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1、利用位置式PID控制算法实现对恒温箱的控制第8卷第12期2oo6年12月设计参考Vo1.8No.12Dec.2oo6利用位置式PID控制算法实现对恒温箱的控制邓恩强,关卫军,关社军(1.陕西省产品质量监督检验所,陕西西安710054;2.陕西省计量测试研究所.陕西西安710048)摘要:介绍了一个恒温箱的的温度控制系统,度.并对温度进行实时显示,具有控制速度快,关键词:恒温控制器;PID控制1恒温控制器的组成及控制原理本文所介绍的位置式PID控制算法实现的恒温控制器的结构原理图如图1所示.该控制器选用MCS51系列单片机8031作为微控制器,并将软件程序固化在EPROM芯片中.温度检测元件采用
2、热敏电阻.电信号经过温度变送器转化为标准的电压信号,再经过A/D(模/数)转换器变换成数字信号,然后进入单片机中,与设定温度进行比较得到控制偏差.再由单片机对偏差进行PID运算,输出经控制D/A转换器转换成O8V的电压信号来控制可控硅触发电路,从而控制双向可控硅的通断率,通过调节加热功率即可达到控制温度的目的.塑=Fi温度显示=堕片机越限报警I=I奎I1结构原理I奎I1.1温度变送器温度变送器由负温度系数的热敏电子RT和集成运算放大器构成.其电路的测量范围为O100C.热敏电阻因其非线性特征而具有高的灵敏度.所以要对它进行线性化.以保证变送器的输出与恒温箱内的温度成线性关系.收稿日期:2006
3、0721该系统可通过对控制器的在线设定来控制温精度高等特点.1.2A/D转换器A/D转换器采用双积分式转换芯片MC14433.该芯片的分辨率为1/1999,电压量程为1.999V,有过压和欠压两种输出标志,片内具有自动极性转换和自动调零功能,其优点是转换精度高,使用方便.该转换器可采用扫描法输出三位半BCD码.可从00001999分别输出2000个数码.当温度范围为0100C时.该A/D转换器的分辨率可高达O.O5/Bit.电路采用中断管理方式,每次转换结束后向处理器8031发出中断请求信号.1-3温度控制电路8031对温度的控制是通过可控硅调功电路来实现的.温度控制电路原理如图2所示.图2温
4、度控制电路原理图本电路应用调压调功原理,通过调节控制电压的大小来调节电压比较器A的输出脉冲信号的占空比.以进一步控制加热丝的平均功率,从而达到调节温度的目的.电压比较器信号关系如图3所示.温度控制元件采用了双向可控硅C332.通过删.ChinnECD.聊f2006.12电子元器件主硐39第8卷第12期2006年12月电子元器件主用ElectronicComponent&DeviceApplicationsV01.8No.12Dec.20o6图3电压比较器信号关系图改变可控硅的导通时间,就可以改变加热丝功率锯齿波发生器的输出信号V.(1.666.66V)加至电压比较器A.的同向端,D/A
5、转换器输出的控制电压(08V)加至的反向端,控制电路输出的脉冲信号的临界电压为1.66V.当的值大于6.66V时,A.的输出恒为低电平.该低电平正是光电偶合器MOC3061的导通信号.在锯齿波的1个周期内.当的值大于.时,A.输出低电平;的值小于时,则A.输出高电平,从而在A的输出端形成了一个脉冲宽度可变的脉冲信号.该脉冲信号经光电偶合器MOC3061后加到可控硅的控制极.可直接控制可控硅的导通时间.从而控制加热平均功率.由于可控硅回路与220V电源相通,使用光电偶合器还能将微机系统与220V强电隔离.MOC3061是内部具有过零检测器的光电耦合可控硅驱动器.当输入端为导通信号时,负载端并不一
6、定马上导通,只有当电源电压过零时才能导通,且导通时的波形是完整的.1.4温度设定和显示电路本系统配置有小键盘和4位LED,主要功能是设定和显示实时温度.显示,键盘与8031的接口芯片采用可编程芯片8279.主要功能是完成键盘扫描与动态的输出显示.温度设定和显示电路如图4所示控制器在运行时可方便的在线修改有关参数,这样,减轻了CPU在扫描和刷新显示时的负担,也简化了编程.2控制算法PID控制算法是一种经典控制算法.对大多数控制过程都有较好的控制效果.在这里我们采用位置式PID算法,即)=一1)+AU).其中,AU(K)=KPf(K)一E(K一1)+KIE(K)4O电子元器件主用2006.12删.
7、ChinaECD.net80318279P10P17Dt卜D7.llA【JA0.1EL-174LSA1:ilI萤ALE.叫137至II虽wRWR:RDRDB3.Iij孽RESETRESETRL0日日.日日r.1一;SL1墨ESL2I量H=L一一SL0普一_一RL7I,卜,I,卜,图4温度设定和显示电路+KDfE(一2E(K一1)+(K一2)】:而(K)则为t=Kt时控制器的输出,(K)为温度的给定值与测量值之间的偏差.3控制程序设计系统流程图如图5所示.上限报警处理I恢复现场返回图5系统流程图主程序包括系统的初始化,数字滤波,线形插值,标度变换和显示.其中,数字滤波采用平均值法,线形插值及标度变换是将采样的电压值转换为BCD码表示的温度值.标度公式为:TS=7D+(T1一TO)(VSVO)/(v1一0),式中为实际温度;7D为温度的下限值;1为温度的上限值;VX为测量的电压值;0为下限对应的电压值;V1为上限对应的电压值.4结束语系统经过反复温控试验证明,可以获得较好的温控效果.u,061