CN103488210A - 昼夜不对称跟踪增温控制综合仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出了昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，所述综合仪根据温度踪传感器采集到的基准温度信息和控制温度的上下限值，定时修改上下限温度控制值，将跟踪传感器采集的温度现值与上下限温度控制值进行比较，达到上限温度控制值则停止加热，低于下限温度控制值则加热，从而实现温度控制。本发明综合仪能够自动进行温度跟踪控制，方便灵活，存储容量大，保存时间长，温度累积误差小；同时具有数据定时存储、显示、打印功能。

Description

昼夜不对称跟踪增温控制综合仪

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，具体指的是昼夜不对称跟踪增温控制综合仪。

背景技术

随着全球气候的变暖，大气温度逐步升高，已对生态环境系统产生了较大的影响，为了应对全球气候变化，量化研究大气温度升高对农作物的生长发育究竟会产生怎样的影响，已成为广大科技工作者所面临的重要课题。要量化研究温度升高对农作物生长发育的影响，就必须在土肥水种及其他田间管理相同的条件下，对作物生长季内对不同的试验区域，设置不同的增温条件，研究温度增加对农作物生长发育的影响。要使土肥水种及其他田间管理要素相同，这些相对容易做到，而至关重要的温度控制难度确较大，而且控制的幅度和精度是否符合试验设计要求直接关系到试验的成败。

目前，现有的各种温控器，使用的环境条件不一，最主要的就是只能设定一个上限和下限，与时间无关，即只要设定上下限它就是一个定数，要更改就必须重新设定，家用空调就是一个典型例子。另外，多数温控器使用具有针对性且不宜长期在野外露天使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出昼夜不对称跟踪增温控制综合仪。本发明。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，包含温度采集端口、数据存储器、单片机、控制键盘、显示屏、固态继电器、陶瓷加热元件；所述温度采集端口、数据存储器、控制键盘、显示屏以及固态继电器分别与单片机连接；所述固态继电器连接并控制陶瓷加热元件；所述温度采集端口包含N个温度控制组，每组有2个温度传感器，其中1个温度传感器作为踪传感器，另1个作为跟踪传感器；N为自然数；

每个温度控制组以踪传感器采集的温度值为基准温度值，每隔M分钟，根据基准温度值修改上限控制值和下限控制值；所述上限控制值等于基准温度值与设定的上限值之和，所述下限控制值等于上限控制值与设定的下限值之差；M为自然数；

如果跟踪传感器采集的温度值大于等于上限控制值，则停止加热；如果跟踪传感器采集的温度值小于等于下限温度控制值，则进行加热，从而实现温度控制。

所述设定的上限值取值范围为0到3.9摄氏度，所述设定的下限值取值范围为0到0.9摄氏度；将每天分为白天和夜晚两个时段，每个时段，所述每个温度控制组分别设置上限值和下限值。

所述N的值取为4。所述M的值取为6。

本发明的有益效果是：本发明提出了昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，所述综合仪根据温度踪传感器采集到的基准温度信息和控制温度的上下限值，定时修改上下限温度控制值，将跟踪传感器采集的温度现值与上下限温度控制值进行比较，达到上限温度控制值则停止加热，低于下限温度控制值则加热，从而实现温度控制。本发明综合仪能够自动进行温度跟踪控制，方便灵活，存储容量大，保存时间长，温度累积误差小；同时具有数据定时存储、显示、打印功能。

附图说明

图1是本发明硬件电路示意图。

图2是基准温度、上限值、下限值、控制值之间的关系图。

图3是本发明流程框图。

图4是跟踪控制示意图。

图5是温敏电阻与输出电压逻辑电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的昼夜不对称跟踪增温控制综合仪进行详细说明：

