温度检测与控制设计

温度检测与控制设计（精选11篇）

温度检测与控制设计 篇1

0 引言

当今计算机, 软件, 网络, 微电子, 现代测量技术行业的技术飞速发展, 新型的先进虚拟仪器成为当前系统研究的热点。虚拟仪器的出现使得仪器技术的发展进入到了一种新层次, 虚拟仪器是多门技术与计算机技术结合的产物, 它的发展趋势是逐步代替仪器完成某些功能, 如数据的采集、分析、显示和存储等, 并最终达到取代传统电子仪器的目的。

虚拟仪器通过软件开发平台将计算机硬件资源与仪器硬件巧妙地合为一体, 把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起, 通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理, 并通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据, 最后再通过框图模块指定各种功能。采用集成电路温度传感器和虚拟仪器可以很方便地构建一个测温系统, 且此测温系统有外围电路简单, 易于实现的有点, 能实现系统硬件维护、功能扩展和软件升级的功能。本设计将利用labview语言开发平台, 设计一个简单的兼具温度测量与温度控制的系统。

1 设计的目的及任务

1.1 设计的目的

依托LABVIEW完善的硬件驱动, 图形显示和便捷快速程序设计功能, 通过整合外部硬件设计, 可以实现两路水温相互独立自动采集和自动控制, 同时控制上限和下限温度之差。

1.2 设计的任务

利用labview8.6编写的程序, 程序通过输入随机数, 判断是否在设定的温度范围内。如果温度低于初始设定值, 系统就会开始加热并且点亮低温报警灯, 当温度提升到初始设定温度范围内时, 停止报警, 但继续加热, 当温度高于初始设定温度, 此时停止加热, 此时开始报警, 点亮高温报警灯, 等到温度降到初始设定范围之内时, 停止报警, 点亮正常灯。直到温度低于初始设定值时, 系统则开始进入到下一次循环中。

1.3 设计的要求和技术指标

1) 系统控制模块

主窗口操作界面, 数据采集模块, 数据曲线显示模块, 输出控制模块, 报警模块, 数据存档模块

3 各基本单元的原理及设计

3.1 前面板

前面板主要由高温设定旋钮, 低温设定旋钮, 温度计, 波形图表, 状态指示灯和数据文件保存等组成。温度计用于直接测量显示水温;而波形图用于显示实际水温上下限温度之间的关系;状态指示灯用与指示被控温度是否在设定温度范围内。

3.2 程序框图

程序框图是一个典型的多通道连续数据采集和信号输出流程图。框图上面有两路温度采集和控制。温度1和低温1是两路监控, 作用是设定所需最低最高温。

3.3 数据采集模块

温度1由0~100的随机数赋值为随机温度, 高温1、低温1、温度1捆绑输出温度给温度1;

当温度>高温1时, 高温报警灯1亮;当低温1<温度<高温1, 正常灯1;当温度<低温1时, 低温报警灯1亮。

3.4 输出控制模块

当温度升到温度设定范围之内时, 停止报警, 但继续加热, 一直到温度高于高温设定值时, 才停止加热, 但此时又开始报警高温报警灯亮, 直到温度降到与温度设定范围之内时, 才停止报警正常灯亮。

温度2由0~100的随机数和0~1随机数与运算产生的温度赋值为随机温度, 高温2、低温2、温度2捆绑输出温度给温度2;

当温度>高温2时, 高温报警灯2亮

当低温2<温度<高温2, 正常灯2亮

当温度<低温2时, 低温报警灯2亮

3.5 数据存档部分

将得到的6路温度组成数组, 存入电子表格

4 总结心得

本次设计是一个让我从课堂的理论知识到走到了实际操作的难得机会, 通过这次设计让我对虚拟仪器有了更深的理解, 对labview软件的使用与应用也更加熟练了, 从理论到实际操作上也遇到许多困难, 许多看似很简单的问题, 很简单的电路, 需要自己动手使其发挥功能也不是件简单的事。通过这次经历, 让我明白了不断实践是学好电子信息专业的必由之路, 只有自己动手才能将学到的知识和实际电路联系起来。同时, 这次设计还让我意识到自学能力的重要性, 有些没有学到的知识, 通过互联网络搜集、查阅相关文献资料, 组织材料就能化为己用。在实验中暴露的问题学到的经验都会让我在今后的学习与工作中受益, 助我前行。

参考文献

黄松岭.《虚拟仪器设计基础教程》.清华大学出版社.2008.

温度检测与控制设计 篇2

GMP车间温度的节能设计，从大方向上来看，需要根据季节的变化，做出一定的更改，冬季时，车间内部的温度控制就可以将温度稍微提高一些，在夏季的时候就将温度调低一些，但无论如何去调节车间内的温度，都要保证药品的生产不会受到影响，这是一个大前提。可以根据我国国民的体质来进行温度的设计，例如在夏季将GMP规定的温度控制24℃调节至26℃，使得工作人员的身体状态始终保持最佳，而这对于温度节能控制来讲，其解决的电力不是一星半点。除此之外，就是对车间内的空调设备链接相应的智能控制软件，以此利用智能化的软件对设备进行控制，对温度进行检测，当温度改变时，对设备发出相应的升温或者是降温的命令。这样一来，不单单将温度始终控制在规定的范围内，还对设备的节能起到了很好的帮助。

3.2GMP车间湿度的节能设计

GMP车间湿度的节能设计非常的重要，因车间内的湿度和温度处于相互制衡或者说是配合的关系，所以湿度始终都应该与车间内的温度相结合。在冬季干燥的季节，可以将车间内的湿度从45%RH降到自然的状态，也就是20%RH，在炎热的夏季就对车间的湿度控制在45%RH到65%RH之间，这样不但可以保证工人的心理以及生理上的良好状态，还可以有效的节约设备的用电量。再有就是在GMP车间内安装除却中央空调以外的加湿器和除湿器，这样在通过智能软件监测湿度后，可以单项的启动相应的设备，加湿或者是除湿，省去了每次都要开启中央空调的次数，且其效果要远超原先；而在节能这方面，单一的加湿器和除湿器其用电量都要远远小于中央空调设备。

3.3GMP车间洁净度的节能设计

GMP车间节能度的节能设计主要有关联的就是车间内湿度和温度。这一点文中也提到过，但除却车间内的湿度和温度以外，对于工作人员的着装也要完善，对于隔离的效果以及透气的效果都要做出一定的革新，在满足药品生产的同时，最大化的提高工人的生理条件。而除却工作服装的改变，对于GMP车间的换气次数上也要进行一定的控制，可以说在保证洁净度的前提下，减少换气的次数还有相应的送风量，就是节能的最好的办法之一。换气次数与车间的洁净度也有着很大的关联，其和生产的工艺以及设备先进的程度和布置的位置等等，都有着密不可分的联系。对于这一点，可以安装有空气净化装置的洗灌封联动机的水针生产间，这样就不需要像普通车间那样经常更换空气了。

4结束语

多路温度检测系统的设计 篇3

【关键词】温度检测 AT89C51 DS18B20 报警 LCD显示

一、 前言

随着我国经济的发展，现代工业以及人们的日常生活也越来越依赖于检测技术，其中温度检测技术发展迅速，广泛应用于人民群众生活及工农业生产等诸多方面，大到工矿企业小到一般居室，通过温度检测装置实时检测生产设备、生活环境温度，并根据检测到的温度数据调整工作设备或生活设施。目前市场上有关温度检测的仪器种类繁多，这些具体设备根据应用领域的不同而在温度检测方式、信息传输、精度要求、控制方式等方面存在着诸多差异，主要存在以下几个可改进之处：（1）温度采集方面：大多系统都是单点温度采集检测，同时还有温度信息精度不够、传递不及时的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时作出决定[1]；（2）有些系统采用的元器件比较落后，导致电路较为复杂，使用的逻辑器件也较多，增加了备件管理和维护工作的难度。当然前人的工作还有很多可借鉴之处，如关于元器件的选择方法、检测点的分配以及中央处理单元的资源配置等方面。在这样的形势下，取长补短开发一种能够综合处理多点，并且稳定性好，能实现温度设定、温度显示和温度报警的多功能系统就很有必要。

