基于模糊控制的溫控儀設計

桂林長龍機械有限公司 杜 斌

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基于模糊控制的溫控儀設計

桂林長龍機械有限公司 杜 斌

【摘要】該系統采用了89S52實現對水溫的控制，溫度信號由DS18B20溫度傳感器來測定。通過用脈寬調制算法來實現雙向可控硅對熱得快功率的調節控制，通過繼電器控制水循環冷凝對水冷卻進行粗調、控制制冷片和風扇對水冷卻進行細調。同時具有中文液晶時時顯示和串口鍵盤進行溫度值的設定。本系統設計采用了模塊化設計方法，提高調試效率。

【關鍵詞】模糊控制；可控硅；單片機；DS18B20；繼電器

1　引言

本溫控儀設計采用AT89S52單片機，配以DS18B20數字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設備。當溫度低于預設溫度值時系統啟動加熱裝置，當溫度高于預設溫度時啟動冷卻裝置。

2　方案設計

本系統設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，冷卻裝置是小風扇。溫度低于設定下限溫度時，自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，當溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當溫度高于設定上限溫度時，自動啟動風扇降溫，使溫度下降，當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總體方案設計

采用單片機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。總體電路設計框圖如圖1所示。

圖1　總體電路設計框圖

2.2各部分電路方案設計

（1）顯示部分

采用LCD液晶屏進行顯示。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，除數字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統的數碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高,可操作性強，也易于讀數，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精確的水溫控制，能夠有效的解決超越設定溫度的特性。

（3）測溫操作

采用單總線溫度傳感器DS18B20。DS18B20采用單總線電路設計，微處理器只需利用一個I/O口對它進行命令的控制以及數據的讀寫，省去了A/D轉換芯片，大大節約了成本。DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。

圖2　測溫原理內部裝置

3　系統硬件電路設計

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

（1）繼電器加熱電路設計

通過單片機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節熱得快的電流，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極接到單片機的IO口，高電平三極管導通，低電平三極管截止。導通時繼電器吸合，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生的浪涌電壓。

圖4　總體流程圖

（2）冷卻電路

利用單片機對光耦的控制繼電器，然后按一定的規律算法去啟動循環水冷凝、制冷片和風扇。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。電路圖和加熱電路相似。

4　系統軟件設計

系統軟件設計的總體流程圖，如圖4所示。

5　結論

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定溫度，系統比較穩定可靠，能夠較好的應用到各個領域。

參考文獻

[1]余福兵.電阻爐智能溫度控制器的設計.內蒙古科技大學,2012.

[2]張健.基于AT89C52的模糊控制算法的溫控儀的設計與研究.福建電腦,2007(12):135-137

[3]任玲.基于AT89C52的溫室用溫度監控系統設計.電子設計工程,2015,23(4):82-84

杜斌，高級經濟師，研究方向：電氣工程。

作者簡介：