1、系统结构与工作原理 
系统整体结构如图1所示，主要包括MCU、RS232接口、USB接口、键盘和LCD显示等部分，其中MCU选用C8051F060单片机。 
利用Pt100温度计和调理电路将内实际温度转换为C8051F060能够处理的电压信号。C8051F060将采集的温度值和设定的温度进行比较与处理，控制功率驱动电路驱动执行器，增加或降低恒温槽内温度，使得恒温槽内温度恒定在设定值。RS232接口可实现温控系统与PC机通讯，实现PC机在线处理温度信息的功能；通过USB接口可将系统参数数据存储于U盘中，可大大提高数据存储容量和历史数据采集时间。 
1.1温度测量电路 
对于采用Pt100铂电阻进行温度测量的系统，导线自身电阻对测量精度具有较大的影响。采用四线制测量电路，导线虽有电阻但无电流，避免了导线自身电阻产生的误差，提高了测量精度。因此，该文选用四线制测量电路。 OP27(1)与OP27(2)组成一个恒流源，为Pt100提供1mA的恒定电流。随着恒温槽内温度的变化，Pt100的阻值相应改变。由于电流恒定，则Pt100的端电压间接反映了恒温槽内温度的变化。OP27(3)组成放大增益为10的差模放大电路，可将Pt100端电压调整为适合于C8051F060的ADC0检测信号。在实际应用中，图2中的电阻须选用千分之一的精密电阻，否则将出现恒流源电流失稳，影响系统温度测量的精度。 
1.2系统电源 
如要保证温度的测量精度，首先必须有一个可靠、稳定的系统电源。系统中所用的电源主要有+12V、-12V、+3.3V以及+5V。其中，+12V和-12V为温度测量电路提供电源，必须具有很小的纹波电压。+12V电源原理图如图3所示，-12V与+12V原理图类似。图3中，LM317为1.2V～37V范围的调压器，输入与输出电压差zui大40V，输出端接1mH的电感L，可减小LM317输出电压的纹波。 
1.3串口通讯与USB接口 
串口通讯选用Maxim公司的MAX3232，完成C8051F060与PC机的电平转换，通讯方式为方式1。选用符合USB1.1协议规范的USB总线芯片CH375作为C8051F060与U盘存储设备的接口，实现恒温槽温度实时数据存储。 
2温度控制算法 
温度控制系统是变参数、大惯性、大延时和随机干扰很强的动态系统。在实际应用中，恒温槽温度控制过程具有非线性、时变不确定性，难以建立的数学模型[6]。应用常规的PID控制不能达到理想的控制效果，存在超调量大、稳定周期长、控制参数难于整定等问题[7]，不利于实现高精度控制。基于上述情况，该文选用模糊控制与标准PID控制算法结合在一起的模糊PID复合控制算法，实现系统的温度高精度控制。从系统控制算法复杂性方面考虑，如用二维或三维模糊控制算法，则大大增加了系统控制的复杂性。通过实际多次测试表明，模糊控制采用一维控制，可*达到所需的控制精度、响应速度等，控制原理图如图4所示。其中，t为设定温度值，e为设定温度值与实测温度值y的偏差。 
当设定值与实测温度值e大于设定阈值时，采用PID控制；当设定值与实测温度值小于设定阈值时，采用模糊控制，模糊控制器的输入为温度偏差e，通过偏差e控制模糊控制器。模糊控制规则为如表1
3软件设计 
恒温槽温度控制系统软件采用C语言，主要包括主程序、中断程序、模糊控制程序以及PID控制程序等。主程序主要完成设定温度读取、判断温度偏差大小、模糊控制和PID控制算法选择、调用模糊控制或PID控制子程序等，主程序流程图如图5所示。其中，ε为系统稳定状态下的zui小温度误差；γ为判断采用模糊控制和增量式PID控制温度阈值,实际取值为5℃。  
4试验结果与分析 
本系统试验过程中，恒温槽介质为甲基硅油，温控范围为-30℃～150℃，测试点选用310K～380K，温度采集间隔为0.5s，采集时间为100s。部分测试结果如图6所示。 
经过大量温度控制效果测试，依据恒温槽温度波动度的定义[8]，计算出该恒温槽各点温度波动度均小于±7mK。 
5结论 
针对热物性测试所用恒温槽要求，设计了一种一维模糊控制与增量式PID混合温度控制策略，其主要利用实测温度与设定温度偏差的值判断采用模糊控制或增量式PID控制。该控制方法大大提高了恒温槽温度响应速度，减少了单片机实现算法的难度。以C8051F060单片机作为主控制器，设计了实际控制系统。测试结果表明，该文给出的控制方法是有效的，温度控制精度符合实际使用要求。 /ancimy-ParentList-951412/