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單片機溫度控制系統范文第1篇

在工業生產和日常生活中，對溫度控制系統的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內變化，穩定性好，不振蕩，對系統的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統設計過程及實現方法。現場溫度經溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數轉換器轉換為數字信號送單片機，單片機根據輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設備完成溫度的控制。本系統的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設置，這時數碼管顯示溫度數值，每隔一秒溫度數值增加一度，當滿足用戶溫度設置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設置。然后溫度檢測系統根據用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

二、溫度檢測的設計

系統測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：

1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環境的熱力學溫度（開爾文）度數；即：，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學溫度，單位為K。

2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；

3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；

4、輸出電阻為710MW；

5、精度高。

AD590溫度傳感器輸出信號經放大電路放大10倍，再送入模/數轉換器ADC0804，轉換后送單片機。根據AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現場溫度的比較發現，實際溫度轉換后送入單片機的值與按鍵輸入數值之間有一定的差值，模/數轉換器送入單片機的數值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據運算結果及程序狀態字的狀態再進行循環右移一位，如果溢出標志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環右移，如果溢出標志位為高電平時，先對進位標準位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數轉換器送入單片機的溫度值相統一。

三、具體電路連接如圖所示

四、軟件編程

單片機溫度控制系統由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統的編程方法。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；顯示00

JBP3.4，$；T0=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L1：MOVA，R0；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；輸出至P1顯示

MOVR5，#10；延時1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.4，L3；放開了沒？是則

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限溫度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.5，$；T1=1？放開？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L4：MOVA，RO；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；顯示00

MOVR5，#10；延時1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？

DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.5，L6；放開了？是則跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限溫度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#0FFH；32H舊溫度寄存

；器初值

AAA：MOVX@R0，A；使BUS為高阻抗

；并令ADC0804開始轉換

WAIT：JBP2.0，ADC；檢測轉換完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；將轉換好的值送入

；累加器

MOV33H，A；將現在溫度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值較大，表示

；溫度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；將現在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；與上限溫度作比較

JCLOOP；C=1時表示比上限小須

；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；將現在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；與下限溫度作比較

JNCLOOP；C=1時表示比下限小，須

；加熱，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1動作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延時

DJNZR4，$

JMPAAA

END

五、結語：

本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設置溫度上限、下限值來實現一定范圍內溫度的控制；給出了溫度控制系統的硬件連接電路以及軟件程序，此系統溫度控制只是單片機廣泛應用于各行各業中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應用更加廣泛化。

參考文獻：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2001.7

[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.4

單片機溫度控制系統范文第2篇

關鍵詞：單片機；溫度傳感器；檢測與控制

引言

現代社會，無論是出于滿足人們生活質量的需要，還是為了滿足生產過程中復雜工藝方面的需要，人們對于溫度控制的要求越來越高。溫度測量及控制技術廣泛應用于社會生產、人們生活的許多方面。對監測對象溫度進行迅速、可靠、精準的測量，并以此為基礎對其溫度進行相應的調整與控制，成為溫度測量、控制領域相關技術人員孜孜以求的攻關重點與難點。在實際工作中，單片機常常被用來作為溫度測控制的主要設備。相對于其他種類設備，單片機便于使用，操作靈活，具有較好的適應性，技術性能優異，能夠滿足溫控設備較高水平的技術要求，這些都有利于溫控產品的質量和工作效率。基于上述原因，單片機在溫控設備市場中發展勢頭良好，前景廣闊。

1 單片機基本概念簡介

所謂單片機，指的就是單片微型計算機。該種計算機整合了中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入輸出（I/O）接口和中斷系統等多個功能單元于一身，具有很強的數據分析處理功能，但本身占用的空間卻很小，輔以外加電源和晶振就能夠正常工作，廣泛應用于現代工業生產多個領域，并發揮出顯著的作用。單片機的出現，本質上是計算機硬件技術高度發展的成果之一。當計算機的主要元件從晶體管發展到集成電路，集成電路集成度越來越高，伴隨這一過程，計算機的體積也就越來越小。當大規模集成電路技術成熟后，單片機也就隨之出現。單片機具有體積小，功能強大、價格低廉的優點，環境適應性良好，工作能耗低，技術指標和經濟指標優良，是現代工業領域重要的元器件，常用于生產控制環節，對于保障產品質量和生產安全，有著極為重要的作用。單片機溫控系統是當前各國都在競相研發的重要設備，是溫控設備領域的主要發展方向。

