基于AT89S52单片机的温度测控系统

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基于

AT89s52单

片机的温度测控系统

周少华2

刘晓魁1

(1．湖南生物机电职业技术学院计算机信息工程系湖南长沙410126；2．湖南工程职业技术学院信息工程系湖南长沙410151)

[摘要]温度测控在工业领域具有广泛的应用，随着传感器技术等一系列相关技术的不断地发展，为智能温度测控系统功能、精度的提高和抗干扰能力的增强提供了条件。设计一种基于AT89s52单片机的温度测量系统的硬件结构及汇编程序，并且阐述其在冷库温度调控方面的应用。该系统结构具有价格低廉，精度高、微型化、抗干扰能力强、易扩展等一系列优点。

[关键词]冷库温测系统单片机AT89s52中图分类号：TP2

文献标识码：^

文章编号：167卜一7597(2008)0720093一01

一、引育

冷库是利用降温设施创造适宜的湿度和低温条件的仓库。又称冷藏库。加工、贮存农畜产品的场所[1’2]，能摆脱气候的影响，延长农畜产品的贮存保鲜期限，以调节市场供应。为达到农畜产品的保质保鲜，延长食品保存期的目的，温度是冷库的一个很重要的指标，当温度高于理想温度的设定的时候就需要启动制冷机制冷，利用气化温度很低的液体作为冷却剂，使其在低压和机械控制的条件下蒸发，吸收贮藏库内的热量，从而达到冷却降温的目的[3’4]。本文设计了一种基于AT89s52单片机的温度测控系统。

二、系统的组成结构以及工作原理

控制系统由硬件电路和软件程序两部分组成，其中硬件部分主要有温度采集电路、显示模块(数码管显示)、键盘接口、蜂鸣报警、单片机电路几部分组成。软件程序包括单片机AT89s52的控制程序和DSl8820的汇编控制程序。

(一)系统硬件组成系统结构如图：

警温度的上限值比较。若高于设定上限值，则蜂鸣器报警，且发光二极管发出红光，并且启动制冷机进行制冷。若低于设定的下限值时，则发光二极管发出绿光，且由P2．6口输出一个信号，启动电磁继电器开关，停止制冷。系统主要电路图如图所示：

图2基于AT89s52的温度测控装置电路简图

(三)软件程序设计

本系统采用PID算法得到控制量，并由单片机输出去控制制冷机。

1．PID控制程序。PId起对系统进行线性控制的一种控制器。所谓

图l控制器系统硬件结构框图

1．Dsl8820数字温度传感器。采用Dsl8820作为的温度采集器，它具有独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应，用无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3．OV至5．5V无需备用电源，测量温度范围为一55℃至+125℃，满足冷库的要求。精度为±0．5℃。DSl8820具有两种封装结构，3脚PR一35封装或8脚SOIC封装。本设计采用3脚PR一35封装[5]。系统结构如图1．

2．AT89s52单片机。AT89s52是整个系统的cPU，单片机首先根据Dsl8820传送回的信号并进行由PID控制计算出相应的控制输出量，将控制输出量输出去控制制冷机制冷工作，从而实现温度控制。AT89s52还负责按键处理、液晶显示等工作[6]。

3．蜂鸣报警电路。蜂鸣报警电路由晶体管和蜂鸣器组成，由单片机I／0口输出信号控制晶体管的导通与截止，由此来控制蜂鸣器报警。

4．显示模块。键盘控制温度的设定，显示模块是3个7段数码显示管组成，来显示冷库内的温度。

5．驱动电路。驱动电路采用继电器的驱动方式。通过控制继电器在控制周期内通断的时间，实现对制冷机的开关控制。由单片机I／O口输出的控制信号，经NPN晶体管放大，驱动继电器工作。

(二)硬件电路图

该系统以Dsl8820作为温度传感器，ATllEL公司的单片机AT89s52作为处理器，配以温度显示和蜂鸣器作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。系统工作原理如下：Dsl8820进行现场温度测量后将测量

送入AT89s52的P3．5口；经单片机处理后显示温度值，并与设定的报

PID控制，就是按设定值与测量值之间偏差的比例、偏差的积累和偏差变化的趋势进行控制。经典的数字PID增量型算式为：

r

巾

个

1

△“(t)=置，{k(t)一e(女一1)】+}P(七)+；}k(女)一2P(七一1)+P(七一2)】}J

L

1l

1

其中置，为比例系数，I为积分时间常数，L为微分时间常数。

本温控系统采用的数字PID算法有软件实现，增量PID算法的优点是编程简单，数据可以递推使用，占用储存空间少，运算快。但是对于温度这种响应缓慢、滞后性大的过程，不能用标准的PID算法进行控制。当扰动较大或者给定的温度值大幅度变化时，由于产生较大的偏差，加上温控本身的惯性及滞后，在积分作用下，系统往往产生较大的超调和长肘问的振荡。因此，为克服这种不良的影响．采用积分分离法对增量PID算法进行改进。当偏差P(足)较大时，暂时取消积分作用；当偏差P(七)小于某一设定值M时，才将积分作用投入。