（一）系统硬件设计

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

本设计运用到了AT89C51的复位电路，时钟电路及 I/O口，即单片机的最小系统电路。采用了数字温度传感器DS18B20，这改变了传统的温度测量方式。在实际应用中一定要保证每个DS18B20的连接正确，如果某一个DS18B20没有连接好，程序将进入死循环，测温将无法完成。此外，在利用DS18B20进行远距离的测温时要充分考虑阻抗匹配和总线分布电容问题。

系统按键控制模块采用非编码的独立式按键结构，主要包括日期/温度显示的切换电路、温度循环显示和指定通道显示切换电路以及温度报警上下限设置电路。采用LCD1602进行字符显示。本系统设计中的报警电路采用高温和低温报警。当所检测温度在所设置的报警温度范围之内时，正常温度指示灯处于亮的状态；当所检测温度超出报警温度范围时，正常温度指示灯灭，同时蜂鸣器发出报警声音。

（二）系统软件设计

系统软件设计部分采用模块化设计方法。首先系统初始化，然后扫描日期/温度显示切换键的状态，若处于日期和时钟显示状态则LCD显示日期与时间，并且可以通过按键调整日期与时间；若处于温度显示状态，则扫描温度巡检/指定通道查询按键的状态。若巡检/查询键处于温度巡检状态，则LCD循环显示8路温度；若处于指定通道查询状态，则显示指定通道的温度。当所检测的温度超出报警温度上下限时开始报警，否则继续按键扫描。

（三）系统仿真调试

此次设计利用Protues进行仿真，此处仅附上部分仿真过程。点击全速运行之后，当日期/温度显示切换键处于闭合状态时，按一下上下限设置键，进入报警温度上限temp1设定界面，再按一下上下限设置键，进入报警温度下限temp2设定界面。设定温度上限的仿真结果如图2所示。当日期/温度显示切换键仍处于闭合状态，若温度上下限已设定好，按第三下温度上下限设定键并且巡检与指定通道查询键处于巡检状态时，LCD巡回显示8路的温度值。当检测温度处于报警温度范围之内时，温度正常指示灯亮，蜂鸣器不报警；当检测温度超出报警温度范围时，正常温度指示灯灭，蜂鸣器报警。前4路温度仿真结果如图3所示。当日期/温度显示键处于打开状态时，LCD显示日期与时间，而且当所显示的内容与实际有出入时，可以通过按键来调整。仿真结果如图4所示。

二、结语

本设计以单片机为核心，数字温度传感器DS18B20为温度检测工具，实现了8路温度的巡回检测、指定通道的温度查询、日期/温度显示的切换、报警温度上下限设置以及超限温度的报警，基本完成了设计任务。相比于传统的温度测量控制系统，本设计能够综合处理多点温度，弥补了单点温度检测在适用范围上的不足，硬件电路的控制与调试方便，有效地降低了备件的管理和维护难度；而且测量精度高、稳定性好、抗干扰性强。但是此系统的温度检测范围为：-10℃～+105℃，虽然适用在大部分的温度检测环境，但对于那些温度特别高或者特别低的场合还是不适用的，尽量扩大系统的温度检测范围是以后的努力方向。

参考文献：

[1]王战备.多点温度循检与自动调节系统设计[J].国外电子测量技术，2011，30（3）.

[2]李涛.多路温度检测系统的设计[D].南昌：南昌科学技术学院，2012：1-8.

作者简介：

李雅宁（1990.06-），河南省通许县，硕士研究生，专业：机械电子工程。

温度检测系统中的软件设计与实现 篇4

关键词：数字滤波,数据采集

1 系统的软件结构

在本系统中软件设计主要包括两个层次:设备驱动程序和用户应用程序。

硬件设备需要相应的软件驱动才能发挥作用。驱动程序主要起应用软件接口与硬件接口之间的桥梁作用, 具有通用的应用编程接口 (API) 。通过使用这些接口, 用户可以使用各种语言来开发编制控制程序, 实现对系统中硬件设备的控制。而本系统是直接利用数据采集卡自身携带的驱动程序作为驱动软件。应用软件的功能是对数据采集硬件进行管理、数据运算、存储、显示等。通过对应用软件的开发, 可以给系统添加驱动软件所不具有表达能力和数据分析, 并能够把系统数据采集与控制联系在一起, 并完成系统参数的设置、数据实时采集及显示 (它包括数字量化数据曲线实时显示、数字滤波) 、数据库管理包括数据的查询、添加、删除、数据文件存储包括数据保存、打开文件等。

2 软件设计的实现

本系统采用C++Builder 6.0开发的基于工控机的数据采集系统, 一次测量过程中采集各个传感器的模拟信号, 经过相应的信号处理即可得到所需数字信号, 此软件系统由C++Builder编译的程序对采集到的信号进行读取和处理。具有完整的信号采集、放大、A/D转换、变换数据格式标准。主机系统用来实现对采集的数据读取、存储、处理、打印等功能。同时提供人机交互界面, 实现对温度数据的显示、分析和处理等功能。

程序基本流程如图1所示。

3 数据库技术实现

C++Builder提供了强大的数据库管理功能, 其中Database Desktop可让用户方便地创建数据表, 进行数据查询、排序和修改等操作功能。

3.1 PCI-9113A的动态链接库 (DLL)

利用研华设备驱动程序提供的DLL文件操作数据采集卡;C++Builder具备功能强大、高效及界面友好等特点, 但它并不具备直接对硬件I/O地址进行访问的能力, 需要调用DLL函数实现对I/O口的访问和控制。本系统利用研华数据采集卡设备驱动程序DLL文件, 在C++Builder环境下完成数据采集程序的编写。

3.2 建立DLL的头文件 (.h)

实现的功能函数

3.3 数据记录、打印

对实际使用的采集点, 操作员可根据需要在任何时间对采集点的温度数据需要存储而进行操作。但无论数据存储与否, 不影响巡检画面上温度、湿度的监控。并可以将任何时段、任何采集点存储的数据以曲线或列表的形式显示、打印出来。可以通过选择反应罐编号、生产时间、生产批号的方式查询、打印采集存储的数据。要求具体查询的方式应有以下3种:第一, 生产时间+生产批号;第二, 生产时间+设备名;第三, 生产批号+设备名。

查询出的数据应能够以曲线或列表的形式体现。通过上述的3种方式查询出的曲线或列表在显示屏或打印的图纸上均应体现出生产时间、生产批号、设备名、产品名称、产品编码的信息。将任何采集点实时监控的数据用曲线或列表显示出来。人工调用存储数据的数据库, 对数据库里的数据进行查看、修改。

4 数字滤波算法的实现

在高度偏差输入通道中总是难以避免窜入各种各样的随机干扰, 因而使得经A/D转换送入微机的数据中存在或多或少的误差;为了较好的克服随机干扰引入的随机误差, 除了在A/D转换芯片前端采用硬件抗干扰的方法, 还可以在程序中采用软件即数字滤波的方法, 从而有效地抑制混入高度偏差信号中的干扰成分, 消除掉随机误差。

