控制测试的程序类型包括系统程序包括哪两种程序？
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时间：2023-10-07 01:45
前言：PLC的前世今生
什么是可编程控制器？
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）通常被称为工厂级别的计算机，可直接面向生产一线的设备，一直在生产流程的控制领域和离散制造业的机电设备中长盛不衰。
20世纪60年代以前的100多年里，对工业生产或电气设备进行控制的装置是继电器控制电路。 继电器控制电路是利用电器元件的机械触点的串、并联组合成逻辑控制电路。 由于采用硬线连接，连线多而复杂，因此对后继的逻辑修改、增加功能都很困难。 而PLC则是在继电器控制技术的基础上融合计算机技术和现代通信技术发展起来的一项先进的控制技术。 PLC以微处理器为核心，用编写的软件程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出（I/O）来控制各种生产过程和设备。 改变程序, 便可改变逻辑，连线少、体积小、可靠方便，因而得到了快速的发展和应用。
继电器控制电路
继电器控制电路是指用导线将继电器类元件的触点（如按钮、开关或继电器、定时器、计数器的触点）按控制要求连接成控制用电设备工作的电路。 控制电路中的继电器类元件的触点及这些触点与用电设备的不同连接，构成了触点与用电设备之间的不同逻辑关系，可以实现不同的逻辑控制。
继电器控制电路分为触点控制电路及继电器控制电路两类。
触点控制电路，是指用手动控制器触点（如开关、按钮）的通、断，去控制用电设备的电路。 用触点控制电路可以实现一些常见的逻辑关系，如与、或等。 要实现更复杂的逻辑关系或要用小功率开关及触点去控制大功率动力设备的电路就得采用继电器控制电路了。
继电器控制电路是除了手动控制器触点（如开关、按钮），还使用继电器触点的电路，其控制对象既有用电设备，又有电磁继电器的自身线圈。
但继电器控制电路有以下缺点：
触点间用导线连接，容易形成故障点，使可靠性降低，维护费增高。
控制电路中的继电器类元件都是分立元件，体积大，不便实现复杂逻辑关系的控制。
控制电路没有柔性。 控制要求改变时，电路也要重新设计制造，从而推高用户的生产费用。
"GM十条"与PLC
20世纪60年代以后，美国汽车制造业为适应市场需求，不断更新汽车产品，要求及时改变相应的加工生产线。 汽车生产线上的继电器控制系统就需要经常重新设计装备，这不仅费用高，而且新系统的制造和接线也非常费时，延长了汽车的设计生产周期。 在这种情况下，采用传统的继电器控制就显出许多不足。
1968年美国通用汽车（GM）公司首次公开招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出了著名的10项招标指标，即奠定了PLC基本雏形的著名的“GM十条”：
编程简单，可在现场修改程序；
维护方便，最好是插件式；
可靠性高于继电器控制柜；
体积小于继电器控制柜；
可将数据直接输入管理计算机；
在成本上可与继电器控制器竞争；
输入可以是交流115V；
输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；
在扩展时，原有系统只需要很小变更；
用户程序储存器容量至少能扩展到4kW
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据这10项技术指标的要求研制出了第1台可编程逻辑控制器——PDP-14，并成功地应用在GM公司的生产线上。
1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。 1973年，欧洲一些国家也生产出自己的PLC。 1974年，我国开始了PLC技术的研究，并在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。
在这一时期，PLC主要用于顺序控制。 随着半导体技术、微电子技术及微型计算机技术的发展，到了20世纪70年代中期以后，PLC广泛采用微处理器作为中央处理器，并且在外围的输入/输出（I/O）电路中逐渐使用了大规模和超大规模的集成电路，用集成电路的存储器代替磁芯存储器，把微型计算机技术结合到PLC中，使得PLC实现了更大规模的集成化，工作更为可靠，更能适应工业环境， 而且柔性更强，同时成本也大幅度地降了下来，从而使PLC进入了工业实用阶段。
1980年，美国电气制造商协会（NEMA）将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller，PC），为与PC（Personal Computer）加以区别，常把可编程控制器称为PLC（Programmable Logic Controller）。
1987年国际电工委员会（IEC）颁布的“可编程控制器标准草案”中对PLC做了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。
连接式编程系统与存储式编程系统
在一个继电器控制系统中，要完成一项逻辑控制功能，支持控制系统的“程序”由各分立元件（继电器、定时器、计数器等）点到点之间布线连接来实现，这是一种 连接式编程系统 。 如果元件是串联，那就是一个“与”逻辑； 如要变为“或”逻辑，两个触点的串联电路必须重新布线，改为并联电路以适应控制程序的变化。 所以，继电器控制系统也称为连接式编程控制系统。
如果控制逻辑是编程器预先写好的“程序”并存放在存储器中，线圈的接通或断开都是由程序决定的，与控制器的结构和布线无关，这种控制系统称为 存储式编程系统 。 这样就可以使用标准的控制器，将生产过程的开关、按钮、各种传感器（称为输入设备）和电气设备等执行机构（称为输出设备）分别与控制器的端子相连。 如果需改变控制功能，只要通过编程器改变存储器中的程序，外部的连线不需要做任何改变，因此，PLC就是存储式编程的控制器。
PLC的组成单元
PLC比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的I/O接口，具有更适用于控制要求的编程语言和更适应于工业环境的抗干扰性能。
PLC基本单元
PLC主机（也称基本单元）由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（I/O接口）、通信接口、扩展接口、外围设备接口和电源等部分组成。 而PLC控制系统则由PLC主机、输入设备、输出设备组成。
中央处理器
CPU是PLC的核心部件，是PLC的运算和控制中心，PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。 CPU由微处理器和控制器组成，可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。
PLC常用的CPU有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。 通用微处理器按其处理数据的位数可分为4位、8位、16位和32位等。 PLC大多用8位和16位微处理器。
控制器的作用是控制整个微处理器的各个部件有条不紊地进行工作，其基本功能就是从内存中读取指令和执行指令。 控制器接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。 微处理器通过它来实现与各个单元之间的可靠的信息交换和最佳的时序配合。
存储器
存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。 PLC的存储器由系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成。
系统程序存储器是PLC用于存放系统程序如指令（软件）等内容的部件，这部分存储器用户不能访问。
用户程序存储器是为用户程序提供存储的区域。 用户程序存储器容量的大小，决定了用户程序的大小和复杂程度，从而决定了用户程序所能完成的功能和任务的大小。 用户程序存储器的容量一般以字节为单位。 小型PLC的用户程序存储器容量在1KB左右，典型PLC的用户程序存储器容量可达数兆字节（MB）。 PLC的用户存储区一般包括几个部分，每一部分都有特定的功能和用途。
PLC的存储器主要包括以下几种类型：
只读存储器（ROM）
可编程只读存储器（PROM）
可擦除可编程只读存储器（EPROM）
电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）
随机存取存储器（RAM）
I/O接口单元
I/O接口单元通常也称I/O接口电路或I/O模块，是PLC与工业过程控制现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口能够得到生产过程的各种参数，并向PLC提供开关信号量，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。 PLC通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现对工业现场执行机构的控制目的。 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口必须能实现这种转换。
I/O扩展单元
I/O扩展单元用来扩展PLC的I/O点数。 当用户所需要的I/O点数超过PLC基本单元的I/O点数时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元（不带有CPU）与主机单元相连接，以增加PLC的I/O点数，适应控制系统的要求。 其他很多的智能单元也通过该接口与主机相连。 PLC的扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。
通信接口
PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。 PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、上位计算机等设备实现通信连接。
PLC的软件组成
PLC的软件系统由 系统程序 （又称为系统软件）和 用户程序 （又称应用软件）两大部分组成。
系统程序
系统程序由生产厂家设计，由管理程序（运行管理、生成用户元件、内部自检）、用户指令解释程序、编辑程序、功能子程序以及调用管理程序组成。 它和PLC的硬件系统相结合，完成系统诊断、命令解释、功能子程序的调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供了PLC运行的平台。
1）系统管理程序
系统管理程序主管整个PLC的运行，因此是管理程序中最重要最核心的部分，管理程序由以下三部分组成。
（1）运行管理：时间分配的运行管理，即控制可编程控制器输入、输出、运算、自检及通信的时序。