2 目前常見溫度控制技術

2.1 完全依賴于硬件平臺的閉環控制系統技術方案

這種控制方法最大的優勢是反應迅速，缺點是可靠性欠缺、控制精度不高，結構復雜，使用、管理、維護難度大、成本高，適用范圍小。

2.2 FPGA/CPLD或采用帶有IP內核的FPGA/CPLD技術方案

該技術以FPGA/CPLD技術作為溫度數據采集、存儲、顯示及A/D的手段，而人機交互功能和信號測量分析等功能則由IP核負責實現。該技術具有結構緊湊、數據處理性能強、使用簡單的特點，適合進行過程復雜的測量與控制作業，但調試工作難度較大，經濟性不好。

2.3 綜合使用單片機和高精度溫度傳感器的技術方案

該方案將人機交互、系統控制、數據分析處理功能交由單片機負責，溫度信號采集和轉換交由前端溫度傳感器負責。這種溫度測量控制方式有效避免了前兩個方案的缺陷和不足，是目前溫度控制技術的主流。

3 構建單片機系統框架的方法

3.1 選擇單片機技術要點分析

單片機是單片機溫控系統中的核心元件，單片機選擇的好壞，直接關系到溫控系統整體的運行質量安全。在挑選單片機時，要優先選擇內存空間大、運行速度快，通用性好，經濟效益好的類型。下面以AT89S51作為主控芯片進行討論。該芯片具有以下性能優勢：

（1）指令集和芯片引腳和與Intel公司的8051具有良好的兼容性；（2）集成有4KB的可編程Flash程序存儲器和128字節的可隨機讀寫存儲器（RAM）；（3）時鐘頻率范圍從0到33兆赫；（4）輸入/輸出引腳32個，可實現編程，16位定時/計數器2個，數據指針2個；（5）擁有高達6個的中斷源和2級優先級；（6）全雙工串行通信接口技術性能優異。

3.2 選擇傳感器技術要點分析

在傳感器的選擇上，文章選擇了DS18B20進行溫度數據采集工作，該型號傳感器是DALLAS半導體公司生產的一線式數字溫度傳感器。DS18B20采用了新型技術，專為與微處理器相配合而設計，廣泛應用于工業生產、民生保障和軍事國防等領域的溫度測控設備及其它功能設備中。具有占用空間小，接口靈活，傳輸距離遠、智能化的特點。

3.3 系統框架配置技術要點分析

溫控系統采用模塊設計，每個主要功能都對應一個模塊，配置更為方便，靈活性更高，具體包括數據采集模塊，單片機控制模塊，顯示模塊，溫度設置模塊和驅動電路5個部分。溫度數據經由傳感器輸送到數據采集模塊，實現實時采集，然后在傳送到單片機進行數據分析處理，并在顯示模塊上將結果顯示出來，使用時可以通過設置模塊設置溫度，當控制對象的溫度比預設溫度低時，單片機會想驅動電路發出信號，啟動加熱系統，同時報警鳴笛，溫度超過設定溫度時，加熱系統停止工作，從而實現對溫度的控制。

4 單片機溫控系統的基本工作原理

單片機溫控系統使用傳感器作為溫度數據采集元件，溫度信號經由傳感器轉為電壓信號在電路中傳播。電壓信號毫伏級逐步增強到可以滿足單片機工作需求的程度，然后經由A/D轉換器轉換為數字信號。使用專業軟件對數字信號進行采樣并傳送到主機。為避免數字信號中雜波的存在影響數據采集精確度，單片機在采用的過程中同步進行濾波處理。與此同時，信號經過數字濾波后轉換到相應標度，再通過IED屏對溫度指數進行顯示。在這個過程中，還可以將采集到的溫度數據與預設溫度指標相對比，通常采用PID控制算法確定設定值和實際值間的偏差大小，再以此確定并輸出控制量值，控制量值決定了加熱系統通導時間和加熱功率，以此實現將溫度控制在設定值附近波動的目的。

