareseveralmethodsforthepropertuningofP,PI,andPIDcontrols.Mostmethodsrequireaconsiderableamountoftrialanderroraswellasatechnicianendowedwithalotofpatience!

Thefollowingisoneofthosemethods.

Thefirststepisthetuningoftheproportionalband.IfthecontrollercontainsIntegralan