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

桂林長龍機(jī)械有限公司 杜 斌

【摘要】該系統(tǒng)采用了89S52實現(xiàn)對水溫的控制，溫度信號由DS18B20溫度傳感器來測定。通過用脈寬調(diào)制算法來實現(xiàn)雙向可控硅對熱得快功率的調(diào)節(jié)控制，通過繼電器控制水循環(huán)冷凝對水冷卻進(jìn)行粗調(diào)、控制制冷片和風(fēng)扇對水冷卻進(jìn)行細(xì)調(diào)。同時具有中文液晶時時顯示和串口鍵盤進(jìn)行溫度值的設(shè)定。本系統(tǒng)設(shè)計采用了模塊化設(shè)計方法，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)將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動加熱裝置，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時啟動冷卻裝置。

2　方案設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于模糊控制的溫控儀，對象是水溫，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，自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時，自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。液晶屏顯示溫度。

2.1總體方案設(shè)計

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，省去了A/D采樣芯片，直接通過DS18B20的時序讀取溫度?？傮w電路設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1　總體電路設(shè)計框圖

2.2各部分電路方案設(shè)計

（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RT1602兩行十六個字符的顯示，能同時顯示時間、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，微處理器只需利用一個I/O口對它進(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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。

圖2　測溫原理內(nèi)部裝置

3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

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

（1）繼電器加熱電路設(shè)計

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)通時繼電器吸合，熱得快停止工作，截止時繼電器接到常閉端，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)對光耦的控制繼電器，然后按一定的規(guī)律算法去啟動循環(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

系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體流程圖，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)用到各個領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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杜斌，高級經(jīng)濟(jì)師，研究方向：電氣工程。

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