棚智能溫控系統(tǒng)的架構設計
操作員首先將棚內所需要的溫度條件進行設定, C8051F120單片機獲取到該設定條件后, 將開啟以DS18B20為溫度傳感器的溫度監(jiān)測電路, 實時接收監(jiān)測到的溫度信號, 并將監(jiān)測信號作為輸入量, 調用PID算法根據(jù)輸入量與設定條件進行計算控制量, 當計算出控制量后, 單片機將根據(jù)控制量對調控單元進行控制, 進而實現(xiàn)對調溫設備的調節(jié), 達到對棚內溫度自動精確控制的效果。

大棚智能溫控系統(tǒng)的硬件電路設計
根據(jù)大棚溫度控制的需求, 以及本文智能溫控系統(tǒng)的架構設計, 設計的智能溫控系統(tǒng)主要由控制單元、溫度監(jiān)測單元、人機交互單元以及調節(jié)單元構成。

液晶觸摸屏以及聲光報警、矩陣鍵盤構成了人機交互單元, 操作員通過液晶觸摸屏可以將預定的溫度控制條件輸入進單片機, 同時操作員也可以通過液晶屏對溫度的調控結果進行監(jiān)控, 當實時溫度超過了預定的預警溫度時, 單片機將啟動聲光報警電路, 發(fā)出警報提示操作員, 另外當液晶屏出現(xiàn)故障時, 操作員還可以通過矩陣鍵盤作為輸入設備對溫控系統(tǒng)進行操作。硬件電路中的溫度監(jiān)測單元主要由以DS18B20為中心的溫度監(jiān)控電路以及溫度信號整理電路組成, 溫度監(jiān)控電路用于采集棚內的實時溫度并轉換為電信號, 信號整理電路用于對溫度轉換的電信號進行濾波以及放大, 然后送入單片機中進行AD轉換。單片機獲取到溫度信號后, 將啟用PID算法, 對溫度偏差量進行計算, 得出控制量, 進而利用根據(jù)控制量輸出控制信號對晶閘管的開度進行控制, 從而使得流經(jīng)調溫設備的電流得到控制, 調溫設備根據(jù)電流量進行溫度調控。

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。溫度監(jiān)測電路中采用的是DS18B20作為溫度傳感器對棚內溫度進行實時監(jiān)測, 該傳感器具有體積小、靈敏度高等特點, 能對微小的溫度變換進行快速監(jiān)測?？刂茊卧饕訡8051F120單片機作為核心, 該單片機自帶串口 (UART) 以及AD功能方便和硬件電路中的液晶屏以及溫度監(jiān)測單元連接, 同時該單片機還具有計算速度快、計算精度高等特點, 能夠使得溫控系統(tǒng)快速準確的對棚內溫度進行調控。在調節(jié)單元中, 采用了BTA100-800B型大功率雙向晶閘管作為調節(jié)器件, 通過單片機的控制信號對該晶閘管的開度進行調節(jié), 從而有效控制流經(jīng)調溫設備的電流, 從而控制調溫設備對溫度進行調節(jié)。

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

當前工業(yè)控制的控制策略多種多樣, 其中PID算法具有簡單易實現(xiàn)等特點, 為當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, 以實現(xiàn)對溫度精確調控的同時, 讓系統(tǒng)響應更快, 以提高系統(tǒng)的靈敏度。

PID算法的本質為一種線性的控制策略, 其本質表述如下:

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

對 (1) 式進行積分、微分以及比例運算后可得PID調節(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 (2) 式即可實現(xiàn)PID算法的調節(jié), 獲取控制量。

為了實現(xiàn)對大棚溫度進行智能、高效、準確的控制, 一種基于C8051F120單片機控制的大棚智能溫度控制系統(tǒng)的設計。利用靈敏度高的DS18B20作為溫度采集器對實時溫度進行監(jiān)測, 通過C8051F120作為控制器設計了硬件電路。采用簡單易實現(xiàn)的PID算法作為控制策略, 利用設定量以及輸入量作為依據(jù)計算出控制量, 用于對調溫設備的控制, 從而達到對大棚內溫度的智能調節(jié)。智能溫控系統(tǒng)有助于實現(xiàn)對大棚內溫度的準確的調控。

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