（2）存储空间的分配管理：主要是进行存储空间的管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实际的数据格式及物理存放地址。 它将有限的资源变为用户可直接使用的很方便的元件。
（3）系统自检程序：包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、语句检验、警戒时钟运行等。 在系统管理程序的控制下，整个PLC就能按要求正确地工作。
2） 用户指令解释程序 （包含编辑程序）
用户指令解释程序的主要任务是将用户编程使用的PLC语言（如梯形图语言）变为机器能懂的机器语言程序。 它将梯形图程序逐条翻译成相应的机器语言，然后通过CPU完成这一步的功能。 在实际操作中，为了节省内存，提高解释速度，用户程序是用内码的形式存储在PLC中的。 用户程序变为内码形式的这一步是由编辑程序实现的，它可以插入、删除、检查用户程序，方便程序的调试。
3）标准模块和系统调用
这部分主要由许多独立的程序块组成，各自能完成不同的功能，有些完成I/O，有些完成特殊运算等。
用户程序
PLC的用户程序是用户利用PLC厂家提供的编程语言，根据工业现场的控制要求来设计编写的程序。 它存储在PLC的用户存储器中，用户可以根据系统的不同控制要求，对原有的应用程序进行改写或删除。 用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。
PLC的控制工作过程
PLC的循环扫描与中断
从时间进程上看，PLC采用分时操作原理，一个时刻执行一个操作指令。 随着时间推移，一个操作一个操作地顺序进行。 这种分时操作进程称做CPU对程序的“ 扫描 ”。 当PLC开始上电运行时，首先清除I/O存储单元的内容，然后进行自诊断，确认正常后开始扫描。
PLC的“扫描”过程分为三个阶段：
1）输入采样阶段
输入接口电路时刻监视着输入点的通、断状态。 CPU执行程序前首先将输入设备的通、断信息通过输入接口电路采集进来，转变成PLC的CPU能接受的标准电平信号——输入设备的“通”状态存于存储单元中就是“1”，“断”状态存于存储单元中就是“0”。 此状态暂存于PLC的输入映像区（暂存器）中。 每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。 完成输入端刷新工作后，转入下一步工作过程，即程序执行阶段。
2）程序执行阶段
对用户的控制程序，CPU从第一条指令开始执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态锁存器。 当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新阶段。
3）输出刷新阶段
PLC的CPU从输入映像区中读取输入信息并带入到程序中解算运行，解算运行的结果通过输出接口电路控制输出设备的通、断运行。
输出接口电路有输出锁存器。 它有高、低电位两个状态，并可锁存。 同时，它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位状态传送给输出点（高电位使输出回路接通，低电位使输出回路断开）。 每一输出点都有一个与其相对应的输出锁存器。
在中断方式下，需处理的控制先请求中断，被响应后，PLC的CPU停止正在运行的程序，转而去处理有关中断服务程序。 待处理完中断，又返回来运行原来的程序。
通过扫描与中断，大量控制都用扫描方式处理，个别紧急的用中断处理，计算机资源能得到充分利用。
PLC的工作状态
PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。 运行状态是执行应用程序的状态。 停止状态一般用于程序的编制与修改。 在这两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。
在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其他内部工作。
在通信服务阶段，PLC与其他带微处理器的智能装置通信，以更新编程器的显示内容。
扫描周期和响应时间
PLC在运行状态时，执行一次扫描操作所需的时间称为 扫描周期 ，其典型值为0.5～100ms。
扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：CPU执行指令的速度，执行每条指令占用的时间； 程序中指令条数的多少。 指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行速度有很大关系。
PLC的响应时间是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至由它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔，也叫做滞后时间（通常滞后时间为几十毫秒）。 它由输入电路的时间常数、输出电路的时间常数、用户语句的安排和指令的使用、PLC的循环扫描方式以及PLC对I/O的刷新方式等部分组成。 显然，PLC的响应时间不为零，这种现象称为I/O延迟响应或滞后现象。
响应时间可以分为最短响应时间和最长响应时间。
1）最短响应时间
如果在一个扫描周期刚结束之前收到一个输入信号，在下一个扫描周期之前进入输入采样阶段，这个输入信号就被采样，使输入更新，这时响应时间最短。
2）最长响应时间
如果PLC收到一个输入信号经输入延迟后，刚好错过I/O刷新的时间，在该扫描周期内这个输入信号无效，要到下一个扫描周期输入采样阶段才被读入和更新，这时响应时间最长。
PLC的编程语言
PLC是专为工业控制而开发的控制器，主要使用者是企业电气技术人员。 为了适应他们的传统习惯和掌握能力，PLC没有采用计算机编程语言，而采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程。 国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC 61131-3《可编程控制器语言标准》详细地说明了句法、语义和5种编程语言：梯形图、功能块图、状态转移图、指令语言、结构文本。
梯形图（Ladder Diagram，LD）
梯形图是使用得最多的图形编程语言，其基本结构形式是将继电器电路图软件化，即借用其线圈控制触点的概念和形式。
1）能流
为了分析各个元器件间的输入与输出关系，在梯形图中会假想一个概念电流，也称做能流（power flow）。 一般认为电流是按照从左到右的方向流动的，这一方向与执行用户指令顺序时的逻辑运算关系是一致的，即左边是“因”（条件），右边是“果”（结果）。
2）母线
梯形图两侧的垂直公共线称为母线（bus bar）。 母线之间有能流从左向右流动。 通常梯形图中的母线有左右两条，左侧的母线必须画出，但右侧母线可以省略不画。
3）软触点
软触点的“1”或“0”状态代表着相应继电器触点或线圈的接通或断开。
PLC梯形图中的编程元件中有部分元件沿用了继电器这一名称和功能，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。 PLC中的“软输入继电器（软触点）”实质上是输入信息映射区的一对应内存位（bit），“软输出继电器（也称为输出线圈）”则是输出映射区对应的内存位。
根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，可以求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态，称为梯形图的 逻辑解算 。 逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。 逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据逻辑解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。
梯形图与其他程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和对程序的检查。
功能块图（Function Black Diagram，FBD）
这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，对于有数字电路基础的读者很容易掌握。 该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系。 方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。 I/O端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。
状态转移图（Sequential Function Chart，SFC）
它是用来编制顺序控制程序的流程的。 它提供了一种组织程序的图形方法，在状态转移图中可以用别的语言嵌套编程。 状态转移图主要用来描述开关量顺序控制系统，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序。
指令语言（Instruction List，IL）
PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的 助记符表达式 。 助记符表达式与梯形图有一一对应关系，由指令组成的程序叫做指令（表）程序。 在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。
结构文本（Structured Text，ST）
结构文本是按IEC 61131-3标准创建的一种专用的 高级编程语言 。 它采用计算机的描述语句描述系统中各种变量之间的运算关系，完成所需的功能或操作。 与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。 在大中型的可编程控制器系统中，常采用结构文本设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。 它也被用于集散控制系统的编程和组态。 在进行PLC程序设计过程中，除了允许几种编程语言供用户使用外，标准还规定编程者可在同一程序中使用多种编程语言，这使编程者能选择不同的语言来适应特殊的工作。
常见PLC类型
按I/O点数分类
PLC可按输入/输出点数分为微型机、小型机、中型机、大型机及超大型机。 大型机、超大型机控制规模大、功能强、性能高，价格也高； 而微型机、小型机控制规模小、功能差、性能也低些，但价格便宜。
1）微型机
I/O点数为小于64点的PLC。
2）小型PLC
I/O点数为 256点以下 ，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。 它可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能实现包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。 例如，西门子公司的S7-200系列PLC，三菱公司的FX系列PLC都属于小型机。
