一种应用于足浴器的温控器的研制
由于计算机无法像模拟控制那样连续输出控制量,进行连续控制。所以上式需进行离散化处理。离散化的思路为:以T作为采样周期,将连续时间t分为k个采样周期,即t=kT,将t代入式(1)可得到离散PID表达式
![g.JPG](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131127/193402_2_0.jpg)
采用增量式PID算法的优势在于可减少计算机的计算任务,并且增量式算法只取决于目前时刻,上一时刻,上上时刻的值,对起始参数不敏感。
3个系数的取值取决于实际经验,为达到较好的控制效果,因此在各温度区域由实验测取了最佳PID控制参数值。系统PID算法流程如图4所示。
由图4可知,若输出值为x,则2 s内的需加热时长为x×20 ms,不加热时长为(2 000-x·20)ms。本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/193402.htm
(5)PCB设计。本着强电和弱点,模拟信号与数字信号需要分开的原则。在PCB设计时采取以下措施:
1)由于采用开关电源供电,因此需注意将高频高压部分和低压直流部分隔离开。
2)系统对噪声较敏感,由于数字器件,尤其是MCU在开关动作时会引起电流变化,从而导致电压噪声,因此需在走线上用星型走线的拓扑结构,对敏感器件单独供电。
3)数字地需要进行大面积铺地处理,并且每个器件都要单独接一个0.01μF的高频退藕电容,在大规模数字器件上(例如MCU),需要外加一个47μF的电解电容抑制干扰。模拟部分和数字部分进行隔离,即在合适的地方与数字地单点连接。
3 试验结果
(1)设计要求。
1)从室温开始加热至40 ℃要求控制在30 min以内。
2)开始PID控制以后,水温的波动范围需要在目标温度±0.5℃以内。
(2)实验数据。
根据设计要求,目标温度定为47℃,从46.5℃开始根据PID算法控制,稳定后水温变化范围应在±0.5℃之内。
从室温下开始加热,水温上升平稳,每一分钟约上升0.7 ℃,如表1所示。
到达47℃后,水温被控制在46.5~47.5℃之间,如表2及图5所示。
4 结束语
此足浴器采用廉价的AT89C2051,并充分运用了其所有资源,两组IO引脚的其中11个引脚被用作LED数码管显示温度。剩下5个引脚分别作为继电器控制引脚、复位按键、DS18B20温度采集接口及两个温度调节按键。并用PID算法解决了热电阻过冲过冷的问题,减少了硬件需求,从而降低了成本。经实验证明,此控温系统运行稳定,且精度较高。
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