正文温度控制器的研发与运用文档格式.docx
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所以,传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象,但这不是温度控制器本身的问题,而是整个热系统的结构性问题,使温度控制器产生一种惯性温度误差。
要解决温度控制器这个问题,采用PID模糊控制技术,是明智的选择。
PID模糊控制,是针对以上的情况而制定的、新的温度控制方案,用先进的数码技术通过PVAR、LVAR、DVAR三方面的结合调整,形成一个模糊控制,来解决惯性温度误差问题。
然而,在很对情况下,由于传统的温度控制器控制方式存在较大的惯性温度误差,往往在要求精确的温度时,很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。
当然,在电压稳定工作的速度不变、外界气温不变和空气流动速度不变的情况下,这样做是完全可以的,但是要清楚的知道,以上的环境因素是不断改变的,同时,用调压器来代替温度控制器时,必须在很大程度上靠人力调节,随着工作环境的变化而用人手调好所需温度的度数,然后靠相对稳定的电压来通电加热。
勉强运作,但这决不是自动控温。
当需要控制的关键很多时,就会手忙脚乱。
这样,调压器就派不上用场,因为靠人手不能同时调节那么多需要温控的关键,只有采用PID模糊控制技术,才能解决这个问题,使操作得心应收,运行畅顺。
例如烫金机,其温度要求比较稳定,通常在正负2℃以内才能较好运作。
高速烫金机烫制同一种产品图案时,随着速度加快,因为烫金之前必须要把烫金机的运转速度调节适当,用速度来迁就温度控制器和调压器的弱点。
但是,如果采用PID模糊控制的温度控制器,就能解决以上的问题,因为PID中的P,即PVAR功率变量控制,能随着烫金机工作速度加快而加大功率输出的百分量。
1.概述
本章重点在于对温度控制器的作用以及运用进行概述,进一步了解温度控制的原理。
1.1温度控制器的概述
温度控制器是对空调房间的温度进行控制的电开关设备。
温度控制器所控制的空调房间内的温度范围一般在18℃--28℃。
窗式空调常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断。
其结构由波纹管、感温包(测试管)、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个转送信号动力的系统
PID控制温控器(英:
Thermostat日:
サーモスタット)是集成编程器与软件并实现智能化控制温度的开关,可以自由调节室内温度,并能按用户要求设定各种时间段的开关和各种预设好的模式下自动运行调节室温;
使之达到舒适的温度。
真正达到方便、节能、舒适温暖的理想生活环境.适用于中央空调、单户取暖、地暖及各种燃油、燃气锅炉(壁挂炉)等设备的使用,是理想的温度控制产品及节能产品。
2.温度控制器的分类
本章重点在于对温度控制器的不同分类方法对其进行分类,进一步研究温度控制器的原理以及作用。
2.1按控制方法分
控制方法一般分为两种;
一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制,多采用蒸气压力式温度控制器,另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制,多采用电子式温度控制器。
温控器分为:
机械式分为:
蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。
其中蒸气压力式温控器又分为:
充气型、液气混合型和充液型。
家用空调机械式都以这类温控器为主。
电子式温度控制器(电阻式)是采用电阻感温的方法来测量的,一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体(热敏电阻等)为测温电阻,这些电阻各有其优确点。
家用空调的传感器大都是以热敏电阻式。
热敏电阻式温控器是根据惠斯登电桥原理制成的,是惠斯登电桥。
在BD两端接上电源E,根据基尔霍夫定律,当电桥的电阻R1×
R4=R2×
R3时,A与C两点的电位相等,输出端A与C之间没有电流流过,热敏电阻的阻抗R1的大小随周围温度的上升或下降而改变,使平衡受到破坏,AC之间有输出电流。
