室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的設計

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院,710302）

室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的設計

王飛騰

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院,710302）

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，計算機技術在室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，人們越來越多地采用計算機技術來實現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動控制。計算機技術的不斷進步與創(chuàng)新，為計算機控制系統(tǒng)帶來了巨大的變革，室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的設計也達到了一定的水平高度。本文對計算機控制系統(tǒng)進行了闡述，并介紹了一種室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)，還對其系統(tǒng)應用進行了說明。

室內(nèi)溫度；自動控制；軟件設計

0 引言

溫度是各類行業(yè)中控制生產(chǎn)的重要的參數(shù)指標。目前，人們研制出了各種類型的溫度控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對不同對象的溫度控制。就當前的情況而言，軟件控制算法的技術已經(jīng)比較完善，而溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)仍然存在一些問題。CPLD器件在室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)中被廣泛采用，它可以對控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進行簡化。本文設計了一種以8051單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)，其控制部分使用的是CPLD器件。

1 計算機控制系統(tǒng)概述

近年來，計算機技術在室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，計算機控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。就本質(zhì)情況而言，計算機控制系統(tǒng)的工作原理主要包括三大部分，分別為：實時數(shù)據(jù)采集、實時控制決策和實時控制輸出。

實時數(shù)據(jù)采集：對被測控量的瞬時數(shù)據(jù)進行輸入和檢測。

實時控制決策：對被測控量的測量結(jié)果進行分析，并依據(jù)相應的控制規(guī)律，決定控制行為。

實時控制輸出：發(fā)出控制信號，按要求完成控制任務。

2 室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的硬件設計

室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括兩個部分，分別為：功率控制部分和溫度測量部分。室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖，如圖1所示。

圖1 室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖

2.1 功率控制部分

一般的功率控制方法主要包括兩種，分別為：調(diào)功和調(diào)相。

調(diào)功：對單位時間內(nèi)功率器上的波頭數(shù)進行控制，以達到控制系統(tǒng)功率的作用。

調(diào)相：對可控硅的導通角進行控制，以控制功率器在導通時的電壓幅度，從而實現(xiàn)對功率器的精確控制。

其控制電路的框圖，如圖2所示。這一部分的硬件部分由CPLD器件實現(xiàn)。

圖2 溫度控制電路框圖

本系統(tǒng)對電路結(jié)構(gòu)進行了簡化，對其硬件電路的描述，如下所示：

第一，對220V市電進行轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)?V的電壓信號，這一過程需要通過變壓器來完成。然后，將5V的電壓信號轉(zhuǎn)換為50Hz的方波信號，這一過程通過零比較器來完成。

第二，50Hz的方波信號轉(zhuǎn)換為100Hz的窄脈沖信號。

第三，利用8位計數(shù)器對25kHz的信號進行計算。

第四，將計算得出的數(shù)值輸入到數(shù)字比較器，進行比較分析。

2.2 溫度測量部分

溫度測量部分的電路主要包括三個方面，分別為：信號轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路和信號采集電路。

信號轉(zhuǎn)換電路：為了方便8051單片機對數(shù)據(jù)進行處理，信號轉(zhuǎn)換電路真多不同的被控對象，通過不過的溫度傳感器的作用，實現(xiàn)物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換。

信號處理電路：通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換而來的電信號，通常是小的電壓信號。這種小的電壓信號由于受到控制精度的限制，需要經(jīng)過放大處理之后，才能送入A/D轉(zhuǎn)換器。本文中所設計的室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)安裝了程控差分放大器，其信號處理的電路如圖3所示。

圖3 信號處理電路

信號采集電路：信號采集電路由12位的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的控制精度主要是由A/D轉(zhuǎn)換器的字長決定的，它與字長成正比關系，字長越大，控制精度也就越高。12位的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度較高。可以達到±0.012%。本系統(tǒng)中，我們選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是由Maxim公司生產(chǎn)的高速A/D轉(zhuǎn)換器MAX197。該轉(zhuǎn)換器相比于一般的A/D轉(zhuǎn)換器，其具有電路簡單、品質(zhì)高和微機接口標準等特點。此外，MAX197的數(shù)據(jù)總線時序可以與通用的微處理器相容。

對該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進行分析和研究，我們可以看出，CPLD器件是其核心，CPLD器件具有可以重新配置的特點。CPLD器件實現(xiàn)了室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)的核心功能，配合其他的輔助電路，使得該系統(tǒng)的功能較佳。該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有開放性，它在一定程度上促進了系統(tǒng)軟件的開放。

3 溫度自動控制系統(tǒng)的軟件設計

溫度自動控制系統(tǒng)的軟件設計的軟件算法控制，一般包括兩種，分別為：PID算法控制和達林（Dahlin）算法控制。本文中所設計的室內(nèi)溫度自動控制系統(tǒng)可以運用不同的軟件算法，測算不同的被控對象，控制系統(tǒng)的靈活性得到了很大的提高。在實際的控制過程中，由于被控對象具有純滯后性和非線性的特點，這就使得PID控制的控制性能有所下降，所以本文對達林（Dahlin）算法進行重點分析和討論。用達林（Dahlin）算法對被控對象的純滯后性和非線性進行控制，具有很好的效果。

3.1 達林（Dahlin）算法的數(shù)學模型

被控對象具有滯后性，其為一階慣性環(huán)節(jié)，函數(shù)表達式為：

達林（Dahlin）算法設計的目標主要是為了讓整個系統(tǒng)期望的函數(shù)，與延時環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)組合的函數(shù)相等。其函數(shù)表達式為：

通過上式可以得出達林（Dahlin）算法的基本形式：

其中

3.2 達林（Dahlin）算法參數(shù)的整定

達林（Dahlin）算法參數(shù)的整定，主要包括以下幾個方面，分別為：

第一，根據(jù)圖4被控對象的飛升曲線，確定被控對象的時間參數(shù)和滯后的時間參數(shù)。

第二，對相關指標，如：超調(diào)量和控制精度等，進行綜合分析，選取合適的采樣周期T。

Design of automatic control system of indoor temperature

Wang Feiteng
(Shaanxi Institute Of Technology,710302)

Along with the development of society and the progress of science and technology,automatic control in the indoor temperature system in computer technology has been widely used,more and more people use the computer technology to realize the automatic control of the room temperature.Continuous improvement and innovation of computer technology,has brought great changes to the computer control system,automatic control system design of the indoor temperature has reached a certain level.This paper discusses the computer control system,and introduces an automatic control system for the indoor temperature,but also to the application of system are described.

indoor temperature;automatic control;software design