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篇1

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。現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。

篇2

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。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；顯示00

JBP3.4，$；T0=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L1：MOVA，R0；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；輸出至P1顯示

MOVR5，#10；延時1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.4，L3；放開了沒？是則

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限溫度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.5，$；T1=1？放開？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L4：MOVA，RO；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；顯示00

MOVR5，#10；延時1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？

DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.5，L6；放開了？是則跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限溫度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#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：JBP2.0，ADC；檢測轉換完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；將轉換好的值送入

；累加器

MOV33H，A；將現在溫度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值較大，表示

；溫度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；將現在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；與上限溫度作比較

JCLOOP；C=1時表示比上限小須

；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；將現在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；與下限溫度作比較

JNCLOOP；C=1時表示比下限小，須

；加熱，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1動作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延時

DJNZR4，$

JMPAAA

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：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2001.7

篇3

（1）第一種方法是使用純硬件的閉環控制系統。這個系統的優點是速度快，但可靠性相對較差，控制精度是比較低的，彈性小，電路復雜，調試，安裝都不容易實現，高精度的溫度控制的要求變得更加困難。

（2）第二種方法是將FPGA/CPLG或與使用FPGAIP核/CPLG方式。它是用FPGA/CPLG完成采集，存儲，顯示和A/D轉換等功能，實現人機由IP核的相互作用和信號測量和分析功能。這種解決方案的優點是系統結構緊湊，可以實現復雜的測量和控制，操作簡便;但其缺點是在調試過程的復雜性，成本較高。（3）第三種方法是將高精度溫度傳感器組合在一個芯片上。這是完全與微控制器接口進行系統控制和信號分析，由溫度傳感器信號采集和轉換的前端進行。此方法克服了前兩種方法的缺點，所以基于單片機和溫度傳感器控制的溫度在理論上非常的可行。

3在一個溫控系統中如何選擇合適的單片機和傳感器

3.1選擇AT89C51作為系統的單片機單片機在整個控制系統中占有主導地位。在主要考慮選擇時應該考慮單片機的處理速度，數據存儲容量，價格和通信方式。在考慮適當后選擇了控制系統的AT89C51作為主芯片。AT89C51具有以下特點：具有4KB的閃存芯片和128KB的程序存儲器。AT89C51的最高頻率可以達到32MHz的，具有8位數據的處理能力，擁有32個IO端口和兩個定時器。

3.2選擇DS18B20作為系統的傳感器該系統采用DALLAS半導體公司生產線數字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數據，DS18B20屬于全新一代的微處理器專為智能溫度傳感器的配置。在溫度測量和控制儀表，測量和控制系統，以及大型設備的工業，民用，軍事等眾多領域有著非常廣泛的應用。它的優點是特別明顯，具有結構緊湊，簡單界面，傳輸距離遠等特點。

3.3確定適合單片機溫度控制的系統框架系統包括數據采集模塊，單片機控制模塊，顯示5部分模塊，溫度設定模塊和所述驅動電路。實時數據采集模塊負責采集溫度數據，收集溫度數據給單片機，由數據顯示部分上顯示所處理的微控制器。設置模塊可以設置在預定的溫度，當檢測到的溫度低于設定溫度的情況下，單片機控制所述驅動電路以開始加熱，并發出報警聲；當檢測到的溫度高于設定溫度時，停止加熱。

4單片機溫度控制原理概述

傳感器是測量溫度信息的主要載體，通過將電壓信號轉化成的毫伏級后的傳感器的溫度信息提供給電路，然后通過電路放大，弱電壓信號慢慢地放大，微控制器的范圍內調節的可自由支配的，然后通過輸入端A/D轉換器的電壓信號轉換成數字信號進行轉換。然后，相應軟件的數字信號被輸入到主機中去。使用中的信號采集到微控制器中，為了提高測量的精確度，必須在采樣時將信號進行數字濾波。同時，信號的數字濾波處理后，它就會逐漸被轉換成適當的標度，所得到的溫度指標顯示在IED屏幕上。同時還可以將溫度值與提前設定的溫度值進行比較，然后按照積分分離PID控制偏差之間的兩個算法分析的大小，從而得出最終輸出的控制值，然后確定出導通時間與輸出功率以及控制量的熱值，從而有效地調節環境的溫度來達到目的。整個溫度控制系統，它的主要目的是使實時單芯片溫度可以有效地檢測和精確的控制，從而解決了工業生產和日常生活的溫度控制方面很難解決的問題。在難以控制的情況下，利用十進制數字顯示器的實際溫度值，這有利于實現人們進行簡單和方便的溫度監測。

5單片機溫度控制系統的設計硬件和軟件系統

5.1溫度控制系統的硬件電路系統的原理及組成溫度控制系統的硬件電路包括溫度傳感器電路，D/A轉換電路，A/D轉換電路，單片機最小系統電路，帶通濾波電路，放大電路，以及一個數字的復用器電路的電磁閥控制電路和開關電路等。當然，為了實現不同的設計要求，仍然可以建立在一個單一的芯片上而在系統的設備不同的電路和在不同的配置。例如可以使用鍵盤來控制矩陣電路，可用于實現溫度報警蜂鳴器和使用一些液晶顯示模塊，在溫度異常時將在液晶顯示屏上顯示出來。通過這些不同的外設模塊，可以更好地提高單片機溫度控制系統。

5.2溫度控制系統軟件開發理論溫度控制系統的軟件主要是用C語言編寫，實現了單片機的控制權。通過C語言可以實現單片機對溫度的采集的頻率的控制、實現溫度的顯示和控制等不同的功能。控制系統程序包括主程序和子程序。主程序主要用于實現單片機的初始化，將溫度傳感器的初始化設置（讀取溫度，加工溫度，存儲溫度）被初始化，并且進行鍵盤與液晶顯示器的初始化。使用該方法的主程序循環查詢來實現對溫度的采集和對溫度顯示的控制。主程序的主要作用是實時采集溫度的，并且所述傳感器的二進制代碼讀入到單片機內，并隨后經單片機的處理轉化成十進制顯示在液晶顯示器的上方。

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單片機；溫度控制系統；設計

自建國以來，我國的科技和社會的發展進入了飛速發展的階段，人們的生活水平有了極大的進步，尤其是近年來計算機的運用，使得人們生活逐漸邁向智能化的道路。然而科技的發展卻給環境帶來了巨大的問題，如水污染和大氣污染等，諸多問題時刻限制著人們的生活與工作。改善環境問題是人們的生活環境得以改善的重要前提，而濕度和溫度是環境的兩大基本要素，因此，檢測環境的濕度和溫度有利于使人們的生活更加舒適，對改善人們生活環境有著重要的影響和意義。

1基于單片機的溫度控制系統硬件設計

1．1總體結構

依據功能來分類，單片機的溫度控制系統硬件部分可以分為單片機主控模板、輸入通道、輸出通道和保護電路等五個部分，單片機是整個溫度控制系統的核心，由它擴展外部存儲器，進而構成主控模板。其中，擔當保護電路的溫控箱主要由鉑電阻溫度傳感器進行溫度的測量并轉換為電壓信號，轉換為數字量的工作則由A/D轉換器負責，而且在將數字量通過數字濾波后，不僅能夠在顯示器中顯示出溫控箱的溫度，在經過專業的控制算法運算后，還能夠依據溫度值的比較數據控制溫控箱的功率，從而實現控制溫度的目的。

1．2主控模板設計

主控模板是由四部分組成，即單片機、外部時鐘、復位和存儲器擴展等電路，其中單純的單片機內部存儲器的容量肯定無法滿足整個系統的運行需求，因此必須進行擴展。在擴展存儲器的過程中，需要注意的是，數據總線和低8位地址線應當由PO口擔任，而高8位地址線則由P2口擔任，因為PO口分時復用，因此需要將低8位地址利用地址鎖存器鎖存。而外部復位電路擔任著單片機的復位功能，復位電路的接法有很多種，如上電復位和手動復位鍵復位等方式。時鐘電路采用的是內部模式，在內部形成一個高增益反相的放大器，以此構成所需的振蕩器，與外接晶體諧振蕩器還能構成自激振蕩器，在一定頻率中能夠獲得標準的波特率。

