温度自动控制系统的设计研究

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摘 要：自动控制系统的发展随着当今科学技术水平的提升被不断完善，并且在当今社会生产生活当中也起着至关重要的作用。对于电厂的热力系统而言，建立高效的温度自动控制系统，对于电厂热力系统的完善具有促进意义。温度自动控制系统的设计，主要是基于电厂热力系统进行研究，保证温度自动控制系统能够满足相应要求。

关键词：温度 自动控制系统 热力系统

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0056-01

温度，作为一个需要不断监控以及控制的变量存在，在社会的生产生活当中至关重要。随着工业化进程的不断发展以及社会需求的不断提升，对于温度方面的控制也向着自动控制方面发展，实现了温度控制的科学化、自动化以及精准化。温度自动化控制系统涉及到工业生产中的诸多方面，在电厂热力系统当中的应用，能够保证电力系统的高效运行。由此可见，该次研究具有一定的现实意义。

1 我国温度自动控制系统应用现状

目前，我国由于受到条件限制，对于温度自动控制系统的设计与应用差强人意，并且呈现出以下两个方面的特点：一方面，虽然在生产应用当中温度自动化控制系统存在几十种，但其中很多已经不能够满足生产生活的根本需求，造成技术能力低下；另一方面，温度自动化控制系统存在仿造以及不达标的现象，市场管理过于混乱，并且在市面流通的温度自动控制系统普遍存在严重的质量与技术问题，这在应用当中一旦出现问题，将会造成巨大损失。

2 系统组成

该系统在设计过程中，主要是将MSP430F449系统作为主要的控制核心，包括温度采集、PID算法功率控制、条文、人机交互模块等内容。并且采用的温度传感器使用DS18B20作为温度的具体采样原件，保证在系统内部定时器的控制下，通过I/O将接口从DS18B20读取采样值，在通过PID控制算法之后实现电流方向的控制以及PWM波的输出。系统设计中，电流的方向决定于对稳控对象的温度控制，保证恒定温控[1]。

3 温度自动控制系统设计

3.1 硬件设计

3.1.1 以MSP430F449为基础平台

TI公司推出的MSP430F449是一种集成数字和模拟电路，并且拥有16位超低功耗混合信号的处理器。其中的16位处理器能够通过总线连接的方式与外界的存储器以及相应模块进行连接。同时，该基础平台具备嵌入式仿真处理功能，自身拥有JTAG借口。由于该平台具备16位的数据传输宽度，能够保证对于相关数据的高效处理，保证安静的工作环境。

3.1.2 以AT89S51为控制器

为了充分避免传统控制器处理效率低下、处理速度较慢并且读数困难的现状，在进行温度自动控制系统设计的过程中，大多数采用AT89S51作为主动控制器。该控制器作为整合温度自动控制系统的主要构成，具备电路设计简单等相应特点。在这其中包括单片机为AT89S51主控制器、DS18B20温度传感器、显示电路的液晶显示屏以及3×4键盘的键盘电路，保证整个自动控制系统具备高效性特点[2]。

3.1.3 PID参数控制效果分析

PID控制系统当中包含3各基本参数，即Kp、KI、KD，这三项参数当中的实际控制作用如下。

Kp为比例调节参数：通过比例能够反映系统的偏差。将该比例参数的数值增大，能够提升系统的反应能力，有效的减少由于速度以及稳定性方面存在的误差。在整个系统当中，该调节值主要影响速度。

KI为积分调节参数：该参数能够消除在运行状态下的误差，提供整个系统的精准度。但在系统当中应用积分调节，将会导致系统的稳定性方面下降，动态响应速率将降低。

KD为微分调节参数：该参数主要是反映信号方面的变化率，能够有效的预见偏差以及相应的变化趋势，实现对温度的超前控制。虽然微分控制能够提升系统跟踪性能，但也相应的产生了噪声，震动过于剧烈[3]。

3.1.4 温控装置及原理

DS18B20支持“一线总线”接口，并且在进行测量的过程中测量数值范围广泛，该温控装置能够根据程序的不同设定为相应的分辨率，保证将温度精度控制在0.0625℃，分辨率较高，并支持3-3.5V的电压范围。其主要部件：64位激光ROM，温度传感器，非易失性温度报警触发器TH以及TL，高度暂存器。

（1）单线总线访问DS18B20协议。

DS18B20需要通过严格的协议才能够保证数据的完整性，具体包含以下程序内容：第一，初始化。通过总线处理的所有执行都需要通过初始化的程序开始，保证为后续操作做好准备；第二，ROM操作命令。一旦总线控制器检测到存在脉冲，就会发出相应的命令，包括：Read ROM，Match ROM，Skip ROM，Search ROM，Alarm Search等指令。

（2）读写时间隙。

DS18B20的数据读写是通过时间的间隙处理以及具体指令进行信息方面的确认。必须在时间间隙明确时间读写以及写入需求数据，保证良好的把握时间段内容。

3.2 软件设计

在整个系统的软件方面，对系统软件的内部元件设计包括信号串并行转换电路、键盘接口电路、DDS信号发生器以及ID接口电路，充分的发挥出MSP430的巨大功能。同时，在软件设计方面需要控制数字温度传感器DS18B20的控制。整体的设计过程中为：系统城市化，等待按键操作中断；选择控制热力系统中的恒定温度，并进行温度方面的设定，保证温度能够满足电厂热力系统的运行要求。

4 系统测试结果分析

系统在设计完成后，能够在一定程度上保证对电厂热力系统温度的有效控制，并能够保证将温度差值控制在5℃以内，完全满足热力系统高温状态下±6.5℃的要求，满足电力系统的供电需求。同时，将电厂热力系统温度设定为回水温度65℃，出水温度85℃，经过温度自动控制系统的处理，最终的回水温度保持为67℃，出水温度为86.5℃。通过具体的实验，证明实验结果较为准确，系统对温度的控制水平较高。

5 结论

综上所述，随着科学技术水平的提升，温度自动控制系统的需求量也在逐渐增大，如何保证温度自动控制系统的准确性至关重要。文章将MSP430F449为温度控制系统的基础平台，将AT89S51作为控制器，为电厂的热力系统提供了准确的温度自动化控制，具有一定的推广以及应用效果。

参考文献：

[1] 覃亮.温度自动控制系统的设计研究[J].企业科技与发展，2014，4（13）：22-23.

[2] 熊伟，陈小宜.污水处理自动控制系统的设计研究[J].中国新技术新产品，2013，4（2）：199-200.

[3] 吴昌渝.发射机及机房的温度自动控制系统的改造[J].广播电视信息，2011，10（9）：179-181.