本设计中采用软件实现较为简单的算数平均滤波。具体的作法是对连续采集的多个采样值按大小顺序排列, 然后对采样值进行平均, 所得的结果作为本次滤波的输出。

设有N次采样值x1 x2, x3…xn算术平均滤波是找到这样一个x值, 使x与各次采样值之差的平方和E为最小。即

上式两边对X取导数并令其为零, 即

得到dE/dX=0

上式就是算术平均值法滤波算式。算术平均值法主要对流量、压力等周期脉动量或静态进行平滑滤波。

算术平均值法的优点是简单, 缺点是只有在采样次数较大时平滑效果才明显, 特别是对偶然出现的噪声更是如此。但是N太大, 灵敏度又低, 运算时间长, 所占内存空间也大。N值应取多少为合适, 应视具体情况而定。对于动态系统, 由于被测量是在不断地变化, 因而采样次数N不宜取得过大, 而在实时性要求较高的情况下, 尤其对高动态量的检测, N只能取较小值。对某些被测量如果无干扰可不滤波。在编程时, 为使运行速度快可采用下面的方法:

将 (3) 式改写为

式中S=1, 2, 3, …。这样就简化了运算, 因为除以2s相当于二进制算术的右移S次。如果N不等于2s, 则可采用近似公式。具体流程如图2所示。

5 结论

系统将PCI-9113A数据采集卡与PT100传感器、研华工控机等有机结合, 很好地实现了对温度场的实时监测、周期采集存储, 基本上达到了先前提出的设计技术指标。

参考文献

[1]乔宗立.一种在c++Builder环境中调用Matlab数据的方法[J].湖北汽车工业学院学报.2002, 15 (4) :30-33

[2]陈宽达.C++Bullder深度历险[M].武汉:华中科技大学出版社.2002

[3]Advantech Co, Ltd.Advantech Device Driver User Manual[Z].2004

[4]杨颂华, 孙万蓉, 等.数字电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社.2000

花房温度控制电路设计 篇5

【关键词】DS18B20 AT89C51 PC 温度测量与控制

前言：随着经济的发展，人们对生活质量的要求显著提高，对花卉的需求量也急剧上升，尤其是作为观赏和礼品的花卉，为他们提供一个更适宜其生长的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。

传统的花房由人工通过简单的仪器仪表来测量各个环境的状态参数，并根据经验手动开启和关闭各种花房调节装置，效率低、控制效果不好[1]，而温室智能控制设备价格昂贵、成本高，而且操作复杂，不适合我国广大花农尤其是一些不太发达地区花农的情况，在中低档花房控制中应用不普遍，不能满足广大花农的需求；而采用单片机对他们进行控制不仅方便、简单、灵活性大，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标。符合农民的消费水平，适合我国的国情。

一、系统设计

本设计以AT89C51单片机作为控制核心，通过DS18B20传感器模块采集温度，控制器通过温度传感器实时监测各点的温度变化，并在LCD1602上同时显示各点的温度，将检测到的温度值与花房温度的设定值比较，根据比较结果开启报警装置和加热装置、降温装置，并通过串口将检测到的温度信息发送到上位机，从而远程实现对环境的整个监测。大部分花房内的最适宜温度为10度到30度，设置报警温度时，可以将下限温度设为15度，上限温度设为25度，这样可以将最佳温度设定在一定范围内，而不是某一点，避免了继电器的频繁开关，延长了元器件的寿命。

用以AT89C51为核心的单片机控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的温度检测和控制功能，还能利用其具有串行口的功能，将检测到的温度送到上位机。系统框图如图1所示。

图1系统框图

系统框图说明：（1）温度采集模块采集花房内多点的温度值。（2）显示模块中采用LCD1602用来实时显示当前的温度值和温度值上下限。（3）显示模块中的按键用来设定报警温度的上下限，并在LCD1602上显示。（4）AT89C51处理来自温度传感器的数据，并通过异步串行通信送上位机显示。（5）如果采集的温度值在设定的温度上下限范围内，则继电器和执行机构不工作，否则继电器接通，执行机构工作。（6）通过上位机可以实现键盘一样的操作，并有很好的人机交互界面，方便远程和实时监控。

二、硬件电路设计

硬件电路设计包括温度采集模块的设计、按键模块的设计、显示模块的设计、报警模块的设计、继电器控制电路的设计、通信模块的设计。温度采集模块采用两个DS18B20数字温度传感器组成，DS18B20为数字温度传感器，内部已经集成了模数转换器，使用它可以节省很多外围电路。按键模块由四个独立式按键组成。要用于初始化时报警温度上下限的设定。显示模块采用LCD1602显示。报警模块由红绿LED灯和蜂鸣器组成，如果温度高于设定温度的上限，则红灯亮，蜂鸣器发出声响；如果温度低于设定温度的下限，则黄灯亮，蜂鸣器发出声响。继电器控制控制电路分为控制电路和主电路，控制电路通过三极管组成放大电路，二极管用来保护三极管，防止电流过大损坏元器件。当花房内的温度高于设定温度的上限时，继电器闭合，电机转动，开始降温。随着计算机技术特别是单片机技术的发展，串口通信在诸多领域上得到了广泛的应用，计算机可以通过串口来获取单片机的各种数据，然后利用计算机强大的功能进行处理，再根据处理的结果发送数据到单片机，实现远程控制设备[3]。本设计的通信模块采用虚拟终端实时显示采集到的温度，模拟串口通信。

三、软件设计

采用Keil C51[2]软件编写C语言程序，在Proteus内搭建仿真环境，将编写成功的.hex文件下载到仿真环境内的单片机内，即可看到仿真结果。

四、仿真结果

图2为系统仿真图，仿真中实现了单片机向PC机发送数据的仿真，在虚拟终端上显示了单片机向PC机发送的两路数据。模拟了数据的远程传输。

图2系统仿真图

五、结语

本次设计在Proteus平台上设计整个电路，并仿真将得出的数据进行显示，验证了设计的正确性，实现的功能可以达到设计要求，虚拟终端显示的数据只能是整数，不能显示LCD1602上数据的小数，有着一定的差距，但这种差距并不影响设计结果，只是模拟数据的远程传输。采用单片机设计实现可以减小成本、灵活性大等优点。所以单片机在节约成本方面具有不可替代的作用。

参考文献：

[1]李增详，史国兴，杨霞等.温室花卉智能管理系统的设计[J].广东农业科学，2010，（7）： 197-198.

[2]金杰.MCS-51单片机C语言程序设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2011： 66-70.