1．3輸入通道設計

輸入通道主要由溫度傳感器、A/D轉化器等電路組成，利用溫度傳感器電路將溫控箱的溫度轉化為電量輸出是輸入通道的主要作用，因為該模式下的電量單片機無法識別，因此需要利用A/D轉換器進行轉換，并將模擬出來的電量轉化為相對應的數字值，從而使單片機在做出良好的判斷以及控制。其中溫度傳感器的種類較多，因材料、構成方式和測量原理的不同，各個溫度傳感器的測量范圍和精度也具有明顯的差異性，因此必須依據使用的用途來選擇相應的溫度傳感器。而A/D轉化器是溫度控制中的重要環節之一，它的轉換速度、精度、分辨率和使用價值都對溫度控制器起著重要的影響，因此在選用是應當全方位考慮它的測量精度和轉換率等問題。

1．4輸出通道設計

輸出通道主要由溫控箱功率調節模塊和可控硅輸出等電路組成，目前的溫控系統都可以利用可控硅來調節功率。而可控硅又分為相位控制和零位控制兩種模式，前者能夠更加便利的調節電壓有效值，在燈光和電爐等方面有著廣泛的運用，而后者在大慣性的加熱器負載中應用廣泛，不僅能夠達到溫度控制的目的，而且沒有相位控制中的高次諧波污染電網。可控硅分為兩種，即單向可控硅和雙向可控硅，作為功率驅動器件在微機控制系統中起著重要的作用。

1．5保護電路

保護電路的主要功能就是在溫控箱溫度超標時進行保護，將溫度傳感器測量的溫度與所給定值同電壓比較器比較后，當發現溫度超標時，電壓比較器能夠及時的斷開加熱電阻絲電源，從而起到保護溫控箱的作用。

1．6抗干擾措施

在系統抗干擾手段中，硬件抗干擾是最為基礎的方式，主要是從防和抗兩個角度進行抗干擾。需要注意的是，在進行抗干擾的措施時，主要針對的是對干擾源的抑制或消除，從而將系統的耦合通道斷開，實現干擾信號對系統影響的措施，而硬件抗干擾設計的主要措施有隔離、接地和濾波等方式。

2軟件設計

2．1主程序模塊

主程序模塊主要包括上電后的系統初始化和整體軟件框架構建兩方面的工作，系統初始化需要對單片機、A/D芯片和串口等模塊進行初始化，完成初始化后，再進行溫度的設定。當溫度設定好后，分析并判斷系統的運行鍵能夠按下后，系統就能夠依據需要調動起各個模塊的功能，如數據采集和數據處理等模塊，然后循環控制到系統完全停止后即可。

2．2數據采集模塊

該模塊主要承擔著采集溫度信號并將模擬量通過A/D轉換器轉換為數字量，最后提供給單片機的工作。當軟件開始工作后，系統將會連續采集多個樣本，在進行轉換后判斷是否達到規定的量，如果沒有達到就循環運行直至停止，最后進行數字濾波即可。

2．3數據處理模塊

該模塊主要分為數字濾波和顯示處理等環節，承擔著處理A/D轉換后數字量的工作，其中數字濾波有著重要的作用。只有經過了轉換后的模擬信號才能夠被單片機所接受，因此所采集的樣本必須多次驗證，才能夠減少偏差值，在經過多次采樣后，通過某種軟件算法才能夠確保最終值的可靠性，其中所用到的軟件算法即數字濾波算法。

2．4抗干擾措施

從軟件方面來說，主要有按鍵消抖和數字濾波兩種抗干擾措施。前者主要依靠硬件電路，即RC濾波電路，以及軟件延時，即通過軟件避開抖動時間兩種方式來消除抖動，該方式不僅能夠消除抖動，還能同時運作其它模塊的功能;而后者主要是將輸入的數字依據相應的運算法則轉換為另一組數據的方式進行濾波，該方式不僅可靠性高，功能齊全，而且使用時不需要其它硬件設備的配合，不過需要占用一定的處理和運行時間。

3結論

單片機的溫度控制系統不僅能夠測量和顯示當前環境的溫度，還能夠依據固定的溫度進行適當的調整，從而達到調節環境溫濕度的目標，而且當溫度超出所設定的溫度時，系統還會發出警報進行提醒。只有高性價比和良好適應性的系統，才能夠被廣泛的應用于生活和、工作和實踐中，因此具備不斷改進系統設計的能力是每個設計者都需要具備的。

作者：王夢軒 單位：成都理科大學

參考文獻:

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現代社會，無論是出于滿足人們生活質量的需要，還是為了滿足生產過程中復雜工藝方面的需要，人們對于溫度控制的要求越來越高。溫度測量及控制技術廣泛應用于社會生產、人們生活的許多方面。對監測對象溫度進行迅速、可靠、精準的測量，并以此為基礎對其溫度進行相應的調整與控制，成為溫度測量、控制領域相關技術人員孜孜以求的攻關重點與難點。在實際工作中，單片機常常被用來作為溫度測控制的主要設備。相對于其他種類設備，單片機便于使用，操作靈活，具有較好的適應性，技術性能優異，能夠滿足溫控設備較高水平的技術要求，這些都有利于溫控產品的質量和工作效率。基于上述原因，單片機在溫控設備市場中發展勢頭良好，前景廣闊。

1 單片機基本概念簡介

所謂單片機，指的就是單片微型計算機。該種計算機整合了中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入輸出（I/O）接口和中斷系統等多個功能單元于一身，具有很強的數據分析處理功能，但本身占用的空間卻很小，輔以外加電源和晶振就能夠正常工作，廣泛應用于現代工業生產多個領域，并發揮出顯著的作用。單片機的出現，本質上是計算機硬件技術高度發展的成果之一。當計算機的主要元件從晶體管發展到集成電路，集成電路集成度越來越高，伴隨這一過程，計算機的體積也就越來越小。當大規模集成電路技術成熟后，單片機也就隨之出現。單片機具有體積小，功能強大、價格低廉的優點，環境適應性良好，工作能耗低，技術指標和經濟指標優良，是現代工業領域重要的元器件，常用于生產控制環節，對于保障產品質量和生產安全，有著極為重要的作用。單片機溫控系統是當前各國都在競相研發的重要設備，是溫控設備領域的主要發展方向。

2 目前常見溫度控制技術

2.1 完全依賴于硬件平臺的閉環控制系統技術方案

這種控制方法最大的優勢是反應迅速，缺點是可靠性欠缺、控制精度不高，結構復雜，使用、管理、維護難度大、成本高，適用范圍小。

2.2 FPGA/CPLD或采用帶有IP內核的FPGA/CPLD技術方案

該技術以FPGA/CPLD技術作為溫度數據采集、存儲、顯示及A/D的手段，而人機交互功能和信號測量分析等功能則由IP核負責實現。該技術具有結構緊湊、數據處理性能強、使用簡單的特點，適合進行過程復雜的測量與控制作業，但調試工作難度較大，經濟性不好。

2.3 綜合使用單片機和高精度溫度傳感器的技術方案

該方案將人機交互、系統控制、數據分析處理功能交由單片機負責，溫度信號采集和轉換交由前端溫度傳感器負責。這種溫度測量控制方式有效避免了前兩個方案的缺陷和不足，是目前溫度控制技術的主流。

3 構建單片機系統框架的方法

3.1 選擇單片機技術要點分析

單片機是單片機溫控系統中的核心元件，單片機選擇的好壞，直接關系到溫控系統整體的運行質量安全。在挑選單片機時，要優先選擇內存空間大、運行速度快，通用性好，經濟效益好的類型。下面以AT89S51作為主控芯片進行討論。該芯片具有以下性能優勢：

（1）指令集和芯片引腳和與Intel公司的8051具有良好的兼容性；（2）集成有4KB的可編程Flash程序存儲器和128字節的可隨機讀寫存儲器（RAM）；（3）時鐘頻率范圍從0到33兆赫；（4）輸入/輸出引腳32個，可實現編程，16位定時/計數器2個，數據指針2個；（5）擁有高達6個的中斷源和2級優先級；（6）全雙工串行通信接口技術性能優異。