5 單片機溫控系統開發與應用

單片機溫控系統的開發與應用主要分為硬件平臺、配套軟件和傳感器三個方面。其中，硬件平臺是溫控系統功能得以實現的基礎，主要組成包括單片機、傳感器和多路開關機相應附屬設備。為了更好的開展工作，還可以根據實際需求，添加鍵盤、報警裝置和顯示電路等。軟件部分目前主要使用C語言編程。軟件采用模塊化設計，主程序主要承擔溫度的實時顯示和讀取，并依照設計要求對子程序進行調用，協調子程序完成數據對比，輸出控制值，等工作。第三個方面是傳感器的開發與應用。溫控系統性能水平很大程度上取決于溫度傳感器的靈敏性和測量精度，高品質的傳感器不僅測量范圍廣，而且反應十分迅速，能夠將測量對象的溫度變化及時反饋給溫控系統。目前主要使用熱電偶傳感器，做好熱電偶補償非常重要。

6 結束語

單片機溫控系統在當前工業生產領域應用范圍十分廣泛，不僅溫度測量及時、準確、精度高，而且可以根據預設的程序對目標溫度予以有效的控制，從而達到控制生產過程的目的。單片機溫控系統性能質量高，成本投入少，性價比高，便于操作，使用靈活，具有很強的可擴展性，應用前景十分廣闊，市場潛力巨大。

參考文獻

[1]趙娜，趙剛.基于51單片機的溫度測量系統[J].微計算機信息，2007（6）：146-148.

單片機溫度控制系統范文第3篇

【關鍵詞】 單片機 溫度控制系統 傳感器

單片機是基于超大規模集成電路的技術發展起來的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中斷系統等多個部件于一體的器件，體積小，功能強，且性價比高，只需要外加電源和晶振就可以輕松實現對數字信息的處理和控制。基于單片機的溫度控制系統受到廣泛的應用和重視。

一、硬件系統設計

系統核心部分是STC89C52單片機，以8051為基核，8K字節Flash Rom存儲器，512字節的RAM存儲器，自帶EEPROM、看門狗，支持ISP，方便程序的下載和調試。

1、單片機的選擇。單片機AT89C52是INTEL公司生產的5l系列高性能8位單片機，是數字溫度計的核心器件，兼容標準的MCS-51指令系統；而內置的通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元則結合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗優勢。AT89C52具有兩種晶振方式，一種是片內時鐘振蕩，需要在XTAL1、XTAL2引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10到30pf；另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2懸空。對于復位電路，AT89C52有兩種復位方式，分別是上電復位和按鍵復位；本設計采用按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使復位變得更加直接和簡單。

2、溫度測量模塊。采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20單總線溫度傳感器，能夠直接傳輸被測溫度，輸出數字量，其具有以下特點：單總線接口，可串行通訊；多個DS18B20可共接在一條總線，實現多點測溫；不需要任何電路；測量范圍-55℃～125℃，固有測溫分辨率為0.5℃。DS18B20主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發器TH和TL以及配置寄存器。

3、鍵盤、顯示模塊。鍵盤有編碼和非編碼兩種方式。本系統選用非編碼3*4矩陣鍵盤控制。鍵盤的抖動可以通過軟件去抖動和硬件去抖動來解決。在按鍵不多的情況下，可以使用硬件去抖動，即加上RS觸發器。本系統采用軟件去抖動的方法，如果按鍵較多，常用軟件方法消抖，即檢測按鍵按下為低電平時，加一延時（5～10rns），等待下降沿的抖動消失后，再次確認是否為低電平，若是則有按鍵按下；按鍵松開時也用同樣方法消抖。采用六位LED數碼管顯示所測溫度值，數碼管為共陰極七段發光二極管構成。為了節省硬件資源，采用動態顯T方式，即使用兩個74HC573鎖存器控制數碼管的位和段，共同接到單片機的PO口。

4、報警及指示燈電路。當用戶設定的目標溫度達到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續的滴答的叫聲。在本系統中我們為用戶設計了越限報警，當溫度低于用戶設置的目標溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續不斷的滴答叫聲。當單片機輸出高電平時，三極管導通，蜂鳴器工作發出報警聲。