作者简介：

路盼（1988.4-），河南省邓州市，硕士研究生，专业：信息与通信工程。

温度检测与控制设计 篇6

在切削过程中,机床做功转换为等量的切削热,这些切削热除少量逸散到周围介质中以外,其余均传入刀具、切屑和工件中,刀具、工件和机床温升将加速刀具磨损,引起工件热变形,严重时甚至引起机床热变形。因此,在进行切削理论研究、刀具切削性能试验及被加工材料加工性能试验等研究时,对切削温度的测量非常重要。在诸多的切削温度测量方法中,热电偶法测量切削温度用得最广泛,是最直接、最方便的测量方法,本文介绍采用热电偶法[1~2]对切削温度测量。

2 切削温度检测系统的组成

切削温度检测系统是一个集成了温度信号采集、射频发送、射频接收、LCD动态显示等多种功能模块于一体的新型系统。系统中的温度由镍铬-镍硅热电偶测量,如图1所示。射频发送和接收由n RF401芯片[3]完成。LCD使用的是JM12232F图形液晶,对测量的数据进行动态显示。整个系统由多个从机、主机和PC机组成,如图2所示,本系统各个分机的尺寸是1 6 0 m m×1 2 0 m m×65mm。从机工作在各个测温地点,进行温度的数据采集和无线发送,主机与多个从机进行通信,并把数据显示在LCD上。上位PC机作为主站控制,通过主机把命令信息和数据信息发送给从机,按轮流查询方式对从机逐个通信,并且上位PC机也可以把主机接受到的数据上传,然后在P C机上进行波形绘制和相关参数分析。

3 切削温度检测系统的设计

3.1 硬件系统设计

本切削温度检测系统的硬件部分主要由单片机显示和控制模块(如图3)、两个收发器(n RF401模块)模块[3~4]、温度采集和转换模块(如图4)以及单片机和PC机接口模块(如图5)组成。本设计选用的AT89S51单片机只有一个U A R T异步串行通信接口,而在本系统设计的单片机需要多个串行接口,A T 8 9 S 5 1既要与n RF401通讯模块通讯,又要与PC机通讯,所以选择了三态门切换方式,即使用四总线缓冲器74HC125来实现串行端口的分时复用。

3.2 系统的主要功能模块

3.2.1 从机功能模块

从机功能模块负责数据的采集和独特数据包的生成和发送。数据包的生成和发送由硬件电路自动完成,软件只是把将要发送的数据从单片机送至数据寄存器中和切换至发送工作模式。整个过程的流程图如图6所示。

3.2.2 主机功能模块

主机功能模块实现与PC机的通信,在PC机的控制下完成对各个子系统的命令发送,还实现对载波信号的检测,地址匹配检测以及数据包的解码和接收。数据的接受由硬件电路自动实现,软件只是将要接受到的数据从接受数据寄存器之中送至PC机。整个过程的流程图如图7所示。

3.3 软件系统的设计

3.3.1 通讯协议的提出

为了保证通讯的可靠性和完成一定的功能,制定以下通讯协议:

前导码-前导码结束符-发送地址—数据长度—接收方地址—发送方地址—数据性质—数据块—校验码。

前导码定义为00 55,用来使收发双方时序同步。前导码结束符定义为FF,表明前导码结束,有效数据到来。发送地址定义为在通讯链路内的数据发送地址(每一个从机都具有各自的地址,地址由n RF401地址和单片机地址组成)。数据长度定义为要进行交换的数据块长度。接收方地址定义为发送数据的目标地址。发送方地址定义为数据发送的源地址。具体的定义见表1所示。

3.3.2 软件代码

限于篇幅,本文只给出了测量温度函数,除此以外还有n RF401模式转换函数、中断处理函数、数据显示函数、数据上传P C机函数等。

4 系统性能指标的测试

在测试的过程中,当建筑物很多的时候,主机和从机均离地面1m高时,能够达到的最佳通信距离为25~60m;在空旷场地,主机和从机均离地面1m高时,能够达到的最佳通信距离大约为300m。利用计算机以及串口大师软件,计算误码数据与发送总数据的比率,测的误码率≤0.5%。通过实验,本系统所用的热电偶法计算测得的温度与真实温度非常接近,其最大误差不超过5%,能够满足一般切削试验研究的要求。

5 结束语

n RF401通过数据输入输出口与AT89S51进行数据传送,收发可靠,使用方便。实践证明,本文所设计的温度检测系统对加工中DBA80 PCBN刀具温度进行了很精确的无线测量。

摘要：介绍了利用nRF401芯片进行无线传输的设计思想和实现方法,从实际应用角度介绍了nRF401与单片机AT89S51组成的无线切削温度检测系统,并给出了硬件原理图和部分程序源代码。

关键词：无线数据传送,nRF401芯片,切削温度

参考文献

[1]仇启源,庞思勤编著.现代金属切削技术[M].北京:机械工业出版社,1992

[2]刘献礼,具有温度补偿的自然热电偶法测量切削温度原理及计算方法[J].工具技术,1998:26-30

[3]433MHz Single Chip RF Transceiver nRF401[R].Rev1.6.Nordic VLSI ASA,2002

温度检测与控制设计 篇7

血液净化装置把人体的血液引到体外, 通过一组体外循环装置, 清除血液中代谢产物、内源性抗体、异常血浆成分以及蓄积在体内的药物或毒物等有害物质。它是一种能部分代替肾脏功能, 清除血液中有害物质, 纠正体内电解质与维持酸碱平衡的体外血液透析治疗装置。

血液净化装置通过控制透析液的电导率、p H值、温度、压力、流量等主要计量参数来达到治疗目的, 这些计量参数的失准轻者达不到治疗目的而贻误病情, 重者会威胁患者的生命安全, 因此, 非常有必要对这些计量参数进行质量控制检测[1]。2010年, 根据总后卫生部的要求, 军队医疗机构率先开展了血液净化设备的质量控制工作, 出台了《血液透析装置检测技术规范》, 对血液净化设备进行定量分析, 使血液净化设备质控工作更加科学、规范、有效[1]。然而, 血液透析装置检测仪的溯源检测和校准, 尚无可直接引用的校准规范, 也缺乏对应的校准设备和检测方法, 为血液净化的质量控制留下了诸多隐患。因此, 开展血液透析装置检测仪温度校准方法研究, 可以弥补目前我国在血液净化设备技术检测工作上的不足, 对进一步保障医疗质量安全具有重要意义。

1 温度对透析效果的影响

透析液温度的设定直接影响透析患者的体温、血压、舒适度, 透析液温度保持恒定是维持体外透析的基本条件[2,3]。若实际透析液温度高于显示值, 则患者可能会有发高烧的症状, 如超过45℃, 将会引起患者的急性溶血;若实际温度低于显示值, 则可能会引起患者体温下降而产生寒战。透析液温度通过对机体温度的调节, 进而影响透析中的血液动力学, 因此对检测仪温度的校准非常有必要。

2 血液透析装置检测仪温度检测模块校准方法设计

2.1 被校仪器HDM99XP型血液净化装置检测仪

HDM99XP型血液净化装置检测仪提供了一个快速、可靠的多功能检测平台, 用于测量血液净化设备中透析液电导率、温度、压力、p H值、流量等指标[4]。HDM99XP型血液净化装置检测仪温度检测量程为0~100℃, 分辨率为0.01℃。在25~40℃范围内, 最大允许误差为±0.05℃;在其他温度范围, 最大允许误差为±0.07℃。

2.2 校准设备

选用原则校准时, 由标准器及配套设备引入的扩展不确定度U (k=2) 应小于被校准温度传感器允许误差绝对值的1/3。校准设备见表1。

2.3 校准环境条件

血液透析装置检测仪温度检测模块校准应在温度为15~35℃, 湿度小于80%的环境条件下进行。所有校准用标准器及其他设备工作的环境条件应符合相应规定。

2.4 校准方法

2.4.1 外观检查

检查血液透析装置检测仪外观, 应符合以下要求:铭牌标志清晰, 产品名称、规格型号、生产厂家、出厂编号等标志信息完整;检测仪表面洁净, 外壳无影响其正常工作或电气安全的机械损伤;面板文字和标志清晰可见, 控制和调节机构灵活可靠, 各种按键或调节旋钮完好;传感器封装良好, 无开裂、变形等现象。

2.4.2 检测仪温度示值误差校准

校准点应均匀分布在整个测量范围的整十点上, 但是根据血液透析治疗中透析液温度要求范围, 我们选取25.00、34.00、37.00、40.00、60.00、80.00℃共6个测量点进行校准, 覆盖整个血液透析机温度设定范围。