3.2 選擇傳感器技術要點分析

在傳感器的選擇上，文章選擇了DS18B20進行溫度數據采集工作，該型號傳感器是DALLAS半導體公司生產的一線式數字溫度傳感器。DS18B20采用了新型技術，專為與微處理器相配合而設計，廣泛應用于工業生產、民生保障和軍事國防等領域的溫度測控設備及其它功能設備中。具有占用空間小，接口靈活，傳輸距離遠、智能化的特點。

3.3 系統框架配置技術要點分析

溫控系統采用模塊設計，每個主要功能都對應一個模塊，配置更為方便，靈活性更高，具體包括數據采集模塊，單片機控制模塊，顯示模塊，溫度設置模塊和驅動電路5個部分。溫度數據經由傳感器輸送到數據采集模塊，實現實時采集，然后在傳送到單片機進行數據分析處理，并在顯示模塊上將結果顯示出來，使用時可以通過設置模塊設置溫度，當控制對象的溫度比預設溫度低時，單片機會想驅動電路發出信號，啟動加熱系統，同時報警鳴笛，溫度超過設定溫度時，加熱系統停止工作，從而實現對溫度的控制。

4 單片機溫控系統的基本工作原理

單片機溫控系統使用傳感器作為溫度數據采集元件，溫度信號經由傳感器轉為電壓信號在電路中傳播。電壓信號毫伏級逐步增強到可以滿足單片機工作需求的程度，然后經由A/D轉換器轉換為數字信號。使用專業軟件對數字信號進行采樣并傳送到主機。為避免數字信號中雜波的存在影響數據采集精確度，單片機在采用的過程中同步進行濾波處理。與此同時，信號經過數字濾波后轉換到相應標度，再通過IED屏對溫度指數進行顯示。在這個過程中，還可以將采集到的溫度數據與預設溫度指標相對比，通常采用PID控制算法確定設定值和實際值間的偏差大小，再以此確定并輸出控制量值，控制量值決定了加熱系統通導時間和加熱功率，以此實現將溫度控制在設定值附近波動的目的。

5 單片機溫控系統開發與應用

單片機溫控系統的開發與應用主要分為硬件平臺、配套軟件和傳感器三個方面。其中，硬件平臺是溫控系統功能得以實現的基礎，主要組成包括單片機、傳感器和多路開關機相應附屬設備。為了更好的開展工作，還可以根據實際需求，添加鍵盤、報警裝置和顯示電路等。軟件部分目前主要使用C語言編程。軟件采用模塊化設計，主程序主要承擔溫度的實時顯示和讀取，并依照設計要求對子程序進行調用，協調子程序完成數據對比，輸出控制值，等工作。第三個方面是傳感器的開發與應用。溫控系統性能水平很大程度上取決于溫度傳感器的靈敏性和測量精度，高品質的傳感器不僅測量范圍廣，而且反應十分迅速，能夠將測量對象的溫度變化及時反饋給溫控系統。目前主要使用熱電偶傳感器，做好熱電偶補償非常重要。

6 結束語

單片機溫控系統在當前工業生產領域應用范圍十分廣泛，不僅溫度測量及時、準確、精度高，而且可以根據預設的程序對目標溫度予以有效的控制，從而達到控制生產過程的目的。單片機溫控系統性能質量高，成本投入少，性價比高，便于操作，使用靈活，具有很強的可擴展性，應用前景十分廣闊，市場潛力巨大。

參考文獻

篇6

在國民經濟各部門，如電力、化工、機械、冶金、農業、醫學以及人們的日常生活中，溫度檢測是十分重要的。在許多模擬量控制和監視應用中，溫度測控通常是基于 -40℃～125℃溫度范圍內的應用，如環境監測、蔬菜大棚、糧庫、熱電偶冷端溫度補償、設備運行的可靠性等應用。實時采集溫度信息，及時發現潛在故障，并采取相應的處理措施，對確保設備良好運行具有重要意義。

1 工作原理

首先通過外置溫度傳感器AD590感知外部溫度變化并轉化為電流信號；然后將電流信號傳輸給ADC0804進行AD轉換；接著通過單片機完成數據的串并轉化，并將數據分別發送到LED和鍵盤專用IC74 C922，分別顯示溫度和設定溫度下限。當現在溫度低于設定溫度時，則加熱（P2.1）動作，使溫度上升，直到現在溫度高于或等于設定溫度加熱器才停止動作。

2 硬件系統

本溫度控制系統包括溫度傳感器及其信號放大電路、溫度顯示電路、按鍵路、供電電源電路等部分組成。

2.1 主控模塊電路

溫度控制系統的主控電路主要由單片機的復位電路、石英振蕩電路和下載電路構成。

2.2 溫度采集、放大電路

（1）AD590將溫度轉換成相應的電流值，接口電路再把電流轉換成電壓，經ADC0804轉換成數字信號，然后經AT89S52處理。ADC0804所得的值比設定的溫度參考值低，則令電熱器加熱，否則關掉電熱器，使溫度能保持在所設定的參考值。（2）調試步驟。第一，先調AD590的可變電阻器，如以0 ℃為參考值則應使其電壓輸出為2.73 V；如以25 ℃為參考值，則應使其電壓輸出為2.98 V。第二，調節VR2使0 ℃時，OPA2的輸出為0 V，而25 ℃時，OPA2的輸出為-0.25 V（反相）。第三，調VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的輸出為-0.25 V，則OPA3的輸出應為1.25 V。（3）各OPA的功能。OPA1：阻抗匹配；OPA2：減2.73 V（經VR2）并反相；OPA3：放大5倍并反相。

2.3 模數轉換模塊電路

ADC0804將輸入模擬值轉換成數字值輸出到P0，再由單片機運算處理。如輸入3 V，ADC0804的輸出應為96H=10010110B，此數字信號AT89S52的P0，再由P0存入AT89S52的累加器，然后累加器再送至P1，使相對應的數碼管顯示。ADC的參考電壓VREF應調整為2.56 V。

2.4 按鍵模塊電路

按鍵電路實現的功能是設定欲加熱溫度下限。本電路使用鍵盤專用IC74C922，以簡化軟件程序。欲設定溫度時，輸入“*”，就進入設定模式，顯示器顯示“00”（設定初值，如已設定過，則顯示上一次設定值），開始輸入設定溫度，設定完成后按“*”，就可回到現在溫度顯示模式。現在溫度低于設定溫度，則加熱器（P2.1）動作，使溫度上升，直到現在溫度高于或等于設定溫度加熱器才停止動作。本電路最高設定溫度為109 ℃。

2.5 顯示模塊電路

本設計采用七段顯示譯碼器74LS47驅動共陽數碼管，實現的功能是時時顯示傳感器采集到的溫度值。并在數字鍵盤設定溫度下限時顯示設置的溫度。顯示的最大溫度值是99 ℃。

2.6 電源電路

本系統中模擬信號的放大器需要提供+12 V、-12 V兩種電壓，所以整個電路至少需要三個電源。考慮到模擬信號易受到干擾，在電路的設計中引入了LC振蕩電路，起到了穩壓和穩流的作用。電路的模擬部分和數字部分分別設計模擬電源和數字電源。另外電路板上還設計了兩個地，稱其為模擬地和數字地，兩個地之間通過一個電感相連，大大增強了系統的抗干擾能力。

3 軟件系統分析

3.1 數據運算與代碼轉換

本電路采集電壓信號，首先將ADC08 04轉換成數字值，再將此數字值輸出到P0。轉化過程為：A/D轉換十進制運算乘以4顯示。

下面解釋一下為什么要乘以4。

輸出最大轉換值為FFH（255）。OPA3為放大5倍，則本電路最大測量溫度為：

102 ℃（5.1 V/5=1.02 V）。由255×X=102，知X=0.4，即先乘4再除10，FF255255×41020。則R4=10，R3=20，即在本電路中D2顯示個位數2，D1顯示十位數0。如OPA3放大10倍，則本電路最大測量溫度為：51℃（5.1V/10=0.51V）。由255×X=51，知X=0.2，FF255255×2=510。則R4=05，R5=10，即在本電路中D2顯示個位數1，D1顯示十位數5。

