楊偉浩

摘要：本文采用NTC熱敏電阻溫度采集，STC15F2K60S2單片機(jī)為主控芯片，以PID為核心算法、PWM控制方式控制半導(dǎo)體制冷片，實(shí)現(xiàn)恒溫的溫度控制系統(tǒng)。硬件主要分為電源壓降電路、溫度采集電路、溫控電路等三大部分。

關(guān)鍵詞：PID算法;PWM;溫度控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0016-02

0 緒論

目前PID控制的理論研究和工程實(shí)踐非常廣泛，有三種比較常見的PID控制算法，分別是：位置式算法、增量式算法和積分分離算法。本設(shè)計(jì)采用積分分離算法，要求溫度可以設(shè)置在15℃到80℃之間，控制精度±0.5℃。

1 系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 電源壓降電路

本系統(tǒng)電源電路采用TI公司的升降壓開關(guān)穩(wěn)壓器MC33063芯片，它具有寬電壓3V至40V輸入，可調(diào)輸出電壓1.25V至40V，輸出開關(guān)電流最高達(dá)到1.5A。根據(jù)MC33063芯片手冊(cè)Vout=1.25*（1+（R2/R1）），將R1=1.2K，R2=3.6K，可得出Vout=5V。

1.2 溫度采集電路

溫度采集電路是采用U.S.Sensor公司生產(chǎn)的熱敏電阻KS103J2做為溫度傳感器PT4，與電阻R74串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分壓電阻電路，分壓電阻的計(jì)算公式為Uo=（PT4/（R74+PT4））/Ui。輸出電壓Uo通過LMP2012A放大信號(hào)作用，將電壓放大了3倍，其放大倍數(shù)是由R73跟R67決定的，等同于公式（R73+R67）/R73=3，然后由ADS8325進(jìn)行16位AD轉(zhuǎn)換得到電壓Vad，此時(shí)Uo=（5*Vad）/（65535*3），設(shè)R74=75K，Ui=5V，將Uo、R74、Ui代入分壓電阻計(jì)算公式，可得出熱敏電阻PT4此時(shí)的阻值，然后進(jìn)行查表，可得出此時(shí)的溫度，如圖1所示。

1.3 溫控電路

溫控電路如圖2所示。74HC08M是一款高速CMOS邏輯四路2輸入與門功能芯片。LTC1693_2是一款高速雙路N溝道MOSFET驅(qū)動(dòng)器。IRF4905是P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，與N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管IRF2804組成一個(gè)H橋電路，并由兩片LTC1693_2芯片控制。

PE3_PWM為單片機(jī)STC15F2K60S2的PWM輸出引腳，當(dāng)PE3_PWM為高電平時(shí)，設(shè)置PF0為高電平，PF1為低電平，此時(shí)Q2與Q3導(dǎo)通，Q1與Q4截止，CON1_1與+12V相連，CON1_2與地相連;設(shè)置PF0為低電平，PF1為高電平，此時(shí)Q1與Q4導(dǎo)通，Q2與Q3截止，CON1_1與地相連，CON1_2與+12V相連。當(dāng)PE3_PWM為低電平時(shí)，Q1、Q2、Q3、Q4都截止，CON1_1與CON1_2處于懸空狀態(tài)。通過CON1_1與CON1_2的電壓切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體制冷器的制熱、制冷或關(guān)閉的控制。

2 PID算法計(jì)算控制

PID的控制流程是通過誤差信號(hào)控制被控量，而控制器本身就是比例P、積分I、微分D三個(gè)環(huán)節(jié)的加和：

其控制公式為：

其中Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常量，Td為微分時(shí)間常量，e（t）為系統(tǒng)偏差信號(hào)，u（x）為控制器輸出信號(hào)。

其流程圖如圖3所示。

其中，PID的參數(shù)包括：設(shè)定溫度值、當(dāng)前溫度值、偏差值、上一個(gè)偏差值、最上前的偏差值、比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。

3 結(jié)語

PID算法具有響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)動(dòng)作迅速，消除余差，又可以通過偏差的信號(hào)，趨勢(shì)提前動(dòng)作?？刂破魍ㄟ^實(shí)時(shí)計(jì)算這種偏差，來調(diào)節(jié)PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)控溫的效果，使溫度控制更加穩(wěn)定精準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁希光.傳感器技術(shù)手冊(cè)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1986.

[2] 秦沿海.數(shù)字PID控制原理及其應(yīng)用[J].西南民族學(xué)院學(xué)報(bào)，1997：49-54.

[3] 歷風(fēng)滿.數(shù)字PID控制算法的研究[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：367-370.

[4] 楊萬超.S1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2009（29）：30.

[5] 趙鴻圖.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（26）：54-56.