因此,在构成温控器时,可以很容易地通过选择适当的热敏电阻来改变温度调节范围和工作温度。
2.2以温控器制造原理来分
2.2.1.突跳式温控器
各种突跳式温控器的型号统称KSD,常见的如KSD301,KSD302等,该温控器是双金属片温控器的新型产品,主要作为各种电热产品具过热保护时,通常与热熔断器串接使用,突跳式温控器作为一级保护。
热熔断器则在突跳式温控器失娄或失效导致电热元件超温时,作为二级保护自,有效地防止烧坏电热元件以及由此而引起的火灾事故。
2.2.2液涨式温控器
是当被控制对象的温度发生变化时使温控器感温部内的物质(一般是液体)产生相应的热胀冷缩的物理现象(体积变化),与感温部连通一起的膜盒产生膨胀或收缩。
以杠杆原理,带动开关通断动作,达到恒温目的液胀式温控器具有控温准确,稳定可靠,开停温差小,控制温控调节范围大,过载电流大等性能特点。
液涨式温控器主要用于家电行业,电热设备,制冷行业等温度控制场合用。
2.2.3压力式温控器
该温控器通过密闭的内充感温工质的温包和毛细管,把被控温度的变化转变为空间压力或容积的变化,达到温度设定值时,通过弹性元件和快速瞬动机构,自动关闭触头,以达到自动控制温度的目的。
它由感温部、温度设定主体部、执行开闭的微动开关或自动风门等三部分组成。
压力式温控器适用于制冷器具(如电冰箱冰柜等)和制热器等场合。
以上几种是常见的机械式温控器。
2.2.4电子式温控器
电子式温度控制器(电阻式)是采用电阻感温的方法来测量的,一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及热敏电阻等作为测温电阻,这些电阻各有其优确点。
一般家用空调大都使用热敏电阻式。
电子式温度控制器具有稳定,体积小的优点,现在在越来越多的领域中得到使用。
2.2.5蒸气压力式
波纹管的动作作用于弹簧,弹簧的弹力是由控制板上的旋钮所控制的,毛细管放在空调机的室内吸入空气的风口处,对室内循环回风的温度起反应。
当室温上升至调定的温度时,毛细管和波纹管中的感温剂气体膨胀,使波纹管伸长并克服弹簧的弹力把开关触点接通,此时压缩机运转,系统制冷,直到室温又降至设定的温度时,感温包气体收缩,波纹管收缩与弹簧一起动作,将开关置于断开位置,使压缩机的电动机电路切断。
以此反复动作,从而达到控制房间温度的目的。
2.3电子式分类
电子式分为:
电阻式温控器和热电偶式温控器。
2.4按控制方法分
1.手动
手动,标有防冻5摄氏度→10摄氏度→15摄氏度→20摄氏度→25摄氏度→30摄氏度正像空调一样你任意调节一个温度,室内就恒温在这个温度。
2.7天多时段编程温控器
7天多时段编程温控器(多为地暖温控器),按照你一周的生活规律,编制好程序,进行开机,关机,升温,恒温等运行,例如,早上你一上班,壁挂炉就自己关机,下午你六点到家,五点四十分壁挂炉就开始自己运行,当你走进家门,已是20摄氏度的室温了。
当你入睡时,室温自动跳到16摄氏度,这一切变化都是你预先设定的。
3.制冷控制器的设计
3.1控制器整体构思的设计
根据传感器测到的温度(电路电路先输入9V的电压然后通过滤波得出滤波后的9V在通过7805转换出5V的电压给于信号驱动),转换成信号输入到单片机中(将电路滤波后的9V电压,在通过7805转换出5V的电压驱动单片机),单片机根据要求进行比较,然后单片机在根据要求让继电器吸合或断开(电路给继电器9V的驱动电压),同时数码管显示出相应的数据(电路给ULN2003提供续流电压,ULN2003把数据传给数码管显示以及继电器吸合或断开),我们可以在显示部分用按键设定温度值,以及查看温度等操作,来更完善的给控制器控制温度。
如下图3-1、图3-2,图3-3、图3-4:
图3-1:
面板显示电路图
图3-2:
面板显示硬件PCB图
面板显示部分分为数码管、按键、LED灯3部分,通过面板与底板的连接,底板把数码管显示信号以及LED显示信号传输到面板数码管以及LED灯上,使数码管以及LED显示正确数值,通过两个按键可以设定温度范围,回差温度,以及检测整个电路是否正确,还能查看当前温度等。
图3-3:
底板电路图
图3-4:
底板硬件PCB图
底板电路图里主要有滤波部分,稳压部分,单片机部分,继电器部分。