3.2 數據存儲器RAM的設計

30H：現在溫度的個位數；33H設定溫度的個位數；31H：現在溫度的十位數；34H設定溫度的十位數。

3.3 中斷服務程序

進入中斷服務程序以后，執行PUSH PSW和PUSH ACC將程序狀態寄存器PSW的內容和累加器A中的數據保存起來，這便是所謂的保護現場.以保護現場和恢復現場時存取關鍵數據的存儲區叫做堆棧。在軟件的控制之下，堆棧可在片內RAM中的任一區間設定，而堆棧的數據存取與一般的RAM存取又有區別，對它的操作，要遵循后進先出的原則。

3.4 鍵盤輸入功能與比較指令

系統的另一功能就是實現令加熱器動作的最小溫度的設定。系統會不間斷的檢測是否有按“*”鍵，“*”對應建立的TABLE表的0AH。當檢測到有按下時便進入設定模式，讀取74C922鍵盤值至TABLE表取鍵盤轉換碼，再通過七段顯示器顯示此設定值。這樣就完成了對下限溫度的設定。

4 結語

本文首先指出溫度控制對我們的生活產生的深刻影響。通過軟、硬件電路的設計，充分利用其的特性，以單片機為核心，實現單片機與顯示電路、單片機與鍵盤相連接，最終實現溫度采集和控制的功能。

參考文獻

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篇7

隨著技術創新與發展，計算機與互聯網絡的聯結所產生的信息技術已經開始引領時代，并使社會各行各業開啟了前所未有的變革。反過來，它也更加刺激了各種技術的再生產，或創新研究。當前，單片機在使用的過程中，為了保證產品的性能，需要不斷對溫度進行合理的控制與管理。研究表明，有效控制單片機的溫度不但能加強操作的靈活性，而且能最大程度滿足用戶的需求。近年來，企業在生產的過程中，引入了單片機溫度控制系統，不但解決了生產中的問題，而且大大增加了生產率，為企業帶來巨大的經濟收益。

1 單片機的基礎知識

從單片機的發展歷程來看，單片機最早又被稱為：微型計算機。其特征是：由RAM、CPU、ROM等多個元件組成。單片機的體積小，方便攜帶，同時又具有強大的功能。在現代化工業中引入單片機，能夠利用外加電源以及晶振的效能，對數字化信息做出處理，從而實現溫度的控制，給企業帶來更大的收益。同時，單片機還被廣泛應用到日常生活中，不但能使勞動環境得到改善，降低了生產風險系數，而且加大了能源的利用度，符合可持續的發展觀念。

2 單片機類型的選擇以及系統框架結構

2.1 單片機的選型

為了能更好地發揮溫度控制系統的作用，選擇適合的單片機類型很關鍵。一般情況下，單片機在選擇的過程中，應該符合這幾個標準。比如：容量要大、運轉效率要高、價格比較低廉、具有普遍適用性。本文采用的主控芯片型號為AT89S5。該款產品的優點主要有這幾個方面。第一，在使用的過程中，能實現與Intel公司的8051兼容。第二，可編程序在要求的范圍內，可以進行隨機讀，并進行儲存。第三，時鐘頻率在0～33MHZ的范圍之內，完全可以高效工作。第四，可編程輸入與輸入引腳的數量為32個，16位定時計數器、數據指針的數量均為2個。第五，中斷電源的數量為6個，與2級優先級。第六，有雙全共串行通信接口，并具有一定的先進性。

2.2 傳感器的選擇

本文中溫度控制系統采用的傳感器型號為DA18B20，改傳感器由專門的半導體廠家生產，具有微型處理的功能，是比較先進的一款智能溫度傳感器。它的主要特征是：體積比較小、方便攜帶，而且數據傳輸的效率非常高，在遠距離的情況也完全可以操作。因此，該傳感器被普遍應用在各個領域中，比如軍事、工業、企業，以及日常生活等。

2.3 溫度控制系統框架

溫度控制在營運的過程中，依靠集成模塊技術來進行工作，該技術包括多個組成部分。主要有（單片機、采集、溫度設置、顯示、驅動電路）等模塊。集成模塊的工作原理是：首先，采集模塊實現對數據的有效采集，然后將數據通過單片機模塊輸出，并對其進行加工、處理。其次，被處理后的數量上傳到溫度控制系統中，再通過顯示模塊將數據顯示出來。另外，溫度設置模塊的功能是：在溫度控制系統中，利用溫度設置模塊，可以提前將溫度的數值設置好。當被采集的數據被監測出溫度有異常時，單片機模塊可以自行調節控制，如果溫度大于設定的要求時，單片機就會停止加熱。如果溫度小于設定的要求時，單片機就會打開驅動電路，開始加熱。另外，當單片機改變驅動電路時，還會發出強烈的警報聲。這樣，有利于工作人員及時檢查系統狀況，幫助系統恢復正常工作。

3 單片機溫度控制系統的原理

首先，傳感器對信號進行捕捉，并將其轉化為電壓信號，然后放大倍數，使單片機能夠識別到，以便實施控制。當信號完成過濾之后，就會生成標度，使溫度可見。其次，在對比實際檢測溫度的基礎上，實行溫度的調節和優化，最終將溫度控制到最佳狀態。最后，單片機在運行的過程中，能夠完成溫度的實時檢測，然后根據實際的要求，對檢測的結果做出調節和控制。因此，單品機在工業生產以及日常生活中被廣泛應用，不但增加了溫度的精準性，而且提高了企業的生產效益。除此之外，單片機在溫度控制中，具有良好的安全性與穩定性，不會產生任何風險。最后，在使用單片機的過程中，還應該根據實際需要，不斷完善程序，增強單片機的功能，推動它的不斷發展。

4 單片機溫度控制的措施

4.1 利用純硬件的閉環控制系統

該方法在使用中，具有速度快的優勢特點，同時也存在一定的局限性。比如：控制的精度不高，線路比較復雜，操作不靈活，增加了調試、安裝的難度。因此在推廣的過程中，遇到了很大的障礙。

4.2 利用FPGA/CPLD，以及有IP內核的FPGACPLD方式

首先，前一種方式能夠實現信息的采集，并進行存儲，然后顯示出來。另外，在IP內核環境下，可以利用交換的方式實現信息的測量、分析。這種方法使系統結構更加合理，并且在能應用與復雜的測量中，容易操作，具有一定的優勢。同時，該方法在使用中也存在一定的缺陷。比如：安裝、調試困難，而且價格比較昂貴。因此，在溫度控制中，也不利于推廣。

4.3 在使用單片機的基礎上，配合使用高精度溫度傳感器

單片機在使用過程中，能夠完成人機界面作業，對信號進行分析與處理。另外為了補充單片機存在的缺陷，將高精度傳感器納入控制系統，完成對信號的采集、儲存、轉換等。這種方式能最大程度的發揮系統的優勢，提高單片機溫度控制的效果，值得推廣。

5 單片機的溫度控制系統的開發和應用

5.1 硬件電路的開發和應用

硬件電路開發的要求通常是：單片機主機、兩路傳感器、多路獨立控制開關、調節閥門，以及傳感器等設備。只要配備齊全上面的硬件后，基本上可以實現預期的效果。通過及時的檢測，能夠防止生產中出現的溫度變化，并及時采取有效的措施，防止給企業帶來損失。另外，可以安裝一些輔的設備，比如報警器、顯示器等，提高系統的服務功能，以便達到運行的最佳狀態。

5.2 軟件系統的開發和應用

軟件系統的開發與應用主要通過C語言編程來實現，增加單片機溫度系統的各種功能。在開發與應用的過程中，主要發揮作用的是主模塊和主程序。首先，主模塊在初始化之后，將溫度的檢測用數據顯示出來，并進行處理、存儲等。其次，當檢測的溫度超出預定范圍之后，主程序在受到信號之后，能夠對溫度進行及時的調節，并與其他子程序通力合作，最終將溫度控制在合理的范圍內。