血液透析装置检测仪应连接温度测量模块, 开机后进入温度检测菜单, 在主菜单中点击“measure”进入测量菜单, 然后进入“temp.”测量界面, 预热15 min以上。对具有外部“调零”功能的检测仪, 可在预热后进行调整, 但在校准过程中不允许调整。

将血液透析装置检测仪温度检测传感器与水银温度计置于恒温槽内, 分别读取被校准数字温度计正、反行程的示值和标准温度计的数值, 并做好记录, 读数过程中要求槽温恒定或缓慢、均匀地变化, 读数时应迅速, 时间间隔要均匀。用标准水银温度计作标准器时, 应按规定的浸没方式垂直插入恒温槽中, 读数应采用读数装置, 并估读到最小分度值的1/10。读数从标准开始, 读至被校, 然后再从被校读至标准。

2.4.3 示值误差的计算

采用标准水银温度计作标准器时, 实际温度和示值误差应按公式 (1) 和 (2) 计算[5]:

式中, T为恒温槽实际温度, ℃;A为标准温度计示值, ℃;X为标准温度计在该检定点证书范围上的修正值, ℃。

式中, y为校准点的示值误差, ℃;t为被校准检测仪显示的温度示值, ℃。

2.4.4 校准周期

血液透析装置检测仪温度检测模块的校准周期, 应根据具体使用条件和时间来决定, 一般不超过1 a。如果使用过程中出现问题, 维修后应经过校准后方可投入临床质量控制检测。

2.5 校准实验结果及说明

本次实验在本所实验室现场进行, 所使用的主要计量标准器具为一等的标准水银温度计, 为了提高准确度、减小误差, 我们选择4支经过计量的标准水银温度计, 测量范围分别为0~25、25~50、50~75、75~100℃。标准器具见表2。

实验室环境条件应符合本校准方法要求。记录测量数据, 经过计算得出实验结果, 见表3。

℃

所校项目符合本方法所列的相应技术要求, 对80.00℃点测量结果的扩展不确定度:U=0.02℃ (k=2) 。

3 讨论

血液净化装置透析液温度要求在37~40℃为宜, 利用血液透析装置检测仪对血透机温度参数进行质量控制检测, 可有效保证血液净化治疗效果, 避免了寒战、血管收缩、血压升高、血流量减少等导致患者发生危险。实验表明, 依据本方法对血液透析装置检测仪温度检测系统进行校准, 可有效保证检测仪温度检测系统的准确性, 进一步提高血液透析质量控制效果。

参考文献

[1]王子洪, 唐伟, 杨常清.血液透析机计量校准检测技术研究与进展分析[J].医疗卫生装备, 2012, 33 (9) :81-83.

[2]帅万钧, 杨冬.血液净化设备质量控制检测技术[M].北京:中国质检出版社, 2011.

[3]胡良勇.血液净化装置主要计量参数对临床影响的探讨[J].中国测试, 2010, 36 (4) :41-43.

[4]何树成.血液透析机质量控制数据分析[J].医疗卫生装备, 2011, 32 (10) :119-120.

温度检测与控制设计 篇8

本设计下位机采用16F877A单片机, 该单片机内置USRT串口通信模块, 利用该模块可以更方便地跟PC机进行通信, 简化了C程序代码设计。利用DS18B20将温度转变为电信号, 然后发给单片机, 单片机对数据进行分析和计算等处理, 通过串口将数据传输给PC机, 在PC机与单片机之间要用电平转换芯片MAX232进行电平转换。在PC机上采用VB进行编程, 在VB窗体上显示温度值并通过动态曲线实时显示温度的变化趋势。图1为该系统的数据流程图。

2 各元件简介

2.1 PIC16F877A单片机

PIC16F877A单片机是美国Microchip公司生产的8位单片机, 具有独特的RISC结构, 即数据总线和指令总线分离的哈佛结构, 该结构具有执行效率高和速度快等优点[1]。另外, 片内带有EEPROM、A/D转换器、USART通信模块、MSSP通信模块等, 功能强大, 可以简化外围硬件电路设计和程序设计。本次电路设计应用了其内部的USRT串口通信功能模块, 将温度信号经过MAX232电平转换后上传给PC机。

2.2 温度传感器DS18B20

DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器, 它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点, 特别适用于构成多点温度测控系统, 可直接温度信号转化成串行数字信号给单片机处理[2]。如图3所示, 它具有3个引脚, 温度测量范围为-55~+125℃, 测温精度可达0.0625℃。单片机还可以用一根端口线与多个DS18B20通信, 占用端口少, 可节省大量的引线和逻辑电路。

2.3 电平转换芯片MAX232

MAX232是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片, 使用+5v单电源供电。PC机是用正负电压来表示逻辑状态, 与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此, 为了实现计算机与TTL器件连接, 必须在RS-232电路与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。目前广泛使用集成电路转换器件, MAX232芯片就是其中一种, 可完成TTL与RS-232电路之间的双向电平转换。

3 系统电路设计与仿真

3.1 硬件电路设计

应用电路仿真软件proteus对硬件电路进行了设计与仿真, 图5所示, 其中DS18B20的数据线与单片机RB6端口连接, R1为该单总线的上拉电阻。COMPIM可以使proteus在仿真环境下的系统与实际物理环境直接交互, 这种模型称为物理接口模型 (PIM) , 即Proteus中的电路通过COMPIM组件与PC机进行数据交换, 但还需要安装虚拟串口驱动软件Virtual Serial Port Driver, 简称VSPD, 这个驱动软件可以模拟出两个虚拟串口, 并将这个两个串口连接。在仿真环境下, COMPIM组件与单片机之间不接MAX232, 但在实际电路设计中要串接接MAX232。

3.2 系统软件设计

该系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。

下位机采用C语言编程, 通过mplab软件和picc编译器生成可执行文件, 然后下载到单片机中。该程序实现了单片机与DS18B20进行通信, 包括启动DS18B20进行温度转换和读取温度值, 并且把温度值通过COMPIM组件发给上位机。编程中采用PIC单片机内置的USRT串口通信模块, 设置串口通信的波特率为9600, 无奇偶校验位和一个停止位[3]。

上位机采用VB语言编程, 利用VB中提供的MSComm控件实现与Proteus进行数据交换。程序代码如下:

通过以上程序接收从单片机发过来的数据, 再通过一个文本框将温度值显示在窗体上, 并借助坐标系, 将温度变化曲线显示出来, 该曲线可以直观地展示温度的变化趋势。如图6所示:

4 结论

该系统实现了单片机与PC机之间通过串口进行数据交换, 在PC机上直观地显示出温度的实时变化曲线。通过对系统进行仿真与调试, 证明该系统设计是正确的, 具有较强的实用性, 并且电路硬件接线简单, 测量精度高, 温度测量范围广泛, 误差较小, 可广泛应用于对温度的检测和控制等领域。

参考文献

[1]徐玮, 沈建良, 庄建清.PIC单片机快速入门[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

[2]彭伟.单片机C语言程序设计实训[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

温度检测与控制设计 篇9

隧道窑温度检测在砖瓦的生产过程中非常重要, 它不仅关系到产品的质量, 而且对于产品的产量也有直接的影响。由湖北理工学院承接的湖北省青年教师下企业项目“移动式隧道窑远程温度检测系统”主要进行窑内各特定点的温度检测、显示与报警, 同时将现场数据通过无线方式实时传递到远程办公室的计算机上, 实现现场和远程的同时检测。其主体是湖北大冶某烧结砖制品厂的移动式隧道窑。这里主要介绍温度检测系统的设计过程。