3）中型PLC
I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。 它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。 例如，西门子公司的S7-300系列PLC、三菱公司的A1S系列PLC都属于中型机。
4）大型PLC
I/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外，大型PLC还可以采用3个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。例如，西门子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机。
按结构分类
PLC按其结构可分为一体式、模块式及叠装式3种。
1）一体式PLC
将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的PLC称为一体式PLC。一体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。扩展单元内只有I/O接口和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。它还配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。一体式PLC一般都是小型机。
2）模块式PLC
模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由母板（或框架）以及各种模块组成。把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。
3）叠装式PLC
将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC。叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。叠装式PLC集一体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。西门子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。
按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档及高档3类。
一般低档机多为小型PLC，采用一体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中，小型PLC多采用一体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。
1）低档PLC
具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
2）中档PLC
除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分）控制等功能，以适用于复杂控制系统。
3）高档PLC
除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制系统或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。}
远程控制系统范文第1篇
【关键词】ARM；远程控制系统；火车站LED公告板
1、引言
工业工程领域当中，远程控制成为了新宠，ARM处理器集体积小、能耗低、性价比高等特点成为了远程控制系统的核心部分。LED大屏幕公告板在火车站、高校校园、广场等公共场所屡见不鲜。ARM与LED的结合，能够实现远程控制和高效率信息传输。
2、基于ARM的远程控制系统
2.1硬件系统构建
2.1.1单机硬件设计
单机硬件系统由核心与扩展板两个部分。核心板分为六层板，分别包含了CPU、SDRAM、FLASH、声卡、以太网网卡、串口电路转换等。ARM精简系统包括地址线、数据线及各类控制线等，由金手指引出。6层核心板中，SDRAM与FLASH的容量根据实际应用而变动。扩展板是用来接入外置设备，例如隔离电源、LED显示屏、音频播放电路、USB、RJ45借口等。核心板与扩展板配合，通过简单的网络设置就可以通过连接到互联网。
2.1.2多机组设计
多机系统可以将多机看成一个整体，在多机内部形成完整的局域网网络，然后每台单机就能够通过网络端口连接到交换机上。在工业工程中，如果多机组数量多，可以提高安全性和可靠性的工业以太网来组建网络，从而满足大范围的局域网，通过加持集中继器来实现性能提升。
2.2软件系统构建
2.2.1嵌入式操作系统
Linux系统的开源性和稳定性，是嵌入式操作系统的最佳选择，并且Linux新版本中有完全针对ARM处理器而开发的ARM-Linux系统为操作系统。该操作系统能够满足不同客户和环境的需求，利用程序代码来完成各种不同的功能。
2.2.2交叉开发环境的建立
ARM-Linux嵌入系统属于首先资源系统，在构建好的嵌入系统中的硬件上写入软件程序耗费大量的资金和精力，而且往往的不到很好的效果。为此，通常在计算机上编写程序，然后转换成二进制格式，最后通过ARM-Linux系统下载到系统中来联合使用。
2.2.3GUI的选择
ARM-Linux系统作为一个数据采集和的控制中心，需要一个图形友好的界面，只需要经过简单的培训就能够达到灵活操作、使用的目的。通过人机交互的友好界面，操作者和管理者能够发挥自主能动性和创造性的进行管理。嵌入式的GUI选择基本原则是轻巧、高性能、高可靠性和可配置等。相比而言，嵌入式的GUI比传统的GUI的功能更加完善和可靠。
2.2.4网络编程
ARM-Linux开源系统，能够支持所有的网络协议，能够随意转换，并且网络连接能力强，稳定性高，在我国多元网络结构下，依然展现强大的适应能力。通常采用TCP/IP协议，基于socket编程模式，为ARM-Linux系统创造良好的网络环境，客户机/服务器模式，服务器处于伺服状态，为客户机提供资源和地质连接，ARM在远程控制设备时，ARM通过控制服务器对客户机发送命令，从而达到一对一、一对多的远程ARM控制。
3、应用实例――火车站LED屏幕远程控制系统
火车站人流量大，LED屏幕为乘客显示相关车次的信息和数据，但是传统的LED屏幕为单屏幕，不能够满足火车站大容量信息的现实，为此，进行LED屏幕的拼接，对每一个LED屏幕进行远程控制和管理是必要的，加上当前无触碰技术的发展，结合触摸系统的ARM远程控制系统开发是可行的。
3.1控制系统硬件设计
3.1.1S3C2440处理器主控板模块
通过嵌入式ARM-Linux系统进行实施操作，对多块LED屏幕进行动态管理和控制。上文中提到，为LED屏幕嵌入触屏控制模块，当下流行的S3C2440芯片支持触摸屏接口，通过外部电源供电，触摸屏控制器和触点晶体管来达到远程触摸屏操作，通过控制信号和模拟微型触摸板实现人性化管理。
3.1.2LED屏幕模块
使用了7寸液晶显屏其视频彩色制式：PAL/NTSC；高清晰度，宽视角，16：9与4：3可任意转换；最佳分辨率：800x480；对比度：200：1；7寸液晶显示屏主要用于主控制界面的显示和输入的更新文字的显示。通过多块液晶显示屏拼接而成的更大尺寸的LED屏幕，以满足个性化需求。
3.1.3四线电阻式触摸屏模块
四线电阻式触摸屏是电阻式触摸屏中应用最广、最普及的一种。其结构由下线路导电ITO层和上线路导电ITO层组成，中间由细微绝缘点隔开。当触摸屏表面无压力时，上下线路成开路状态；一旦有压力施加到触摸屏上，上下线路导通，控制器通过下线路导电ITO层在X坐标方向上施加驱动电压，通过上线路导电ITO层上的探针侦测X方向上的电压，由此推算出触点的X坐标，通过控制器改变施加电压的方向，同理可测出触点的Y坐标，从而明确触点的位置。
3.2控制系统软件设计
QT软件是诺基亚开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的功能。QT是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。自从1996年早些时候，QT进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础，QT也是流行的Linux桌面环境KDE的基础。
4、结束语
综上所述，ARM-Linux远程控制系统将会是未来几年远程控制的首选，不论是ARM的功能集成，还是Linux的开放兼容性，都为远程智能控制实现提供基础。同时触摸技术和无线网络技术也应该能假如到远程控制系统当中，特别是无线网络技术，对于水下远程控制和电缆无法触及的部位进行遥感和遥控是必要的。
参考文献
[1]陈泽婷.基于ARM的校园LED公告板远程控制系统设计[J].现代计算机（专业版），2012，（07）：77-80.
[2]王晓彦，程永强.基于ARM的嵌入式Internet远程控制系统的研究与实现[J].数字技术与应用，2012，（10）：28.远程控制系统范文第2篇
关键词:远程控制;反向连接;防火墙;防范措施
中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-9925-02
Research on Reverse Link Type Remote Control System and Prevention
LU Lei-ji1, FANG Zhi1, ZHAO Wei2
(1.The Basis of the Department of Computing in the Artillery Academy, Hefei 230031, China; 2.3.Anhui Medical University Student Affairs Office, Hefei 230031, China)
Abstract: Remote control is the eternal topic In computer network security,By analyzing the working principle of a traditional remote control and the basic working principle of a firewall,Describes the reverse connection technology in the realization of the importance of remote control,Concludes with a reverse-connection technology for adding remote control attacks a few preventive measures.
Key words: remote control; reverse connection; firewalls; precautionary measures
