基于模糊控制的温控仪设计

桂林长龙机械有限公司 杜 斌



基于模糊控制的温控仪设计

桂林长龙机械有限公司 杜 斌

【摘要】该系统采用了89S52实现对水温的控制，温度信号由DS18B20温度传感器来测定。通过用脉宽调制算法来实现双向可控硅对热得快功率的调节控制，通过继电器控制水循环冷凝对水冷却进行粗调、控制制冷片和风扇对水冷却进行细调。同时具有中文液晶时时显示和串口键盘进行温度值的设定。本系统设计采用了模块化设计方法，提高调试效率。

【关键词】模糊控制；可控硅；单片机；DS18B20；继电器

1　引言

本温控仪设计采用AT89S52单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。当温度低于预设温度值时系统启动加热装置，当温度高于预设温度时启动冷却装置。

2　方案设计

本系统设计制作一个基于模糊控制的温控仪，对象是水温，加热装置就是市场上常见的热得快，冷却装置是小风扇。温度低于设定下限温度时，自动启动加热继电器加温，使温度上升，当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，自动启动风扇降温，使温度下降，当温度下降到上限温度以下时，停止降温。液晶屏显示温度。

2.1总体方案设计

采用单片机AT89S52为核心。采用单总线温度传感器DS18B20采集温度变化信号，省去了A/D采样芯片，直接通过DS18B20的时序读取温度。总体电路设计框图如图1所示。

图1　总体电路设计框图

2.2各部分电路方案设计

（1）显示部分

采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3V就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高,可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示时间、温度。

（2）水温控制部分

采用PID模糊算法，通过控制继电器和可控硅实现精确的水温控制，能够有效的解决超越设定温度的特性。

（3）测温操作

采用单总线温度传感器DS18B20。DS18B20采用单总线电路设计，微处理器只需利用一个I/O口对它进行命令的控制以及数据的读写，省去了A/D转换芯片，大大节约了成本。DS18B20的测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

图2　测温原理内部装置

3　系统硬件电路设计

以上介绍了很多电路设计方面的基本知识及本设计方案选择的情况，下面将着重按照前面所分析和采用的设计方案来完成具体的电路设计。

（1）继电器加热电路设计

通过单片机控制继电器和可控硅，由继电器控制热得快和的上电与断电，然后由可控硅精密调节热得快的电流，从而控制水温的加热功能。如图3所示。

图3　可控硅加热电路

三极管的B极接到单片机的IO口，高电平三极管导通，低电平三极管截止。导通时继电器吸合，热得快停止工作，截止时继电器接到常闭端，热得快得到电压，开始给水加热。二极管为了有效的防止继电器断开和吸合时产生的浪涌电压。

图4　总体流程图

（2）冷却电路

利用单片机对光耦的控制继电器，然后按一定的规律算法去启动循环水冷凝、制冷片和风扇。从而起到降温的效果。并且可以很好的控制水在一定的范围温度内。电路图和加热电路相似。

4　系统软件设计

系统软件设计的总体流程图，如图4所示。

5　结论

本温控仪能够较好的控制水温的上升下降，精确度能够控制在0.2度左右，用中文液晶显示水的实际温度和设定温度，系统比较稳定可靠，能够较好的应用到各个领域。

参考文献

[1]余福兵.电阻炉智能温度控制器的设计.内蒙古科技大学,2012.

[2]张健.基于AT89C52的模糊控制算法的温控仪的设计与研究.福建电脑,2007(12):135-137

[3]任玲.基于AT89C52的温室用温度监控系统设计.电子设计工程,2015,23(4):82-84

杜斌，高级经济师，研究方向：电气工程。

作者简介：