2 系统要求

移动式隧道窑特点是砖坯不动窑移动, 窑体沿直径60 m~80 m的环形轨道运行。窑体从前到后分为高、低温干燥段、预热段、焙烧段、保温段、冷却段, 总长约100 m~120 m。在未被窑体占用的环形轨道上, 移动台车承载的制坯机与窑体同向运转, 边制坯边码坯。前端“纳入”砖坯, 后端“吐出”成品砖, 依次完成码坯→干燥→预热→焙烧→保温→冷却→出砖的全过程。与传统的普通隧道窑相比, 砖坯一次码在环形窑底上, 由窑体移动来完成制砖工艺所需要的相对移动, 故不需要窑车及其配套设施了。

本系统要求对隧道窑上分布的20个温度检测点的温度进行采集, 移动式隧道窑温度检测点的分布如图1所示, 窑顶的控制室能对各检测点温度进行检测、显示、报错及查询。其实时检测界面显示20个检测点的温度数值和温度分布柱状图, 可实现历史数据报表和历史曲线的查询、显示, 要求数据保存时间至少半年。另外, 现场要求安装有无线Wi Fi模块, 能将实时采集到的温度数据传到远端的办公室, 办公室通过对现场的实时运行温度及历史数据进行调阅和打印, 实现远程的诊断功能。

3 系统硬件组成

根据以上系统要求, 本系统采用智能测量模块作为温度采集设备, 结合工业级的触摸屏构成交互界面, 同时在现场控制室和远端办公室之间都配有无线Wi Fi模块实现温度的远程检测。系统的结构如图2所示。温度智能测量模块选择研华公司的ADAM4118热电偶采集模块和ADAM4015热电阻采集模块, 它们都具有RS-485的通讯接口, 并且能实现Modbus RTU的通讯协议。触摸屏选择的是昆仑通态公司TPC1062KX型10寸触摸屏, 通过组态能实现与温度测量模块之间的Modbus RTU通讯。无线Wi Fi通讯模块选取的是有人科技公司的USR-Wi Fi-600系列的Wi Fi-串口服务器模块, 它能够将RS-232/485串口转换成TCP/IP网络接口, 实现RS-232/485串口与Wi Fi的数据双向透明传输。

3.1 温度传感器及智能测量模块的选择

按照陶瓷和砖瓦烧结理论应在石英晶体转化及体积膨胀率变化较大的敏感温度部位设置测温点如:110℃~120℃、200℃~220℃、460℃~480℃、550℃~580℃、850℃~870℃、1 000℃~1 050℃等α、β、γ石英转化区间设置测定点, 一般采用分段的方法设置测温点, 将整个烧结过程分成低温干燥、中高温干燥、预热、焙烧、保温、冷却六个阶段 (如图1所示) 。在工业应用中, 对于500℃以下的中、低温度, 一般使用热电阻作为测温元件较为适宜;而对于500℃~2 000℃之间, 热电偶具有测量精度高、在小范围内线性度与稳定好、响应时间快等优点, 因此, 本系统在低温干燥段以及中高温干燥段中, 采用铂电阻Pt100作为温度传感器, 其温度测量范围在-200℃~500℃之间, 测量精度高。同时使用研华的ADAM4015热电阻采集模块作为Pt100的采集、变送单元, 它能同时采集6路热电阻信号。在其余四个温度段中, 采用K分度 (镍铬-镍硅) 的热电偶作为温度传感器, 其温度测量范围在-50℃~1 000℃之间, 具有线性度好、热电动势较大、价格便宜等优点。同时使用研华的ADAM4118热电偶采集模块作为K分度热电偶的采集、变送以及冷端补偿单元, 它能同时采集8路热电偶信号。对于ADAM4015、ADAM4118智能采集模块所有通道都提供了可编程的温度采集范围, 既支持Advantech的ASCII协议, 也支持Modbus协议, 因此, 在使用之前需要通过配置软件配置相应的通道参数和通讯参数。

3.2 无线Wi Fi模块的配置

移动式隧道窑现场控制室就在隧道窑顶部, 它跟随整个窑体一起在环形的轨道上移动。如果在现场控制室和远程办公室之间采取有线通讯的方式, 通讯电缆也必须跟着一起移动,

这样给现场布线造成困难, 同时通信可靠性也大大降低。因此, 本系统选择无线通信的方式来实现温度的远程检测。这里选取有人科技公司的USR-Wi Fi-600系列的Wi Fi-串口服务器模块, 它能够将RS-232/485串口转换成TCP/IP网络接口, 实现RS-232/485串口与WIFI的数据双向透明传输。使用时需要先按照有人科技提供的使用手册进行配置, 该模块可以配置成两种工作模式, 即AP模式 (Access Point) 和STA模式 (Station) 。AP模式允许其他无线设备接入, 提供数据访问。STA模式类似于无线终端, STA本身并不接受无线的接入, 它可以连接到AP。在本系统中远程办公室一侧采用USR-Wi Fi232-602模块, 并将其配置成AP模式, 而在现场控制室一侧采用USR-Wi Fi485-610模块模块, 并将其配置成STA模式。

4 监控软件设计

本系统现场控制室选择了昆仑通态的触摸屏作为人机界面, 提供操作者以监视隧道窑各温度检测点的温度变化情况, 并允许操作人员根据温度变化做出决策和调整。

利用昆仑通态公司提供的MCGS7.6嵌入版组态软件作为开发工具, 根据系统的要求添加设备驱动、建立变量, 设计监视画面、定义数据库等, 整个开发过程非常简单且软件可靠得到极大提高。同时系统的扩展性强, 如当需要增加温度检测点时, 只需要在设备库里添加相应智能模块的驱动程序就能很快地实现系统的扩展, 大大缩短软件开发周期, 提高软件质量。图3为移动式隧道窑焙烧、干燥温度实时曲线图。

5 结束语

生产管理信息化是当今工业自动化控制领域的大趋势, 要实现这些功能, 必须借助于现场智能设备、现场网络及开放的工业数据库。隧道窑温度检测点比较分散, 现场条件恶劣,

本文设计的远程温度检测系统, 利用Modbus现场总线实现现场的触摸屏与智能测量模块互联。同时, 在现场控制室和远程办公室之间, 采用了无线Wi Fi通信方式来获取现场的温度数据, 使生产、管理合二为一, 有效地提高了资源利用率。

摘要：以实际项目为背景, 根据移动式隧道窑生产过程的要求, 设计出一套远程温度检测系统。该系统利用Modbus通讯协议, 使现场的触摸屏与智能测量模块互联;同时, 在现场控制室和远程办公室之间, 采用了无线Wi Fi通信方式来获取现场的温度数据, 整个生产和管理实现了一体化, 有效地提高了自动化水平。

关键词：隧道窑,温度检测,Modbus,Wi Fi

参考文献

[1]刘雪良, 薛枫.隧道窑焙烧过程温度监测方案设计[J].砖瓦, 2002 (3) .

[2]柏飞, 梁嘉琪.移动式隧道窑生产工艺的实践与探讨[J].砖瓦世界, 2007 (1) .

[3]ADAM4000系列数据采集模块用户手册[M], 台湾研华公司, 2013.