在网络这个不断更新换代的世界里,网络中的安全漏洞无处不在。即便旧的安全漏洞补上了,新的安全漏洞又将不断涌现。远程控制正是利用这些存在的漏洞和安全缺陷对系统和资源进行控制,但随着防火墙技术和反木马技术的不断发展,传统远程控制已经慢慢失去了效应,而加入反向连接技术的新型远程控制又给我们带来新的挑战,我们需要加以认真研究,以便有的放矢做好防范。
1 传统远程控制技术的工作原理
远程控制系统有两部分组成,一部分是控制端程序,即控制在控制者手中的程序,控制者通过它获取远程计算机的数据并通过它控制远程计算机。另一部分是受控端程序,一旦在目标计算机执行后就会打开特定的网络端口等待远程控制计算机的连接。传统远程控制系统都是由控制端计算机主动向目标计算机发起连接。其基本工作原理图如图1所示。
用控制端程序去连接被控计算机特定端口,进行登录,发出控制命令等,进而取得对被控计算机的控制权限,可以任意查看或删改被控计算机文件,操作被控计算机注册表,获取被控计算机的系统信息,窃取口令等,就如同访问自己计算机一样方便。
传统远程控制软件控制端程序实现如下(Contrl_Client为Winsock控件):
Contrl_Client.RemoteHost=RemoteIP(设远端地址为被控计算机IP地址)
Contrl_Client.RemotePort=31339(设远程端口为被控端程序起动的特定端口)
Contrl_Client.Connect(主动连接被控端计算机)
一旦被控端计算机收到主控端的连接请求ConnectionRequest,就能实现连接。
2 防火墙基本原理
在网络安全防护中,防火墙一般作为首要防护措施。由于防火墙安全规则(一切未被允许的都是禁止的,一切未被禁止的都是允许的)的限制,一般情况下是很难穿透的,因此,在一定意义上保护了内网的安全。
当计算机装了防火墙后,在外网和内网之间就多了一层屏障,防火墙是通过一个访问控制表来监测、限制、修改跨越防火墙的数据流的,对外屏蔽网络内部的结构、信息和运行情况。其形式一般是一连串的如下规则:1)ACCEPT FROM +源地址;端口TO+目的地址,端口+采取行动;2)DENY――(拒绝);3)NAT――(地址转换)。
3 反向连接技术
传统远程控制系统,要实现远程控制功能,必须由控制端主动向被控端发起连接,一般的防火墙都限制外部对内部的连接,传统的远程控制都是控制端向装有防火墙的内部计算机发起主动连接,很容易被防火墙拦截,因此传统的远程控制就很难工作起来。然而大部分防火墙防外不防内,利用这一漏洞可以在远程控制中融入反向连接技术,反向连接是从防火墙内部网络向外部网络发起连接,这样就可以绕开防火墙的拦截实施远程控制。
加入反向连接的被控端用VB实现如下(Contrl_Server是为Winsock控件):
Contrl_Server.RemoteHost=RemoteIP(设远端地址为控制端IP地址)
Contrl_Server.RemotePort=RemotePort(被控端为控制端启用的特定端口,如80、21端口等)
Contrl_Server.Connect(连接控制端计算机)
与传统远程控制软件相反,反向连接型软件的被控端会主动连接控制端。被控端的监听端口一般开为80(HTTP即用于网页浏览的端口)或21(FTP端口)从内网向外网发起连接。反向连接型远程控制软件的优点如下:
1) 控制端和被控端的通信能够穿透被控端主机防火墙。
2) 被控端不再等待主控端的连接请求,而主动向控制端发起连接,从而不易被端口扫描工具发现。
3) 即使被控端计算机是在单位内部通过上网,也能和控制端进行通信。
反向连接型软件的连接方法包括两种:半反向连接和全反向连接。
3.1 半反向连接
当一个反向连接型远程控制软件的控制端想和被控端建立连接时,它必须通过第三方计算机给被控端发送一个命令。第三方计算机收到命令后将通过一个特殊的数据端口向控制端发起连接请求。同时,控制端将会在这个端口进行侦听。当连接请求通过后,这样连接通道就建立起来。半反向连接步骤如图2所示。
1) 控制端连接第三方计算机,向其发送指令。
2) 被控端连接第三方计算机后,将会收到指令
3) 被控端解析指令后,将会主动连接控制端,并向控制端传送执行结果。
3.2 全反向连接
当控制端想对被控端进行操作时,首先向第三方计算机发送一条指令,当被控端从第三方计算机上取得指令后,将在本机上执行指令,然后将执行结果传回给第三方计算机。最后控制端再从第三方计算机取得执行结果。全反向连接步骤如图3所示。
1) 控制端连接第三方计算机,向其发送指令。
2) 被控端主动连接第三方计算机后,将会收到指令,解析指令后并在被控端执行,并将执行结果传给第三方计算机。
3) 第三方计算机将被控端传来的执行结果传给控制端。
3.3 半反向连接与全反向连接的比较
两者都是借助于第三方计算机实现由被控端向控制端发起的连接,但传送执行结果上有所不同,半反向连接是被控端直接将结果传送给主控端,而全反向连接则是通过第三方计算机将结果传送给主控端,控制端和被控端没有任何直接的通信连接,所以在隐蔽型上全反向连接优于半反向连接。 但在实际运用过程中因为半反向连接是直接连接控制端所以更具优势。因此,全反向连接一般用作远程文件操作。而半反向连接在远程控制中用的比较多。
4 反向连接型远程控制防范措施
4.1 安装杀毒软件
反向连接型远程控制系统不仅能危害公网中的计算机也可以穿透局域网或网络,所以不管是在局域网内部还是处于互联网中的计算机必须安装杀毒软件,并及时升级杀毒软件及病毒库,还要及时给系统打补丁。
4.2 经常监测
关掉所有的网络连接程序(如:Http超文本传输协议用于网络浏览、FTP服务器等),进入命令行状态用netstat-a命令,此命令的功能是显示网络连接、路由表和网络接口信息,可以让用户得知目前都有哪些网络连接正在进行。
4.3 关闭不用的端口
Windows有很多端口是开放的,实际使用过程中很多端口是不用的,这就给网络中的木马、病毒留下了可趁之机,为了安全起见,建议将一些不用的端口关闭,值得注意的是现在的反向连接型远程控制系统通常结合一些隧道技术,通过一些合法的端口如80或21端口传送数据,不仔细很难被发现。所以这给我们判断带来了难度。
4.4 使用反木马软件
对于初学者使用这种方法是最直接最有效的方法,借助网络这个庞大的资源库,使用专门的反木马软件并及时升级软件和病毒库。能够对网络非法控制起到很好的防护措施。
4.5 在Vista中利用防火墙防护
在Win XP自带的防火墙和ADSL猫的NAT方式,只能防外不防内,所以必须使用第三方防火墙。但在Vista系统中就可以有效的对反向连接型远程控制系统进行防护,具体操作如下。
打开Vista高级防火墙设置界面,在左侧边栏选取“出站规则”项,在中间的窗口列表中就可以看见出站网络连接规则。点击右侧“新规则”按钮,点击“下一步”按钮,程序设置界面勾选“所有程序”项,对所有出站程序进行控制;点击“下一步”按钮,设置操作为“禁止”;点击“下一步”按钮,勾选应用该规则为“域”、“专用”和“公用”;再点击“下一步”按钮,输入出站规则名称,这里为“禁止所有出站连接”。最后确定即完成了新规则的建立,返回规则列表,启用规则就可以过滤掉所有出站的连接,禁止了反向连接型远程控制程序的执行。
5 结束语
通过传统远程控制和加入反向连接的新型远程控制的比较,可以很清楚的发现二者的区别,在传统远程控制中有主控端发起连接,这样很容易被防火墙、杀毒软件拦截,失去作用。而加入反向连接的新型远程控制软件是由被控端主动向主控端发起连接,可以绕过防火墙、杀毒软件的拦截和查杀,所以加入反向连接的远程控制系统更具生命力。
参考文献:
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[5] 李波.新型反弹端口木马―“广外男生”探析[J].长沙电力学院学报,2005(1):52-58.远程控制系统范文第3篇
关键词 网络 远程控制 计算机 客户端 TCP协议
中图分类号：TP393 文献标识码：A
1远程控制简介
1.1远程控制的定义
从字面意义上来理解远程控制，是指在不近的距离范围来进行控制。监测和控制的对象是一个物理系统，如电力，生产线，水电站等，他们是由计算机系统控制来管理和执行的，因此远程控制是由监控计算机系统来操作的。准确理解，远程控制是本地计算机系统通过网络（尤其是Internet）的远程控制和控制系统，如基于Internet的远程控制系统是指以互联网为控制系统的通信平台。考虑到远程控制系统领域的对象，需要完整的远程监测应考虑以下几点：第一，保证实时性，即在有限的时间里正确的数据传输，处理，大多数的控制系统是一个实时系统，实时性的要求是特别重要的。二是可靠性和容错性，这是在系统出现故障的情况下，可以自动或半自动（人工干预的需要）采取相应的措施，确保系统正常运行。
1.2远程控制的模式
使用客户端/服务器的远程控制功能模式，由客户端和服务器端两部分组成。监控计算机系统在服务器模式运行，用来监控客户端。客户端主要负责请求将信息给服务器，把来自服务器发送的信息重新在本地实时显示，或向服务器端发送控制命令。服务器主要负责响应客户端的请求并发送信息。服务器程序放置在控制计算机中，客户程序安装在控制终端中。服务器程序启动，远程计算机上安装网络服务器的客户端一直搜索。然后，联系客户连接服务器，两个PC连接被建立，它可以通过互联网络协议TCP / IP被远程控制。
2网络远程控制系统的研究现状
随着互联网技术的迅速发展，远程控制技术已经日臻完善。首先，远程控制功能的PC用户可以访问台式机硬盘的信息，在你离开办公室的时候，甚至可以通过企业的网络资源访问台式机。今天，许多企业和零售商贩利用远程控制的功能作为一种有效的技术支持工具，如网络管理员利用软件对局域网进行管理，企业可以随时提取数据和信息。但最重要的远程控制技术是远程控制技术在工业控制中的应用。
随着网络和工业控制技术的迅速发展，带来了对控制技术的飞跃提升。国内外积极开展远程控制的应用研究，并取得了良好的效果。如等离子体物理研究所，中国科学院研制出了HT-7超导托卡马克装置。整个系统采用不同类型的计算机，操作系统也不同，能够满足实验控制系统的特殊要求，控制计算机各子系统在不同的实验场所，可以实现实时控制，并且可以和相距甚远的实验场所之间实现大量数据传输。为实现对保护系统的实时监测和诊断，系统在交换网络技术的基础上还采用了快速以太网。基于Socket网络编程的TCP / IP协议使用（如图1所示，是TCP协议中连接建立的过程图解），不仅实现了数据共享，还具有高速、可靠的数据传输的优点，而且系统具有简单，易于升级，性价比非常高。
到目前为止，基于国内互联网远程控制有不同程度的研究。相对而言，对于信息技术和计算机的发展，西方国家对于基于Internet的远程控制技术研究较早。由于因特网的迅速发展，国内也在近几年开始积极研究。国内基于Internet远程机器人控制的研究相对于其他地区和国外相对较晚，但也有一些不俗的研究成果。如美国伯克大学通过Internet远程控制技术研制了工业机器人的手臂来种植花卉。哈尔滨工业大学开发的网络机器人控制系统，用户可以查看传输机械臂上的摄像机图像，这使得园艺工作变得非常简单，如花卉种植，浇水等。
