试验室温度湿度测量控制系统

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四经验交流

试验室温度湿度测量控制系统赖宜章(南大学计算机系 )暨

刘冰茹(’ I大学电气 1程系 ) J东 业：

摘要：本文介绍电冰箱环境实验室温度湿度测量控制系统 .该系统以 89单片机为核 08心 .采用增量 P D调节控制，令系统输出特性稳定。实践证明该系统控制教果比较理想 .町 I靠性高、成本低，有一定的应用推广价值。

关键词：单片机

PD调节计算机控制 I WAT HDO软件监控功 C G在加热回路的

1引言在各个行业中，经常都需要用到一些具有

控制程序中采用增量式 PD控制算法。 I

特殊要求的工作环境，供测试、检验产品的性能使用。系统是为电冰箱环境试验室而设计本的.同样也适用于其它有特殊要求的试验室。

2系统结构系统的结构框图见图 1。

电冰箱环境试验室是提供一个封闭的试验环境运行电冰箱，并根据国家标准 .在指定的各种温度 gq对其进行测试。国家技术 - q下按监督局发布的标准对电冰箱试验室要求如下：( )温度在 1￣4℃范围内可调。 1 0 3图 1系统结构框图

( )境试验要求 2环试验期间，在规定规定的环境温度，其被动范围在 O5 . K。 ( )湿度应保持在 4%~7。 3 5 52 1 89 . 0 8扩展系统

本系统以 MCS9列的 89 -6系 0 8为 CP U.实现高速控制 .因其既具有 1微机的强有 6位力的运算功能 .有最为广泛应用的 8位微机 义接口，还有内置的 4路 1 0位 A/转换器，4 D 路 H O和 4路 H I高速输入输出接口.非 S S的

因试验周期长(7无) 2,环境封闭，干扰信号强。本控制系统采用性能教为优越的 IT L N E 89作为核心 .温度测量采用抗干扰的桥式 08

铂电阻四线测量电路 .湿度测量采用干湿球温度测量、微机自动转换，加热回路采用较为独特的加热时间占空比调节控制光电隔离双向硅电路，而在软件设计方面则启用了 89 0 8的

常适合工业控制，在本系统中用来作温度、湿度的检测和控制使用。另外启用了 89 08内的监视定时器 Wacd gTme,系统能从瞬时 t

ho i r使软件故障中自动恢复运行。显示、键盘部分由

9g 9年第 2期广东自动化与信息工程 3 1

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I TE 8 7 N L 2 9专用芯片及其附属部件组成 .供

为 01秒，最大为 l . 0秒，因此控制范围为 1

温度、湿度的设置及显示使用。 2 2温度、湿度测量电路 .

~ 10。HS 1的输山则经光电隔离，再 0 O.经放大后控制加湿电路 (流接触器 )。另用交

温度、湿度 (湿球温度 )测量均采用 P 10 T 0铂电阻作为测量电桥的一臂，电桥至铂电阻的接线采用 4线接法，以加强抗干扰能力，铂电阻完成温度一电压的转换 .经 7 5 60运算放大器放大后，分别送入 8 9 0 8的 AC、Ac, H4 H5由 89 O 8完成温度和湿球温度的 A/换，软 D转件根据温度和干湿球温差查表求出相对湿

H .控制制冷系统， O S 2在室内温度高于设定值时接通制冷系统。 本系统的控制，是利用了原有的加热、制冷电路和设置另以 89扩展电路、 O8温度湿度检测电路、控制电路组装成一小型的控带窘. 蛸通过输^输出接口

3控制软件3 1加热回路的 P 0调节控制 . l由 PD控制算法简单、工作稳定、鲁棒 I性较强，工作点附近通常具有较好的调节效在果，因此 .加热回路采用 PD控制。 I

度。P 0 T10的阻值和温度的关系为：凡=Ro (+ At 1 )

R= 0 o J0Q(℃时铂电阻的阻值 ) A为 003 6, _9 8℃

铂电阻与温度呈线性关系。89 08的 A/转换 D器的分辨率是 1Bt 12单位 ) 0 i(04个，测量电路设定的测量范围为 O 10C.~ 0"电桥在 O时平℃衡。则分辨率可达 01,在 0 0"范围 .℃￣10C的内，铂电阻的变化为 3 .8 96 0,因电阻与电压

数字 PD控制算法有两种表示形式。 I位置算式： K+ p z fgr(-,] ) - ),e () 1

式中， T=A t为采样周期； l第 i次采 e为

是线性关系，所以转换的数字量也是线性关系，温度每度对应的转换单位为 12/ 0 0 0 41=1 0单位。

样时的偏差值； l 为第 i1 -次采样时的偏差

值； l

为比例系魏 为积分时间， d ( P T为微分时间增量算式：△ l广 l l= i=一 l f/ OI +f T e

2 3执行系统 .系统的控制部分使用了 8 9 0 8的 HS 0和 O.

HS 1口进行温度、湿度控制，HS 0输出 O.端 O.

+/ (耳l ) . q一2+ D】

() 2

经光电隔离电路控制 3路固体开关 (双向可控硅 )切换 3路加热电阻丝 (每路 6、 )。采 K^,用固体开关而不用单向可控硅是因为固体开关有过零控制，功耗近乎为零.不加散热片也可长期正常运行。本系统加热回路的采样周期为 1,只要在每个采样工作周期里根据偏 O秒差大小改变双向可控硅的接通时间，就能达到控有力热温度的目的 . J l口加热电路最小接通时间

从式中可看出，增量式 PD算法只需保持 I现时以前三个时刻的偏差即可 .占用资源少，运算简单，且运算量相对较少，更适用于单片机控制。

在本系统中.考虑到微分控制对系统的影响不大因此 .本处的控制算法采用 P控制 I省去微分的作用，则公式 ( )可简化为： 2u u+ t l i A￣ 4 l时— H l l】 () 3

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赖宜章刘冰茹：试验室温度湿度测量控制系统

式中，I=T/为积分系数 另外，在 P控制中，P参数的选择也是 J J

果显著，异项技术指标均达到设计要求。该系统可靠性高，本低，一定的席川推 J。值。成有。价

十分重要的，它会直接影响到调节品质在本调节系统中， P参数是由实验经验法确定，对 1 选出若干值，经调试过程中的反复优化，后最找出最佳值，即取比例系数 K 1,积分系数I3=,采样周期 T O秒。=I

由于 89 0 8软件系统指令十分齐全，因此编制相应的 P算法并不困难，在 8 9内部， J 08 有 2 2个字节的 R 3 AM可供用户作通用寄存器使用，在此，设置了若干个寄存器 e, I[l i,e ,

l读入温度、湿度计算偏差值

<

. .

1 P调节 【— —

一

l

△,△,,】 u 来存放相应的数据。本系统是采取 B n- ag控制与 P控制 agB n J相结合的，即：

<

‘ Y

I

P调节 I

l

当 QI时，双向可控硅处于全导通状 态：

__—输 _— I

出控制 l

当 — h时，向可控硅处于全关闭状 Q双态。 只有当控制量在 B n- ag控制范围之 agB n外时，才进行 P控制 J 3 2主程序流程图 (图 2 .见 )参考文献

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