温度检测与控制设计 篇10

关键词：尾气排放检测系统；ASM；机动车

中图分类号： O19 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-156-2

0 引言

在经济发展的过程中，我国汽车的保有量也在不断增加，汽车的尾气含有大量的污染物，会造成大气污染。为了对汽车的尾气排放情况进行有效的检测，必须对传统的机动车尾气检测方法进行改进，这就需要使用到机动车ASM尾气排放检测系统。

1 机动车ASM尾气排放检测系统的硬件设计

机动车ASM尾气排放检测系统立足于国际标准，由控制底盘测功机对道路行驶的阻力进行模拟，从而对汽车尾气的排放浓度进行检测，属于动尾气态检测系统。该系统的硬件主要包括举升控制单元、涡流机加载控制单元、传感器信号处理单元、转速计、司机助、风机、废气分析仪、底盘测功机、工控机等，具体结构如图1。

1.1 底盘测功机的结构和功能

对被测车辆的加载需要应用到底盘测功机，底盘测功机能够对道路行驶的阻力进行模拟是机动车ASM尾气排放检测系统的关键组成部分。底盘测功机包括反拖电机、滚筒装置、举升装置、涡流机、应变片式拉压力传感器、转速传感器等部分。其中反拖电机的作用是对测功机的加载响应和计算功率进行测试，滚筒装置的作用是对实际路面进行模拟，举升装置的作用是通过下降和上升来检测车辆，涡流机的作用是对被测车辆进行加载，拉压力传感器的作用是对涡流机的加载阻力距进行测试，速度传感器的作用是对汽车轮边转速进行测试。

1.2 传感器信号采集与处理单元

对汽车进行稳态工况法测试时必须对涡流机的加长扭矩值和汽车的轮边速度等数据进行收集，由于底盘测功机上的拉压力传感器和速度传感器的信号无法被工控机直接识别，这就需要对其进行处理。处理该信号的单元是传感器信号采集与处理单元。

该单元主要是由光电编码器作为速度传感器，使用DAM-3070D模块作为速度信号处理模块，中间还要设置一个485转232通讯模块，这是由于计算机识别的通讯方式是232通讯，而3070D模块只能输出485通讯。使用电阻应变式传感器作为抗拉力传感器，并在中间放置电压放大模块，该模块会使电压信号放大，然后将其输入数模转换模块，将其转化为数字量输入计算机，由计算机对拉压力传感器电压值的变化量进行读取。

1.3 举升控制单元

矩阵控制单元的作用主要是是工控机对气囊举升的控制目的得以实现。工作机会产生数字信号，数字信号则对I/O电路板进行控制，产生电压值的变化量，对继电器闭合进行控制，从而对电磁阀的开闭进行控制。

1.4 司机助的设计

司机助主要是对引车员的操作进行提示，使用可移动式支架结构作为司机助，使用方钢焊接制作司机助的底座，底座下的4个滚轮带有自锁功能，有利于移动和固定，然后再使用螺柱将底座和立柱连接到一起，使用螺栓将立柱和屏幕固定架连接到一起。司机助具有良好的刚度，自重较轻。

1.5 涡流机加载控制单元

涡流机的作用主要是加载道路行驶阻力，这就需要涡流机加载控制单元对其进行控制。在本系统中主要运用工控机控制I/O板卡来产生控制信号，并由信号处理芯片和控制晶体管来对信号进行转换，通过励磁电压来控制电涡流机。该控制单元能够对励磁电压的加载强度进行实时观察，从而对加载的稳定程度进行判断。

1.6 反拖电机控制单元

该单元的作用在于对底盘测功机的测试精度进行判断，主要是通过反拖电机对滚筒进行带动，通过滚筒转动来对底盘测功机的加载响应时间、日常寄生功率进行测试。

2 ASM尾气排放检测系统的软件设计

ASM尾气排放检测系统的软件采用了模块化的设计思路，包括以下几个独立模块：底盘测功机校准模块、废气分析仪校准模块、系统参数设置模块、传感器标定模块、检测设备选择模块、工况法检测模块、车辆检测模块、车辆登录模块的各模块相互联系。

2.1 车辆信息登录模块

立足于稳态工况法汽车尾气检测流程，汽车信息登录模块主要是对被测试汽车的基本信息进行录入，主要包括其车辆的号码和类型、发动机的排量、供油方式、额定转速和额定功率等，并在数据库中写入这些信息。该模块会产生与每辆车对应的检测流水号，以便对该车辆的检测信息和登录信息进行查询。

2.2 车辆检测模块

该模块能够为操作人员的操作提供便利，以车辆的检测状态和基本信息为依据，对需要检测的车辆进行快速检索，检索条件主要有车辆的号码、检测状态、是否有牵引辅助、驱动方式等。

2.3 工况法检测模块

作为ASM尾气排放检测系统的核心，工况法检测模块主要有两种测试工况：ASM2540、ASM5025。工况法检测模块能够对汽车尾气排放是否超标进行实时检测，并显示检测的剩余时间，同时有利于引车员控制被测汽车的速度。测试界面中应该包括当前的检测进程、检测流程、当前的测试值、尾气排放含量的限值以及速度曲线限值和汽车速度曲线等。

2.4 检测设备选择模块

该系统中的各硬件设备都要和工控机保持通讯联系，而工控机与各硬件设备都具有不同的通信协议，这就需要使用到检测设备选择模块，将具有开放性的软件检测系统构建出来，使软件具有更强的适应能力。

2.5 传感器标定模块

传感器标定模块的作用是保障ASM汽车尾气检测系统的检测精度，该模块可以分为抗拉力传感器标定模块和速度传感器标定模块两个部分。在标定架上通过加载砝码，也就是实际加载值，然后将拉压力传感器的测试值读取出来，通过计算确定比例系数来对拉压力传感器进行标定。速度传感器的标定则是由转速计测试滚筒的实际转速除以速度传感器测得的转速。

2.6 系统参数设置模块

该系统中的反拖电机控制模块、转速计、废气分析仪、速度模块都需要和工控机进行通讯，而且每个设备的串口各不相同，为了对各硬件连接的串口号进行定义，就需要使用到系统参数设置模块。该模块的主要作用是对参数设置中的串口号进行修改，使工控机和各硬件设备能够顺利地连接。

2.7 废气分析仪校准模块

废气分析仪校准的作用是保障该系统的测试精度，该模块要使用到低量程标准气瓶，对当前的体积分数进行测试，通过对比标准值体积分数和实际测量的体积分数来算出误差，并对不符合测试精度的情况进行重新标定。

3 机动车ASM尾气排放检测系统的控制方法

机动车ASM尾气排放检测系统有两个循环工况：ASM2540和ASM5025，共有3个测试阶段：车辆加速阶段、车辆稳定阶段和车辆测试阶段。汽车尾气检测系统难以建立精确的数学模型，具有一定的时间滞后性和非线性，为了使系统的控制精度能够得到优化，本文使用的控制方法是模糊PID复合控制算法。模糊PID复合控制算法将模糊控制和PID结合起来，能够有效的对系统的控制精度进行改善。PID控制的优点在于算法简单、鲁棒性强，而且具有较高的可靠性。但是普通的PID控制不能对非线性系统进行很好的控制，这就需要对其进行改进。模糊控制立足于模糊推理理论能够对复杂模型进行控制，其优点在于具有良好的适应性和鲁棒性，而且操作比较便利，无需建立精确的数学模型。将二者结合起来，可以使用模糊控制算法来实时整定PID 控制参数，输入变量为误差变化率和误差，输出变量为PID的控制精度。