二、主控制電路和測溫控制電路設計

主控制電路由AT89C52及元件構成，測溫電路由DS18B20、預置數電路和報警電路組成。AT89C52是此硬件電路設計的核心，通過AT89C52管腳P1.3與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預置數電路由4個按鍵組成，4個按鍵分別與AT89C52管腳P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相連。報警電路很簡單，2個發光二極管分別與AT89C52的P1.0和P1.1管腳相連，若實際測量溫度值大于預置溫度值，則發光二極管亮，還有一個蜂鳴器與AT89C52的P1.2管腳相連。

三、軟件系統設計

根據設計的硬件電路圖，進行軟件的設計，使用Keil軟件編寫C51程序。程序的流程如圖1所示。

四、結語

本系統經過檢測基本上達到了設計的要求，并且系統硬件、軟件設計總體較為簡單，采用DS18B20傳感器能能夠實現數字信號的有效傳輸，并且與AT89C52單片機進行通訊，實現了溫度測量的精準。

參 考 文 獻

[1]王麗娟.單片機在鍋爐溫度控制系統中的應用[J].微計算機信息，2013年02期

單片機溫度控制系統范文第4篇

關鍵詞：溫度控制；雙單片機；仿真

引 言

電阻爐在當前被廣泛的應用在各種工礦企業、科研機構等場合，是利用元素分析作為主要手段。在各個企業工作中用來測定鋼件淬火、退火回火加熱處理之中，在應用中單片機體積小、價格低廉、功耗低和控制能力強受到廣泛的關注，已成為當前電阻爐溫度控制領域的核心器件。然而目前來說，大多數的電阻爐溫度控制系統都是采用單片機器件和CPU處理器的能力不夠問題分析，對造成的各種瓶頸現象進行認真分析和認識。為解決“瓶頸”問題，同時在應用的時候又兼顧到經濟性原則，通過設計低端雙單片機結構的電阻溫度控制系統，并且采用信息處理和采集措施等優勢分析，制定出合理的設計防范。

1、控制系統設計方案

在雙單片機的電阻爐溫度控制系統設計中是采用兩個ATME1公司生產的單片機作為實施控制系統和方式，通過完成人工對話和輔助計算功能針對其中雙擊數據交換瞪。一般設計的過程中要注重三個方式：

1)采用串行總線，這種方法硬件簡單但傳輸速度比較慢；

2)采用并行總線，其速度較高但考慮到兩個CPU時鐘同步問題因而硬件比較復雜；

3)采用存儲器方式，其傳輸速度比較快且對時鐘同步性要求也不很嚴格。在此，本著提高性能與降低成本相結合的設計原則，采用第3種方式即由雙端口RAM承擔雙機信息的互換。

2、控制系統硬件設計

系統硬件電路由3部分組成：

1)實時控制模塊；

2)人機交互模塊；

3)雙機通訊模塊。

2.1實時控制模塊

該模塊以單片機U1為控制核心，可以分為溫度檢測電路和輸出控制電路兩部分為溫度檢測電路。熱電偶將溫度轉換為0—41.32mv電壓輸出，經毫伏變送器轉換成4—電流，再經過電流／電壓轉換成0—5V電壓信號，由ADC0809轉換為8位的數字量送到單片機U1的P口。單片機U1的P1.0引腳輸出控制信號，經過零觸發電路去控制雙向晶閘管，通過改變雙向晶閘管的導通時間來改變加熱功率，達到調節溫度的目的。當P1.0=-1時，雙向閘管導通，P1.0=0時則截止：可控硅在給定周期的100％時間內接通時的功率最大，這時加熱溫度最高。

2.2人機交互模塊

人機交互模塊由，由四個獨立的發光二極管(作為電源指示燈、PID正常運行指示燈、上限報警指示燈和下限報警指示燈)顯示電路和兩個4位7段數碼管動態顯示電路以及四個獨立按鍵電路和一個復位按鍵電路共同組成。