5.3 溫度檢測的開發和應用

在溫度檢測的開發和應用中，一般采用熱電偶傳感器來工作。該傳感器的特點是：結構簡單，價格低廉，測量范圍廣，準確度高，傳輸速度快，靈敏度好。當然，熱電偶傳感器在使用過程中，也存在一定的局限性。比如：一旦電壓比較高時，該傳感器識別率就會降低，影響檢測的準確度。通常解決的辦法是：將倍數比較高的電路安裝在轉換器上，提高電壓信號強度，來完成數據的傳輸。這種辦法操作簡單，非常方便。

6 結束語

當前，工業、企業、軍事，以及在日常生活中，為了有效實行溫度的控制，普遍采用了單片機溫度控制系統。該系統主要能夠實現兩方面的功能。一方面，能夠加強溫度的實時控制和檢測，預防各種問題的發生。另一方面，在溫度監測的過程中，能夠幫助工作人員根據當前的運行狀態，對溫度作出控制和調節，保證系統的正常運行。另外，單片機結構簡單，價格比較低，操作簡單，精準度高，而且在使用中非常可靠，不會出現負面影響。實踐證明，將單片機應用到工業生產中，通過對溫度的有效控制，減少了工作人員的勞動強度，而且使生產率得到了很大的提高。因此，單片機在未來發展中具有更加廣闊的市場。

參考文獻：

篇8

一、硬件系統設計

系統核心部分是STC89C52單片機，以8051為基核，8K字節Flash Rom存儲器，512字節的RAM存儲器，自帶EEPROM、看門狗，支持ISP，方便程序的下載和調試。

1、單片機的選擇。單片機AT89C52是INTEL公司生產的5l系列高性能8位單片機，是數字溫度計的核心器件，兼容標準的MCS-51指令系統；而內置的通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元則結合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗優勢。AT89C52具有兩種晶振方式，一種是片內時鐘振蕩，需要在XTAL1、XTAL2引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10到30pf；另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2懸空。對于復位電路，AT89C52有兩種復位方式，分別是上電復位和按鍵復位；本設計采用按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使復位變得更加直接和簡單。

2、溫度測量模塊。采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20單總線溫度傳感器，能夠直接傳輸被測溫度，輸出數字量，其具有以下特點：單總線接口，可串行通訊；多個DS18B20可共接在一條總線，實現多點測溫；不需要任何電路；測量范圍-55℃～125℃，固有測溫分辨率為0.5℃。DS18B20主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發器TH和TL以及配置寄存器。

3、鍵盤、顯示模塊。鍵盤有編碼和非編碼兩種方式。本系統選用非編碼3*4矩陣鍵盤控制。鍵盤的抖動可以通過軟件去抖動和硬件去抖動來解決。在按鍵不多的情況下，可以使用硬件去抖動，即加上RS觸發器。本系統采用軟件去抖動的方法，如果按鍵較多，常用軟件方法消抖，即檢測按鍵按下為低電平時，加一延時（5～10rns），等待下降沿的抖動消失后，再次確認是否為低電平，若是則有按鍵按下；按鍵松開時也用同樣方法消抖。采用六位LED數碼管顯示所測溫度值，數碼管為共陰極七段發光二極管構成。為了節省硬件資源，采用動態顯T方式，即使用兩個74HC573鎖存器控制數碼管的位和段，共同接到單片機的PO口。

4、報警及指示燈電路。當用戶設定的目標溫度達到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續的滴答的叫聲。在本系統中我們為用戶設計了越限報警，當溫度低于用戶設置的目標溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續不斷的滴答叫聲。當單片機輸出高電平時，三極管導通，蜂鳴器工作發出報警聲。

二、主控制電路和測溫控制電路設計

主控制電路由AT89C52及元件構成，測溫電路由DS18B20、預置數電路和報警電路組成。AT89C52是此硬件電路設計的核心，通過AT89C52管腳P1.3與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預置數電路由4個按鍵組成，4個按鍵分別與AT89C52管腳P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相連。報警電路很簡單，2個發光二極管分別與AT89C52的P1.0和P1.1管腳相連，若實際測量溫度值大于預置溫度值，則發光二極管亮，還有一個蜂鳴器與AT89C52的P1.2管腳相連。

三、軟件系統設計

根據設計的硬件電路圖，進行軟件的設計，使用Keil軟件編寫C51程序。程序的流程如圖1所示。

四、結語

本系統經過檢測基本上達到了設計的要求，并且系統硬件、軟件設計總體較為簡單，采用DS18B20傳感器能能夠實現數字信號的有效傳輸，并且與AT89C52單片機進行通訊，實現了溫度測量的精準。

參 考 文 獻

篇9

隨著科技發展和工業生產水平不斷提高,電加熱爐已在化工、冶金、機械等工業控制中得到廣泛應用。可是對于這樣一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點的控制對象,很難用數學方法建立精確的數學模型,因此用傳統的控制理論和方法很難達到好的控制效果。

單片機以其高可靠性、高性能價格比、控制方便簡單和靈活性大等優點,在工業控制系統、智能化儀器儀表等諸多領域得到廣泛應用。采用單片機進行爐溫控制,可以提高控制質量和自動化水平。

1 單片機爐溫控制系統結構

單片機爐溫控制系統結構主要由單片機控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成。

爐溫信號通過溫度檢測及變送,變成電信號,與溫度設定值進行比較,計算溫度偏差e和溫度的變化率e,再由智能控制算法進行推理,最終得控制量u,可控硅輸出部分根據調節電加熱爐的輸出功率,即改變可控硅管的接通時間,使電加熱爐輸出溫度達到理想的設定值。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件結構

以AT89C51單片機為該控制系統的核心,實現對溫度的采集、檢測和控制。系統采集到的爐內溫度信號轉換為數字量與爐溫數字化后的給定值進行比較,即可得到實際爐溫和給定爐溫的偏差及溫度的變化率。由AT89C51構成的核心控制器按智能控制算法進行推算,得出所需要的控制量。由單片機的輸出通過調節可控硅管的接通時間,改變電爐的輸出功率,起到調溫的作用。

2.2 系統硬件的選擇

1)控制核心的選擇:選擇AT89C51單片機構成爐溫控制系統,系統工作過程中能有效地保存一些數據信息,不受系統掉電或斷電等突況的影響。AT89C51單片機內部有128 B的RAM存儲器,不夠系統使用,因此,擴展6264(8 kB)的RAM作為外部數據存儲器。

2)熱電偶的選擇:在本系統中,采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢-溫度”的轉換, MAX6675是MAXIM公司開發的K型熱電偶轉換器,內部具有信號調節放大器、12位ADC、冷端補償二極管、模擬開關和數字控制器。測得的環境溫度轉換成電壓量,通過處理熱電偶電壓和二極管的檢測電壓,計算出補償后的熱端溫度。數字輸出是對熱電偶測試溫度進行補償后的結果。

3)鍵盤輸入的選擇:采用4片BCD撥碼盤作為溫度設定的輸入單元,輸入范圍為0～9999,可滿足本系統的要求。每位BCD碼盤占4條線,通過上拉電阻接入8255可編程并行I/O擴展口。

4)顯示器的選擇:采用字符型LCD(液晶顯示器)模塊TC1602A,并且它把LCD控制器、ROM和LCD顯示器用PCB(印制板)連接到一起,只要向LCD送人相應的命令和數據便可實現所需要的顯示,使用特別方便靈活。第1行顯示設定溫度,第2行顯示實際溫度,這樣,溫差一目了然,方便控制。

3 系統軟件設計

本系統的應用程序主要由主程序、中斷服務程序和子程序組成。主程序的任務是對系統進行初始化,實現參數輸入,并控制電加熱爐的正常運行。主程序主要由系統初始化、數據采集及處理、智能推理等部分組成。主程序如圖2所示。子程序主要有采樣子程序、控制算法子程序、顯示子程序等,其中控制算法子程序是控制器中最重要的一部分,它的原理將在第4節介紹。 (如圖2)