4 结语

孵化机温度模糊控制器设计与仿真 篇11

家禽种蛋孵化机(简称孵化机)是根据家禽孵化的生物学原理用于孵化出雏的人工控制生态环境的仿生设备。随着孵化器容量的增加及对胚胎发育生理的不断研究,对孵化控制器控制精度的要求越来越高。生产实践研究表明温度不当会导致胚胎发育增快或迟缓、气室大、胚胎死亡率增加、初生雏鸡质量下降等结果[1]。因此,温度控制是孵化过程中急需解决的关键技术之一。模糊控制利用模糊集合理论把人的控制策略转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法,模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行控制。采用传统控制理论设计一个控制系统需要知道被控对象的精确数学模型,然而,在许多情况下被控对象的精确数学模型很难甚至根本建立不了,采用模糊控制可以解决这类难题。自从20世纪60年代模糊数学建立以来,模糊控制技术已经应用到生产、管理、家电、军事等领域。孵化机中的温度系统是一种非线性的、滞后的、时变系统,很难建立精确的数学模型[2],因此对本孵化机温度控制系统采用模糊控制是非常适合的。该文将主要介绍孵化机中温度模糊控制器设计并通过Matlab进行仿真,仿真表明模糊控制器超调量较小,调节时间大约为20秒,系统稳定。1温度模糊控制器设计1.1温度模糊控制系统的结构模糊逻辑控制系统的结构与普通控制系统结构类似,只是控制器不一样,模糊逻辑控制系统的基本结构如图1所示。系统输入值为给定值与输出值之间的差值,然后模糊控制器对被控对象进行控制。模糊控制器主要完成三个功能:①模糊化:把系统的偏差从精确量转化为模糊量;②推理决策:根据推理规则对模糊量进行模糊推理;③精确化:把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量。图1模糊逻辑控制系统基本结构3156第10卷第13期(2014年5月)Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑:梁书温度模糊控制系统的控制目标是温度,对给定值温度与从被控制对象获得的反馈温度值进行比较得到偏差,然后把偏差输入给模糊控制器由控制器决定如何进一步控制被控制对象的温度。在环境温度为24℃-25℃的前提下立体孵化箱的孵化温度范围应该在36.5℃-40℃,其中最适宜的孵化温度是37.8℃。本系统的设计目标是把温度控制为37.8℃,误差范围为[-1℃,+1℃]。控制器输入量有两个,分别是温度偏差te和温度偏差变化tc。温度偏差te表示孵化箱内的温度与设定温度之间的差,温度偏差变化tc表示温度变高或变低的速率。1.2模糊控制器设计模糊控制器设计的主要内容包括对控制器的输入和输出进行模糊化、模糊规则建立、模糊逻辑推理和精确化。模糊控制系统的输入是精确量。采用模糊控制时就需要把它们转换成模糊集合中的隶属函数的值。在模糊控制算法中,温度偏差的实际变化范围称为输入变量的基本论域,本系统中温度偏差的基本论域为[-1℃,+1℃],把基本论域进行量化得到对应的模糊集论域,通常表示为[-n,-n+l,…,O,…,n-1,n]。n值过大会使控制规则变得复杂,太小又会使模糊处理结果粗糙而影响控制精度。根据孵化机实际控制情况,选择温度模糊集的论域n为4,即[-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4]共9个等级。要实现模糊化处理还必须把模糊集论域的元素和模糊语言值对应起来。根据模糊集论域的划分原则,输入语言变量值分别为:NL(负大),NM(负中),NS(负小),ZE(0),PS(正小),PM(正中),PL(正大)共7个档次。输出控制量tu用于控制加热,其基本论域为[0,1,2,3,4],对应的模糊论域为[0,1,2,3,4],分别表示加热电阻丝的5种工作状态:ZE(不加热),PS(较小加热),PM(中等加热),PL(较大加热),PF(完全加热)。考虑到孵化箱内温度的分布特点温度偏差的隶属函数采用三角形函数的形式[2]。温度偏差变化与温度偏差的模糊集论域、语言值集合与隶属函数一样。输入和输出量的隶属函数如图2所示。控制器采用三角形的隶属函数,即能保证精度又可减少模糊化时的计算工作量,且系统实现时程序较简单。(a)温度偏差te与温度偏差变化tc的隶属函数(b)输出量tu的隶属函数图2控制器的隶属函数控制规则是模糊控制器的核心[3]。模糊控制规则建立可以通过有经验的操作者或专家的控制知识和经验制定,通常写成控制规则表。控制规则的实质是通过语言条件语句来模拟人类的控制行为。确定模糊控制规则的原则是使系统输出响应的动态以及静态特性达到最佳。当误差大或较大时,选择控制量以尽快消除误差为主;而当误差较小时,选择控制量要注意防止超调,以系统的稳定性为主。总结行业经验可以得到孵化箱温湿度的模糊控制规则,如表1所示。控制器根据控制规则进行推理,推理结果是一个模糊集合。但在控制中必须要有精确的值才能对被控对象进行驱动。精确化就是把模糊结果转换成精确值,转换方法有最大隶属度函数法、重心法、加权平均法等。2温度模糊控制器仿真及分析2.1 Matlab模糊控制器工作过程Matlab中的模糊工具箱(Fuzzy Toolbox)为仿真模糊控制系统提供了很大的方便。Matlab软件提供了一个模糊推理系统编辑器。模糊推理系统编辑器用于设计和显示模糊推理系统的一些基本信息,如推理系统的名称、输入、输出变量的个数与名称,模糊推理系统的类型、精确化等。其中模糊推理系统可以采用Mandani或Sugeuo两种类型,精确化方法支持最大隶属度法、重心法、加3157Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第10卷第13期(2014年5月)计算机工程应用技术本栏目责任编辑:梁书权平均等。模糊工具箱提供的模糊控制器工作过程如图3所示。控制过程从左下角的输入开始,由于输入值是精确值,需要转换成对应的隶属函数值,然后作为每条规则的判断条件,如图中步骤1所示;当得到所有规则的推理结果后执行步骤4所示的聚合功能,到此完成整个推理过程;最后进行步骤5表示的精确化操作得到本次输入经过模糊推理得到的精确数值。图3模糊控制器工作过程2.2温度模糊控制器规则仿真模糊规则浏览器用于显示各条模糊控制规则对应的输入量和输出量的隶属度函数。通过指定输入量,可以直接的显示所采用的控制规则,以及通过模糊推理得到相应输出量的全过程,以便对模糊规则进行修改和优化。通过规则浏览器查看本系统控制器结果如图4所示。从规则浏览器的结果数值可以观察到当温度误差-0.147,温度变化为-3.45时,控制量为3.26。这说明当温度误差小,温度快速下降时,系统会加快加热电阻丝输出。图4模糊规则浏览器结果通过推理规则的三维视图能够看到更多规则信息,如图5所示。从图中可以看到当偏差te为PS、PM、PL,偏差变化tc为PM、PL表1控制量tu的模糊控制规则表3158第10卷第13期(2014年5月)Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑:梁书时,图形左下方控制量tu值为0,说明当系统超调严重时系统将使加热输出0,这时系统需要配合其它降温措施重新使温度达到要求。图5模糊规则三维视图2.3温度模糊控制系统仿真尽管孵化机精确的数学模型很难建立,为了仿真需要可以建立一个比较粗略的模型[4]用于辅助模糊控制器设计,温度模糊控制系统仿真图如图6所示,图中模拟控制器模块实现了以上介绍的控制器功能。仿真结果如图7所示。从图中可以看到,系统加热时最高温度上冲到38.5左右,20s后温度基本维持在37.5℃左右。这说明温度控制器响应超调小,调节时间小,能很进入稳定状态,且控制精确较高,运行稳定。由于采用的孵化机被控对象模型较粗略,虽然仿真效果理想,但还需要在实际环境中进行调试改进。图6温度模糊控制系统仿真图图7模糊温度控制曲线3结论通过对温度控制器规则和孵化机温度控制系统的仿真,说明模糊温度控制器可以较好地对温度进行控制,温度控制器超调小,响应快,精确度较高,运行较稳定。系统仿真为后续的实现提供了技术保证,并为其它孵化机系统设计者提供应用参考。3159计算机工程应用技术本栏目责任编辑:梁书