基于单片机的密闭容器内压力控制系统设计

　　介绍一种用单片机作为控制器，实现对密闭容器内汽液混合状态下的蒸汽压力和炉壁温度进行控制的方案。该控制器采用模糊控制技术，适用于非线性、时变和时滞系统。实验结果表明，它具有无超调、无静差、鲁棒性强等特点。

　　1系统的硬件组成

　　总体的硬件结构如图1所示。

　　选用PIC16C74单片机作为主控制芯片，它有40根引脚，振荡频率可达20MHz，内含4KB的程序存储器和192Bytes的RAM。内置3个定时器，2个*模块，一个同步串行通信接口，一个5输入通道的8位A/D转换模块，并提供了12个中断源。

　　1.2测温电路部分

　　本电路的测温传感元件采用电阻温度探测器(RTD)。阻值RT与温度T有如下对应关系：RT=R0(1+AT+BT2-100CT3+CT4)其中：R0为0℃时的阻值，A、B、C均为恒定的常数。本系统中选用Honeywell公司的HEL-700铂金RTDs。

　　其电路设计为图2所示。V0为输出电压，RT为温度T时的阻值。则：V0=[(1+RT/1000)-1]*10/10=0.001RT。根据图2电路输出的电压值及上式计算出此时的RT值，从而通过已知的RTD的电阻/温度关系得出测点处的温度值。也可通过在输出电压V0后接差动输入比例运算电路，实现输出电压值与测点处温度值的一一对应关系。之后，便可直接接单片机的一路模拟输入。

　　1.3测压电路部分

　　测压部分电路如图3所示。本系统采用的压力传感器为Honeywell公司的SCC系列产品，压力传感器起到惠斯登桥的作用，在恒流源驱动时可提供稳定的温度输出。图3中，SCC前边的电路提供恒流源;后边的电路中，U3、U4、U5、U6均为集成运算放大器，利用U3、U4作为跟随器，可以起隔离作用，避免后边电路中的信号对前边电路产生影响。R3为电位器，调节它可以进行压力传感器偏置的校准，调节R7可以改变压力传感器输出的电压的放大倍数。

　　1.4加热电路

　　本系统的加热部件选用加热丝，通过对晶闸管的通断控制实现加热功率的变化。图4为双向晶闸管型触发电路。

　　MOC3021是双向晶闸管输出型的光电耦合器，其作用是隔离单片机系统和触发外部的双向晶闸管。当单片机输出高电平时,MOC3021的输入端有电流输入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸管KS导通。输出高电平的时间便是触发脉冲的宽度。

　　本系统是通过对炉壁加热实现高温高压蒸汽的，该过程是一个非线性、时变的过程，因此采用模糊控制技术来控制本系统。为了克服计算量大，耗时多的缺点，模糊控制器在实际应用中采用查表法实现。

　　具体做法是：首先通过离线计算，得出一个模糊控制表，然后把控制指标存入到计算机内存。在控制过程中，根据采样得到压力偏差值Pi和温度偏差值Ti，分别乘以量化因子k1、k2，并经量化后得到论域Xi、Yj并由控制表第I行、第J列找到同样以论域形式表现的控制量Uij，乘以相应的比例因子k3得到控制量U，即可用于被控过程，达到预期控制目的。这种模糊控制器组成的系统结构如图5所示。