基于网络的客户机服务器模式的网络机器人控制系统，可以通过网络发送的命令和控制用摄像头来监控网站。目前，由于网络基础设施尚不完善，因此，大量图像监控的数据传输时间太长。即使使用数据压缩技术，仍然有大量的数据传输，远程控制的延迟时间非常长。此外，这类系统的网络模型通常使用客户机服务器模式，远程控制功能太简单，只有一些简单的指令，并不能达到所要求的复杂逻辑处理。
参考文献
[1] 单长虹.计算机远程控制技术研究[D]. 武汉大学，2004.远程控制系统范文第4篇
关键词：AT89S52；DTMF；MT8880；单片机
中图分类号：TP872文献标识码：A
1引言
随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用，已经从只关心家电的单项功能转向追求家电的品位和控制的便捷性上来。本文设计的基于DTMF技术的家电远程控制系统,该系统采用电话网作为数据传输通道，由于利用电话网进行远程控制不需要专门布线，且不占用无线电频率资源，不受距离和环境影响，可跨省市、甚至跨越国家进行远程控制[1]，因此是一种很有前景且低成本的家电远程控制方式。当我们出门在外忘记关电视或者空调，或者当我们下班后想提前打开家中的热水器时，只要利用身边的电话通过拨打家中的家电控制系统，然后根据系统的语音提示进行一步步的操作，就可以实现远程控制家电的目的。
2 系统硬件电路设计
该系统采用单片机AT89S52做为主控制器，采用ISD4003语音芯片做为语音录放芯片，采用MT8880解码芯片做为系统的DTMF（双音多频）解码芯片，采用MAX813L构成看门狗电路，因此硬件电路制作成本相当低廉。该系统采用电话网做为数据传输线路，同家用固定电话并联在一起但不影响电话机的正常使用。该系统具有振铃检测、电话自动拾机和挂机、密码验证、语音提示、继电器和红外线摇控等功能，使用起来相当方便。此系统硬件电路主要包括单片机电路、振铃检测电路、电话自动摘挂机电路、DTMF解码电路、语音电路、继电器和红外发射电路，系统的结构框图如图1所示。
图 1 系统结构框图
Fig.1 Block diagram of system
3. 系统软件设计
系统软件的设计均采用了模块化的设计思想。根据其具体实现的功能，软件模块可化分为以下模块：主程序模块、振铃检测计数模块、看门狗模块、电话自动拾机和挂机模块、双音频（DTMF）解码模块、语音提示模块、继电器控制和红外线编码发射模块。系统总体流程图如图2所示。软件部分工作的过程是，上电初始化完成之后，当系统检测到电话线上有铃流信号时，就会对铃流信号进行计数，当响铃8次时，系统控制继电器闭合接通线路。线路接通后，语音电路发出语音提示，用户听到提示后，通过电话按键发出DTMF密码信号，信号经过系统解码后，对其进行判断密码是否正确。如不正确，可重新输入，当输入次数超过3次时系统就会自动挂机，并且在等待用户输入密码的过程中，系统会内部计时，超过30秒自动挂机。如果输入的密码正确，则发语音提示，选择要控制的家电。当系统接收到用户的按键控制信号后，就会控制相应的继电器开关或者发出红外线控制信号对家电进行开机或关机动作。操作完成后，语音反馈操作结果,提示成功或者失败。
图2 系统流程图
Fig.2 Flowchart of the system
4．结 语
该系统基于DTMF编码采用PSTN电话网作为远程控制系统数据传输的通道，来完成对居民家中的家用电器进行远程控制的设计方案，另外采用红外线通信的方式作为家电无线局域网的数据传输方式。系统经过样机调试，试验证明其各项功能完成良好,能够实现远程控制家电的目的。系统具有开发成本低廉、价格便宜、布线简单、操作方便、安装灵活和安全可靠的特点，因此可以基本满足广大普通百姓对家中家电进行远程控制的需要。此外由于系统中MT8880芯片也支持DTMF解码的功能，因此只要对系统稍加更进就可以升级为具有能够自动拨号预报火警、匪警的家庭安防控制系统。
4．参考文献
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【关键词】水源井 远程控制 数字化管理
（1）网线传输
在已建数字化油井井场内的水源井，水源井距离井场交换机距离在100米以内的，采用网线进行数据网络传输。如图1，1#水源井到井场A直线距离在100米内，选择网线进行数据传输。
（2）无线电台M4传输
当水源井与井场网桥距离超出100米范围，使用无线传输电台M4模块进行无线传输。该电台具备的稳定传输距离为300米，在距离100米至300米之间采用M4进行数据传输是经济合理适用的。如图1，在2#水源井井场和A井场各安装一个M4模块进行组网信号传输。
（3）网桥传输
当有独立水源井时，周边近距离无可以依托的井场和站点，可考虑架设无线网桥，实现数据无线传输。如图1，4#水源井周边只有A井场可视，但是距离较远，无法使用M4传输，此时可以使用无线网桥。
2.2.2？无线网络未覆盖条件下传输方式
在无线网络未覆盖的水源井井场，采用JZ878无线数传电台来解决网络传输问题。JZ878调制采用GFSK 方式，调制方式先进，数据传输可靠，具备标准RS-485通讯接口。
采用JZ878无线电台传输时，需要在水源井井场和中心站点各安装一个电台，中心电台全向覆盖周边电台，实现与各水源井的通讯。中心电台通过一个485转232模块，可直接与上位机进行串口连接。
2.3 监控控制系统
为了方便水源井的管理，水源井的上位机监控系统设置在供注水站，在现有的站控系统上开发“水源井巡检”界面，显示站内所有水源井的基本生产信息，包括泵运行状态、瞬时流量、日累计流量、水表读数、泵电流、三相电压及泵的故障状态。进行“启深井泵”和“停深井泵”操作时，弹出窗口要求输入操作口令，正确输入口令后完成操作。
3 现场应用实例
通过在环三接转注水站现场实施，验证方案的合理性，考证系统可实施性和运行稳定性。
3.1 传输方案选择
环三接转注水站所辖5口水源井，通过各水源井具体地理位置确定，其中4口井为油田数字化网络覆盖，根据实际传输距离，2口井可使用网线进行传输，1口井采用M4无线电台传输，剩余1口井可采用无线网桥传输。1口井位于山间、山谷，现有数字化网络无法覆盖，需采用数传电台进行网络通讯传输。由于架设网桥设备及施工成本较高，对1口可实施网桥传输的水源井，现场改为数传电台传输。
3.2 数传电台应用
在环三转站内安装JZ878数传电台作为主电台，在L73-S16、L73-S21水源井各安装1台JZ878电台，均配置具备无线增益功能的全向天线，高度为3米。通过测试，在2km以内具备可靠稳定的衍射传输质量，在一定限度山体遮挡条件下，可与主电台稳定通讯。3.3 系统功能实现
完成5口水源井现场调试后，在站控上开发水源井监控组态控制界面。通过组态调试，在水源井巡检界面上实时显示水源井运行状态和参数。
实现功能：
（1）实时显示水源井运行状态、运行压力、采水瞬时及累计流量等生产信息。
（2）实时采集水源井运行的电压、电流等参数，同时记录显示潜水泵的过载、超压等故障信息，实现对水源井运行监控。
（3）通过启停控制点击“启深井泵”、“停深井泵”，可实现水源井的远程启停控制。
4 结论与认识
（1）通过现场实例验证，该水源井控制系统在油田应用是可行的、可靠的。
（2）通过合理利用油田数字化网络和站控系统，设计优化水源井远程控制系统，实现水源井数据自动采集和远程启停控制，减轻了劳动强度，提高了效率。
（3）该控制系统对水源井深井泵发生的卡泵、空抽、过载等故障进行智能判识并自动停泵保护，有效避免卡泵干烧等对机泵的损害，延长了设备使用年限，节约了成本。
作者简介远程控制系统范文第6篇
关键词：水泵 PLC 远程控制系统 构建 研究
水泵工作状态的远程控制以及监测是水泵的重要组成部分之一。水泵工作过程的实时监控直接关系着水泵的安全运行、矿井安全和生产成本等重要的经济效益和社会效益。面对大量的现场检测和控制数据信息,要求操作人员实时对生产过程进行监控、迅速而准确地对设备运行的技术指标以及故障作出判断也变得越来越困难。因此,研究开发水泵远程控制系统作为操作人员的可靠助手是非常必要的。本人结合研究课题,就水泵远程控制系统的构建作一个初步的探索。
一、水泵远程控制系统概述
系统控制部分和控制核心选用高性能可编程序控器。检测部分分模拟量检测,主要由水仓水位传感变送器、流量传感变送器、压力变送器、负压变送器、温度传感变送器等组成，用于中央泵房主排水系统运行参数的检测；另外是开关量检测，将高压启动柜中的真空断路器状态、电动阀的工作状态与启闭位置等开关量信号接入PLC，检测系统运行状态。
PLC系统设计概述：矿井水泵自动控制系统由上位计算机、PLC系统以及连接上位机与下位机的通讯电缆组成。下位机系统由PLC、触摸屏、检测部分、执行部分等组成；主要完成设备的状态检测和数据采集、控制水泵启停，同时，下位机还要把采集到的数据上传给上位机。PLC控制柜上装有报警蜂鸣器。上位机采用国际领先的工控组态软件编制，可实时监视水泵系统的运行参数，并可远程控制水泵系统,主要实现以下功能：接收与储存PLC传来的数据、处理实时数据和历史数据、发出控制命令、显示动画、报警、设置操作权限、绘制趋势曲线、输出报表等。另外，把上位机接入矿用局域网，实现远程监控。
二、水泵的运行控制设计
根据水仓水位自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种状态参数进行实时监控，同时通过接口将数据上传至地面集控室。
PLC系统流程：单台水泵自动启停的实现。井下中央水泵自动化控制的实现是建立在单台水泵自动启停的基础之上。根据所监测的水位信号，可设定出低水位、运行水位和3个上限水位信号及危险水位。低水位时停泵；高水位时水泵运行；根据上限水位逐台投入备用水泵同时运行；危险水位时起动水泵全部运行。同时根据水位变化计算涌水量，当涌水量增大或突变时启动水泵运行，以减少突水事故的发生。
单台水泵自动启动过程：启动抽真空系统―检测真空度―启泵―检测水泵出水口压力―打开水泵出水口电动闸阀―停止抽真空系统。水泵系统采用真空泵或射流法抽真空：系统根据水位状态或者操作员命令启动相应设备进行抽真空工作。当真空压力达到要求后将自动启动水泵电机，然后打开水泵出水管路电动闸阀进行排水。若电动闸阀打开后一定时间内水泵压力未达到设定值（一般是因为水泵或上水管路漏气导致）系统将会自动停止水泵运行并关闭电动闸阀，同时报警。
单台水泵自动停止过程：水仓水位下限―关闭水泵出水口电动闸阀―停泵。水泵系统停止运行：当水仓水位达到低位时将先自动关闭排水管路电动闸阀，电动闸阀关闭到位后（若一定时间内未关到位则按故障方式停止）停止水泵电机。
三、PLC系统功能、特点
1、根据水仓水位自动控制排水泵启停；2、控制各泵轮流工作，使每台磨损程度均等；3、根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况，合理调度水泵运行，以节省运行费用；4、检测水泵及其电机的工作参数，如：水泵流量、出入压力、电机定子温度及轴承温度、电机电流和功率等；5、根据水泵及电机的运行参数，测算水泵的运行效率，为水泵的维护保养提供科学依据；6、具有故障报警、自动保护等功能；7、具备就地手动控制、远方手动控制、自动控制等运行方式，控制方便、灵活。