2.3雙機通訊模塊

以雙端口靜態存儲器芯片DS1609作為兩單片機的數據交換器，基本原理為：需要送出數據的一方先把數據送入DS1609中，然后接收數據的一方對DS1609中的同一地址進行讀取，完成數據交換。

3、控制系統軟件設計

在單機片系統設計中的軟件主要包括程序連接系統U1，其中主要包括負責主程序的初始化系統以及與單機片U2進行連接。T0及T1中服務程序(T0中斷服務程序進行采樣、濾波、標度轉換、越限處理、控制顯示溫度；T1中斷服務程序主要控制雙向可控硅的通斷)、采樣子程序(ADC0809以查詢方式對IN0通道采樣4次)、字濾波子程序(采用防脈沖干擾平均值法濾波對4次采樣值處理得平均值，以備PID運算和溫度標度轉換使用)、標度轉換子程序(參數經A／D轉換后得到的數碼值僅對應于參數的大小并不等于原來帶有量綱的參數值，故必須把它轉換成帶有量綱的數值以便顯示)、PID運算子程序(控制原理是先求出實測溫度對所需溫度的偏差值，對偏差值處理而獲得控制信號去調節電阻爐的加熱功率)及其它子程序(如為進行采樣值數碼顯示而加入二至十進制轉換子程序和壓縮BCD碼變成單字節BCD碼子程序；為求取PID運算而加入將鍵盤設定值進行十至二進制轉換的子程序等)。單片機U2的軟件主要包括鍵盤監控程序和顯

示輸出程序。

1)鍵盤監控程序設計。本系統功能較為復雜，考慮到如果采用一鍵一義監控會由于按鈕過多，致使成本增加且面板難以布置用戶操作也不方便，因而本設計采用一鍵多義的鍵盤監控程序。具體是：采用狀態順序編碼設計狀態圖，構造兩張表(即狀態表和索引表)，監控程序根據現態碼和鍵碼查表一方面可找到任務模塊wORK0～WORK15中相應的某一項予以執行發出運行命令，另一方面可用于下次判斷處理所需的次態NEXT項。2)顯示輸出程序設計。顯示輸出程序包括初始化、通過DS1609獲取單片機U1數據、控制設定溫度值顯示和當前溫度值顯示。本系統程序眾多，由于篇幅所限具體程序流程圖及源代碼從略。

4、硬件設計

本系統采用的K型熱電偶，其可測量1312℃以內的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉換成數字信號與CPU通信。傳統的溫度檢測電路采用“傳感器－濾波器－放大器－冷端補償－線性化處理－A/D轉換”模式，轉換環節多、電路復雜、精度低。在本系統中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢－溫度”的轉換，不需電路、I/O接線簡單、精度高、成本低。

當P2.5為低電平且P2.4口產生時鐘脈沖時，MAX6675的SO腳輸出轉換數據。在每一個脈沖信號的下降沿輸出一個數據，16個脈沖信號完成一串完整的數據輸出，先輸出高電位D15，最后輸出的是低電位D0，D14-D3為相應的溫度轉換數據。當P2.5為高電平時，MAX6675開始進行新的溫度轉換。在應用MAX6675時，應該注意將其布置在遠離其它I/O芯片的地方，以降低電源噪聲的影響；MAX6675的T-端必須接地，而且和該芯片的電源地都是模擬地，不要和數字地混淆而影響芯片讀數的準確性。

4、控制系統仿真調試

4.1程序仿真調試

采用Kei1軟件進行程序仿真調試。程序首先通過匯編及語法錯誤檢查，然后在仿真CPU中進行調試直至正確，則可保存其生成的目標文件(HEX文件)供單片機使用。

4.2硬件仿真調試

硬件仿真調試利用proteus軟件為主，生成的HEX文件將在proteus環境中的中導入單片機進行仿真為對PID閉環控制的仿真，其中比例系數Kp=1.4、積分時間常數Ti=1、微分間常數Td=6。可以看出，該PID閉環系統可以很快(穩定時間為32.7s)達到溫度設定值，故系統達到了預先快、準、穩的要求。

