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

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

液晶觸摸屏以及聲光報警、矩陣鍵盤(pán)構成了人機交互單元, 操作員通過(guò)液晶觸摸屏可以將預定的溫度控制條件輸入進(jìn)單片機, 同時(shí)操作員也可以通過(guò)液晶屏對溫度的調控結果進(jìn)行監控, 當實(shí)時(shí)溫度超過(guò)了預定的預警溫度時(shí), 單片機將啟動(dòng)聲光報警電路, 發(fā)出警報提示操作員, 另外當液晶屏出現故障時(shí), 操作員還可以通過(guò)矩陣鍵盤(pán)作為輸入設備對溫控系統進(jìn)行操作。硬件電路中的溫度監測單元主要由以DS18B20為中心的溫度監控電路以及溫度信號整理電路組成, 溫度監控電路用于采集棚內的實(shí)時(shí)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(jìn)行濾波以及放大, 然后送入單片機中進(jìn)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(jìn)行計算, 得出控制量, 進(jìn)而利用根據控制量輸出控制信號對晶閘管的開(kāi)度進(jìn)行控制, 從而使得流經(jīng)調溫設備的電流得到控制, 調溫設備根據電流量進(jìn)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(diǎn)。溫度監測電路中采用的是DS18B20作為溫度傳感器對棚內溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測, 該傳感器具有體積小、靈敏度高等特點(diǎn), 能對微小的溫度變換進(jìn)行快速監測?？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測單元連接, 同時(shí)該單片機還具有計算速度快、計算精度高等特點(diǎn), 能夠使得溫控系統快速準確的對棚內溫度進(jìn)行調控。在調節單元中, 采用了BTA100-800B型大功率雙向晶閘管作為調節器件, 通過(guò)單片機的控制信號對該晶閘管的開(kāi)度進(jìn)行調節, 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(jìn)行調節。

大棚智能溫控系統的控制策略設計
智能溫控系統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(jiǎn)單易實(shí)現等特點(diǎn), 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(shí)現對溫度精確調控的同時(shí), 讓系統響應更快, 以提高系統的靈敏度。

PID算法的本質(zhì)為一種線(xiàn)性的控制策略, 其本質(zhì)表述如下:

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

對 (1) 式進(jìn)行積分、微分以及比例運算后可得PID調節輸出如下:

其中, Kp、KI以及KD分別表示比例系數、積分系數以及微分系數。

通過(guò) (2) 式即可實(shí)現PID算法的調節, 獲取控制量。

為了實(shí)現對大棚溫度進(jìn)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的設計。利用靈敏度高的DS18B20作為溫度采集器對實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監測, 通過(guò)C8051F120作為控制器設計了硬件電路。采用簡(jiǎn)單易實(shí)現的PID算法作為控制策略, 利用設定量以及輸入量作為依據計算出控制量, 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。智能溫控系統有助于實(shí)現對大棚內溫度的準確的調控。

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