PLC系统设计功能。检测水泵及其电机的工作参数，如：水泵流量、压力、轴温、压与流。根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况，合理调度水泵运行，以节省运行费用。控制各泵轮流工作，使每台磨损程度均等。具有故障报警、自动保护等功能。
四、远程控制系统功能详述
1、数据采集。数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，采集电机电工参数、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限即报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。
2、自动轮换
本系统程序设计了多台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀。当某台泵或所属阀门故障，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按既有顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理。
3、自动控制
系统控制设计选用了德国西门子公司生产的S7--300型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制。系统根据水仓水位的高低，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制多台水泵运行。为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和机械式液位传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接收到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，系统根据矿井涌水量和电网负荷、供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。
4、动态显示。动态模拟显示选用德国西门子TP--270型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。用图形填充以及趋势图、棒状图和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预警信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的流量，对井下用电负荷的监测量、电机电工参数和水泵负荷、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。
5、系统保护功能
超温保护：当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。流量保护：如流量达不到正常值实现报警，具有通过流量保护装置使本台水泵停止运行，自动转换为启动另一台水泵的功能。电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障时实现报警，具有参与控制功能。电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与水泵的联锁控制。
6、检修运行方式：当该系统出现故障时，在不影响泵房设备的正常运行，避免影响生产的情况下将PLC控制柜的所有控制输出屏蔽，只保留显示功能，各水泵及其设备的操作均能在脱离PLC控制柜的前提下进行。
整个系统在正常运行过程中，不管处于何种工作方式，都可实时地将泵房现场的各种运行参数、设备工作状态通过光纤传送到上位计算机。
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关键词：远程控制 物联网 Internet 智能家居
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0024-02
1 基于程控电话的远程控制系统
1.1 引言
随着信息事业的不断发展，我国的信息事业也在不断的发展，并且通信基础设施也在日益完善，而移动电话用户与固定电话用户的总人数已经达到2亿之多。要实现基于公用电话交换网PSTN的运程监控电话系统，就需要利用现有的个人通信终端来进行，具有广泛的使用价值和可推广的市场潜力，是智能家庭建设的重要组成部分。
基于程控电话家电远程控制系统实现的功能是通过电话按键远程对相应的家用电器的进行开关操控，同时当家里发生危险的时候（包括温度过高，湿度过高，有人闯入，失火）自动拨打户主的电话号码并在接通后通知户主危险情况。
这样的系统可以进行现场设备的控制、环境监测及报警，利用电话包括移动电话作为发出控制命令和接收监测信息的终端设备，可以选择单片机作为处理器，主要组成部分为：单片机构的成为主控的部分，其主要是进行信息的处理，并且接受外部操作指令，来形成各种控制的信号，从而完成对相应的继电器的控制。DTMF调制解调芯片用于将数据转换成适宜于电话线路及常规电话通信终端设备宜于收发处理的信号；摘挂机电路用于常规电话线路响铃及应答操作；一般采用MITEL公司的DTMF收发器MT88系列芯片作为电话双音多频的解码核心。使用语音芯片ISD系列的芯片或者其他语言芯片输出提示及报警语音。基本框架如图1所示。
1.2 基于GSM及GPRS的无线远程监控系统
基于GSM或者GPRS的无线远程监控系统架构（图2）相对于基于PSTN的来说只是传输介质及应用终端不一样，其他都相似。使用手机来操控更加便利，但是受限于移动电信网络稳定性的影响，安全性及可靠性远没有PSTN高。
2 基于Internet的网络远程监控系统
2.1 工业现场监控系统简介
基于Internet和Profibus总线的远程监控系统是通过现场总线得到工业现场的实时数据，然后通过现场的嵌入式设备将数据信息保存，并建立Web服务器，接入Internet，在本地通过浏览器就可以查看现场状态数据并进行控制操作。基于嵌入式的远程监控系统为企业建立了一个通用和开放的自动化管理控制平台。随着计算机、网络通信和Internet 技术的飞速发展和不断进步，远程监控系统在家庭和工业等多个领域得到越来越广泛的应用，而将基于现场总线的嵌入式系统接入Internet，利用嵌入式系统作为中间件实现对现场设备的远程监测和控制，已成为人们越来越关注的研究课题。
2.2 工业现场监控系统的实现
网络远程监控就是在原来的计算机监控系统的基础上，在被监控对象和控制端口之间加入通信网络，从而使本地计算机通过网络系统实现对远端生产过程的监督与控制的技术实现[1]，能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统。
由于现场总线技术的不断发展，所以通常形式下的远程监控系统的实现也选择现场总线作为数据采集的基础，主要方式为将现场总线系统的数据进行转化并通过以太网传输到远程终端。
基于Web的远程监控技术实现简单，对于监控方的要求低，只要监控方能够接入Internet网络，通过普通浏览器即可实现远程监控。这样的系统可以通过嵌入式设备将现场总线采集的数据进行相应转换，并实现Web服务器的功能，实时地反馈现场情况，远端只要接入Internet，通过浏览器即可查看现场数据。
为了有效控制生产过程，需要对现场生产设备等进行实时监控。即监视其工作状态并进行相应控制。监控可以分为本地监控和远程监控。本地监控需要相应工作人员守护现场，而对于较大的分布广泛的系统，就会需要较多的人力物力。远程监控则不要求技术人员到达现场，现场设备的工作状态只要通过某种方式采集上来并适时地传送到技术人员的监控端就可完成监控，通过这种方式能够节约人力物力，有效减少企业对于现场设备的维护成本，而且对于较大的分布广泛的工业现场也能够达到有效监控。这种系统主要针对以Profibus总线连接的现场设备的状态进行远程监控，以方便技术支持人员的工作。主要监控内容包括两个方面：一是系统本身的工作状态的监控，比如RS485终端电阻的状态，有没有接合；现场设备参数化状态，是否成功；现场设备配置状态，是否成功等等。二是系统工作对象的状态的监控，比如用户数据是否出现异常超温，超压等等。
2.3 系统总体架构图
系统的总体结构如图3所示。
从图中可以看出，整个系统由现场总线系统部分、嵌入式设备和客户端三部分组成。嵌入式设备（或者叫做网关）起到连接PROFIBUS 系统和客户端的作用，嵌入式设备通过有线（本地以太网）和无线（GPRS）两种方式接入Internet，而客户端通过浏览器来查看现场状态。嵌入式设备实时采集并储存PROFIBUS 系统的状态信息，并具有Web服务器的功能，当远程客户端通过浏览器访问的时候，就会将PROFIBUS 系统的实时状态信息反馈给用户，实现远程监控的功能，同时还将能够给技术支持人员发送短信及邮件。通过浏览器能够清楚地查看现场设备的工作状态。如4所示。
3 智能家居远程监控系统简介
作为物联网的一种重要应用，通过Internet远程访问由信息家电组成的局域网已成为未来家庭的一个重要标志[1]。自2009年被确立为国家五大新兴战略性产业之一以来，物联网以其广泛的应用前景，在中国受到了全社会的极大关注。据权威机构统计分析，物物通信的数量将会是现在互联网通信节点数量总和的30倍以上[2]。信息家电系统作为物联网的一种重要应用，有着巨大的商业潜在价值。
3.1 智能家居远程监控系统的实现
随着嵌入式处理技术的不断发展，未来越来越多的家电设备都会具备信息处理及联网的功能，这就为智能家电及家电远程控制准备了条件。信息家电远程控制系统是一种应用计算机网络技术、通信技术和远程监控技术来实现智能家居及远程监控的系统。用户可以通过远程访问系统，实现对家电的统一管理。远程控制端既可以是手机也可以是电脑，或者任何可以接入互联网的设备。在家里设置一个终端设备即智能家居控制设备，可以接入互联网，同时能够与家里的智能家居通信并进行控制。
3.2 系统架构
智能家居远程监控系统整体框架如图4所示。
用户可以通过笔记本电脑或者手机等任何可以接入Internet的设备接入互联网并访问相应的网站，打开相应的网页就可以看到智能家电的状态并进行操控。在家里设置智能家居控制设备，能够接入Internet网并提供Web功能，向下通过ZigBee方式和各种智能家电通信。
4 结语
本文共论述了3种远程控制的实现方式，也是随着通信技术、网络技术、计算机技术的不断发展而发展起来远程控制方式。随着未来物联网的不断发展，相信远程控制将更加普及，不断应用到我们的生产生活中。
参考文献
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[2] 国务院发展研究中心技术经济研究部.物联网：影响未来[M].中国发展出版社.
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[4] 韦丽华.基于语音的微机控制报警器[J].辽宁师范大学学报：自然科学版.
