棚智能溫控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)
操作員首先將棚內(nèi)所需要的溫度條件進(jìn)行設(shè)定, C8051F120單片機(jī)獲取到該設(shè)定條件后, 將開(kāi)啟以DS18B20為溫度傳感器的溫度監(jiān)測(cè)電路, 實(shí)時(shí)接收監(jiān)測(cè)到的溫度信號(hào), 并將監(jiān)測(cè)信號(hào)作為輸入量, 調(diào)用PID算法根據(jù)輸入量與設(shè)定條件進(jìn)行計(jì)算控制量, 當(dāng)計(jì)算出控制量后, 單片機(jī)將根據(jù)控制量對(duì)調(diào)控單元進(jìn)行控制, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)溫設(shè)備的調(diào)節(jié), 達(dá)到對(duì)棚內(nèi)溫度自動(dòng)精確控制的效果。

大棚智能溫控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)大棚溫度控制的需求, 以及本文智能溫控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)的智能溫控系統(tǒng)主要由控制單元、溫度監(jiān)測(cè)單元、人機(jī)交互單元以及調(diào)節(jié)單元構(gòu)成。

液晶觸摸屏以及聲光報(bào)警、矩陣鍵盤(pán)構(gòu)成了人機(jī)交互單元, 操作員通過(guò)液晶觸摸屏可以將預(yù)定的溫度控制條件輸入進(jìn)單片機(jī), 同時(shí)操作員也可以通過(guò)液晶屏對(duì)溫度的調(diào)控結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控, 當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超過(guò)了預(yù)定的預(yù)警溫度時(shí), 單片機(jī)將啟動(dòng)聲光報(bào)警電路, 發(fā)出警報(bào)提示操作員, 另外當(dāng)液晶屏出現(xiàn)故障時(shí), 操作員還可以通過(guò)矩陣鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行操作。硬件電路中的溫度監(jiān)測(cè)單元主要由以DS18B20為中心的溫度監(jiān)控電路以及溫度信號(hào)整理電路組成, 溫度監(jiān)控電路用于采集棚內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度并轉(zhuǎn)換為電信號(hào), 信號(hào)整理電路用于對(duì)溫度轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行濾波以及放大, 然后送入單片機(jī)中進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。單片機(jī)獲取到溫度信號(hào)后, 將啟用PID算法, 對(duì)溫度偏差量進(jìn)行計(jì)算, 得出控制量, 進(jìn)而利用根據(jù)控制量輸出控制信號(hào)對(duì)晶閘管的開(kāi)度進(jìn)行控制, 從而使得流經(jīng)調(diào)溫設(shè)備的電流得到控制, 調(diào)溫設(shè)備根據(jù)電流量進(jìn)行溫度調(diào)控。

硬件電路中采用的是NEC科技的NL4823HC37-03型7寸液晶屏, 該液晶屏具有串口通信、可視角度寬等特點(diǎn)。溫度監(jiān)測(cè)電路中采用的是DS18B20作為溫度傳感器對(duì)棚內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè), 該傳感器具有體積小、靈敏度高等特點(diǎn), 能對(duì)微小的溫度變換進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)。控制單元主要以C8051F120單片機(jī)作為核心, 該單片機(jī)自帶串口 (UART) 以及AD功能方便和硬件電路中的液晶屏以及溫度監(jiān)測(cè)單元連接, 同時(shí)該單片機(jī)還具有計(jì)算速度快、計(jì)算精度高等特點(diǎn), 能夠使得溫控系統(tǒng)快速準(zhǔn)確的對(duì)棚內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控。在調(diào)節(jié)單元中, 采用了BTA100-800B型大功率雙向晶閘管作為調(diào)節(jié)器件, 通過(guò)單片機(jī)的控制信號(hào)對(duì)該晶閘管的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié), 從而有效控制流經(jīng)調(diào)溫設(shè)備的電流, 從而控制調(diào)溫設(shè)備對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

大棚智能溫控系統(tǒng)的控制策略設(shè)計(jì)
智能溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含了硬件初始化程序以及控制策略的設(shè)計(jì)等。其中控制策略的設(shè)計(jì)為軟件設(shè)計(jì)的核心。

當(dāng)前工業(yè)控制的控制策略多種多樣, 其中PID算法具有簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn), 為當(dāng)前用的較多的控制策略之一。本文采用PID算法作為控制策略, 以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度精確調(diào)控的同時(shí), 讓系統(tǒng)響應(yīng)更快, 以提高系統(tǒng)的靈敏度。

PID算法的本質(zhì)為一種線(xiàn)性的控制策略, 其本質(zhì)表述如下:

其中, u (t) 、a (t) 以及b (t) 分別表示t時(shí)刻的輸出量、輸入量以及設(shè)定量。

對(duì) (1) 式進(jìn)行積分、微分以及比例運(yùn)算后可得PID調(diào)節(jié)輸出如下:

其中, Kp、KI以及KD分別表示比例系數(shù)、積分系數(shù)以及微分系數(shù)。

通過(guò) (2) 式即可實(shí)現(xiàn)PID算法的調(diào)節(jié), 獲取控制量。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度進(jìn)行智能、高效、準(zhǔn)確的控制, 一種基于C8051F120單片機(jī)控制的大棚智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用靈敏度高的DS18B20作為溫度采集器對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè), 通過(guò)C8051F120作為控制器設(shè)計(jì)了硬件電路。采用簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的PID算法作為控制策略, 利用設(shè)定量以及輸入量作為依據(jù)計(jì)算出控制量, 用于對(duì)調(diào)溫設(shè)備的控制, 從而達(dá)到對(duì)大棚內(nèi)溫度的智能調(diào)節(jié)。智能溫控系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)溫度的準(zhǔn)確的調(diào)控。

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