4 智能控制算法

所謂智能控制算法就是PID算法,模糊自整定PID算法程序的總流程為:首先模糊整定,然后根據誤差和誤差變化率對PID的3個參數進行在線調整,把經過模糊調整后的PID參數作為最終的控制參數進行PID控制。溫度誤差e和溫度誤差變化率e的最壞情況值均取為100℃,在此建立的溫度誤差e和溫度誤差變化率e的基本論域,數字量化確定e(k)的論域區間為[-128,128]。這樣就必須對溫度誤差e和溫度誤差變化率e超過100°C.變換后的e和e其動態范圍限幅壓縮,這樣就可以使溫度誤差和溫度誤差變化率e在整個測控溫度變化范圍[0℃,1112°C]內,控制量都可以起到作用。

5 結束語

本系統以單片機AT89C51為核心,它具有高可靠性、高性能價格比、控制方便簡單和靈活性大等優點。控制器采用新型的智能控制算法,岡而系統升溫快,控溫精度高,穩態誤差可達±5℃以內,滿足系統要求。采用了K型熱電偶信號處理集成芯片MAX6675,改變了傳統測溫電路復雜、程序復雜、精度低等問題整個系統操作簡便,抗干擾能力強、運行可靠。

參考文獻:

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篇10

Key words:AT89S51; Single Chip Microcomputer; Temperature control; PID control; Control accuracy

中圖分類號：P184.5+3 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

在PCD復合片釬焊過程中廣泛使用著各種保溫電阻爐，其溫度控制精度直接影響到PCD刀具的質量。目前，國內有不少中小PCD刀具生產廠家使用的保溫爐控制系統仍沿用上世紀80年代末至90年代初生產的溫度控制儀表。這些傳統自動控制儀表多采用熱電偶加時間繼電器、電位器的間斷控制模式，其控制精度低、穩定性差、超調量大，導致生產的PCD刀具質量不穩定，不能滿足PCD復合片焊后保溫工藝要求。而利用單片機對保溫爐的溫度控制進行改造后的系統則具有溫控精度高、穩定性好、成本低以及簡單靈活等諸多優點，能夠較好的滿足生產要求。本文就國產SDG-4-9型電阻保溫爐改造后的溫度控制系統，簡單介紹AT89S51單片機溫度控制的設計原理。

1 系統組成與工作原理

改造后的保溫爐控制系統原理如圖1所示。單片機定時對爐溫進行檢測，經A/D轉換芯片得到相應的數字量，送到單片機進行判斷和運算，得到應有的控制量，以控制加熱功率

使電阻爐的實際溫度向著給定溫度變化并最終達到給定溫度，從而實現對溫度的控制。

圖1 溫控系統原理圖Fig.1 The principle of temperature control system

2 硬件電路設計

本系統硬件部分主要由AT89S51單片機、溫度檢測電路、溫度控制電路以及8155、6116、AD574與單片機的接口電路組成。

2.1AT89S51單片機

圖1中AT89S51為主控制器件。AT89S51是ATMEL公司生產的低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內含有4KB的EPROM和128字節的RAM，并含有看門狗定時器WDT。因此，既不需擴展外部ROM又可有效防止軟件“跑飛”。作為本系統的CPU，AT89S51主要是根據讀取的采樣值計算出相應的控制輸出量，并將該控制量輸出去以控制保溫爐溫度。AT89S51還負責按鍵處理、數碼管顯示等工作。

2.2溫度檢測電路

根據PCD復合片焊后保溫工藝要求，選用帶有溫度變送器的一體化鎧裝式K型熱電偶作為爐溫檢測元件，其測溫范圍為0～600℃。熱電偶所帶溫度變送模塊直接安裝在熱電偶的接線盒內，其內含調零、冷端補償和線性放大等電路，能將熱電偶輸出的電壓信號轉變成與所測溫度成線性的4～20mA輸出信號。由于采用二線制電流方式傳送信號，所以不會受到傳輸線的壓降、接觸電勢以及電壓噪聲等因素的影響，因此具有很強的抗電磁干擾能力。

一體化熱電偶輸出的電流信號經過I/V變換電路轉換成0～10V電壓信號，送到A/D轉換器的模擬信號輸入端。I/V變換電路主要由運放LM124構成，具體電路如圖2所示。

圖2 I/V變換電路Fig.2 I/V transform circuit

2.3溫度控制電路

保溫爐的溫度控制是通過調節其輸入電功率來實現的。本系統采用可控硅調功方式，并通過 MOC3061光耦過零觸發驅動器實現對雙向可控硅的過零觸發[1]。MOC3061內部含有過零檢測電路，在P1.4控制電壓作用下，完成雙向可控硅的觸發導通。雙向可控硅串接在50Hz交流電源和加熱電阻絲中，通過改變給定周期內可控硅的接通時間，就能改變加熱功率，從而實現溫度調節的目的。單片機 P1.4口輸出能控制可控硅通斷時間的脈沖信號。P1.4=1時，關斷可控硅；P1.4=0時，開啟可控硅。

2.4外部接口電路

AT89S51外部接口電路主要有鍵盤/顯示接口、外部數據存儲器以及A/D轉換器AD574等。

為處理因突發事件劇增的數據，外部設有2KB的數據存儲器RAM6116，P2.3與其CE相連作為片選信號，P3.7和P3.6分別與OE和WE相連，作為讀寫信號，6116地址為：9000H～97FFH。

8155作為鍵盤/LED顯示接口，當 P2.4=0，P2.5=0時選中它內部RAM工作；當 P2.4=0，P2.5=1時選中它的3個I/O端口工作，其地址分配為A口：A801H；B口：A802H；C口：A803H。8155外接4位LED顯示器及16鍵小鍵盤。為減少硬件開銷和提高系統可靠性，LED采用動態掃描顯示，A口作為段選口，C口作為位選口。鍵盤接口電路中從C口輸出作為行線，從B口輸入作為列線，鍵盤工作采用行掃描法。鍵盤上設有0～9 10個數字鍵，6個功能鍵，以便于在線修改各項參數并且設置多個運行控制命令。

AD574將I/V電路輸出的0～+10V范圍的模擬電壓信號轉變成數字信號。AD574的12位數據分兩次輸出，P0.7～P0.0與其DB11～DB4相連，P0.7～P0.4與DB3～DB0相連。當P2.7=0，P3.6=0，P0.0=0， P0.1=0時CE=1，CS=0，R/C=0，A0=0，AT89S51啟動A/D轉換；當P2.7=0，P3.7=0，P0.0=1，P0.1=0時 R/C=1，A0=0，AT89S51讀取經AD574轉換后的高八位數字量，P0.1=1時A0=1，讀取低四位。其地址分配為啟動轉換：7FFC；讀轉換高八位結果：7FFD；讀轉換低四位結果：7FFF。

3 控制策略

本系統采用工業上常用的PID控制法。所謂PID控制，就是按設定值與實測值之間偏差的比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢進行控制。在模擬系統中，PID算法的表達式為：

（1）

式中：為控制量；為偏差值，它等于給定量與實測量之差；為比例系數；為積分時間常數；為微分時間常數。

由于計算機只能處理數字信號，將式（1）離散化可得[2]：

（2）

上式即為位置式PID控制算法的表達式。其中，；；=++；=+；=。

（2）式中比例系數、積分系數和微分系數的選擇取決于保溫爐的階躍響應特性和實際經驗，工程上已經積累了不少行之有效的參數整定方法。例如，按歸一化參數整定法進行整定[3]，即令采樣周期= 0.1；= 0.5；= 0.125，其中為純比例作用下的臨界振蕩周期，則有：= 0.2，= 1.25。從而可調整的參數只有一個，通過鍵盤輸入反復調試值，可以得到滿意的控制效果。本系統采用歸一化整定法對相關參數進行整定，經反復調試，可取 = 3.8，采樣周期= 5。

4 軟件設計

4.1主程序設計

主程序流程如圖3所示。主程序主要完成： T0初始化，參數輸入，溫度采樣，PID計算與溫度顯示等。

圖3 主程序流程圖圖4 T0中斷服務程序框圖

Fig.3 The flow chart of main program Fig.4 The flow chart of T0 interruption serve program

4.2T0中斷服務程序

T0用于產生采樣周期和可控硅通斷周期，程序流程如圖4所示。

4.3主要子程序

主程序中涉及的子程序主要有溫度采樣子程序、數字濾波子程序、PID計算子程序以及溫度標度轉換子程序等。

4.3.1溫度采樣子程序

采用單片機高級語言C51編寫的AD574采樣子程序如下所示：

int ad574(void)

