CN202533821U

CN202533821U - 基于spc单片机的水温数据采集控制系统

Info

Publication number: CN202533821U
Application number: CN2012202052312U
Authority: CN
Inventors: 白丽丽; 孟耀华; 徐建军; 闫丽梅; 陶国斌; 李梦达
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

一种基于SPC单片机的水温数据采集控制系统。主要解决现有的热力公司水温控制系统控制滞后、控制效果不理想的问题。其特征在于：所述系统还包括若干PT100温度传感器、信号放大调理电路、USB接口电路、上位计算机以及用于控制所述电热器的继电器；PT100温度传感器的信号输出端连接至信号放大调理电路的信号输入端，信号放大调理电路的信号输出端连接至单片机的对应采样信号输入端；所述上位计算机通过USB接口电路和单片机之间采用双向数据流实现连接；所述单片机的温度控制信号输出端连接至所述继电器的通断控制信号输入端。本种控制系统利用SPC单片机可以实现数字PID控制方案，不但避免了控制上的滞后，而且降低了控制系统的制造成本。

Description

基于SPC单片机的水温数据采集控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于热力供水领域中实现对水温自动控制的装置。

背景技术

目前使用在热力供水领域中实现对水温自动控制的装置有许多种，有结构复杂的采用集散控制的温度控制系统，还有结构简单的反馈控制系统。前者虽然控制准确，但是整个系统制造和维修成本均过高，后者虽然结构简单，但是控制不准确，存在较高的滞后性。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种基于SPC单片机的水温数据采集控制系统，该种控制系统利用SPC单片机可以实现数字PID 控制方案，不但避免了控制上的滞后，保证了控制精度，而且降低了控制系统的制造成本。

本实用新型的技术方案是：该种基于SPC单片机的水温数据采集控制系统，包括一个凌阳SPCPB25单片机、用于控制水温的电热器，其特征在于：所述系统还包括若干PT100温度传感器、与每个传感器相配合的信号放大调理电路、键盘电路、LED显示电路、USB接口电路、上位计算机以及用于控制所述电热器的继电器；其中，在所述凌阳SPCPB25单片机的OSCO和OSCI端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入端连接电容和电阻，在电源和地端连接0.1μF的去耦电容；所述PT100温度传感器的信号输出端连接至信号放大调理电路的信号输入端，信号放大调理电路的信号输出端连接至单片机的对应采样信号输入端；所述键盘电路的控制信号输出端连接至单片机的控制信号输入端，所述上位计算机通过USB接口电路和单片机之间采用双向数据流实现连接；所述单片机的温度控制信号输出端连接至所述继电器的通断控制信号输入端。

本实用新型具有如下有益效果：该种水温数据采集控制系统利用SPCE061A 集成的ADC 直接将采集到的模拟信号转化为数字信号，而且为了保证转换的精度，在数据处理方面可以采用16 次平滑滤波；在控制方面采用数字PID 控制方案，这样控制效果十分理想，避免了普通控制器中存在的控制滞后的问题。而且。该系统所构造的数据传送结构可以在进行数据处理的同时将当前的温度结果直接通过USB 接口传送至上位PC，可以直接在上位机一端观察温度的变化曲线，并根据需要进行相应的数据分析和处理。另外，本系统采用的单片机成本极低，非常便于推广应用。

