基于C8051F040單片機的溫度測控系統

　　Ptl00溫度傳感器為正溫度系數熱敏電阻傳感器，具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0.5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關系為：

　　式中，A=0.00390802;B=-0.000000580;其阻值表達式可近似簡化為：Rpt00=100×(1+At)，當溫度變化 1℃，Ptl00阻值近似變化0.39 Ω。

　　2.5 WDK505測液位模塊

　　采用WDK505壓力變送器測量液位。該儀器具有防結露、防雷擊設計，抗干擾能力強，長期穩定性好等優點。芯片置于全不銹鋼殼體內堅固密封，可靠性好，精度高。

　　3 軟件設計

　　此系統的主要任務是對C8051F040芯片的初始化和各種參數的設置和通信，并顯示。重點是超調量控制、溫度控制PID實現以及上位機軟件的編寫。

　　3.1 超調量控制

　　實驗表明，水溫控制系統中，采用一般的控制始終具有較大的超調，只能靠自然冷卻，這就使得調節時間大大延長。因此，在水溫控制系統中要縮短調節時間，就必須做到基本無超調。通過反復實驗，采用在程序中加入PID算法以及模糊控制方法進行溫度控制。實踐證明，這種控制方式可以加快系統階躍響應，減小超調量，并且具有較高的溫度控制精度。

　　3.2 上位機軟件

　　上位機軟件利用VC++編寫，可以設置2個通道的上、下限溫度和液位，以及溫度和液位的實時顯示和溫度隨時間變化曲線。上位機軟件可以打印溫度曲線，可以全圖打印，也可以局部打印，還可以隨時查看歷史數據。其界面如圖3所示。

　　3.3 溫度控制PID實現

　　PID控制是控制工程中技術成熟、應用廣泛的一種控制策略，經過長期的工程實踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結構。PID的工作基理是：由于來自外界的各種擾動不斷產生，要想達到現場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷地進行。若擾動出現使得現場控制對象值發生變化，現場檢測元件就會將這種變化采集后經變送器送至PID控制器的輸入端，并與其給定值進行比較得到偏差值，調節器按此偏差并以我們預先設定的整定參數控制規律發出控制信號，去改變調節器的開度，使之增加或減少，從而使現場控制對象值發生改變，并趨向于給定值，從而達到控制目的。其實PID的實質就是對偏差進行比例、積分、微分運算，根據運算結果控制執行部件的過程。控制方案如圖4所示。

　　PID控制器的控制規律可以描述為：

　　本設計利用了上面所介紹的位置式PID算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當前輸入，然后與設定值進行相減得偏差，再對偏差值進行PID運算產生輸出結果，最后控制定時器的時間進而控制加熱器。

　　4 結束語

　　溫度遙控遙測是工業上使用比較多的一種控制技術，本文就是針對溫度遙控遙測所進行的探討與實踐。設計采用PID控制算法大大減少超調量，提高控制精度。由于傳感器和其它器件本身并非理想線性，程序中對實測數據進行了線性補償。經過大量的實驗，觀測數據，優化系統，最終得到的實驗結果精度較高。水溫控制準確，雙向通信良好，上位機界面完整、優美。希望本文提出的方案能對大家在溫度遙控遙測的設計與應用方面有所幫助和啟示。