{

int caiyang1=0, caiyang2=0;

XBYTE[7FFC]=0x0000; /* 啟動A/D轉換 */

while(P1.5= =1); /* 查詢轉換是否完成 */

caiyang1=XBYTE[7FFD] ; /* 讀轉換結果高八位 */

caiyang2=XBYTE[7FFF] ; /* 讀轉換結果低四位 */

caiyang1=(caiyang14) ; /* 調整、拼裝成12位采樣值*/

return(caiyang1) ;/* 返回采樣值 */

}

4.3.2數字濾波子程序

所謂數字濾波，就是通過程序計算或判斷以減少干擾在有用信號中的比重，用于濾去來自控制現場對采樣值的干擾。本系統采用的是去極值平均濾波法[4]，即連續4次采樣后累加求和，同時找出其中的最大值和最小值，再從其中減去最大值和最小值，最后對剩下的2個數據求平均，作為有效采樣值。由于所測溫度為慢變參數，所以采取一邊采樣一邊處理的方法，這樣可以節省數據存儲區。濾波子程序框圖如圖5所示。

圖5 數字濾波子程序框圖 圖6 PID子程序框圖

Fig.5 The flow chat of digital filter sub-program Fig.6 The flow chart of PID sub-program

4.3.3PID計算子程序

PID計算采用位置式算法，其程序框圖如圖6所示。

4.3.4溫度標度轉換子程序

該程序的目的是要把實際采樣的二進制值轉換成BCD碼形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區，供顯示子程序調用。

對于一般線性儀表，標度轉換公式為[5]：

（3）

式中：為參數測量值；為測量范圍最大值；為測量范圍最小值；為對應的A/D轉換值；為對應的A/D轉換值；為測量值對應的A/D轉換值。本系統中，=0℃，=600℃，=0，=4095，故有：

（4）

根據上述表達式，即可編寫出溫度標度轉換子程序。

5 結論

（1）用該系統對SDG-4-9型保溫爐進行溫度控制，運行結果表明，在溫控范圍為0～600℃時，系統最大超調量小于5℃，穩態誤差不超過±1℃，因而系統具有精度高、穩定性好等特點。經該系統保溫處理后的PCD刀具質量穩定，滿足生產要求。

（2）在現場使用過程中，系統較快達到了設定溫度值，顯著縮短了工藝時間，從而提高了生產效率和設備利用率，節約了能源。

作者簡介：朱朋飛(1983-)，男，湖北天門人，大連理工大學機械工程學院碩士研究生，研究方向為機械制造及自動化。

導師：李

參考文獻

王岫光，王曉軍，李晨忱．在單片機控制系統中實現晶閘管的過零控制[J]．儀表技術與傳感器，2001，12(7):25-27.

楊樹興，李擎，蘇中，等．計算機控制系統―理論、技術與應用[M]．北京：機械工業出版社，2006：63-64.

篇11

電阻爐在當前被廣泛的應用在各種工礦企業、科研機構等場合，是利用元素分析作為主要手段。在各個企業工作中用來測定鋼件淬火、退火回火加熱處理之中，在應用中單片機體積小、價格低廉、功耗低和控制能力強受到廣泛的關注，已成為當前電阻爐溫度控制領域的核心器件。然而目前來說，大多數的電阻爐溫度控制系統都是采用單片機器件和CPU處理器的能力不夠問題分析，對造成的各種瓶頸現象進行認真分析和認識。為解決“瓶頸”問題，同時在應用的時候又兼顧到經濟性原則，通過設計低端雙單片機結構的電阻溫度控制系統，并且采用信息處理和采集措施等優勢分析，制定出合理的設計防范。

1、控制系統設計方案

在雙單片機的電阻爐溫度控制系統設計中是采用兩個ATME1公司生產的單片機作為實施控制系統和方式，通過完成人工對話和輔助計算功能針對其中雙擊數據交換瞪。一般設計的過程中要注重三個方式：

1)采用串行總線，這種方法硬件簡單但傳輸速度比較慢；

2)采用并行總線，其速度較高但考慮到兩個CPU時鐘同步問題因而硬件比較復雜；

3)采用存儲器方式，其傳輸速度比較快且對時鐘同步性要求也不很嚴格。在此，本著提高性能與降低成本相結合的設計原則，采用第3種方式即由雙端口RAM承擔雙機信息的互換。

2、控制系統硬件設計

系統硬件電路由3部分組成：

1)實時控制模塊；

2)人機交互模塊；

3)雙機通訊模塊。

2.1實時控制模塊

該模塊以單片機U1為控制核心，可以分為溫度檢測電路和輸出控制電路兩部分為溫度檢測電路。熱電偶將溫度轉換為0—41.32mv電壓輸出，經毫伏變送器轉換成4—電流，再經過電流／電壓轉換成0—5V電壓信號，由ADC0809轉換為8位的數字量送到單片機U1的P口。單片機U1的P1.0引腳輸出控制信號，經過零觸發電路去控制雙向晶閘管，通過改變雙向晶閘管的導通時間來改變加熱功率，達到調節溫度的目的。當P1.0=-1時，雙向閘管導通，P1.0=0時則截止：可控硅在給定周期的100％時間內接通時的功率最大，這時加熱溫度最高。

2.2人機交互模塊

人機交互模塊由，由四個獨立的發光二極管(作為電源指示燈、PID正常運行指示燈、上限報警指示燈和下限報警指示燈)顯示電路和兩個4位7段數碼管動態顯示電路以及四個獨立按鍵電路和一個復位按鍵電路共同組成。

2.3雙機通訊模塊

以雙端口靜態存儲器芯片DS1609作為兩單片機的數據交換器，基本原理為：需要送出數據的一方先把數據送入DS1609中，然后接收數據的一方對DS1609中的同一地址進行讀取，完成數據交換。

3、控制系統軟件設計

在單機片系統設計中的軟件主要包括程序連接系統U1，其中主要包括負責主程序的初始化系統以及與單機片U2進行連接。T0及T1中服務程序(T0中斷服務程序進行采樣、濾波、標度轉換、越限處理、控制顯示溫度；T1中斷服務程序主要控制雙向可控硅的通斷)、采樣子程序(ADC0809以查詢方式對IN0通道采樣4次)、字濾波子程序(采用防脈沖干擾平均值法濾波對4次采樣值處理得平均值，以備PID運算和溫度標度轉換使用)、標度轉換子程序(參數經A／D轉換后得到的數碼值僅對應于參數的大小并不等于原來帶有量綱的參數值，故必須把它轉換成帶有量綱的數值以便顯示)、PID運算子程序(控制原理是先求出實測溫度對所需溫度的偏差值，對偏差值處理而獲得控制信號去調節電阻爐的加熱功率)及其它子程序(如為進行采樣值數碼顯示而加入二至十進制轉換子程序和壓縮BCD碼變成單字節BCD碼子程序；為求取PID運算而加入將鍵盤設定值進行十至二進制轉換的子程序等)。單片機U2的軟件主要包括鍵盤監控程序和顯

示輸出程序。

1)鍵盤監控程序設計。本系統功能較為復雜，考慮到如果采用一鍵一義監控會由于按鈕過多，致使成本增加且面板難以布置用戶操作也不方便，因而本設計采用一鍵多義的鍵盤監控程序。具體是：采用狀態順序編碼設計狀態圖，構造兩張表(即狀態表和索引表)，監控程序根據現態碼和鍵碼查表一方面可找到任務模塊wORK0～WORK15中相應的某一項予以執行發出運行命令，另一方面可用于下次判斷處理所需的次態NEXT項。2)顯示輸出程序設計。顯示輸出程序包括初始化、通過DS1609獲取單片機U1數據、控制設定溫度值顯示和當前溫度值顯示。本系統程序眾多，由于篇幅所限具體程序流程圖及源代碼從略。

4、硬件設計

本系統采用的K型熱電偶，其可測量1312℃以內的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉換成數字信號與CPU通信。傳統的溫度檢測電路采用“傳感器－濾波器－放大器－冷端補償－線性化處理－A/D轉換”模式，轉換環節多、電路復雜、精度低。在本系統中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢－溫度”的轉換，不需電路、I/O接線簡單、精度高、成本低。

