桂林長龍機(jī)械有限公司 杜 斌

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基于模糊控制的溫控儀設(shè)計(jì)

桂林長龍機(jī)械有限公司 杜 斌

【摘要】該系統(tǒng)采用了89S52實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，溫度信號(hào)由DS18B20溫度傳感器來測(cè)定。通過用脈寬調(diào)制算法來實(shí)現(xiàn)雙向可控硅對(duì)熱得快功率的調(diào)節(jié)控制，通過繼電器控制水循環(huán)冷凝對(duì)水冷卻進(jìn)行粗調(diào)、控制制冷片和風(fēng)扇對(duì)水冷卻進(jìn)行細(xì)調(diào)。同時(shí)具有中文液晶時(shí)時(shí)顯示和串口鍵盤進(jìn)行溫度值的設(shè)定。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，提高調(diào)試效率。

【關(guān)鍵詞】模糊控制；可控硅；單片機(jī)；DS18B20；繼電器

1　引言

本溫控儀設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動(dòng)繼電器以開啟設(shè)備。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)加熱裝置，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)啟動(dòng)冷卻裝置。

2　方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)基于模糊控制的溫控儀，對(duì)象是水溫，加熱裝置就是市場上常見的熱得快，冷卻裝置是小風(fēng)扇。溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。液晶屏顯示溫度。

2.1總體方案設(shè)計(jì)

采用單片機(jī)AT89S52為核心。采用單總線溫度傳感器DS18B20采集溫度變化信號(hào)，省去了A/D采樣芯片，直接通過DS18B20的時(shí)序讀取溫度?？傮w電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1　總體電路設(shè)計(jì)框圖

2.2各部分電路方案設(shè)計(jì)

（1）顯示部分

采用LCD液晶屏進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要2～3V就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高,可操作性強(qiáng)，也易于讀數(shù)，采用RT1602兩行十六個(gè)字符的顯示，能同時(shí)顯示時(shí)間、溫度。

（2）水溫控制部分

采用PID模糊算法，通過控制繼電器和可控硅實(shí)現(xiàn)精確的水溫控制，能夠有效的解決超越設(shè)定溫度的特性。

（3）測(cè)溫操作

采用單總線溫度傳感器DS18B20。DS18B20采用單總線電路設(shè)計(jì)，微處理器只需利用一個(gè)I/O口對(duì)它進(jìn)行命令的控制以及數(shù)據(jù)的讀寫，省去了A/D轉(zhuǎn)換芯片，大大節(jié)約了成本。DS18B20的測(cè)溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。

圖2　測(cè)溫原理內(nèi)部裝置

3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

以上介紹了很多電路設(shè)計(jì)方面的基本知識(shí)及本設(shè)計(jì)方案選擇的情況，下面將著重按照前面所分析和采用的設(shè)計(jì)方案來完成具體的電路設(shè)計(jì)。

（1）繼電器加熱電路設(shè)計(jì)

通過單片機(jī)控制繼電器和可控硅，由繼電器控制熱得快和的上電與斷電，然后由可控硅精密調(diào)節(jié)熱得快的電流，從而控制水溫的加熱功能。如圖3所示。

圖3　可控硅加熱電路

三極管的B極接到單片機(jī)的IO口，高電平三極管導(dǎo)通，低電平三極管截止。導(dǎo)通時(shí)繼電器吸合，熱得快停止工作，截止時(shí)繼電器接到常閉端，熱得快得到電壓，開始給水加熱。二極管為了有效的防止繼電器斷開和吸合時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。

圖4　總體流程圖

（2）冷卻電路

利用單片機(jī)對(duì)光耦的控制繼電器，然后按一定的規(guī)律算法去啟動(dòng)循環(huán)水冷凝、制冷片和風(fēng)扇。從而起到降溫的效果。并且可以很好的控制水在一定的范圍溫度內(nèi)。電路圖和加熱電路相似。

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖，如圖4所示。

5　結(jié)論

本溫控儀能夠較好的控制水溫的上升下降，精確度能夠控制在0.2度左右，用中文液晶顯示水的實(shí)際溫度和設(shè)定溫度，系統(tǒng)比較穩(wěn)定可靠，能夠較好的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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杜斌，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，研究方向：電氣工程。

作者簡介：