“温度”是各类工业操控出产中常见的、而又十分重要的操控参数。人们研制出各种针对不同操控方针的温度自动操控体系，其间软件操控算法已比较老练，但温度操控体系的硬件构成特别是功率操控部分往往存在着硬件结构杂乱，别离元件较多，结构较为关闭等问题。跟着CPLD器材的大规模运用，选用CPLD器材可简化操控体系的硬件结构。本文规划了一种以8051单片机为中心的温度操控体系，该体系的操控部分由CPLD来完结，针对不同的操控方针可选用不同的操控算法，因而该操控体系具有结构敞开、本钱低价、功用牢靠等特色。
1体系硬件构成
对一个温度自动操控体系来说，其硬件结构由两大部分构成：温度丈量部分和功率操控部分。体系结构总框图如图1所示。
图1体系总框图
1．1温度丈量部分
（1）信号转化电路：依据被控方针的不同，选用不同的温度传感器，将物理信号变换为电信号，以便8051单片机处理。
（2）信号处理电路：由传感器所变换得到的电信号一般为小的电压信号，遭到操控精度的约束，不能直接送入到A/D，而需要对小信号进行扩大。本体系中选用了程控差分扩大器，其电路图如图2所示。差分扩大器A3选用高精度运放AD844；前置扩大器A1改动了小信号的丈量精度以及传感器和差分扩大器的匹配；射级跟从器A2则完成了D/A和差分扩大器的匹配和缓冲；因为小于1.2V的低阻驱动的电压基准源难以取得，因而选用16位D/A转化器MAX542构成数控基准源，整个数控基准电压源的最大输出为2.5V，其最小分辨率为2.5V/216≈0.04mV；依据传感器输出电压信号的规模确认差分扩大器的扩大倍数，这样就构成了整个程控可变增益差分扩大器。该程控扩大电路不只克服了传统程控扩大器增益分档不够多的缺陷，还具有高精度，操控简略等长处，因而体系的丈量精度、操控精度得到了进步。
图2信号处理电路部分
（3）信号收集电路：该部分电路由12位的A/D转化器构成。A/D转化器的字长，决议了体系的操控精度，字长越大，操控精度就越高，但归纳考虑体系操控方针以及操控功率，选用12位的A/D转化器即可，其转化精度能够抵达±0.012％。在本体系中咱们选用MAXIM公司近年推出的高速A/D转化器MAX197，与一般A/D芯片比较，质量要素高、外围电路简略并具有规范的微机接口，数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容，悉数逻辑输入和输出与TTL/CMOS电平兼容。
1．2功率操控部分
常见的功率操控有两种办法：一是调功，经过操控单位时刻内加在功率器上的正弦波的波头数来操控功率；二是调相，经过操控可控硅的导通角，来操控导通时加在功率器上的电压幅值，完成对功率器的精确均匀操控。因为办法二能够均匀精确的操控功率，并能够对功率进行微调，使得被控方针的温度滑润地抵达设定值，因而在本体系中挑选办法二。其操控电路的电路框图如图3所示，图中方框内的硬件部分由CPLD器材完成，具有简练，功用牢靠等特色。
图3温度操控电路框图
使用调相法操控功率，有必要随时知道并记载220V市电的相角，然后精确的操控导通时刻。在传统的操控体系中一般使用模仿锁相环电路提取市电的同步信号，但加大了电路构成的杂乱程度。在本体系中省去了模仿锁相环器材，简化了电路结构。硬件电路描绘如下：
（1）选用变压器将220V市电转化为同步的峰值为5V的正弦波电压信号，然后经过过零比较器把正弦波电压信号转化为占空比1：1的50HZ方波信号。
（2）50HZ的方波信号经过边缘检测电路得到同相的100HZ的窄脉冲信号，其边缘检测电路原理图如图4所示。
图4边缘检测电路
（3）8位计数器对25KHZ的频标信号进行计数，计数器具有一个上升沿清零端，该端的接入信号为（2）中得到的100HZ的窄脉冲，该窄脉冲以频率100HZ对计数器清零，使得计数的开端时刻为50HZ市电信号的过零处，然后确保严厉同步。详细信号时序联系如图5所示。