通过9V电压的输入,首先通过四个二极管以及电容组成的滤波电路进行滤波,滤波后的电压给继电器公共端提供驱动电压、给ULN2003的9脚使ULN2003达到续流作用,在1路给7805使7805输出5V稳压,然后5V供给单片机驱动、两个信号端,根据外部传感器检测的到的温度转换成信号送到单片机,单片机处理数据,然后通过ULN2003分别给面板显示部分以及继电器信号,从而达到整个根据外部温度来控制的功能。
3.2控制部分的设计
1.单片机的选用
单片机是设计温度控制器时软件编写的关键,直接影响其性能的优劣,不仅对温度控制有较大的影响,而且直接关系到温度控制器的其他技术指标,为此选用一个合适的单片机非常重要,此处我选用ATMEGA8L-8PU的单片机。
如图3-5:
图3-5:
ATMEGA8-8PUPCB图
ATMEGA8-8PU单片机擦写寿命:
10,000次,具有独立锁定位的可选Boot代码区,通过片上Boot程序实现系统内编程,真正的同时读写操作,512字节的EEPROM,1K字节的片内SRAM,可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。
外设特点:
两个具有独立预分频器8位定时器/计数器,其中之一有比较功能、一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器、具有独立振荡器的实时计数器RTC。
三通道PWM,TQFP与MLF封装的8路ADC。
8路10位ADC,PDIP封装的6路ADC,8路10位ADC,面向字节的两线接口,两个可编程的串行USART,可工作于主机/从机模式的SPI串行接口,具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器,片内模拟比较器。
特殊的处理器特点,上电复位以及可编程的掉电检测,片内经过标定的RC、振荡器片内/片外中断源,5种睡眠模式:
空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及Standby模式。
I/O和封装:
23个可编程的I/O口,28引脚PDIP封装,32引脚TQFP封装,32引脚MLF封装。
工作电压:
2.7-5.5V(ATmega8L)、4.5-5.5V(ATmega8)。
速度等级:
0-8MHz(ATmega8L),0-16MHz(ATmega8),4Mhz时功耗,3V,25°
C,工作模式:
3.6mA,空闲模式:
1.0mA,掉电模式:
0.5μA。
2.集成电路ULN2003
ULN2003是连接单片机与显示部分和继电器部分主要的元器件,具有很强大的作用,以下介绍下ULN2003的特点以及作用。
ULN2003硬件PCB图为图3-6:
图3-6:
ULN2003硬件PCB图
一.特点
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。
ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。
ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,可用来驱动继电器。
它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTLCOMS,由达林顿管组成驱动电路。
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA,饱和压降VCE约1V左右,耐压BVCEO约为36V。
用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。
采用集电极开路输出,输出电流大,故可直接驱动继电器或固体继电器,也可直接驱动低压灯泡。
通常单片机驱动ULN2003时,上拉2K的电阻较为合适,同时,COM引脚应该悬空或接电源。
ULN2003是一个非门电路,包含7个单元,单独每个单元驱动电流最大可达350mA,9脚可以悬空。
比如1脚输入,16脚输出,你的负载接在VCC与16脚之间,不用9脚。
二.作用
ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。
可直接驱动继电器等负载。
输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。
ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下:
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。
ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
3.基本电路的设计
电路的设计是温度控制中最重要的部分,直接影响其性能的优劣,不仅对温度控制有较大的影响,而且直接关系到温度控制的其他技术指标和抗干扰性等,为此一个好的控制器必须具备高质量的性能,较强的抗干扰性等,下面介绍其设计要点:
一.输入电压的选定
由于考虑到电路的抗干扰性,继电器的驱动电压为9V,ULN2003的续流电压等,所以把输入电压选定为9V,所以选用个塑封变压器220V/9V,因单片机的驱动电压为稳压5V,所以选用个7805来供给单片机驱动电压。
二.滤波稳压电路的设计
9V的电源输入后先进行滤波,利用4个二级管以及电容组成的滤波电路进行滤波,滤波出来的电压给UNL2003起续流作用,继电器驱动作用,在给7805输入端,7805输出5V电压给单片机驱动,在给2路信号驱动电压,信号驱动后信号输入单片机,单片机按照要求输出给继电器,继电器吸合或断开。
另外单片机输出到ULN2003和继电器,ULN2003在输入给显示电路,显示到数码管上,继电器则按照要求闭合或断开。
如图3-6为原理图:
滤波稳压原理图
3.3显示电路的设计
显示部分的设计是控制器中重要的部分,此处显示3位选用0.56”3位的数码管,选用4个LED灯和2个按键,从底板传来的信号给数码管和LED灯,数码管显示相应的数值,灯也相应着亮,此电路能用2个按键来达到温度控制的效果,用两个按键来设置设定温度的范围,也可检测整个电路是否正常,按键的信号给单片机,单片机根据要求来判断并执行相应的操作,从而达到控制以及检测的效果。
电路如图3-6为原理图:
显示部分原理图
4.结论
在设计过程中,硬件PCB板中的电源线应与其他电源线或信号线保持距离,如果靠太近可能导致线路不稳定且抗干扰能力也有一定的影响。
当传感器没连上主板时,数码管应显示告警并断开继电器,以保证能正常的运行。
如果传感器都没连上,继电器如果吸合了,那么没有达到温度控制的效果。
测试时应不接任何外部设备,直接对其进行检测,如果接了外部设备在测试继电器是否按照要求吸合时外部设备会1会开1会关,导致外部设备损坏。
本文根据制冷方面控制要把温度控制在预设范围内从而开发设计了一套制冷控制器,该系统基本实现了根据外部需要检测的温度和预设的温度范围用软件来比较而判断是否需要制冷,从而判断压缩机的开关,从而实现了把温度控制在设定温度范围内。
本系统还存在不足之处,一是由于汇编语言的复杂,本人掌握的只有一小部分还没完全掌握;
二是对于制冷行业系统了解的还不足,编程时必定有些考虑不周到,造成程序实际运行速度比较慢且不周到。
致谢
本设计在浦老师的细心指导和严格的要求下已经完成,从课题的选定,方案的论证到具体的设计和调试,都是在蒲老师悉心的交流下完成的,在四年的学习期间,也始终感受着各位老师的精心指导,对我的关怀,我受益匪浅,如果没有他们的教导的话,我也许就做不出这个设计了,就是这四年的精心教导,让我的知识在一点一滴的增长,逐渐的在扩大,通过这次设计让我明白了我的学习还不够,必须在努力学习把知识在多掌握点,老师们不但教我所学的知识并且还教了怎么去学。
在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
本设计的完成很大部分是在浦老师的指导下才能完成,是他无私的帮助和支持,才使我的毕业设计顺利完成,在次在向浦老师表示深深的感谢!
参考文献
[1]陈有卿.电冰箱保护器和温控器的原理与制作.科学出版社.1990.
[2]赵辉.ProtelDXP电路设计与应用教程.机械工业出版社.2003.
[3]丁化成.AVR单片机应用设计.北京航空航天大学出版社.2002.
[4]沈文.AVR单片机C语言开发入门指导.清华大学出版社.2003.
[5]张毅刚,彭喜源.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社.1997.
[6]胡长胜.单片机实用技术教程.北京师范大学出版社.2010.
[7]吴政江.单片机应用技术.机械工业出版社.2010.
[8]周润景.单片机电路设计、分析与制作.机械工业出版社.2010.
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