远程温度控制系统

只看该作者 · 2019-4-30 22:49

温度是工业生产中常见的被控参数之一。从食品生产到化工生产，从燃料生产到钢铁生产等等，无不涉及到对温度的控制，可见，温度控制在工业生产中占据着非常重要的地位，而且随着工业生产的现代化，对温度控制的速度和精度也会越来越高。近年来，

温度控制领域发生了很大的变化，工业生产中对温度的控制不再局限于近距离或者直接的控制，而是需要进行远距离的控制，这就产生了远程温度控制。

只看该作者 · 2019-4-30 22:49

远程温度控制的通信方式有多种，如通过网络，无线电等等。每一种方式都有其优点和缺点。利用无线电通信，方便、灵活，而且经济。它不需要像网络控制耗费巨大的通信资源，也不受网络速度的影响。

只看该作者 · 2019-4-30 22:50

在温度控制的方法上，传统的控制方法(包括经典控制和现代控制)在处理具有非线形或不精确特性的被控对象时十分困难。而温度系统为大滞后系统，较大的纯滞后可引起系统不稳定。

只看该作者 · 2019-4-30 22:50

在温度采集方法上，通常是利用热电偶把热化为电信号，再通过A/D转换得到温度值。这种方法速度慢，而且精度不是很高。综合上面的考虑以及自己的爱好，设计了基于无线电通信的远程温度控制系统。本文详细的介绍了系统的硬件设计，软件设计，以及调试等，希望它能给初级电子制**好者带来一些无线电通信和温度控制的基本常识，以及应该注意的一些事项。

只看该作者 · 2019-4-30 22:51

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。

只看该作者 · 2019-4-30 22:52

现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会。

只看该作者 · 2019-4-30 22:53

利用所学的知识设计远程温度控制系统。电烤箱温度可在一定范围内由人工设定，温度信号检测方案自行确定，用单片机采用PID控制算法实现温度实时控制，静态误差1度，超调量〈2.5%，系统温度调节时间ts〈4分钟。控制输出采用脉冲移相触发可控硅来调节加热有效功率。控制温度范围室温--125℃，用十进制数码显示箱内的温度。

只看该作者 · 2019-4-30 22:54

采用PID控制算法实现温度实时控制，并显示温度实际值。
了解计算机控制系统的基本原理和组成；
实现无线发送、接收，编码、解码校验。实现超限报警；
掌握计算机控制系统的软、硬件设计与调试，实现满足指标要求的控制系统。

只看该作者 · 2019-4-30 22:55

主要技术指标：
（1）温度控制误差：≤±0.5℃；
（2）发射频率：≥300MHZ
（3）发射距离：≥500m
（4）误码率：≤10-6

只看该作者 · 2019-4-30 22:56

总体设计框图及概述述

只看该作者 · 2019-4-30 22:58

键盘控制面采用2*4式键盘，K0，K1的功能分别是左移一位和右移一位；K4，K5的功能分别是加1和减1；K2，K3，K6分别是向从系统00，01，10发送温度设定值的功能键。K7为清楚报警鸣声且熄灭报警提示红绿灯。编码解码部分采用通用编解芯片PT2262/PT2272。PT2262/PT2272工作电压低，可进行地址编码，地址码多达531441种，数据最多可达6位。发射接收部分采用F05T，J04T模块，发射接收频率为433M，工作电压3—12V，频率稳定度为0.00001。温度传感器采用“一线总线”数字温度传感器DS18B20，DS18B20测量范围为-55℃—125℃，测量精度为±0.5℃。

只看该作者 · 2019-4-30 22:58

采用典型的反馈式温度控制系统，如图

只看该作者 · 2019-4-30 22:59

数字PID控制
数字PID控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法，在冶金、机械、化工等行业中获得广泛的应用。下面简单介绍PID控制的基本原理、数字PID控制算法及其改进和PID的参数整定及其发展。

只看该作者 · 2019-4-30 22:59

PID控制原理
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)。将偏差的比例、积分和微分通过线形组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为：
u(t)=Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Tdde(t)/dt] （1）
或写成传递函数形式
G(S)=U(S)/E(S)=Kp(1+1/TiS+TdS) （2）
式中 Kp是比例系数，Ti是积分时间常数，Td是微分时间常数。

只看该作者 · 2019-4-30 23:02

简单地说，PID控制器各校正环节的作用如下：
（1）比例环节：及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。
（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

只看该作者 · 2019-4-30 23:03

数字PID控制算法
在计算机控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID控制算法通常又分为位置式和增量式控制算法。由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此模拟式中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t,以和式代替积分，以增量代替微分，作近似变换。采样周期足够短，才能保证有足够的精度。

只看该作者 · 2019-4-30 23:04

位置式PID控制算法
由于计算机输出的u(k)直接去控制执行机构，u(k)的值和执行机构的位置是一一对应的，所以通常称
u(k)=Kp{e(k)+T/Ti∑e(j)+Td/T[e(k)-e(k-1)]}} （3）
为位置式PID控制算法。
这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计算机输出的u(k)对应的是执行机构的时间位置，如计算机出现故障，u(k)大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故，因而产生了增量式PID控制的控制算法。