智能恒温箱控制系统设计

前言

智能恒温箱根据其应用领域、使用对象的不同及相关的性能指标,所设计的智能恒温箱其工作原理都有其独特的一面。当然,作为一种恒温控制的产品,又都有其恒温控制产品的相似之处。比如其控制的目的都是一样的。它们控制的参数仍然是温度,控制的目的是使温度维持恒定在给定值所允许的波动范围之内。这是任何恒温控制产品的共同特点。

一、智能恒温箱控制系统设计实践介绍

本次设计的智能恒温箱控制系统,总体上主要分为主机PI C 单片机控制部分、温度数据采集部分、按键控制输入部分、显示部分、输出驱动部分等五部分。智能恒温箱控制系统就是通过单片机编程实现对温度的采集、数据处理、控制显示、控制输入、控制输出等一系列功能,使温度维持恒定在所设定的温度给定值。

智能恒温箱的基本工作原理是以PI C 单片机为核心,通过对PI C 单片机编程进行系统控制。PI C 单片机上电后,首先必须进行系统初始化,然后按照我们编程设定的顺序,执行控制动作。在PI C 单片机初始化的这一过程中,最为重要的一点是PI C 单片机从其E?PRO M 调出在其存放的上一次设定的温度给定值,并存放在指定的ROM 存储单元中,便于后面的功能子程序调用。

PI C 单片机初始化后,转去执行将温度传感器检测到的,并经过运算放大器放大后得到的相应模拟量,即电压输入信号进行A /D 转换。A/D 转换后得到的初步数字量信号不能直接输出显示,必须经过标度转换及B CD 码转化后才能作为输出信号在LED 数码管上输出显示。此时,PIC 单片机并将温度设定值与检测到的实时温度值进行比较大小,得到的结果分三种情况,即大于、等于和小于,并将这三种信息通过发光二极管显示出来。同时,PI C 单片机根据这三种信号控制执行相应的输出动作。如果系统检测到的温度值比给定值大,则系统停止加热;如果系统检测到的温度值比给定值小,系统则根据差值的大小给出相应的控制量;如果系统检测到的温度值等于给定值,系统则根据现场的具体情况给出相应的较小的控制量进行加热以维持系统温度恒定(在本系统中,当出现这种情况时,系统给出的控制量是0.05,即加热板的加热功率因数。)。

此时,PI C 单片机的一个工作周期并没有完成。PIC 单片机还要进行判断按键输入口是否有新的按键输入信号,即判断是否要进行温度给定值更改。如果功能键有按下信号,PIC 单片机则执行更改参数子程序,我们可以通过递增按键、递减按键进行更改温度该定值,系统并将更改后的温度给定值重新存放到PI C 单片机的E?PR O M 中;如果没有按键按下,则PI C 单片机所控制的一个工作周期完成,系统返回主程序继续执行。

二、主要设计内容

根据智能恒温箱的基本工作原理、性能指标、技术参数等相关信息,提出智能恒温箱控制系统的多种设计方案,并从中选出最优的控制方案。本系统采用单片机控制技术与模糊控制技术相结合的控制系统设计方案,将模糊控制策略应用于智能恒温箱控制系统中的目的,是使控制系统达到节能与智能控制的效果,使系统能够实现节能35％以上。

智能恒温箱控制器设计输出的功率达到5K W ,设计可以调节目标控制温度,系统的温度控制精度达到0.5摄氏度。

在智能恒温恒温箱控制器的设计过程中,系统控制电路的设计和模糊控制策略在系统的应用是非常重要的,也是恒温箱控制系统设计的难点。为了达到系统设计要求的性能指标,所以,在设计的过程中要进行控制系统的总体设计,输入、输出端口地址的分配,硬件的选择及配置,这都是在系统设计过程中不忽视的。最后是控制系统软件的系统分析及控制系统软件的编制,这是智能恒温箱控制器能否正常工作运行的保证。系统设计的主要内容有、硬件部分设计

()主机单片机系统设计;

(2)温度数据采集电路设计;(3)按键输入电路设计;(4)显示输出电路设计;(5)驱动输出电路设计。2、软件部分设计(1)系统主程序设计;(2)A /D 转换子程序设计;(3)乘法子程序设计;

(4)比较驱动子程序设计;(5)更改参数子程序设计;(6)B C D 码转换子程序;(7)延时子程序设计;

(8)数据读写子程序设计;(9)PW M 输出子程序设计;(10)电路调整算法。3、模糊控制设计

(1)模糊控制器输入变量和输出变量的确定;(2)隶属度函数和语言变量的确定;(3)模糊控制规则的设计;(4)模糊推理;

(5)模糊节能控制值验证。

三、具体设计内容

本次智能恒温箱控制器设计,要求具有价格低,性价比高的特点,主要是应用于普通食品、物品的保温,还可以应用于种子的培育和食品的发酵等与温度保温相关的应用领域上。但是,本课题研究的重点不只是停留在这些方面,而要涉及到智能及节能的关键问题上。本设计系统控制的主要对象是温度,从系统的控制要求及设计系统达到的性能指标进行全面分析,采用PI C 16F877单片机作为主控制系统,这不仅是对所学知识的巩固,更重要的是采用单片机控制技术是当前最简单、可靠性较高、是最经济的一种方案。本设计系统中为了能够达到节能、智能控制的效果,所以在系统中采用了模糊控制策略。因为温度控制是易于受多种内外因素干扰的非线性控制系统,而模糊控制是智能控制的分支之一,是一种非线性控制方法,工作范围宽,适用范围广,特别适合于这种温度控制的非线性系统控制;模糊控制也不依赖于对象的数学模型,对无法建模或很难建模的复杂对象,可以利用人的经验知识来设计模糊控制器,从而完成控制任务,而传统的控制方法都要已知被控对象的数学模型才能设计控制器;模糊控制具有内在的并行处理机制,表现出极强的鲁棒性,对被控对象的特性变化不敏感;模糊控制器的设计参数容易选择调整;算法简单、执行快、容易实现,不需要很多的控制理论知识。所以本控制系统采用单片机技术和模糊控制技术相结合达到了节能和智能控制的效果。

四、拟采用的技术方案

经过几种可行方案的比较分析后,最终确定以下方案,如下为系统原理

框图。

浅谈智能恒温箱控制系统设计

黄永华

广州亚虎电力有限公司

【摘要】智能恒温箱控制系统的设计应用已广泛用于医药、食品、农业等多个领域及人们日常生活当中。笔者通过设计实践认为,上述系统随了对温度进行调控外,如何使设计实现智能和节能,是设计工作者要考虑的问题及今后设计的发展方向。

【关键词】温度控制　数据采集　PIC 单片机　模糊控制

（下转第页）

:

11222