溫度自動控制系統的設計研究

楊恩偉

摘 要：自動控制系統的發展隨著當今科學技術水平的提升被不斷完善，并且在當今社會生產生活當中也起著至關重要的作用。對于電廠的熱力系統而言，建立高效的溫度自動控制系統，對于電廠熱力系統的完善具有促進意義。溫度自動控制系統的設計，主要是基于電廠熱力系統進行研究，保證溫度自動控制系統能夠滿足相應要求。

關鍵詞：溫度 自動控制系統 熱力系統

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0056-01

溫度，作為一個需要不斷監控以及控制的變量存在，在社會的生產生活當中至關重要。隨著工業化進程的不斷發展以及社會需求的不斷提升，對于溫度方面的控制也向著自動控制方面發展，實現了溫度控制的科學化、自動化以及精準化。溫度自動化控制系統涉及到工業生產中的諸多方面，在電廠熱力系統當中的應用，能夠保證電力系統的高效運行。由此可見，該次研究具有一定的現實意義。

1 我國溫度自動控制系統應用現狀

目前，我國由于受到條件限制，對于溫度自動控制系統的設計與應用差強人意，并且呈現出以下兩個方面的特點：一方面，雖然在生產應用當中溫度自動化控制系統存在幾十種，但其中很多已經不能夠滿足生產生活的根本需求，造成技術能力低下；另一方面，溫度自動化控制系統存在仿造以及不達標的現象，市場管理過于混亂，并且在市面流通的溫度自動控制系統普遍存在嚴重的質量與技術問題，這在應用當中一旦出現問題，將會造成巨大損失。

2 系統組成

該系統在設計過程中，主要是將MSP430F449系統作為主要的控制核心，包括溫度采集、PID算法功率控制、條文、人機交互模塊等內容。并且采用的溫度傳感器使用DS18B20作為溫度的具體采樣原件，保證在系統內部定時器的控制下，通過I/O將接口從DS18B20讀取采樣值，在通過PID控制算法之后實現電流方向的控制以及PWM波的輸出。系統設計中，電流的方向決定于對穩控對象的溫度控制，保證恒定溫控[1]。

3 溫度自動控制系統設計

3.1 硬件設計

3.1.1 以MSP430F449為基礎平臺

TI公司推出的MSP430F449是一種集成數字和模擬電路，并且擁有16位超低功耗混合信號的處理器。其中的16位處理器能夠通過總線連接的方式與外界的存儲器以及相應模塊進行連接。同時，該基礎平臺具備嵌入式仿真處理功能，自身擁有JTAG借口。由于該平臺具備16位的數據傳輸寬度，能夠保證對于相關數據的高效處理，保證安靜的工作環境。

3.1.2 以AT89S51為控制器

為了充分避免傳統控制器處理效率低下、處理速度較慢并且讀數困難的現狀，在進行溫度自動控制系統設計的過程中，大多數采用AT89S51作為主動控制器。該控制器作為整合溫度自動控制系統的主要構成，具備電路設計簡單等相應特點。在這其中包括單片機為AT89S51主控制器、DS18B20溫度傳感器、顯示電路的液晶顯示屏以及3×4鍵盤的鍵盤電路，保證整個自動控制系統具備高效性特點[2]。

3.1.3 PID參數控制效果分析

PID控制系統當中包含3各基本參數，即Kp、KI、KD，這三項參數當中的實際控制作用如下。

Kp為比例調節參數：通過比例能夠反映系統的偏差。將該比例參數的數值增大，能夠提升系統的反應能力，有效的減少由于速度以及穩定性方面存在的誤差。在整個系統當中，該調節值主要影響速度。

KI為積分調節參數：該參數能夠消除在運行狀態下的誤差，提供整個系統的精準度。但在系統當中應用積分調節，將會導致系統的穩定性方面下降，動態響應速率將降低。

KD為微分調節參數：該參數主要是反映信號方面的變化率，能夠有效的預見偏差以及相應的變化趨勢，實現對溫度的超前控制。雖然微分控制能夠提升系統跟蹤性能，但也相應的產生了噪聲，震動過于劇烈[3]。

3.1.4 溫控裝置及原理

DS18B20支持“一線總線”接口，并且在進行測量的過程中測量數值范圍廣泛，該溫控裝置能夠根據程序的不同設定為相應的分辨率，保證將溫度精度控制在0.0625℃，分辨率較高，并支持3-3.5V的電壓范圍。其主要部件：64位激光ROM，溫度傳感器，非易失性溫度報警觸發器TH以及TL，高度暫存器。

（1）單線總線訪問DS18B20協議。

DS18B20需要通過嚴格的協議才能夠保證數據的完整性，具體包含以下程序內容：第一，初始化。通過總線處理的所有執行都需要通過初始化的程序開始，保證為后續操作做好準備；第二，ROM操作命令。一旦總線控制器檢測到存在脈沖，就會發出相應的命令，包括：Read ROM，Match ROM，Skip ROM，Search ROM，Alarm Search等指令。

（2）讀寫時間隙。

DS18B20的數據讀寫是通過時間的間隙處理以及具體指令進行信息方面的確認。必須在時間間隙明確時間讀寫以及寫入需求數據，保證良好的把握時間段內容。

3.2 軟件設計

在整個系統的軟件方面，對系統軟件的內部元件設計包括信號串并行轉換電路、鍵盤接口電路、DDS信號發生器以及ID接口電路，充分的發揮出MSP430的巨大功能。同時，在軟件設計方面需要控制數字溫度傳感器DS18B20的控制。整體的設計過程中為：系統城市化，等待按鍵操作中斷；選擇控制熱力系統中的恒定溫度，并進行溫度方面的設定，保證溫度能夠滿足電廠熱力系統的運行要求。

4 系統測試結果分析

系統在設計完成后，能夠在一定程度上保證對電廠熱力系統溫度的有效控制，并能夠保證將溫度差值控制在5℃以內，完全滿足熱力系統高溫狀態下±6.5℃的要求，滿足電力系統的供電需求。同時，將電廠熱力系統溫度設定為回水溫度65℃，出水溫度85℃，經過溫度自動控制系統的處理，最終的回水溫度保持為67℃，出水溫度為86.5℃。通過具體的實驗，證明實驗結果較為準確，系統對溫度的控制水平較高。

5 結論

綜上所述，隨著科學技術水平的提升，溫度自動控制系統的需求量也在逐漸增大，如何保證溫度自動控制系統的準確性至關重要。文章將MSP430F449為溫度控制系統的基礎平臺，將AT89S51作為控制器，為電廠的熱力系統提供了準確的溫度自動化控制，具有一定的推廣以及應用效果。

參考文獻：

[1] 覃亮.溫度自動控制系統的設計研究[J].企業科技與發展，2014，4（13）：22-23.

[2] 熊偉，陳小宜.污水處理自動控制系統的設計研究[J].中國新技術新產品，2013，4（2）：199-200.

[3] 吳昌渝.發射機及機房的溫度自動控制系統的改造[J].廣播電視信息，2011，10（9）：179-181.endprint