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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.12 Dec.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O～8V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I 1.1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O～ 100~C.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—07—21 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0000～1999分别输出2000个数码.当温 度范围为0—100~C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 ElectronicComponentamp;DeviceApplications V01.8No.12 Dec.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.(1.66～6.66V)加至电压 比较器A.的同向端,D/A转换器输出的控制电压 (0～8V)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)=KP[f(K)一E(K一1)}+KIE(K) 4O电子元器件主用2006.12删.ChinaECD.netP10～P17Dt卜D7.llA【JA0.1E L-174LSA1:×ilI萤ALE.叫137 至II虽wRWR: RDRDB3. I