当lP(七)l>肘时，用PD控制。由于偏差大。说明系统温度远离设定

值，应快速制冷，采用PD控制，可以提高系统的动态响应速度，避免产生过大的超调，减小动态误差。PD控制算式为

r

个

1

△“(七)=置，{k(七)一已(七一1)】+鲁k(七)一2P(|i}一1)+P(七一2)】}‘L

J

J

当lP(t×<肘时，用PID控制。偏差小，说明系统温度已经接近设定

值，此时加人了积分作用，可以消除系统静差，保证系统的控制精度。

主程序流程图如图2所示：

(下转第93页)

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可能性也就最大，因此本文选取VAV空调系统的传感器故障作为研究的对象；我们选取2004年9月中央商场VAV系统运行过程中的9个传感器采集的4000组数据作为研究对象；这9个传感器是：新风流量传感器、新风温度传感器、新风压力传感器、新风湿度传感器、总送风流量传感器、回风流量传感嚣、回风c02浓度传感器、vAV送风温度传感器和cAv(定风量空调)送风温度传感器；我们将其中的80％的数据作为训练样本用于建立MSPcA模型，余下的20％用于模型测试。

残差向量的范数(sPE)可以用于检铡变量之间的相关性是否已被破坏·图1中的上一幅图给出了训练数据的sPE。图中的横线为置信界限[1]。由图中可以看到，出现了3次越过置信界限的情况，表明发生了3次误报。这样的误报可以由(★★)式给出的sPEEwljA技术加以削弱。我们选择九=0．1，^=0．1I可以有助于消除误报，辨识出数据均值的变动。图1中的下面一幅图表明了sPEEWMA技术已消除了误报。

图2上给出了有效度指标(sVI)的输出曲线。通过选择r=O．1I，图2下的一EWMA型有效度()显著地减弱了残差振荡。同时可以选取阈值为O．6，减少运算量以加快辨识速度．

五、结论

本文采用淞PcA方法对yAy空调系统的传感器故障进行检测与识别，结果表明通过采用小波变换改进的PcA方法MsPcA对VAv系统的故障有很好的检测与识别能力．同时，本文认为这种MsPcA方法可以适用于～类传感器故障的检测与识别。

参考文献：

[1]Jacks∞J

E．A

i州＼．八，～一

图l训练数据的sPE(上图)及§F巨削除了误报(下图)

#$^■一

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York：■iley—Inter—Science，1991．

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[4]褚健、荣冈著，流程工业综合自动化技术，机械工业出版社出版，20004．[5]李建林、曹鸣，多变量统计过程控制技术在火电厂设备故障检铡中的

应用．东南大学学报。z005．作者简介：

样本^■

图2滤波前与滤波后的有效度指标

李建林-男，高级工程师，东南大学自动化学院03级研究生，主要研究方

向为：控制系统故障检测算法与容错控制。

…～………………………～一……一：………一一…一～………～…一一……………一………………～………一…一……～…………～一～～～一…～～…一一——…一～．．．……

(上接第93页)

阶式升(降)温、恒温控制．经测量的如图3所示的温度曲线．

四、培论

本文在分析测温系统基本原理与特征的基础上。提出了一种基于AT89s52单片机的温度测量系统，并完成了其硬件电路和软件的设计。仿真表明在一10℃‘5℃的温度范围内系统的偏差0．5℃．该系统结构具有价格低廉，精度高、微型化、抗干扰能力强、易扩展等一系列优点，在冷库温度

调控方面有广阔的应用前景。

参考文献：

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[3]凌云，何丽平等．真空烧结炉预估自适应温控系统设计[J]．硬质合金．2007．24(4)：236—239．

图2主程序流程图2．PID参数的整定

数字PID控制器参数的整定是一项十分复杂的工作，必须依靠经验和现场调试来确定控制器的参数置，、巧、乃及采样周期t。在本系统的设计过程中·首先根据Ziegler和Nich01s提出的参数整定方法对各参数进行整定，得到一个初始值，然后在实际操作中进行修订，直至最终满足要求为止．

三、聚统仿真

实验过程中，主要是要求冷库有较高的恒温精度，并且要能够实现台

图3温控测试曲线

[4]胡竣峰，赵亚风．模糊PID及其在TEc温控系统中的应用[J]．自动化技术与应用．2007．26(10)：102一104

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[6]胡汉才．单片机原理及接口技术(第二版)[M]．北京：清华大学出版社．2004．作者简介：

刘晓魁，男，湖南生物机电职业技术学院副教授，工学学士．主要从

事电气胄动控制面的教学与研究工作．