昼夜不对称跟踪增温控制综合仪由温度传感器、AD转换器、数据存储器、89S52单片机、控制键盘、显示屏、固态继电器、陶瓷加热元件等组成，硬件电路逻辑结构见图1。

本发明选用性能可靠地负温度系数温敏电阻传感器，对其厂家给出的离散数据进行测试检验，确认其数据的可靠性。在此基础上，利用SAS统计软件对离散数据进行方程拟合，找出其温度T与电阻R_t的非线性方程T=T(R_t)=A/(B+R_t)-C,再将其反函数R_t=R_t(T)带入电路方程V=V₁(R_t)=V₁(R_t(T))=V₁(T),由此可得传感器上的电压V与温度T建立了关系。其反函数T=T(V),即传感器上的电压就可以反映传感器周边的温度。传感器传来的电压经AD转换成数字信号后送给单片机，单片机对其电压数字信号按设定的方程式进行计算，计算出传感器周边的温度，基准温度和控制温度算法相同。单片机定时将得到的基准温度加上限值得到上限控制值，将得到的基准温度加上限值再减去下限值得到下限控制值。基准温度、上限值、下限值、控制值等相互关系见图2。

被控制区域的温度始终被控制在上限控制值与下限控制值之间，控制过程是：控制子程序将控制传感器送来的温度值与上下限温度控制值进行比较，根据比较的结果做出以下处理。①、若控制传感器送来的温度值大于上限温度控制值就停止加热；②、若控制传感器送来的温度值低于下限温度控制值就开始加热；③、若控制传感器送来的温度值在上限控制值和下限控制值之间就保持控制状态不变，即是加热状态就继续加热，是停止状态就继续保持停止状态，以此来实现跟踪控制。被控区域的温度波动范围在数值上等于下限值，也就是图2中的上限控制值和下限控制值之间的区域。

主程序逻辑图见图3，

上电或复位后仪器进行初始化，接着等待输入日期和时间，只有输入开机时的日期和时间，程序才往下运行，而且再也不会自动运行到输入日期和时间子程序，除非按动(TE)键，它才再次运行输入日期和时间子程序。输入的日期和时间很重要，数据的存储地址计算、查询显示的数据地址及打印输出表格的数据地址和计算表头等都需要日期和时间的初始值来计算。仪器设有7个功能键，分别为检查控制命令键(EX)、输入控制程序键(PG)、数据区清零键(CL)、打印数据键(PT)、显示存储数据键(DP)、显示通道切换键(MO)和修改日期和时间键(TE)。上电或复位输入日期和时间后，主程序检查是否有按键按下，如有按下就转对应的子程序执行，执行完再检查是否有按键按下，再有键按下还是转去执行对应的子程序；若无键按下，就执行数据采集、实时显示、判别存储（存储30分钟整数倍时间点的一次数据）子程序；最后执行跟踪控制子程序。执行完跟踪控制子程序后，标志程序一个正常运行周期结束，自动进入下一个从检查是否有按键被按下的运行周期，循环往复不停息，超过42天数据就开始相互覆盖。

跟踪控制逻辑图见图4

跟踪控制是通过执行控制子程序来完成的。程序执行到控制子程序时，首先检查时间是否到了6分钟的整数倍时间点，如是就重新计算上限控制值，其值为基准温度+上限值，然后计算下限控制值，其值为上限控制值-下限值，直到四组重新计算完毕再转入比较控制程序段。如不是6分钟的整数倍时间点就直接进入比较控制程序段。该程序段就是比较从控制（跟踪）传感器送来的温度值和上限控制值及下限控制值进行比较，大于上限控制值就停止加热，小于下限控制值就开始加热，四组全部比较控制完毕后程序也是转入下一个从检查是否有按键被按下的运行周期，循环往复地运行。

