基于单片机的镀液温度智能控制系统设计方法浅谈

莫中凯

(左江城市学院，广西崇左，532200)

1 智能控制系统设计方案

此套镀液温度智能控制系统的控制核心是单片机，并采用上下位机结构。这种上下位机结构能够兼容单槽电镀体系和多槽电镀体系，并实现对镀液的温度控制。两个位机的作用分别是：上位机作为人机交互的“传输者”，根据不同的渡槽设计对应的数值区间，并传输到下位机；而下位机则作为信息“接受者”和“处理者”，负责采集信号机数据的处理，并输出调节控制信号。

详细地讲，该镀液温度智能控制系统的构成模块分别有温度采集系统、对比分析控制器系统、温度调节控制系统。三个模块负责的功能各不相同。三个模块之间相互作用的过程如下：温度采集系统采集不同镀槽的镀液温度信号，在对信号进行处理后，将处理信息传输至对比分析控制器模块。对比分析控制器系统则通过对比分析采集到的镀液温度信号与预设数值区间，并输出控制信号。温度调节控制系统则接收控制信号，执行相应指令，开动或关闭控制温度调节装置，使电镀各个渡槽内的镀液温度始终维持在合理区间，尽量减少能源浪费，提升生产效能。

2 控制系统硬件设计

2.1 温度采集系统

根据预先设计的电路结构图可知，采集各个渡槽内的镀液温度信息是依靠独立设置的温度感应器。鉴于镀液温度具有时变性、非线性和滞后性等特征，特选用PT100热敏电阻温度传感器（显示精度0.1℃，温度采集范围－200～200℃）。

温度传感器采用三线制接法与变送器相连,旨在尽量消除因线路内阻造成的测定误差。变送器输出的电流信号转换成弱信号，再经运算放大器逐级放大传送至单片机，由单片机读取电压，通过换算得到镀液温度。

2.2 温度调节控制系统

采集到的镀液温度信号传送至镀液温度调节控制模块，与预设镀液温度区间进行对比并作出判断。根据判断结果，由相应引脚传输控制信号。通过PC817高速光耦进行光电隔离，控制继电器的开通或关断，进而间接控制温度调节装置的开启或关停，实现对不同镀槽镀液温度的调节。

2.3 温度调节装置

温度调节装置主要有一个散热器组成。此装置连接温度调节控制系统，通过散热器内部增大与空气接触面积，降低镀液温度。经过散热器降温后的镀液重新进入渡槽，如此反复循环，以达到降低渡槽内镀液温度稳定的目的。

3 控制系统软件设计

3.1 专家PID控制器

镀液温度的时变性、非线性和滞后性等特征，致使PID参数对镀液温度控制的整定能力弱化，PID积分项产生非预期过控制，影响控制系统的稳定性和控制精准性。由于与镀液温度相关联的电镀过程参数和工艺条件较多，很难建立数学模型以准确表征镀液温度与其影响因素间的对应关系。为实现对镀液温度的精准监控和实时调节，在常规 PID控制器中引入专家控制规则，赋予控制系统自适应、快速响应与实时调节等特性。参照经验数值，依据当前偏差e(t)和变换率Δe（t）对 PID控制参数予以修正。专家控制规则具体如下：对作为控制核心的单片机进行相关设置，由初始化进入死循环，实时采集不同镀槽的镀液温度信号，并传送至专家 PID控制器进行数据处理。通过与预设数值范围进行对比并作出判断，对镀液温度进行调节和控制。如此往复循环，直至采集到的实时镀液温度数值与预设数值相同，循环终止。

3.2 软件设计

主程序先对系统资源进行初始化，调用LCD显示子程序，然后进入键盘设置界面。当设置键按下后，开始设置各点的温度，如果确认键按下，则系统开始工作。首先调用DS18B20初始化子程序，再发送ROM命令，读取DS18B20转换的温度值。当读取的温度大于设置的温度值时，报警器开始报警，LCD显示温度的实际值、设置值、路数、状态。接下来对第二、三、四路温度进行采集，处理，显示。

3.3 仿真

Proteus 软件来自LabcenterElectronics公司，基于SPICEF5 仿真引擎的很合电路仿真软件，是一款含有大量的系统资源、丰富的硬件接口电路，具有强大的调试功能和软硬件相结合的仿真系统。它很好地解决了硬件设计和软件调试的问题，不仅能够仿真模拟、数字电路以及模数混合电路，还能够仿真基于单片机的电子系统。

4 控制系统控制过程

第一步，定义温度t1,t2为最合适的镀液工作温度区间，其中t1＜t2,。当控制系统中的温度采集系统采集到电镀内部的镀液温度低于t1时，可以认为此时电镀散热系统可以满足散热需求，不需要控制系统采取下一步操作。

第二步，当控制系统中的温度采集系统采集到电镀内部的镀液温度高于t1时，判断此时散热系统不能满足散热需要，需要控制系统进一步操作。温度采集系统将采集的温度信号传输至对比分析控制系统，由该系统进行一定的数据处理，再将数据传输到温度调节控制系统，并由该系统作出开启镀液温度调节装置，实现对镀液温度的合理控制。在此过程中，镀液温度始终低于t2。

第三步，当控制系统中的温度采集系统采集到电镀内部的镀液温度t2在-5~+3摄氏度区间内时或者长时间在此区间内时，则依次将温度信号发送到对比分析控制系统、温度调节控制系统，实现对镀液温度的合理控制。