（4）8位计数器的计数值输入到数字比较器中，与单片机设置的预订值进行比较：当计数值小于等于单片机输入的预订值时，数字比较器的输出端输出为高电平。当计数值大于单片机输入的预订值时，数字比较器的输出端输出为低电平。这样输出周期性的与市电半波同步的方波信号去操控可控硅的导通角，经过改动单片机输入值的巨细能够便利的调理可控硅的导通角，精确地高精度地完成功率调理。
图5信号时序联系图
从该部分硬件结构的组成特色能够看出，其组成中心是由可重新配置特色的CPLD器材MAX7128构成。MAX7128为高功用可擦除器材，选用第二代多阵列矩阵（MAX）结构，可用门数为2500门，宏单元数为128，逻辑阵列块数为8，经过规范的JTAG接口，支撑在体系可编程（ISP）。它完成了操控部分的中心功用，其它的电路都归于辅佐电路。因而体系在结构上具有典型的敞开性，这对完成软件的敞开是一个很好的支撑。
2温度自动操控体系的软件规划
温度自动操控体系的软件算法通常是依据方针的纯滞后时刻τ与方针的惯性时刻常数Tm之比来确认，一般来说，当τ/Tmm》0.5时，可选用达林算法操控。在本体系中，针对不同的被控方针，可加载不同的软件算法，因而大大进步了本操控体系的灵敏性。因为在工业操控过程中，很多的被控方针具有非线性、纯滞后性，选用PID操控很难取得杰出的操控功用，因而本文要点评论达林算法，用它来操控非线性、纯滞后方针具有杰出的作用（被控方针一般为带有滞后的一阶惯性环节）。
2.1dahlin算法的数学模型
被控方针为带有滞后的一阶惯性环节，其传递函数为
，θ＝NT（2－1）
式中：
τ1—–方针的时刻参数
θ—–方针的纯延迟时刻，为了简化，设其为采样周期的整数倍，即N为正整数。
K—–方针扩大系数
达林算法的规划方针是使整个闭环体系所希望的传递函数Φ（s），相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即
Φ（s）＝
，θ＝NT（2－2）
如图6所示，依据操控理论易得到带有一阶惯性方针的达林算法的基本形式：
×
（2－3）
式中：
K—–方针扩大系数
T——为采样周期；
τ1——为被控方针时刻参数；
τ——为闭环体系的时刻参数。
依据D（Z）＝U（Z）/E（Z）得出差分方程：
U（K）＝b1U（K-1）+b2U（K-N-1）+a0E（K）-a1E（K-1）（2－4）
其间
图6操控体系方框图
2.2dahlin算法参数的整定
（1）由体系的飞升曲线（如图7）确认方针的纯滞后时刻参数θ和被控方针的时刻参数τ1。
图7被控方针的飞升曲线
（2）归纳操控精度、超调量等方针选取适宜的采样周期T。若T偏大，则取样稀少，单位时刻内操控点过少，必然形成较大的过冲量以及体系操控差错；若T偏小，则对采样量化字长要求过高，关于有限字长的操控体系过密的采样周期会使体系操控失利。
（3）由N=θ/T确认N值。
（4）方针扩大系数K的确认。K可由下列公式确认：
（5）τ一般与T取同量级，不断调整τ值，调查体系的呼应图，使得闭环体系的方针抵达最佳。
3体系使用
从该温度自动操控体系的软硬件构成能够看出，这种规划具有比较好的敞开性，便于在软硬件方面进行功用扩展和重新配置，一起使用体系的结构也比较灵敏。因为选用了高容量低本钱的CPLD器材MAX7128，将本体系的操控部分的中心电路的硬件资源进行了整合集成，进步了体系硬件的牢靠性。针对不同的操控方针，只需恰当的改动一下前端的信号处理电路，并选用满足要求的操控算法，即可担任面临各种方针的操控使命。因而体系具有结构敞开、功用牢靠、灵敏便利等特色，能够灵敏地担任不同方针的温度自动操控使命。
责任编辑：gt
