專利名稱：基于spc單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于熱力供水領域中實現(xiàn)對水溫自動控制的裝置。
背景技術：
目前使用在熱力供水領域中實現(xiàn)對水溫自動控制的裝置有許多種，有結構復雜的采用集散控制的溫度控制系統(tǒng)，還有結構簡單的反饋控制系統(tǒng)。前者雖然控制準確，但是整個系統(tǒng)制造和維修成本均過高，后者雖然結構簡單，但是控制不準確，存在較高的滯后性。

發(fā)明內容為了解決背景技術中所提到的技術問題，本實用新型提供一種基于SPC單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，該種控制系統(tǒng)利用SPC單片機可以實現(xiàn)數(shù)字PID控制方案，不但避免了控制上的滯后，保證了控制精度，而且降低了控制系統(tǒng)的制造成本。本實用新型的技術方案是該種基于SPC單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括一個凌陽SPCPB25單片機、用于控制水溫的電熱器，其特征在于所述系統(tǒng)還包括若干PT100溫度傳感器、與每個傳感器相配合的信號放大調理電路、鍵盤電路、LED顯示電路、USB接口電路、上位計算機以及用于控制所述電熱器的繼電器；其中，在所述凌陽SPCPB25單片機的OSCO和OSCI端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入端連接電容和電阻，在電源和地端連接0. I ii F的去耦電容；所述PT100溫度傳感器的信號輸出端連接至信號放大調理電路的信號輸入端，信號放大調理電路的信號輸出端連接至單片機的對應采樣信號輸入端；所述鍵盤電路的控制信號輸出端連接至單片機的控制信號輸入端，所述上位計算機通過USB接口電路和單片機之間采用雙向數(shù)據(jù)流實現(xiàn)連接；所述單片機的溫度控制信號輸出端連接至所述繼電器的通斷控制信號輸入端。本實用新型具有如下有益效果該種水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)利用SPCE061A集成的ADC直接將采集到的模擬信號轉化為數(shù)字信號，而且為了保證轉換的精度，在數(shù)據(jù)處理方面可以采用16次平滑濾波；在控制方面采用數(shù)字PID控制方案，這樣控制效果十分理想，避免了普通控制器中存在的控制滯后的問題。而且。該系統(tǒng)所構造的數(shù)據(jù)傳送結構可以在進行數(shù)據(jù)處理的同時將當前的溫度結果直接通過USB接口傳送至上位PC，可以直接在上位機一端觀察溫度的變化曲線，并根據(jù)需要進行相應的數(shù)據(jù)分析和處理。另外，本系統(tǒng)采用的單片機成本極低，非常便于推廣應用。


圖I是本實用新型的構成原理圖。圖2是本實用新型具體實施時所采用的PID閉環(huán)控制方案原理圖。圖3是本實用新型具體實施時所采用的PT100型傳感器及信號調理和放大電路連接后的原理圖。圖4是本實用新型具體實施時單片機及繼電器的電路原理圖。
具體實施方式
[0012]
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明由圖I所示，該種基于SPC單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括一個凌陽SPCPB25單片機、用于控制水溫的電熱器，其獨特之處在于所述系統(tǒng)還包括若干PT100溫度傳感器、與每個傳感器相配合的信號放大調理電路、鍵盤電路、LED顯示電路、USB接口電路、上位計算機以及用于控制所述電熱器的繼電器；其中，在所述凌陽SPCPB25單片機的OSCO和OSCI端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入端連接電容和電阻，在電源和地端連接0. I UF的去耦電容；所述PT100溫度傳感器的信號輸出端連接至信號放大調理電路的信號輸入端，信號放大調理電路的信號輸出端連接至單片機的對應采樣信號輸入端；所述鍵盤電路的控制信號輸出端連接至單片機的控制信號輸入端，所述上位計算機通過USB接口電路和單片機之間采用雙向數(shù)據(jù)流實現(xiàn)連接；所述單片機的溫度控制信號輸出端連接至所述繼電器的通斷控制信號輸入端。由圖中可知，整個系統(tǒng)以凌陽SPCPB25單片機為核心，前向通道包括傳感器及其信號放大電路，按鍵輸入電路；后向通道包括三部分LED顯示電路，上位機通信電路以及控制加熱器的繼電器驅動電路。由于SPCPB25單片機內部有8路10位精度的AD轉換器，所以直接將傳感器輸出信號放大后輸SPCE061A 的AD轉換通道即可，不需要外接ADC。SPCPB25單片機實時采樣溫度，并根據(jù)采樣結果控制加熱器，調節(jié)加熱功率大?。煌瑫r將當前溫度信息通過數(shù)碼管在下位機顯示出來，并通過USB接口傳送上位PC機。在本方案下，信號比較得到偏差，對偏差進行PID運算處理得到控制量，通過此控制量來控制加熱器的加熱時間，從而控制加熱功率。