维普资讯 http://www.cqvip.com 基于ＬＭ３５温度传感器的 高精度恒温控制系统 Ａ Ｈｉｇｈ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂ ａｓｅｄ ｏｎ ＬＭ３５ 华中科技大学电信系萧奋洛涂仁发 摘Ｉ｜：针对温控系统是一种时滞系统，本文采用频率检测控制和ＰＩＤ技术相鲐合 提高了温度瓣毒朝 由 于频率信号的传输较电压信号 具有相对的优越性且检测方便，又省掉了 ０ 传统的加与 ≥ ＇霹 ＿ ０。 零－南本系统具有灵敏度高、抗干扰能力强和传输能耗低的特点。 关键谓； 度控制；工艺曲线；在线校正莹ＰＩＩ）参数测定 引言 （１）测温和Ｖ／Ｆ变换电路见图２：传感器ＬＭ３５的灵敏 温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，如大型 度为１０ｍＶ／￣Ｃ，适合与Ｖ—Ｆ专用芯片ＬＭ３３１配合使用。信 饲养场、人工气候、无土栽培等许多场合。在这些场合里， 号直接从ＬＭ３５输出端取样滤波后送到ＬＭ３３１进行Ｖ—Ｆ 人们都用大量的温度计来采集温度。我们知道计量工具 变换，并使２ｏ０ｍＶ～１５ｏ０ｍＶ对应２００Ｈｚ￣１５００Ｈｚ。为了 大多需要定期校正（常规下一年或者半年校正一次）。但 使信号的抗干扰能力增强，在信号变换时进行了光电隔 是这些应用里的温度测量仪器一旦安装后，往往难以送 离。为了提高测量精度，适应测量周期的要求，利用５５５ 到计量部门去校正。因此，对温度控制工艺曲线的在线快 速检测与校正就显得十分重要。为此，作者采用ＰＩＤ控制 技术开发了一套起计量传递作用的校正控制系统，以及 套全自动的ＰＩＤ参数测定与调整的温度分析系统。 系统硬件设计 系统原理框图见图１，与常规Ａ／Ｄ转换相比，此系统 有以下优点： ·ＬＭ３５配合专用的Ｖ／Ｆ转换器，具有转换线性度好， 精度较高，且便于利用单片机进一步提高测量精度； ·由于Ｖ／Ｆ变换本身是积分模式，所以抗干扰能力强； 由于Ｖ／Ｆ变换输出是脉冲，易实现光电隔离； 信号传输只占据一位数据口，接口方便，成本低； 便于远距离传输，实现远程温度控制。 ···其次，在设计系统时，易于安排具有强电隔离、升 降温控制，显示、报警、报数等功能电路。因而，本系统 可靠实用、唯一不足的是采集速度较慢，但对一般速度的 温度控制而言，适当的设计仍能获得高精度的控制品质。 ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ．耄号煮品ｔ幂２００３．３／＂Ｆ￣，ｑ·墨 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 路，为此我们选用功率场效应管的单电压功放电路。 （６）温度变送器电路：本单元电路以ＡＤ６９４为核心， 实现０—２Ｖ变换为４～２０ｍＡ，便于远程控制。信号传输 到目的地后，再由４～２０ｍＡ变换为０～５Ｖ。由于从前置 级输出的信号为０～２Ｖ，所以，以２Ｖ作为参考电压。 系统软件设计 本系统采用了类似ＰＩＤ的有较高精度的加热控制算 法，并利用一台微型风扇控制超调量。程序流程图见图３。 由于传感器ＬＭ３５的灵敏度为１０ｍＶ／￣Ｃ，为保证０．１℃ 的控制精度，因此采用Ｖ，Ｆ变换电路使每１０ｍＶ的电压变 化对应１０Ｈｚ的频率变化。从而有每０．１℃的温度变化对 应１Ｈｚ的频率变化，达到了分辨率为０．１℃。通过测量送 入脉冲个数来测定频率，其稳定性非常好。 采用类似的离散型的ＰＩＤ算法来无穷逼近预置值， 达到了高精度的控制。其原理是利用电阻丝加热一供测 量用的简易的金属热平衡块。因此，受控对象可以看成是 个具有一定自衡能力的惯性系统，可用一阶惯性环节 和一个延迟环节来近似。其近似传递函数为： Ｇ（Ｓ）＝ｌ√［，（１＋ＴＳ）Ｘ（１＋Ｔ Ｓ）】 在本系统中，由于Ｔ＞＞Ｔ，故只需进行比例积分调节 即可。最终将温度控制转化为加温脉冲个数Ｎ的控制，达 到实现温控的目标。 般的比例微分积分控制算法参数的整定是采用凑 数法或通过温度记录仪（也可能微机）实现温度记录。而 本系统可由自动测定ＰＩＤ参数软件，通过跟踪描绘控制曲 芯片对频率信号作了分频处理。 线，验证和检查控制质量。为了适应控制系统的一般性， （２）语音电路与接口：本系统采用ＩＳＤ１４００芯片作为 本系统采用扩充响应曲线法来选择ＰＩＤ参数。获得控制目 温度语音电路，它有２０秒的录放时间。语音地址直接由 标为６５℃时的温度控制曲线，见图４。 ８９Ｃ５２的Ｐ１口经７４ＬＳ３７３提供。预先录制好的温度语音， 由８９Ｃ５２判断被测温度，通过７４ＬＳ３７３对其进行任意组 合放出，从而实现实时温度报数、预置温度报警。 结语 本系统除了有超调小、稳态误差小的特点以外，还 （３）过零脉冲的提取：为了在零点进行通断控制，需 可以自动测定ＰＩＤ参数，通过跟踪描绘控制曲线，验证和 要提取市电的过零脉冲采用运算放大器构成过零比较器， 检查控制质量。这些对类似应用场合具有一定的参考和 然后通过ＮＥ５５５芯片产生单稳态触发，调节到适合控制 借鉴作用。■ 可控硅导通的脉冲，就可以精确地提取过零点。 （４）市电导通周波数控制及功率驱动控制脉冲由三态 门缓冲器输出，经光电隔离后送入驱动三极管的基极，经 电流放大后驱动双向可控硅，达到功率控制的目的。 左右，而工作电流也比较大，因而必须采取功率放大电 Ｉ参考文献： １，赖寿宏，‘微型计算机控制技术’，机械工业出版社． ２．马忠梅，‘单片机的Ｃ语言应用程序设计’，北京 ３．ＢｒｕｃｅＥｃｋｅｌ，‘Ｃ＋＋编程思想’，机械工业出版社． （５）直流电机驱动电路由于直流电机工作电压为１２Ｖ 航空航天大学出版社． ．３／下半月·誊子茬品ｔ暴 ． ． ．ｃｎ ５８·ｔｌ２００３ ＷＷ＇Ｗｅｅｐｗ￣ｏｍ ｌ