[5] 刘威，袁小平.基于电话线的远程报警器的设计[J].通信技术与应用.远程控制系统范文第8篇
关键词：船舶锚泊系统 可视化 远程控制
目前，国外对于船舶锚机、锚链的稳定性研究大多集中在锚机系统的设备研发和生产阶段，但对具体海况（比如浙江舟山海域）中锚泊系统的动态稳定性研究不多，相关产品的操作精度和稳定度不高，也没有实现操作过程的可视化。本文基于ARM嵌入式系统进行了遥控式船舶锚泊远程控制系统的设计与开发，并在实验室条件下，对所研制的船舶锚泊可视化远程测控系统的主控面板进行了测试实验。
船舶起锚操作运动学和动力学描述
1、起锚操纵运动数学模型
为了描述船舶的操纵运动， 如图1建立两个右手坐标系-空间固定坐标系 O0X0Y0Z0 和随船运动坐标系G x y z ， G 为船舶重心， x 轴指向船艏， y 轴指向右舷， z 轴指向龙骨。V 为船速， U为航向角，u、 v 为船舶运动的速度分量， r 为转艏角速度。运用MMG 模型，船舶抛起锚操纵运动数学模型，见式（1）：
图1 参考坐标系
式（ 1）中， m、 mx、 my ―船舶的质量和沿x 轴、 y轴方向运动的附加质量； I z z、J z z ―船舶绕z 轴转动的惯性矩和附加惯性矩； ur、 vr ―船舶运动对水流的相对速度在x 轴、 y 轴的分量； uC、 vC ―水流运动速度在x 轴、y 轴的分量； XH、 YH、 NH―作用于船体上的流体动力和力矩； XPR、 YPR、 NPR―螺旋桨和舵产生的水动力和力矩， 它们都是相对水运动速度ur、 vr 及艏摇角速度r 的函数； XTOL、 YTOL 、NTOL ―与流体动力无关的外力和力矩（如由风、浪、锚、缆、拖轮等产生的）。
根据船舶运动的初始条件， 求解式（ 1）得到船舶运动的速度分量 u、 v 和转艏角速度r ，继而可根据式（ 2）求得船舶的运动轨迹。
式（ 2）中， x 0、 y0 为船舶重心在固定坐标系中的坐标。求解式（ 1）的关键在于求得作用于船体的各种力和力矩。
2、锚链对船舶的水平作用力和力矩
锚链对船舶的水平作用力和力矩计算见式（ 3） ：
式（ 3）中， X C、 YC、 N C 分别为锚链作用于船体上的纵向力、 横向力和力矩； H i 为锚链水平作用力，i= 1、2分别表示左锚和右锚； аi 为锚链从锚链孔到锚位点的方位； L 为船长。
锚链的水平作用力和悬链的状态有关， 悬链的状态可分为两种： 自悬链和约束链。
船舶锚系统远程控制系统的组成与工作原理
一种船舶锚泊测控系统，包括码头主控系统、现场检测通讯系统和无线AP设备，现场检测通信系统和主控系统之间通过基于Internet、WiFi的无线AP设备实现信息传输；码头主控系统由web服务器和无线或远程pc机构成，两者通过互联网相连接，现场检测通讯系统由锚链受力检测模块、海浪声贝检测模块、海流流速检测模块和现场通讯系统构成，链受力检测模块、海浪声贝检测模块和海流流速检测模块通过并口线与现场通讯系统进行数据传输，现场通讯系统通过内置的无线模块实现与无线AP设备的信息传输连接。
码头主控系统，以嵌入式WEB服务器为主，采用模糊控制理论，建立锚泊安全预测的数学模型，内嵌于WEB服务器之中，实现锚泊设备的安全预警和紧急情况下的远程控制。
本系统的工作原理为：先将各船只型号的代码和对应实测的锚链受力、海浪声呗和海流流速数据输入到WEB服务器之中，当船舶处于恶劣海况下时，锚链受力检测模块、海浪声呗检测模块和海流流速检测模块时刻将检测到的数据通过并口线传递给现场通讯系统进行处理后，由现场通讯系统通过无线网络发送给无线AP设备，经无线AP设备传递给web服务器，然后web服务器将得到的数据进行处理，比如某鱿钓船的最大锚拉力将要8000N时、海流流3m/s以上或海浪声呗78dB以上中的其中一个条件达到，即判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当满足两个条件时，码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。
图2 锚泊可视化远程测控设计方案
码头主控系统设置有软件用户界面，图形显示锚机工况现状，实时接收和显示海况数据及锚泊受力数据，并根据接收到的数据，判断锚泊系统的安全系数；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。
船舶锚泊远程测控系统的测试试验
首先在实验室搭建调试平台，其中检测端如图3所示，包括电动锚机、齿轮减速箱、锚链绳、链轮、滑轮、40公斤无杆锚模型、交流变压器、整流桥堆、H 桥驱动控制、单片机最小系统、锚泊信息通信模块、锚链视频收发器等。然后测试电动锚机的加减速控制、正反转控制、无线数据及视频传输等，逐步增大通信距离测试系统的通信及控制可靠性。从操作便利和价格考虑，实验选用 9 英寸 CRT 模拟电视作为视频监视器。
图3 锚泊控制系统检测端实物图 图4 锚泊现场洋流流速检测器图
测试实验所用的洋流流速检测器见图4 ，包括悬浮体、连接杆、压力传感器、压块、无线发射模块、吊耳、控制芯片等，悬浮体连接在连接杆的一端，连接杆的另一端穿过外壳和压力传感器连接在压块上，压力传感器位于压块和外壳之间，无线发射模块和控制芯片安装在外壳内的下部，两者通过信号线相连接，外壳外部下端还设有吊耳；连接杆为钛合金材料，表面粗糙度为0.3 。
洋流流速检测器的优点是，可以将洋流的流速传递到船上信息采集系统，无需下水测量，大大节约了检测成本，同时也更加安全。工作过程，本装置通过吊耳固定在洋流区域，悬浮体在洋流的冲击下，带动压块压向压力传感器，压力传感器通过控制芯片的处理变成流速信号，通过无线发射模块发射给船上采集系统，采集系统即可读取所在区域的流速。
在实验室完成模块设计与系统集成后，进行了实验室测试。采用这种新型船舶锚泊可视化测控系统，通过远程测控就可判断是否走锚，并可自动采取对应的措施，其设计简洁高效，它的运用可基本上杜绝走锚现象，并可以保护海上建筑设施。
结论
测试结果表明：锚泊现场采集系统能采集、保存和发送洋流速度、风速、锚链受力等信息，其中洋流流速等检测误差低于5%；码头主控系统能接收锚泊现场信息，还能定量计算船舶走锚概率，并显示和发出锚泊预警信号，系统的响应时间能控制在5秒之内。远程控制系统范文第9篇
1．1输入模块设计1)模拟量信号输入模块。模拟量信号主要有压力、温度、位移3类信号，其数据采集电路均相同，模拟量采集电路如图2。模拟量信号输入的传感器内部带有变送电路，其输出信号均为标准的4～20mA，此信号经由电流隔离模块U1隔离后输入到U2进行I/V转换，先将4～20mA电流转换成1～5V电压，再经过调幅电路将电压信降至0．5～2．5V后送往STM32的AD通道进行AD转换。2)数字量信号输入模块。数字量输入信号包括脉冲信号和开关量信号。转速传感器输出的是脉冲信号，其信号调理电路如图3。由于钻机动力头回转时采集的传感器转速信号均低于1kHz，因此在电路设计中采用低通滤波器。这种滤波器可以有效地过虑掉频率高于1kHz的干扰信号，降低高频信号对转速信号的干扰，使得输出信号稳定可靠。开关量输入电路如图4。外部诸如接近开关或其它开关量输入信号一旦接通，则外部供电的本安电源12V便通上电使光电耦合器导通，从而使的4脚输出一个低电平给STM32单片机。光电耦合器有效地隔离了本安12V电源与信号电源3．3V。
1．2输出模块设计1)开关量输出模块。系统中输出量包括开关量和PWM信号输出。开关阀的控制电路如图5。图中，开关阀线圈的通断由STM32单片机的数字量输出引脚输出高低电平控制。光电耦合器TLP627起隔离与放大的作用，用于隔离STM32单片机与外部强电器件，TLP627的最大输出电流可达150mA，满足驱动继电器要求。电路中的继电器属于感性元器件，为防止继电器切断时产生的反向电动势击穿光藕，在电路设计中选择加入二极管IN4007。2)PWM(比例阀控制)输出模块。钻机控制系统选用的速度调节元件均采用电液比例阀，比例阀最小工作电流(阀口初始开启时)约为200mA，最大工作电流(阀口完全开启时)为800mA。一般电磁比例阀的工作电压为24V，内阻只有几欧姆到十几欧姆，所需驱动电流达数百毫安，而STM32输出电流只有几毫安，输出功率小，不足以直接驱动比例阀，因此在电路中采用达林顿三极管TIP147组成功率放大器，对PWM信号进行隔离并进行放大。WM输出模块电路如图6。3)CAN通信电路设计。为了提高CAN总线的数据通信的可靠性，在硬件接口设计时需考虑抗干扰设计。本系统CAN接口电路的本质安全电路框图如图7。系统中通信方式采用CAN通信，CAN接口电路被设计成本质安全型电路，由外部本安电源供电，同时对信号通道之间、本安与非本安电源之间进行隔离处理。在图7中，主控芯片采STM32型32位微处理器，该微处理器以Cortex－M3为内核，接口非常丰富，内部自带2通道CAN控制器，加上CAN收发芯片82C250即可方便实现CAN接口电路，主频最大可以达到72MHz，是一款适应煤矿设备的控制器。本系统通过加入数字隔离芯片对CAN信号通道进行隔离，非本安电源对ARM芯片及数字隔离的一侧进行供电，本安电源供电对CAN收发器及数字隔离芯片另一侧供电。
2室内试验
远控钻机的模拟量参数有压力、温度、液位等。鉴于试验室条件有限，选择温度传感器来模拟测量室内温度。连接电控手柄、STM32控制器及硬件电路和计算机。室内调试与试验主要检验远程控制钻机控制系统硬件电路板、CAN通信协议传输的准确性。试验结果表明，在实验室环境下，控制系统中硬件满足设计要求，电控手柄信号可以通过CAN总线对液压开关阀进行控制，开关阀块响应及时准确。
3结语
煤矿防突钻机控制系统以统硬件以STM32控制器为核心，并通过设计相应的控制电路达到了操作人员远程控制钻机的目的。试验室调试结果表明:该控制系统各项监测参数和控制功能正常，控制系统达到了设计要求，可实现远程控制与监测，且可靠性高、抗干扰能力强。远程控制系统范文第10篇
