1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,，主要包括MCU,、RS232接口、USB接口,、鍵盤和LCD顯示等部分,，其中MCU選用C8051F060單片機。 
利用Pt100溫度計和調(diào)理電路將恒溫槽內(nèi)實際溫度轉(zhuǎn)換為C8051F060能夠處理的電壓信號,。C8051F060將采集的溫度值和設(shè)定的溫度進行比較與處理,，控制功率驅(qū)動電路驅(qū)動執(zhí)行器，增加或降低恒溫槽內(nèi)溫度,，使得恒溫槽內(nèi)溫度恒定在設(shè)定值。RS232接口可實現(xiàn)溫控系統(tǒng)與PC機通訊,，實現(xiàn)PC機在線處理溫度信息的功能,；通過USB接口可將系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)存儲于U盤中，可大大提高數(shù)據(jù)存儲容量和歷史數(shù)據(jù)采集時間,。 
1.1溫度測量電路 
對于采用Pt100鉑電阻進行溫度測量的系統(tǒng),，導線自身電阻對測量精度具有較大的影響。采用四線制測量電路,，導線雖有電阻但無電流,，避免了導線自身電阻產(chǎn)生的誤差，提高了測量精度,。因此,，該文選用四線制測量電路。 OP27(1)與OP27(2)組成一個恒流源,，為Pt100提供1mA的恒定電流,。隨著恒溫槽內(nèi)溫度的變化，Pt100的阻值相應(yīng)改變。由于電流恒定,，則Pt100的端電壓間接反映了恒溫槽內(nèi)溫度的變化,。OP27(3)組成放大增益為10的差模放大電路，可將Pt100端電壓調(diào)整為適合于C8051F060的ADC0檢測信號,。在實際應(yīng)用中,，圖2中的電阻須選用千分之一的精密電阻，否則將出現(xiàn)恒流源電流失穩(wěn),，影響系統(tǒng)溫度測量的精度,。 
1.2系統(tǒng)電源 
如要保證溫度的測量精度，首先必須有一個可靠,、穩(wěn)定的系統(tǒng)電源,。系統(tǒng)中所用的電源主要有+12V、-12V,、+3.3V以及+5V,。其中，+12V和-12V為溫度測量電路提供電源,，必須具有很小的紋波電壓,。+12V電源原理圖如圖3所示，-12V與+12V原理圖類似,。圖3中,，LM317為1.2V～37V范圍的調(diào)壓器，輸入與輸出電壓差zui大40V,，輸出端接1mH的電感L,，可減小LM317輸出電壓的紋波。 
1.3串口通訊與USB接口 
串口通訊選用Maxim公司的MAX3232,，完成C8051F060與PC機的電平轉(zhuǎn)換,，通訊方式為方式1。選用符合USB1.1協(xié)議規(guī)范的USB總線芯片CH375作為C8051F060與U盤存儲設(shè)備的接口,，實現(xiàn)恒溫槽溫度實時數(shù)據(jù)存儲,。 
2溫度控制算法 
溫度控制系統(tǒng)是變參數(shù)、大慣性,、大延時和隨機干擾很強的動態(tài)系統(tǒng),。在實際應(yīng)用中，恒溫槽溫度控制過程具有非線性,、時變不確定性,，難以建立的數(shù)學模型[6]。應(yīng)用常規(guī)的PID控制不能達到理想的控制效果,，存在超調(diào)量大,、穩(wěn)定周期長,、控制參數(shù)難于整定等問題[7]，不利于實現(xiàn)高精度控制,?；谏鲜銮闆r，該文選用模糊控制與標準PID控制算法結(jié)合在一起的模糊PID復合控制算法,，實現(xiàn)系統(tǒng)的溫度高精度控制,。從系統(tǒng)控制算法復雜性方面考慮，如用二維或三維模糊控制算法,，則大大增加了系統(tǒng)控制的復雜性,。通過實際多次測試表明，模糊控制采用一維控制,，可*達到所需的控制精度,、響應(yīng)速度等，控制原理圖如圖4所示,。其中,，t為設(shè)定溫度值，e為設(shè)定溫度值與實測溫度值y的偏差,。 
當設(shè)定值與實測溫度值e大于設(shè)定閾值時,，采用PID控制；當設(shè)定值與實測溫度值小于設(shè)定閾值時,，采用模糊控制,，模糊控制器的輸入為溫度偏差e，通過偏差e控制模糊控制器,。模糊控制規(guī)則為如表1
3軟件設(shè)計 
恒溫槽溫度控制系統(tǒng)軟件采用C語言,，主要包括主程序、中斷程序,、模糊控制程序以及PID控制程序等,。主程序主要完成設(shè)定溫度讀取、判斷溫度偏差大小,、模糊控制和PID控制算法選擇、調(diào)用模糊控制或PID控制子程序等,，主程序流程圖如圖5所示,。其中，ε為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下的zui小溫度誤差,；γ為判斷采用模糊控制和增量式PID控制溫度閾值,實際取值為5℃,。  
4試驗結(jié)果與分析 
本系統(tǒng)試驗過程中，恒溫槽介質(zhì)為甲基硅油,，溫控范圍為-30℃～150℃,，測試點選用310K～380K,，溫度采集間隔為0.5s，采集時間為100s,。部分測試結(jié)果如圖6所示,。 
經(jīng)過大量溫度控制效果測試，依據(jù)恒溫槽溫度波動度的定義[8],，計算出該恒溫槽各點溫度波動度均小于±7mK,。 
5結(jié)論 
針對熱物性測試所用恒溫槽要求，設(shè)計了一種一維模糊控制與增量式PID混合溫度控制策略,，其主要利用實測溫度與設(shè)定溫度偏差的值判斷采用模糊控制或增量式PID控制,。該控制方法大大提高了恒溫槽溫度響應(yīng)速度，減少了單片機實現(xiàn)算法的難度,。以C8051F060單片機作為主控制器,，設(shè)計了實際控制系統(tǒng)。測試結(jié)果表明,，該文給出的控制方法是有效的,，溫度控制精度符合實際使用要求。 http://www.biaozhuo17.com/ancimy-ParentList-951412/