本发明将单片机智能控制技术应用到具体的温度跟踪控制实际工程中，包括：

1、温敏电阻的T-R函数关系：

$T=T\left(\mathrm{Rt}\right)=\frac{a}{b+\mathrm{Rt}}-c$

其中，参数a、b、c为依赖于温敏电阻的常量值。

2、温敏电阻Rt与AD输入模拟电压Vin及AD转换输出数字电压Vout的关系：

因AD575单极性线性数字转换特点为10V:4096=Vin:Vout

所以根据硬件连接电路有： $\mathrm{Vin}=\frac{5\·\mathrm{Rt}}{10+\mathrm{Rt}},\mathrm{Rt}=\frac{10\mathrm{Vout}}{2048-\mathrm{Vout}}$

电路连接如图5所示，

3、仪器所示的温度和AD574的数字输出Vout之间的函数关系：

$T=T\left(\mathrm{Rt}\right)=\frac{a}{b+\mathrm{Rt}}-c=\frac{a}{b+\frac{10\·\mathrm{Vout}}{2048-\mathrm{Vout}}}-c=\frac{a\·(2018-\mathrm{Vout})}{b\·2048+(10-b)\mathrm{Vout}}-c=T^{\′}\left(\mathrm{Vout}\right)$

$T^{\′}\left(\mathrm{Vout}\right)=\frac{a}{b}\·\frac{(2048-\mathrm{Vout})}{2048+\frac{(10-b)}{b}\mathrm{Vout}}-c$

4、一种高精度无符号数计算方法

温度值保留小数一位，采用无符号数计算，为提高计算精度，减少无符号数计算甩尾造成的累积误差，在计算过程中把系数放大2560倍，再把计算的最终结果除以256，即舍去最低位字节，十分巧妙、方便、准确，这样温度计算结果大了十倍，在显示和打印时在最低位前加上小数点后，显示和打印出来的就是我们见到的真实温度值了。这样一来，温度的计算式就为：

$T=\{\frac{A(2048-\mathrm{Vout})}{2048+[B\×\mathrm{Vout}]/4096}-C\}/256$

式中常数： $A=\frac{2560a}{b},B=\frac{(10-b)4096}{b},C=2560c$

这样，根据AD574输出的12位数字量（2个字节），就可按上式直接计算出温度值了。

$\frac{(10-b)}{b}\·\mathrm{Vout}=[\frac{(10-b)\·4096}{b}\·\mathrm{Vout}]/4096$ 乘4096和除4096（舍去低位字节再右移四位）也是为了提高无符号整数运算的精度。

经过如此处理，大大降低了累积误差，使无符号数的运算精度提高了两个数量级，达到了浮点运算的效果，和手工计算的精度完全一致，完全满足了仪器计算精度的要求。

Claims (4)

1.昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，包含温度采集端口、数据存储器、单片机、控制键盘、显示屏、固态继电器、陶瓷加热元件；所述温度采集端口、数据存储器、控制键盘、显示屏以及固态继电器分别与单片机连接；所述固态继电器连接并控制陶瓷加热元件；其特征在于，所述温度采集端口包含N个温度控制组，每组有2个温度传感器，其中1个温度传感器作为踪传感器，另1个作为跟踪传感器；N为自然数；

每个温度控制组以踪传感器采集的温度值为基准温度值，每隔M分钟，根据基准温度值修改上限控制值和下限控制值；所述上限控制值等于基准温度值与设定的上限值之和，所述下限控制值等于上限控制值与设定的下限值之差；M为自然数；

如果跟踪传感器采集的温度值大于等于上限控制值，则停止加热；如果跟踪传感器采集的温度值小于等于下限温度控制值，则进行加热，从而实现温度控制。

2.如权利要求1所述的昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，其特征在于，所述设定的上限值取值范围为0到3.9摄氏度，所述设定的下限值取值范围为0到0.9摄氏度；将每天分为白天和夜晚两个时段，每个时段，所述每个温度控制组分别设置上限值和下限值。

3.如权利要求1所述的昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，其特征在于，所述N的值取为4。

4.如权利要求1所述的昼夜不对称跟踪增温控制综合仪，其特征在于，所述M的值取为6。

Images