一种智能化的气流温度控制方法

本文介绍一种气流的温度控制方法 ,它具有简单 实用的特点 。该温控系统中 ,处于控制下的气流可以 对物体进行有规律的加热 ,这种智能化的温度控制方 法是通过 PC机向作为其下位机的单片机发送温度控 制指令来实现的 。
1 系统组成及控制原理
图 1所示是温度控制系统示意图 。
图 1 温度控制系统示意图
收稿日期 : 2007206215; 修回日期 : 2007209204。
1. 1 单片机控制模块 单片机控制模块示意图如图 2所示 。
图 2 单片机控制模块示意图
控制该模块的中心元件是单片机 89C51,它作为 控制系统的下位机主要负责接收和执行 PC机发送的 温度控制指令 。测量温度的传感器采用 K型热电偶 , 因为它有比热电阻更快的相应速度 。
关键词 :气流温度控制 ;温度测量 ;可控硅 中图分类号 : TP273. 5
0 引 言
温度控制在工农业生产中应用非常广泛 ,比如粉 末冶金烧结炉炉温 、制造装配车间室温和暖风机热风 温度等的控制 ,但是 ,这类温度控制几乎都要求将温度 限制在某一定点即可 。另外 ,在某些生化反应或生物 检测方面 ,要求作用对象的温度能按一定规律变化 ,从 而产生某些反应 ,比如 PCR (基因扩增仪 )检测等 。
图 2中 , a为对应于当前气流温度的模拟电压信 号 u ( t) (约 1. 0 V ～5. 0 V ) , b为 12位 A /D 转换后的 数据 , c为 89C51发送和接收的串行数据 ( TTL 电平 ) , d为 89C51发送用来进行 A /D 转换的 12位数据 , e为 PC机发送和接收的串行数据 (RS2232电平 ) , f为送往 P ID 模块的气流温度电压信号 U ( t) , g为送往 P ID 模 块 的温度控制参考电压信号 UF ( 0V ～5. 0V ) , h为输
温度 ,导通角的大小与 E ( t)成反比 ,如果温度偏差比
较大 ,则该电压周期内可控硅很早导通 ,否则可控硅迟
一点导通 。在单片机控制模块中 ,只要给定某一参考
电压 ,利用这个原理 ,通过可控硅控制模块就能控制气
流达到某一定点温度 。在这里 ,气流温度误差与 P ID
模块的比例 、积分和微分参数选择密切相关 。
89C51通过 AD574测量 JH /11输出的电压 ,再在单片 机软件中进行温度标定 ,然后向 MAX7837发送对应温 度的 12位转换数据 ,经过 MAX7837一个 A /D 转换通 道向 P ID 模块输出温度标准电压信号 。根据 PC机温 度控制指令温度数值的大小 , 89C51向 MAX7837发送 对应参考温度的 12位转换数据 ,经过 MAX7837另一 个 A /D 转换通道向 P ID 模块输出温度参考电压信号 。 1. 2 可控硅控制模块
End Sub
发送开始命令 :
M SComm1. Output = Chr( Send (0) )
当 PC 机接收到单片机发送的完整 8 位数据时 , 通过 input属性一次性读入 ,然后判断数据的有效性 ; PC机发送指令时 ,通过 output属性向串口写发送数组 的第 1字节 ,其余 7 字节就在随后产生的发送事件中 全部输出 。 2. 2 单片机数据的发送和接收
图 2 中的 JH /11 是 M ESCON 公司的一种温度变 送模块 ,它具有良好的电压放大线性度和一定的抗干 扰功能 ,此外 , JH /11还可以进行热电偶冷端补偿和调 整温度测量的范围 。在这种情况下使用 JH /11,只要 将它输出的与温度有线性关系的电流信号转换为电压 信号即可 。AD574 是 12 位 A /D 转换芯片 ,有较高的 转换精度和速度 ,用来转换 JH /11 输出的模拟电压 。 MAX7837是 MAX IM 公司的一种 2 通道的 12 位 A /D 转换芯片 ,在这里用来输出与气流温度成正比的电压 信号以及 由 PC 机 决定 的温 度 控 制 参 考 电 压 信 号 。 MAX232是用来将 89C51 和 PC 机之间的串行通信数 据在 TTL 电平与 RS2232 电平之间进行转换 。 P ID 模 块用来进行 P ID 控制 ,其中比例 、积分和微分常数都可 以根据控制情况进行调整 。
/ /接收标志字节
unsigned char din; / /发送标志字节
unsigned char dout; / /接收缓存区
unsigned char iBuf[ 8 ]; / /发送缓存区
unsigned char oBuf[ 8 ]; void serial( ) interrup t 4 using 3
第 34卷第 1期 2008年 1月
EL
电子工 ECTRON IC
程 EN
师 G IN
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VJ aon.l.