當P2.5為低電平且P2.4口產生時鐘脈沖時，MAX6675的SO腳輸出轉換數據。在每一個脈沖信號的下降沿輸出一個數據，16個脈沖信號完成一串完整的數據輸出，先輸出高電位D15，最后輸出的是低電位D0，D14-D3為相應的溫度轉換數據。當P2.5為高電平時，MAX6675開始進行新的溫度轉換。在應用MAX6675時，應該注意將其布置在遠離其它I/O芯片的地方，以降低電源噪聲的影響；MAX6675的T-端必須接地，而且和該芯片的電源地都是模擬地，不要和數字地混淆而影響芯片讀數的準確性。

4、控制系統仿真調試

4.1程序仿真調試

采用Kei1軟件進行程序仿真調試。程序首先通過匯編及語法錯誤檢查，然后在仿真CPU中進行調試直至正確，則可保存其生成的目標文件(HEX文件)供單片機使用。

4.2硬件仿真調試

篇12

設計溫室大棚溫度控制系統的目的就是能夠相對恒定的控制溫室內部的環境，對于對環境要求比較高的植物來說，更能避免因人為因素而造成生產損失。利用溫室大棚栽培蔬菜可以促進其早熟和豐富其產量，延長蔬菜的供應期，溫室大棚測控系統是實現溫室生產管理自動化、科學化的基本保證。通過對監測數據的分析，結合作物生長規律，控制環境條件，使作物在不適宜生長的反季節中，可獲得比室外生長更優的環境條件，從而使作物達到優質、高產、高效的栽培目的。本設計最大的特點是采用無線傳輸技術，無線數據傳輸廣泛地運用在車輛監控、遙控、小型無線網絡等領域。并且能夠不需要留在現場也能監測到大棚的溫度情況。無線圖像其安裝方便、靈活性強、性價比高等特性使得更多行業的監控系統采用無線傳輸方式，建立被監控點和監控中心之間的連接。

2 設計方案

系統的總體設計分為硬件和軟件設計兩方面，首先確定系統實現的功能，然后對硬件、軟件分別進行規劃，完成這些準備工作之后，就可以開始制作硬件電路，編寫程序，在模塊化調試結束后，進行軟硬件聯調，針對出現的問題對軟硬件進行相應的修改，直到調試成功為止。在上位機中，利用C++ Builder編程，讓電腦和單片機正常地進行數據傳輸，同時上位機界面顯示大棚的溫度。在本設計中，在無線接收端采用1602液晶（16引腳帶背光接口）進行顯示。整個無線監測系統主要分為三部分：即溫度檢測、無線傳輸和PC機對溫度的監測環節。大棚溫度無線測控系統的信息流如圖1所示。

3 系統仿真

把發射板的TXD和接收板的RXD相連，分別把發射程序和接收程序下載到芯片中，測試接收板的液晶能否顯示正確的溫度，圖2為仿真電路圖。

4 結論

本文描述一個用于監控一個溫室的物理變量（像溫度，相對濕度，發光度和等等其他）的系統。該系統具有良好的可靠性和經濟性，能夠實現對溫室大棚溫度的準確測量和控制，在實際應用中有一定價值。在不同的系統模塊中運用串級連接用于通訊是非常方便的，因為它提供一個更好的安全性，由于它只能被發送和接受相應串級類“Pa”的相應對象。但是不足的是，設計還是存在一些局限性的，主要是體現在無線模塊上。像傳輸距離上最多只能達到200m左右；傳輸速度也達不到高速；實時是指信號的輸入、運算和輸出都要在一定的時間內完成，并根據生產過程狀況及現場情況變化及時進行處理。而實時系統指在事件或數據產生的同時，能夠在規定的時間內給予響應，以足夠快的速度處理，及時地將處理結果送往目的地的一種處理系統。本系統的實時性是屬于硬實時性的，如果大棚溫度發生異常變化，而不及時采取措施的話，農作物會受到嚴重的影響，甚至死亡。但是，它的硬實時性并不是像航天應用中要求的那么高。例如在冬天夜間，如果大棚的保溫被被風吹倒了，大棚的溫度會下降，這時系統就會向控制者發出警告，但是它不會下降地很快，這樣控制者就會有足夠的時間去大棚把保溫被蓋好，這樣農作物就不會被凍壞。

參考文獻

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作者簡介

篇13

0 前言

恒溫水箱的核心因素為將水箱內的水溫按要求控制在一定的溫度范圍內。水溫過高或者過低都將產生不良的影響。為了實現對恒溫水箱的水溫進行準確、實時的控制，本文提出了基于AVR單片機控制的恒溫水箱溫度控制系統設計的研究。利用ATmage48單片機作為中央處理，獲取溫度傳感器采集到的溫度數據，然后啟動神經網絡改進的PID算法，利用采集到的溫度數據以及設定的溫度參數進行計算得出調控量，最后中央處理器再根據調控量對執行部件進行控制，從而實現對恒溫水箱內水溫的調控。

1 恒溫水箱溫度控制系統原理及設計

恒溫水箱溫度控制系統首先通過溫度傳感器對水溫不斷的進行實時采集，并將采集的水溫信經過信號調理后送入中央控制器，接著中央控制器利用控制算法，根據設定溫度參數以及采集溫度信號計算出調控量，最后中央處理器根據調控量對執行部件進行調控，執行部件根據調控信號對加熱器和制冷器進行相應的控制，從而實現對恒溫水箱溫度的調節。由此，本文對恒溫水箱溫度控制系統進行了整體設計，溫度控制系統的整體設計示意圖如圖1所示。

2 溫度控制系統硬件電路原理及設計

通過從恒溫水箱溫度控制系統原理的分析可知，硬件電路主要由四個部分組成，分別是人機交互部分、中央控制部分、實時溫度監測部分、執行部件控制部分。溫度控制的硬件電路如圖2所示。

從溫度控制系統硬件電路設計圖圖2可見，液晶觸摸屏和警報電路組成了人機交互部分。在此，采用了迪文科技的DMT80480C070_15WT型7寸液晶觸摸屏作為人機交互界面實現的平臺，該液晶觸摸屏具有可視角度寬、分辨率高以及功耗低的特點，能夠滿足恒溫水箱溫度控制系統的要求。同時還采用了喇叭和LED組成了警報電路。本文采用了ATmega48單片機作為中央處理器，該單片機具有高精度、速度快以及穩定性好等特點，能夠適應恒溫水箱中對水溫進行控制的要求。執行部件控制部分主要為可控硅的控制電路，中央控制器通過對可控硅的開度進行調控，從而控制流經加熱器或者制冷器的電信號從而實現對水溫進行控制。

3 溫度控制系統軟件系統設計

溫度控制系統軟件系統的核心為控制算法的設計，本文將采用神經網絡改進的PID算法作為本文的控制算法。PID算法具有原理簡單、容易實現等特點，因此頗受人們喜愛。當用表示比例系數，表示積分系數，表示微分系數時。由于PID算法中的、、三個參數對經驗依賴性較大，導致PID的自適應性能不佳，使得控制精度以及算法魯棒性不理想。對此，本文采用神經網絡算法對這三個參數進行修訂，以形成自適應性能較強的神經網絡改進PID算法，以使得控制算法具有較好的控制精度以及魯棒性能。

神經網絡算法具有將強的學習功能，在此將利用神經網絡算法對、、三個參數進行修訂。當神經網絡中對應、、的學習效率表示為、、時，神經網絡對、、的修訂過程為：

（1）

（2）

（3）

其中，為輸入量，為雅克比行列式。通過神經網絡算法修

訂后的PID算法具有較強的自適應性能，有助于提高恒溫水箱的水溫控制精度。

4 結論

本文利用ATmega48單片機作為中央控制器，聯合神經網絡改進的PID算法設計了恒溫水箱溫度控制系統，該系統能對水箱內的水溫進行實時的監測，并根據監測結果對水溫進行調節，使得恒溫水箱內的水溫始終能保持在預定的溫度范圍內。