1、系統(tǒng)結構與工作原理 
系統(tǒng)整體結構如圖1所示，主要包括MCU、RS232接口、USB接口、鍵盤和LCD顯示等部分，其中MCU選用C8051F060單片機。 
利用Pt100溫度計和調理電路將恒溫槽內實際溫度轉換為C8051F060能夠處理的電壓信號。C8051F060將采集的溫度值和設定的溫度進行比較與處理，控制功率驅動電路驅動執(zhí)行器，增加或降低恒溫槽內溫度，使得恒溫槽內溫度恒定在設定值。RS232接口可實現溫控系統(tǒng)與PC機通訊，實現PC機在線處理溫度信息的功能；通過USB接口可將系統(tǒng)參數數據存儲于U盤中，可大大提高數據存儲容量和歷史數據采集時間。 
1.1溫度測量電路 
對于采用Pt100鉑電阻進行溫度測量的系統(tǒng)，導線自身電阻對測量精度具有較大的影響。采用四線制測量電路，導線雖有電阻但無電流，避免了導線自身電阻產生的誤差，提高了測量精度。因此，該文選用四線制測量電路。 OP27(1)與OP27(2)組成一個恒流源，為Pt100提供1mA的恒定電流。隨著恒溫槽內溫度的變化，Pt100的阻值相應改變。由于電流恒定，則Pt100的端電壓間接反映了恒溫槽內溫度的變化。OP27(3)組成放大增益為10的差模放大電路，可將Pt100端電壓調整為適合于C8051F060的ADC0檢測信號。在實際應用中，圖2中的電阻須選用千分之一的精密電阻，否則將出現恒流源電流失穩(wěn)，影響系統(tǒng)溫度測量的精度。 
1.2系統(tǒng)電源 
如要保證溫度的測量精度，首先必須有一個可靠、穩(wěn)定的系統(tǒng)電源。系統(tǒng)中所用的電源主要有+12V、-12V、+3.3V以及+5V。其中，+12V和-12V為溫度測量電路提供電源，必須具有很小的紋波電壓。+12V電源原理圖如圖3所示，-12V與+12V原理圖類似。圖3中，LM317為1.2V～37V范圍的調壓器，輸入與輸出電壓差zui大40V，輸出端接1mH的電感L，可減小LM317輸出電壓的紋波。 
1.3串口通訊與USB接口 
串口通訊選用Maxim公司的MAX3232，完成C8051F060與PC機的電平轉換，通訊方式為方式1。選用符合USB1.1協(xié)議規(guī)范的USB總線芯片CH375作為C8051F060與U盤存儲設備的接口，實現恒溫槽溫度實時數據存儲。 
2溫度控制算法 
溫度控制系統(tǒng)是變參數、大慣性、大延時和隨機干擾很強的動態(tài)系統(tǒng)。在實際應用中，恒溫槽溫度控制過程具有非線性、時變不確定性，難以建立的數學模型[6]。應用常規(guī)的PID控制不能達到理想的控制效果，存在超調量大、穩(wěn)定周期長、控制參數難于整定等問題[7]，不利于實現高精度控制。基于上述情況，該文選用模糊控制與標準PID控制算法結合在一起的模糊PID復合控制算法，實現系統(tǒng)的溫度高精度控制。從系統(tǒng)控制算法復雜性方面考慮，如用二維或三維模糊控制算法，則大大增加了系統(tǒng)控制的復雜性。通過實際多次測試表明，模糊控制采用一維控制，可*達到所需的控制精度、響應速度等，控制原理圖如圖4所示。其中，t為設定溫度值，e為設定溫度值與實測溫度值y的偏差。 
當設定值與實測溫度值e大于設定閾值時，采用PID控制；當設定值與實測溫度值小于設定閾值時，采用模糊控制，模糊控制器的輸入為溫度偏差e，通過偏差e控制模糊控制器。模糊控制規(guī)則為如表1
3軟件設計 
恒溫槽溫度控制系統(tǒng)軟件采用C語言，主要包括主程序、中斷程序、模糊控制程序以及PID控制程序等。主程序主要完成設定溫度讀取、判斷溫度偏差大小、模糊控制和PID控制算法選擇、調用模糊控制或PID控制子程序等，主程序流程圖如圖5所示。其中，ε為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下的zui小溫度誤差；γ為判斷采用模糊控制和增量式PID控制溫度閾值,實際取值為5℃。  
4試驗結果與分析 
本系統(tǒng)試驗過程中，恒溫槽介質為甲基硅油，溫控范圍為-30℃～150℃，測試點選用310K～380K，溫度采集間隔為0.5s，采集時間為100s。部分測試結果如圖6所示。 
經過大量溫度控制效果測試，依據恒溫槽溫度波動度的定義[8]，計算出該恒溫槽各點溫度波動度均小于±7mK。 
5結論 
針對熱物性測試所用恒溫槽要求，設計了一種一維模糊控制與增量式PID混合溫度控制策略，其主要利用實測溫度與設定溫度偏差的值判斷采用模糊控制或增量式PID控制。該控制方法大大提高了恒溫槽溫度響應速度，減少了單片機實現算法的難度。以C8051F060單片機作為主控制器，設計了實際控制系統(tǒng)。測試結果表明，該文給出的控制方法是有效的，溫度控制精度符合實際使用要求。 http://www.biaozhuo17.com/ancimy-ParentList-951412/