附图说明：

图1是本实用新型的构成原理图。

图2是本实用新型具体实施时所采用的PID闭环控制方案原理图。

图3是本实用新型具体实施时所采用的PT100型传感器及信号调理和放大电路连接后的原理图。

图4是本实用新型具体实施时单片机及继电器的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，该种基于SPC单片机的水温数据采集控制系统，包括一个凌阳SPCPB25单片机、用于控制水温的电热器，其独特之处在于：所述系统还包括若干PT100温度传感器、与每个传感器相配合的信号放大调理电路、键盘电路、LED显示电路、USB接口电路、上位计算机以及用于控制所述电热器的继电器；其中，在所述凌阳SPCPB25单片机的OSCO和OSCI端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入端连接电容和电阻，在电源和地端连接0.1μF的去耦电容；所述PT100温度传感器的信号输出端连接至信号放大调理电路的信号输入端，信号放大调理电路的信号输出端连接至单片机的对应采样信号输入端；所述键盘电路的控制信号输出端连接至单片机的控制信号输入端，所述上位计算机通过USB接口电路和单片机之间采用双向数据流实现连接；所述单片机的温度控制信号输出端连接至所述继电器的通断控制信号输入端。由图中可知，整个系统以凌阳SPCPB25单片机为核心，前向通道包括传感器及其信号放大电路，按键输入电路；后向通道包括三部分：LED 显示电路，上位机通信电路以及控制加热器的继电器驱动电路。由于SPCPB25单片机内部有8 路10 位精度的AD 转换器，所以直接将传感器输出信号放大后输SPCE061A 的AD 转换通道即可，不需要外接ADC。SPCPB25单片机实时采样温度，并根据采样结果控制加热器，调节加热功率大小；同时将当前温度信息通过数码管在下位机显示出来，并通过USB 接口传送上位PC 机。

在本方案下，信号比较得到偏差，对偏差进行PID 运算处理得到控制量，通过此控制量来控制加热器的加热时间，从而控制加热功率。由于水本身具有很大的热惯性，所以必须对水温的变化趋势作出分析，并且根据需要及时反方向抑制，以防止出现较大的超调量和波动，在PID 控制中，I 具有很强的滞后效应，而D 则具有预见性，所以该方案最终采用PD 算法，能够很好的控制超调，并且稳态误差也很小。图2是本实用新型具体实施时所采用的PID闭环控制方案原理图。

图3是本实用新型具体实施时所采用的PT100型传感器及信号调理和放大电路连接后的原理图，传感器采用铂电阻PT100，铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件；且此元件线性较好，在0—100 摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5 摄氏度。测量电路采用H 桥电路，H 桥电路能够很好的抑制温度漂移影响，同时对电压信号的波动也能起到很好的抑制，H 桥供电采用三端可编程并联稳压二极管TL431，能够产生稳定的2.5V 直流电压基准。为了使温度变化时H 桥输出的信号尽可能大，选择RPt=R2=R3=R4，这里取R2=100 欧，R3=R4=150。同时为了避免流过Pt100 传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求Im<5mA。所以在H 桥上边加了一个限流电阻R1。

放大电路采用两级差分放大，采用LM358 集成运算放大器， LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合LM358 特性：为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级发大，前一级为10倍左右放大，后一级为5 倍左右放大，总体的线性放大性能良好。温度在0～100 度变化，当温度上升时，RPt 阻值变大，桥路中Ua 电压降低，而Ub 保持不变，运放U1 的差模输入信号△Ui1= Ub-Ua 变大，所以U1 的输出端电压Uc 变大，U2 的差模输入信号△Ui2 = Uc 随之变大，所以放大电路的最终放大电压输出Ud 变大，当温度下降时，放大电路的工作过程刚好相反。

利用本方案，可以直接在PC 端观察温度的变化曲线，并根据需要进行相应的数据分析和处理。本方案，利用SPCE061A 自带的10 位AD 转换器，完成对水温的采样，通过数字滤波等技术消除系统的干扰因素，并且对采集的温度值进行PID运算处理，实现对水温的控制。

Claims

1.一种基于SPC单片机的水温数据采集控制系统，包括一个凌阳SPCPB25单片机、用于控制水温的电热器，其特征在于：所述系统还包括若干PT100温度传感器、与每个传感器相配合的信号放大调理电路、键盘电路、LED显示电路、USB接口电路、上位计算机以及用于控制所述电热器的继电器；其中，在所述凌阳SPCPB25单片机的OSCO和OSCI端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入端连接电容和电阻，在电源和地端连接0.1μF的去耦电容；所述PT100温度传感器的信号输出端连接至信号放大调理电路的信号输入端，信号放大调理电路的信号输出端连接至单片机的对应采样信号输入端；所述键盘电路的控制信号输出端连接至单片机的控制信号输入端，所述上位计算机通过USB接口电路和单片机之间采用双向数据流实现连接；所述单片机的温度控制信号输出端连接至所述继电器的通断控制信号输入端。