基于STC89S58的恒温箱控制系统
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京：
清华大学出版社，2005.
（4）
图 2 PT100 温度采集电路
3 系统软件设计 系统软件设计主程序流程如图 3 所示。本 温度控制中采用了 PID 控制算法，即比例、积 分、微分控制，是工业过程控制中应用广泛的一 种基本控制方法。增量式 PID 控制算法为:
(1)
其中 UD 是电源电压，ΔR 是 PT100 变化的阻 值，tw=1.1R12C5
图 3 主程序流程图 积分系数 KI 消除系统的稳态误差（精差），即恒 温温度更精确，KI 越大，表现为系统的过度过程 曲线衰减太慢，甚至产生不衰减震荡。 微分系数 KD 产生超前的校正作用，KD 过大，系 统的过度过程曲线表现为震荡很频繁，周期又 短。若直接采用式 3 标准 PID 算法时，当给定值 发生突然变化而在短时间内产生较大的偏差 时，在积分项的作用下，将一切系统的过量超调 和长时间的震荡。采用积分分离 PID 算式，可有 效克服这一现象的出现。积分分离法，即在偏差 大于莫一定值 A 时，消去积分作用；而当偏差小 于 A 时，积分才起作用。其控制算式为：
拐点作切线，交于时间轴得系统对象的滞后时 间为 г,切线所切取段为时间常数 Tm，放大系数 为：
（6）
根据 PID 控制系统的工程整定得：
=0.5
（7）
TD=0.5г=600，TI=2г=90
（8）
结束语
本系统的温度控制范围为 - 5℃~60℃之
间，当设定恒温温度小于环境温度 5℃时，启动
空气压缩机制冷，同时 PID 控制输出量继续控
（5）
图 4 恒温箱系统阶跃响应曲线 图 4 是恒温箱系统阶跃响应曲线，沿曲线
-100- 中国新技术新产品
中国新技术新产品 2011 NO.06 China New Technologies and Products
信息技术
基于 STC89S58 的恒温箱控制系统
黄双燕 赖万昌 （成都理工大学核技术及自动化学院，四川 成都 610059）
摘 要：本设计采用基于由差动输入积分电路和 555 定时器构成的 V/F 转换电路构成的铂电阻（PT）测温电路，并将积分分离 PID 算 法应用于温度的控制。 关键词：差动输入积分电路；V/F 转换；PID 中图分类号：TP368.1 文献标识码：B
制加热丝加热，实现了低温（低于环境温度）的
恒温。该恒温箱控制系统已广泛应用于工业、医
疗以及科研实验领域，特别是很好的满足了小
麦的多时间段恒温培养的实验要求。
参考文献
[1]曹必华，赖万昌，王汉斌.基于 555 定时器的 V/
F 转换电路分析与应用[J].电子质量，2011;1：44-
46.
[2]王昊，李昕.集成运放应用电路[M].北京：电子
1 引言 恒温箱根据控制温度可分为低温 （室温以 下）恒温箱和高温（室温以上）箱，在工业、医疗 以及科研实验中有着广泛的应用。本恒温箱控 制系统采用了压缩机制冷与电热丝加热于一 体，控温范围在 - 5℃~60℃之间，控温精度在± 0.2℃，实现了高低温箱一体化。 2 系统硬件设计 基于 STC89S58 的恒温箱控制系统的硬件 电路如图 1 所示。
图 1 系统硬件结构框图 本文所采用的铂电阻（PT）测温电路是基于 由差动输入积分电路和 555 定时器构成的 V/F 转换电路构成【1】, 如图 2 所示，电路由 PT 电桥， 放大电路和 V/F 转换电路组成，PT 电桥输出 PT100 变化的电压值，再由 HA17358 放大，最 后通过 V/F 转换输出脉冲到单片机处理。应用 上述推导结论，得出本温度采集电路的 PT100 阻值变化与脉冲频率的关系为：
(2) (3) 式中，KP，KI ，KD 为 PID 控制算式的比例系 数，积分系数，微分系数； 比例系数 KP 实时成比例反映控制系统的 偏差，偏差一旦产生，PID 控制立即作用以减少 偏差，KP 越大响应快但会使系统趋于不稳定，过 小的 KP 使系统回到设定值相当迟缓。
PID 恒温箱控制系统能否良好工作，主要 决定于 P,I,D 的三个参数的选择与配合是否恰 当。通过调整控制器的这些参数使其特性与被 控对象特性相匹配，以达到良好的控制效果，称 为 PID 控制系数整定法。[3]本控制系统采用了 基于被控对象的阶跃响应曲线的工程整定法。 被控对象的传递函数的表达式为：
清华大学出版社，2005.