單片機溫度控制系統范文第5篇

關鍵詞： 單片機； MSP430F149； 模糊PID控制； 電阻爐

中圖分類號： TP273.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）05-0056-02

電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統，開關爐門、加熱材料、環境溫度以及電網電壓等都影響控制過程，傳統的加熱爐控制系統大多建立在一定的模型基礎上，難以保證加熱工藝要求。故引入模糊控制，采用模糊PID算法，運用MSP430F149單片機對電阻爐實現智能的溫度控制，可以解決上述種種不足，從而實現可靠的控制，達到生產實際的需要。

一、智能溫度控制的硬件系統

智能溫度控制系統利用MSP430F149單片機及其接口電路實現對電爐所加熱的水或空氣等介質溫度進行控制，可以方便快捷地調節和控制所要設定的溫度。此系統由電源、控制算法、溫度檢測、鍵盤輸入、溫度顯示等幾大部分組成，如圖1。

用MSP430F149作為控制芯片，熱電偶采集溫度數據，由于控制芯片集成有外部8路A/D轉換器，再者對溫度信號又沒有很高的要求，可以達到預期的效果。采用1602顯示，顯示兩行，每行顯示16個字符，上面一行顯示設定值，下面一行顯示當前值。4X4鍵盤用來輸入0~9數字、“*”、“確定”和“小數點”。熱電偶采集溫度范圍選擇在400℃～1000℃范圍。留些余量，實際采集范圍500-900℃。如果溫度范圍不滿足采集需要，可以用合適范圍的熱電偶替換，再對A/D轉換部分程序做小的改動就可以了。報警模塊：對超出設定值±10℃進行報警。

二、模糊PID控制算法設計

1.模糊控制原理

s：系統的設定值。

x1、x2：模糊控制的輸入（精確量）。

X1、X2：模糊量化處理后的模糊量。

U:經過模糊控制規則和近似推理后得出的模糊控制量。

u：經模糊判決后得到的ΔKp、Δki、ΔKd

v：經PID算法計算的PWM波占空比。

Y：對象的輸出。

常規PID參數自調整的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，該控制器是以e和Δe即上圖的x1、x2，以ΔKp、Δki、ΔKd作為輸出。

2.模糊化設計

電阻爐溫度控制系統將采樣得到的溫度信號與系統溫度設定值進行比較，得到系統的輸入語言變量溫度誤差e、溫度誤差變化Δe，輸出語言變量為PID的調節系統的變化ΔKp、Δki、ΔKd。將溫度誤差e、溫度誤差變化Δe定義為模糊集上的論域：E，ΔE={-10，-5，0，5，10}。

其模糊子集為：E，ΔE={NB，NS，ZO，PS，PB}，子集中的元素風別為負大、負小、零、正小、正大。

3.模糊推理及模糊決策

（1）根據控制規則表編寫對應的模糊推理語句，例如：

If e is NB and Δe is NB then ΔK is PB[0]

If e is NS and Δe is NS then ΔK is PS[0]

……….

（2）模糊推理

模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎是模糊邏輯。這里為了程序的簡單，給這二十五條規則分別對應一組ΔKp、Δki、ΔKd值，計算輸出時加在系統的基礎PID值上，作為修正。

3.精確化計算

由于模糊推理機得出的控制量是一個經過修正的PID量，經過計算也不能對系統進行控制。因此，接了常規的PID控制器，讓其控制輸出有一定占空比的PWM波，來控制電阻爐的加熱功率，從而控制溫度。

三、系統軟件設計

為便于程序的使用和維護，系統全部程序采用模塊化結構，由一個主程序和若干中斷響應子程序組成，這里給出主程序流程圖如圖4所示。

增量型PID控制器計算程序流程圖如圖5所示

采用模糊PID控制，系統響應速度加快，調節精度提高，穩態性能變好；無超調和振蕩，具有較強的魯棒性；在同樣的精度要求下，系統過渡時間變短。在電阻爐的溫度控制中，避開了對電阻爐建立精確的數學模型這一難題，取得了較好的控制效果。

參考文獻：

[1] 潘笑，高玉玲等.基于模糊PID的AT89C2051單片機智能溫度控制系統[EB/OLD].兵工自動化網，2006.

[2] 劉金錕.智能控制[M].北京：電子工業出版社，2008.