大棚智能温控器

棚智能温控系统的架构设计
操作员首先将棚内所需要的温度条件进行设定, C8051F120单片机获取到该设定条件后, 将开启以DS18B20为温度传感器的温度监测电路, 实时接收监测到的温度信号, 并将监测信号作为输入量, 调用PID算法根据输入量与设定条件进行计算控制量, 当计算出控制量后, 单片机将根据控制量对调控单元进行控制, 进而实现对调温设备的调节, 达到对棚内温度自动精确控制的效果。

大棚智能温控系统的硬件电路设计
根据大棚温度控制的需求, 以及本文智能温控系统的架构设计, 设计的智能温控系统主要由控制单元、温度监测单元、人机交互单元以及调节单元构成。

液晶触摸屏以及声光报警、矩阵键盘构成了人机交互单元, 操作员通过液晶触摸屏可以将预定的温度控制条件输入进单片机, 同时操作员也可以通过液晶屏对温度的调控结果进行监控, 当实时温度超过了预定的预警温度时, 单片机将启动声光报警电路, 发出警报提示操作员, 另外当液晶屏出现故障时, 操作员还可以通过矩阵键盘作为输入设备对温控系统进行操作。硬件电路中的温度监测单元主要由以DS18B20为中心的温度监控电路以及温度信号整理电路组成, 温度监控电路用于采集棚内的实时温度并转换为电信号, 信号整理电路用于对温度转换的电信号进行滤波以及放大, 然后送入单片机中进行AD转换。单片机获取到温度信号后, 将启用PID算法, 对温度偏差量进行计算, 得出控制量, 进而利用根据控制量输出控制信号对晶闸管的开度进行控制, 从而使得流经调温设备的电流得到控制, 调温设备根据电流量进行温度调控。

硬件电路中采用的是NEC科技的NL4823HC37-03型7寸液晶屏, 该液晶屏具有串口通信、可视角度宽等特点。温度监测电路中采用的是DS18B20作为温度传感器对棚内温度进行实时监测, 该传感器具有体积小、灵敏度高等特点, 能对微小的温度变换进行快速监测。控制单元主要以C8051F120单片机作为核心, 该单片机自带串口 (UART) 以及AD功能方便和硬件电路中的液晶屏以及温度监测单元连接, 同时该单片机还具有计算速度快、计算精度高等特点, 能够使得温控系统快速准确的对棚内温度进行调控。在调节单元中, 采用了BTA100-800B型大功率双向晶闸管作为调节器件, 通过单片机的控制信号对该晶闸管的开度进行调节, 从而有效控制流经调温设备的电流, 从而控制调温设备对温度进行调节。

大棚智能温控系统的控制策略设计
智能温控系统的软件设计包含了硬件初始化程序以及控制策略的设计等。其中控制策略的设计为软件设计的核心。

当前工业控制的控制策略多种多样, 其中PID算法具有简单易实现等特点, 为当前用的较多的控制策略之一。本文采用PID算法作为控制策略, 以实现对温度精确调控的同时, 让系统响应更快, 以提高系统的灵敏度。

PID算法的本质为一种线性的控制策略, 其本质表述如下:

其中, u (t) 、a (t) 以及b (t) 分别表示t时刻的输出量、输入量以及设定量。

对 (1) 式进行积分、微分以及比例运算后可得PID调节输出如下:

其中, Kp、KI以及KD分别表示比例系数、积分系数以及微分系数。

通过 (2) 式即可实现PID算法的调节, 获取控制量。

为了实现对大棚温度进行智能、高效、准确的控制, 一种基于C8051F120单片机控制的大棚智能温度控制系统的设计。利用灵敏度高的DS18B20作为温度采集器对实时温度进行监测, 通过C8051F120作为控制器设计了硬件电路。采用简单易实现的PID算法作为控制策略, 利用设定量以及输入量作为依据计算出控制量, 用于对调温设备的控制, 从而达到对大棚内温度的智能调节。智能温控系统有助于实现对大棚内温度的准确的调控。

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