34 No. 2008
1
一种智能化的气流温度控制方法
聂开俊
(淮安信息职业技术学院电子工程系 ,江苏省淮安市 223003)
摘 要 :介绍一种简单灵活且有效的气流温度控制方法 ,该方法具有简单实用的特点 。该温控系 统中 ,处于控制下的气流可以对物体进行有规律的加热 ,温度控制方法是通过 PC机向作为其下位机 的单片机发送温度控制指令来实现 。此方法可应用于工业控制的多个方面 ,还可用到其他要求循环 温度控制的场合 。阐述了控制系统组成 、控制原理 、数据通信等 ,给出了解决相关问题的具体方法 。
} e lse { TI = 0; dout = 0; } return;
}
单片机主程序是一个大的循环结构 ,当主程序执 行完当前的命令后 ,判断命令数组 ,如果还有命令存 在 ,则继续执行 ,否则便进入循环等待状态 ,等待串口 中断程序中指令的输入 。 2. 3 数据通信出错处理
M SComm1. Settings = " 4800, N , 8, 1"
M SComm1. CommPort = 1 ⁝
M SComm1. PortOpen = True OnComm 事件处理程序 : Private Sub M SComm1_OnComm ( ) D im vstr A s Variant D im ibuffer( ) A s Byte Select Case M SComm1. CommEvent / /接收事件处理 Case comEvReceive If M SComm1. InBufferCount > = 8 Then / /读串口输入缓存区 vstr = M SComm1. Input ibuffer = vstr For i = 0 To 7 Receive ( i) = ibuffer( i) Next i End If / /发送事件处理 Case comEvSend For i = 1 To 7 / /向串口写数据
单片机数据的发送和接收均以中断方式进行 ,这 样才能达到指令的随即响应 。在中断处理程序中 ,单 片机将接收到的正确指令放在命令数组中 ,然后在主 程序中执行相应命令和清空该命令 。根据单片机内部 RAM 的使用情况合理安排几个命令数组 ,按收到命令 的先后顺序存放其中 ,再在主程序中依次执行 。
单片机中断处理的 C51程序如下 :
PC 机 和 单 片 机 数 据 的 通 信 通 过 一 个 控 件 M SComm 实现 ,数据传送以事件 OnComm 驱动 。
PC机软件中有关通信数据变量的定义如下 : 发送数组 :
D im Send (0 to 7) A s Integer
接收数组 :
D im Receive (0 to 7) A s Integer ′M SComm 控件初始化 :
该系统的控制部分由 PC 机 、单片机控制模块和 可控硅控制模块组成 。 PC机主要用来向单片机控制 模块发送温度控制指令和进行温度控制模式的管理 。 单片机控制模块有两个作用 :精确测量气流当前温度 ; 根据 PC机发送的温度控制指令向可控硅控制模块发 送基本控制信号 。可控硅控制模块根据单片机控制模 块输入的基本控制信号控制工作部件的瞬时功率 。工 作部件可以用电热丝 、电热片等加热部件 。冷空气流 通过功率按照一定规律变化的工作部件就会产生不同 温度的热气流 ,从而实现温度控制 。
可控硅控制模块如图 3 所示 。该模块包括可控 硅 、过零检测电路及可控硅导通角控制电路等 。
图 3 可控硅控制模块
将 220 V、50 Hz的交流电压经过单向全波整流以 后成为电热片的工作电压 u1 ( t) ,波形如图 4 所示 。 它加在可控硅两端的同时 ,还送入过零检测电路进行 过零检测 。过零检测的作用是当 u1 ( t)接近 0 V 时就 开始一个工作电压周期内导通角 α的控制 。
由于通信的每一帧数据字节很少 ,因此 ,在数据通 信过程中出错的概率较小 ,但毕竟出错是不可避免的 。 有以下几种方式可以保证数据通信的正确性 。
{ if (R I) { iBuf[ din ] = SBUF; R I = 0; din = din + 1; if ( din = = 8) { din = 0; / /指令判断 、存储及向上位机发送回馈指令 ; ⁝ } } else if ( TI && dout < 8) { SBUF = oBuf[ dout]; TI = 0; dout = dout + 1;
图 4 电压波形
可控硅输出的实际加在电热片两端的电压 u2 ( t)
波形见图
4。导通角
α 1
、α2
、α3
等的大小与
P ID 模块输
入的控制信号 E ( t)有关 。工作电压 u1 ( t)某周期开始 时 ,若 E ( t)小于 0,即实际气流温度高于控制温度 ,此
时 U ( t) > UF ,导通角 α为 0,可控硅在该电压周期内 不导通 。若 E ( t)不小于 0,即实际气流温度低于控制