温度测量控制系统在自动染色机中的应用

　　0 引言

　　在工业控制过程中，温度控制是一项不可缺少的重要环节.一般的温控系统为滞后系统，滞后可引起系统不稳定.在工业控制中，PID 调节是一种优选的控制方法，具有结构简单，参数易于调整等优点，通过选取适当的 PID 参数可以使系统获得满意的动态品质.本文论述了以单片机 89C2051 为控制核心，通过键盘向单片机输入指定的温度，由 DS18B20 温度检测芯片测量温度值并将该测量值送到单片机，单片机进行 PID 算法运算，最后由 PID 算法的计算结果调整温度控制信号的占空比，根据占空比控制加热元件的加热时间，实现对系统温度的高精度控制，消除了传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象[1,2]，满足自动染色机的温度控制要求.

　　1 硬件设计

　　1.1 工艺要求

　　在自动染色机进行染色之前，石蜡切片必须经过脱蜡后才能染色，脱蜡前切片要经烘烤，这样使组织与玻璃片粘贴牢固.一般要求石蜡切片的烘烤处于某一恒定的温度下进行，因此需要对温度进行控制.

　　在本文所涉自动染色机中，要求脱蜡时的温度恒定保持在 65℃，精度为± 0.5℃.盛放石蜡切片的染色架放在加热缸中，用贴在加热缸上的金属加热膜作为加热元件，用 DS18B20 对加热缸进行测温，用 89C2051 单片机作为控制器，构成一个闭环的温度控制系统.这种温度控制器可以在占用较小体积的情况下，对试样进行恒温控制[3,4].

　　1.2 温度控制系统的结构

　　本系统的温度控制通过PWM脉冲调宽功率放大器，再通过放大器控制加热元件的加热时间，系统的框图如图 1 所示[5].

　　1.3 温度测量装置的检测和显示

　　温度测量装置的温度检测和显示电路图如图 2 所示：温度传感器 DS18B20 将被测温度转化成带符号的数字信号(以十六位补码形式，占两个字节)，传感器输出脚 I/O 直接与单片机的 P3.4 相连，R1 为上拉电阻，传感器采用外部电源供电.89C2051 是整个装置的控制核心，89C2051 内带 1K 字节的 FlashROM，用户程序存放在这里.显示器模块由四位一体的共阳极数码管和 4 个三极管 9012 组成.系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分，传感器控制程序是按照 DS18B20 的通信协议编制.系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示[6].

　　1.3.1 温度检测单元

　　使用一般的温度传感器作为检测单元，需要进行 A/D 转换，在本系统中，采用美国 Dallas 公司生产的数字式温度传感器 DS18B20 作为检测单元，可以直接将温度值转换成数字量，就不需要 A/D 转换电路，简化了控制电路.DS18B20 具有以下特性：