（4）
图 2 PT100 温度采集电路
3 系统软件设计 系统软件设计主程序流程如图 3 所示。本 温度控制中采用了 PID 控制算法，即比例、积 分、微分控制，是工业过程控制中应用广泛的一 种基本控制方法。增量式 PID 控制算法为:
(1)
其中 UD 是电源电压，ΔR 是 PT100 变化的阻 值，tw=1.1R12C5
图 3 主程序流程图 积分系数 KI 消除系统的稳态误差（精差），即恒 温温度更精确，KI 越大，表现为系统的过度过程 曲线衰减太慢，甚至产生不衰减震荡。 微分系数 KD 产生超前的校正作用，KD 过大，系 统的过度过程曲线表现为震荡很频繁，周期又 短。若直接采用式 3 标准 PID 算法时，当给定值 发生突然变化而在短时间内产生较大的偏差 时，在积分项的作用下，将一切系统的过量超调 和长时间的震荡。采用积分分离 PID 算式，可有 效克服这一现象的出现。积分分离法，即在偏差 大于莫一定值 A 时，消去积分作用；而当偏差小 于 A 时，积分才起作用。其控制算式为：
拐点作切线，交于时间轴得系统对象的滞后时 间为 г,切线所切取段为时间常数 Tm，放大系数 为：
（6）
根据 PID 控制系统的工程整定得：
=0.5
（7）
TD=0.5г=600，TI=2г=90
（8）
结束语
本系统的温度控制范围为 - 5℃~60℃之
间，当设定恒温温度小于环境温度 5℃时，启动
空气压缩机制冷，同时 PID 控制输出量继续控
（5）
图 4 恒温箱系统阶跃响应曲线 图 4 是恒温箱系统阶跃响应曲线，沿曲线
-100- 中国新技术新产品
中国新技术新产品 2011 NO.06 China New Technologies and Products
信息技术
基于 STC89S58 的恒温箱控制系统
黄双燕 赖万昌 （成都理工大学核技术及自动化学院，四川 成都 610059）
摘 要：本设计采用基于由差动输入积分电路和 555 定时器构成的 V/F 转换电路构成的铂电阻（PT）测温电路，并将积分分离 PID 算 法应用于温度的控制。 关键词：差动输入积分电路；V/F 转换；PID 中图分类号：TP368.1 文献标识码：B
制加热丝加热，实现了低温（低于环境温度）的
恒温。该恒温箱控制系统已广泛应用于工业、医
疗以及科研实验领域，特别是很好的满足了小
麦的多时间段恒温培养的实验要求。
参考文献
[1]曹必华，赖万昌，王汉斌.基于 555 定时器的 V/
F 转换电路分析与应用[J].电子质量，2011;1：44-
46.
[2]王昊，李昕.集成运放应用电路[M].北京：电子
1 引言 恒温箱根据控制温度可分为低温 （室温以 下）恒温箱和高温（室温以上）箱，在工业、医疗 以及科研实验中有着广泛的应用。本恒温箱控 制系统采用了压缩机制冷与电热丝加热于一 体，控温范围在 - 5℃~60℃之间，控温精度在± 0.2℃，实现了高低温箱一体化。 2 系统硬件设计 基于 STC89S58 的恒温箱控制系统的硬件 电路如图 1 所示。
图 1 系统硬件结构框图 本文所采用的铂电阻（PT）测温电路是基于 由差动输入积分电路和 555 定时器构成的 V/F 转换电路构成【1】, 如图 2 所示，电路由 PT 电桥， 放大电路和 V/F 转换电路组成，PT 电桥输出 PT100 变化的电压值，再由 HA17358 放大，最 后通过 V/F 转换输出脉冲到单片机处理。应用 上述推导结论，得出本温度采集电路的 PT100 阻值变化与脉冲频率的关系为：
(2) (3) 式中，KP，KI ，KD 为 PID 控制算式的比例系 数，积分系数，微分系数； 比例系数 KP 实时成比例反映控制系统的 偏差，偏差一旦产生，PID 控制立即作用以减少 偏差，KP 越大响应快但会使系统趋于不稳定，过 小的 KP 使系统回到设定值相当迟缓。
PID 恒温箱控制系统能否良好工作，主要 决定于 P,I,D 的三个参数的选择与配合是否恰 当。通过调整控制器的这些参数使其特性与被 控对象特性相匹配，以达到良好的控制效果，称 为 PID 控制系数整定法。[3]本控制系统采用了 基于被控对象的阶跃响应曲线的工程整定法。 被控对象的传递函数的表达式为：