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須對水溫的變化趨勢作出分析，并且根據(jù)需要及時反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調量和波動，在PID控制中，I具有很強的滯后效應，而D則具有預見性，所以該方案最終采用PD算法，能夠很好的控制超調，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小。圖2是本實用新型具體實施時所采用的PID閉環(huán)控制方案原理圖。圖3是本實用新型具體實施時所采用的PT100型傳感器及信號調理和放大電路連接后的原理圖，傳感器采用鉬電阻PT100，鉬熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件；且此元件線性較好，在0 —100攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。測量電路采用H橋電路，H橋電路能夠很好的抑制溫度漂移影響，同時對電壓信號的波動也能起到很好的抑制，H橋供電采用三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管TL431，能夠產生穩(wěn)定的2. 5V直流電壓基準。為了使溫度變化時H橋輸出的信號盡可能大，選擇RPt=R2=R3=R4，這里取R2=100歐，R3=R4=150。同時為了避免流過PtlOO傳感器的電流過大使其發(fā)熱進而導致非線性失真增大，電橋電壓不宜太高，一般要求Im〈5mA。所以在H橋上邊加了一個限流電阻R1。放大電路采用兩級差分放大，采用LM358集成運算放大器，LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合LM358特性為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級發(fā)大，前一級為10倍左右放大，后一級為5倍左右放大，總體的線性放大性能良好。溫度在0 100度變化，當溫度上升時，RPt阻值變大，橋路中Ua電壓降低，而Ub保持不變，運放Ul的差模輸入信號A Uil= Ub-Ua變大，所以Ul的輸出端電壓Uc變大，U2的差模輸入信號AUi2 = Uc隨之變大,所以放大電路的最終放大電壓輸出Ud變大，當溫度下降時,放大電路的工作過程剛好相反。利用本方案，可以直接在PC端觀察溫度的變化曲線，并根據(jù)需要進行相應的數(shù)據(jù)分析和處理。本方案，利用SPCE061A自帶的10位AD轉換器，完成對水溫的采樣，通過數(shù)字濾波等技術消除系統(tǒng)的干擾因素，并且對 采集的溫度值進行PID運算處理，實現(xiàn)對水溫的控制。
權利要求1.一種基于SPC單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括一個凌陽SPCPB25單片機、用于控制水溫的電熱器，其特征在于所述系統(tǒng)還包括若干PTlOO溫度傳感器、與每個傳感器相配合的信號放大調理電路、鍵盤電路、LED顯示電路、USB接口電路、上位計算機以及用于控制所述電熱器的繼電器；其中，在所述凌陽SPCPB25單片機的OSCO和OSCI端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入端連接電容和電阻，在電源和地端連接O. I μ F的去耦電容；所述ΡΤ100溫度傳感器的信號輸出端連接至信號放大調理電路的信號輸入端，信號放大調理電路的信號輸出端連接至單片機的對應采樣信號輸入端；所述鍵盤電路的控制信號輸出端連接至單片機的控制信號輸入端，所述上位計算機通過USB接口電路和單片機之間采用雙向數(shù)據(jù)流實現(xiàn)連接；所述單片機的溫度控制信號輸出端連接至所述繼電器的通斷控制信號輸入端。
專利摘要一種基于SPC單片機的水溫數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。主要解決現(xiàn)有的熱力公司水溫控制系統(tǒng)控制滯后、控制效果不理想的問題。其特征在于所述系統(tǒng)還包括若干PT100溫度傳感器、信號放大調理電路、USB接口電路、上位計算機以及用于控制所述電熱器的繼電器；PT100溫度傳感器的信號輸出端連接至信號放大調理電路的信號輸入端，信號放大調理電路的信號輸出端連接至單片機的對應采樣信號輸入端；所述上位計算機通過USB接口電路和單片機之間采用雙向數(shù)據(jù)流實現(xiàn)連接；所述單片機的溫度控制信號輸出端連接至所述繼電器的通斷控制信號輸入端。本種控制系統(tǒng)利用SPC單片機可以實現(xiàn)數(shù)字PID控制方案，不但避免了控制上的滯后，而且降低了控制系統(tǒng)的制造成本。
文檔編號G05D23/20GK202533821SQ20122020523
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者孟耀華, 徐建軍, 李夢達, 白麗麗, 閆麗梅, 陶國斌 申請人:東北石油大學