室内温度自动控制系统的设计

（陕西国防工业职业技术学院,710302）

室内温度自动控制系统的设计

王飞腾

（陕西国防工业职业技术学院,710302）

随着社会的发展和科技的进步，计算机技术在室内温度自动控制系统中得到了广泛的应用，人们越来越多地采用计算机技术来实现室内温度的自动控制。计算机技术的不断进步与创新，为计算机控制系统带来了巨大的变革，室内温度自动控制系统的设计也达到了一定的水平高度。本文对计算机控制系统进行了阐述，并介绍了一种室内温度自动控制系统，还对其系统应用进行了说明。

室内温度；自动控制；软件设计

0 引言

温度是各类行业中控制生产的重要的参数指标。目前，人们研制出了各种类型的温度控制系统来实现对不同对象的温度控制。就当前的情况而言，软件控制算法的技术已经比较完善，而温度控制系统的硬件结构仍然存在一些问题。CPLD器件在室内温度控制系统中被广泛采用，它可以对控制系统的硬件结构进行简化。本文设计了一种以8051单片机为核心的温度控制系统，其控制部分使用的是CPLD器件。

1 计算机控制系统概述

近年来，计算机技术在室内温度自动控制系统中发挥着重要的作用，计算机控制系统得到了广泛的应用。就本质情况而言，计算机控制系统的工作原理主要包括三大部分，分别为：实时数据采集、实时控制决策和实时控制输出。

实时数据采集：对被测控量的瞬时数据进行输入和检测。

实时控制决策：对被测控量的测量结果进行分析，并依据相应的控制规律，决定控制行为。

实时控制输出：发出控制信号，按要求完成控制任务。

2 室内温度自动控制系统的硬件设计

室内温度控制系统的硬件结构主要包括两个部分，分别为：功率控制部分和温度测量部分。室内温度自动控制系统的系统结构总框图，如图1所示。

图1 室内温度自动控制系统的系统结构总框图

2.1 功率控制部分

一般的功率控制方法主要包括两种，分别为：调功和调相。

调功：对单位时间内功率器上的波头数进行控制，以达到控制系统功率的作用。

调相：对可控硅的导通角进行控制，以控制功率器在导通时的电压幅度，从而实现对功率器的精确控制。

其控制电路的框图，如图2所示。这一部分的硬件部分由CPLD器件实现。

图2 温度控制电路框图

本系统对电路结构进行了简化，对其硬件电路的描述，如下所示：

第一，对220V市电进行转换，使其变为5V的电压信号，这一过程需要通过变压器来完成。然后，将5V的电压信号转换为50Hz的方波信号，这一过程通过零比较器来完成。

第二，50Hz的方波信号转换为100Hz的窄脉冲信号。

第三，利用8位计数器对25kHz的信号进行计算。

第四，将计算得出的数值输入到数字比较器，进行比较分析。

2.2 温度测量部分

温度测量部分的电路主要包括三个方面，分别为：信号转换电路、信号处理电路和信号采集电路。

信号转换电路：为了方便8051单片机对数据进行处理，信号转换电路真多不同的被控对象，通过不过的温度传感器的作用，实现物理信号向电信号的转换。

信号处理电路：通过信号转换器转换而来的电信号，通常是小的电压信号。这种小的电压信号由于受到控制精度的限制，需要经过放大处理之后，才能送入A/D转换器。本文中所设计的室内温度自动控制系统安装了程控差分放大器，其信号处理的电路如图3所示。

图3 信号处理电路

信号采集电路：信号采集电路由12位的A/D转换器构成。室内温度自动控制系统的控制精度主要是由A/D转换器的字长决定的，它与字长成正比关系，字长越大，控制精度也就越高。12位的A/D转换器的转换精度较高。可以达到±0.012%。本系统中，我们选择的A/D转换器是由Maxim公司生产的高速A/D转换器MAX197。该转换器相比于一般的A/D转换器，其具有电路简单、品质高和微机接口标准等特点。此外，MAX197的数据总线时序可以与通用的微处理器相容。

对该系统的硬件结构进行分析和研究，我们可以看出，CPLD器件是其核心，CPLD器件具有可以重新配置的特点。CPLD器件实现了室内温度自动控制系统的核心功能，配合其他的辅助电路，使得该系统的功能较佳。该系统在结构上具有开放性，它在一定程度上促进了系统软件的开放。

3 温度自动控制系统的软件设计

温度自动控制系统的软件设计的软件算法控制，一般包括两种，分别为：PID算法控制和达林（Dahlin）算法控制。本文中所设计的室内温度自动控制系统可以运用不同的软件算法，测算不同的被控对象，控制系统的灵活性得到了很大的提高。在实际的控制过程中，由于被控对象具有纯滞后性和非线性的特点，这就使得PID控制的控制性能有所下降，所以本文对达林（Dahlin）算法进行重点分析和讨论。用达林（Dahlin）算法对被控对象的纯滞后性和非线性进行控制，具有很好的效果。

3.1 达林（Dahlin）算法的数学模型

被控对象具有滞后性，其为一阶惯性环节，函数表达式为：

达林（Dahlin）算法设计的目标主要是为了让整个系统期望的函数，与延时环节和惯性环节相串联组合的函数相等。其函数表达式为：

通过上式可以得出达林（Dahlin）算法的基本形式：

其中

3.2 达林（Dahlin）算法参数的整定

达林（Dahlin）算法参数的整定，主要包括以下几个方面，分别为：

第一，根据图4被控对象的飞升曲线，确定被控对象的时间参数和滞后的时间参数。

第二，对相关指标，如：超调量和控制精度等，进行综合分析，选取合适的采样周期T。

Design of automatic control system of indoor temperature

Wang Feiteng
(Shaanxi Institute Of Technology,710302)

Along with the development of society and the progress of science and technology,automatic control in the indoor temperature system in computer technology has been widely used,more and more people use the computer technology to realize the automatic control of the room temperature.Continuous improvement and innovation of computer technology,has brought great changes to the computer control system,automatic control system design of the indoor temperature has reached a certain level.This paper discusses the computer control system,and introduces an automatic control system for the indoor temperature,but also to the application of system are described.

indoor temperature;automatic control;software design