[关键词]P89LPC922；UART；RS-485；远程控制；ICP
引言
随着数控技术的飞速发展，基于单片机的控制系统也日益复杂。但在一些要求响应快，实时性强、控制量多的应用场合，由单个单片机构成的系统往往难以胜任，这时利用多个单片机之间或者结合PC组成分布式系统成为一个可行的解决方案。本文完全采用Philips公司的P89LPC900系列单片机组建控制系统，利用RS-485总线网络，来达到一个单片机控制多个单片机的一对多通讯目的，并配置了丰富的外设接口，可广泛应用在银行、武警、小区等领域[1，2]。
1、控制系统方案
控制系统主要有两部分组成，即上位机（主控机）和下位机（从机）。上位机和下位机都选用相同的51单片机，这样方便单片机的统一开发和维护。主控机通过485驱动芯片接入RS-485总线，它使用查询方式与8个从机通信；8个从机也通过485驱动芯片接入RS-485总线，响应主机的查询命令，将数据回传给主机，从机之间的不能直接数据交换只能通过主机进行转发。
2、硬件电路设计
由于各个从机模块的硬件电路完全相同，所以我们可以用一对一通讯模式来说明一对多控制通讯模式。
2.1 共同接口设计
如图，由于主控机和从机都是采用的同种同型号单片机，所以一些接口可以采用相同的设计，这样更利于整个系统的硬件设计和软件编程。比如：485接口、编程升级接口、存储器接口和蜂鸣器接口等等，都可以采用完全相同的设计。
（1）485接口设计
如图，单片机的串口引脚RXD和TXD分别连接MAX485的RO和DI引脚，以进行串行数据交换；单片机的控制引脚通过三极管连接MAX485的DE和RE引脚，以控制驱动器和接收器使能。这4个引脚均应接上拉电阻。MAX485的A和B引脚为RS-485总线网络的差分信号输入/输出端，两者之间串联120欧电阻。
（2）程序下载设计
P89LPC922支持ICP（在电路编程）及ISP（在系统编程）等下载模式对芯片进行编程、及升级。可通过外部的编程器或者PC的串口将程序下载到芯片中。ICP用到的5个脚分别是VCC、VSS、RST、PCL（P0.5）、PDA（P0.4）。
（3）外扩存储器设计
存储器采用ATMEL公司的AT24C02电可擦除存储芯片，采用I2C协议和单片机通讯[4]。
（4）蜂鸣器设计
蜂鸣器的驱动采用PNP三极管8550来驱动，低电平有效。
2.2 主机设计
主控机除了上述的共同接口设计外，还要有I/O扩展接口。由于单片机自身的I/O口数量有限，可以用三八译码器74LS138扩展成8个I/O来驱动LED，8个LED分别对应着8个从机，哪个从机响应主机对应的LED灯就会闪烁。
2.3 从机设计
从机除了上述的共同接口设计外，还要有设备地址接口和电机驱动接口。
（1）地址获取
利用四位拨动开关分别接到单片机的4个I/O，可以获取16个不同的地址。
（2）电机驱动
国产的电机驱动L9110S是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力。
3、软件设计
3.1 RS-485通讯协议设计[5]
RS-485总线网络能够实现多机通讯的关键是通讯协议设计，而其中最重要的是帧结构的设计。本系统根据控制系统的通用性定义了帧结构，如表1。
本系统的数据帧有四种类型，它们分别是：主机询问从机是否在位的“Active”指令，从机应答在位的“Ready”指令，主机发送读设备请求的“Command”命令，从机发送设备状态“Succeed”指令。
3.2 软件流程
本系统平台可以根据软件不同实现多种一对多控制功能，具有控制系统通用性。主控机有8个按钮，分别控制着1-8号从机；并分别对应着8个LED指示灯。主控机按下1号按钮，询问1号从机是否在位，如果1号从机成功接收到数据，就会反馈给主控机在位信息，这时主控机的1号LED灯亮；紧接着主控机发送开门指令，如果1号从机能成功执行命令，会再次反馈给主控机信息，这时1号LED灯会闪烁两下。同样的2-8号从机操作过程相同。
4、应用前景
（1）完全基于单片机，脱离PC机，便于开发成便携式设备。可以广泛用于银行、酒店等领域的报警系统或者门禁系统。
（2）也可以把上位机换成PC机，加上一些软件比如：用户界面、数据处理、后台数据库等，就可以开发成用于工业数据采集控制系统。
5、结束语
本文完全利用单片机搭建了一个基于RS485通信协议的多单片机控制系统平台。也可以根据实际的应用场合，选择合适的上位机，稍作修改即可继承运用本系统。本系统具有一定的通用性。
参考文献
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[4]Atmel Corporation.AT24C01A/02/04/08A/16A，Two-wire Serial EEPROM [R].2007.}
【关键词】ARM；远程控制系统；火车站LED公告板
1、引言
工业工程领域当中，远程控制成为了新宠，ARM处理器集体积小、能耗低、性价比高等特点成为了远程控制系统的核心部分。LED大屏幕公告板在火车站、高校校园、广场等公共场所屡见不鲜。ARM与LED的结合，能够实现远程控制和高效率信息传输。
2、基于ARM的远程控制系统
2.1硬件系统构建
2.1.1单机硬件设计
单机硬件系统由核心与扩展板两个部分。核心板分为六层板，分别包含了CPU、SDRAM、FLASH、声卡、以太网网卡、串口电路转换等。ARM精简系统包括地址线、数据线及各类控制线等，由金手指引出。6层核心板中，SDRAM与FLASH的容量根据实际应用而变动。扩展板是用来接入外置设备，例如隔离电源、LED显示屏、音频播放电路、USB、RJ45借口等。核心板与扩展板配合，通过简单的网络设置就可以通过连接到互联网。
2.1.2多机组设计
多机系统可以将多机看成一个整体，在多机内部形成完整的局域网网络，然后每台单机就能够通过网络端口连接到交换机上。在工业工程中，如果多机组数量多，可以提高安全性和可靠性的工业以太网来组建网络，从而满足大范围的局域网，通过加持集中继器来实现性能提升。
2.2软件系统构建
2.2.1嵌入式操作系统
Linux系统的开源性和稳定性，是嵌入式操作系统的最佳选择，并且Linux新版本中有完全针对ARM处理器而开发的ARM-Linux系统为操作系统。该操作系统能够满足不同客户和环境的需求，利用程序代码来完成各种不同的功能。
2.2.2交叉开发环境的建立
ARM-Linux嵌入系统属于首先资源系统，在构建好的嵌入系统中的硬件上写入软件程序耗费大量的资金和精力，而且往往的不到很好的效果。为此，通常在计算机上编写程序，然后转换成二进制格式，最后通过ARM-Linux系统下载到系统中来联合使用。
2.2.3GUI的选择
ARM-Linux系统作为一个数据采集和的控制中心，需要一个图形友好的界面，只需要经过简单的培训就能够达到灵活操作、使用的目的。通过人机交互的友好界面，操作者和管理者能够发挥自主能动性和创造性的进行管理。嵌入式的GUI选择基本原则是轻巧、高性能、高可靠性和可配置等。相比而言，嵌入式的GUI比传统的GUI的功能更加完善和可靠。
2.2.4网络编程
ARM-Linux开源系统，能够支持所有的网络协议，能够随意转换，并且网络连接能力强，稳定性高，在我国多元网络结构下，依然展现强大的适应能力。通常采用TCP/IP协议，基于socket编程模式，为ARM-Linux系统创造良好的网络环境，客户机/服务器模式，服务器处于伺服状态，为客户机提供资源和地质连接，ARM在远程控制设备时，ARM通过控制服务器对客户机发送命令，从而达到一对一、一对多的远程ARM控制。
3、应用实例――火车站LED屏幕远程控制系统
火车站人流量大，LED屏幕为乘客显示相关车次的信息和数据，但是传统的LED屏幕为单屏幕，不能够满足火车站大容量信息的现实，为此，进行LED屏幕的拼接，对每一个LED屏幕进行远程控制和管理是必要的，加上当前无触碰技术的发展，结合触摸系统的ARM远程控制系统开发是可行的。
3.1控制系统硬件设计
3.1.1S3C2440处理器主控板模块
通过嵌入式ARM-Linux系统进行实施操作，对多块LED屏幕进行动态管理和控制。上文中提到，为LED屏幕嵌入触屏控制模块，当下流行的S3C2440芯片支持触摸屏接口，通过外部电源供电，触摸屏控制器和触点晶体管来达到远程触摸屏操作，通过控制信号和模拟微型触摸板实现人性化管理。
3.1.2LED屏幕模块
使用了7寸液晶显屏其视频彩色制式：PAL/NTSC；高清晰度，宽视角，16：9与4：3可任意转换；最佳分辨率：800x480；对比度：200：1；7寸液晶显示屏主要用于主控制界面的显示和输入的更新文字的显示。通过多块液晶显示屏拼接而成的更大尺寸的LED屏幕，以满足个性化需求。
3.1.3四线电阻式触摸屏模块
四线电阻式触摸屏是电阻式触摸屏中应用最广、最普及的一种。其结构由下线路导电ITO层和上线路导电ITO层组成，中间由细微绝缘点隔开。当触摸屏表面无压力时，上下线路成开路状态；一旦有压力施加到触摸屏上，上下线路导通，控制器通过下线路导电ITO层在X坐标方向上施加驱动电压，通过上线路导电ITO层上的探针侦测X方向上的电压，由此推算出触点的X坐标，通过控制器改变施加电压的方向，同理可测出触点的Y坐标，从而明确触点的位置。
3.2控制系统软件设计
QT软件是诺基亚开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的功能。QT是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。自从1996年早些时候，QT进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础，QT也是流行的Linux桌面环境KDE的基础。
4、结束语
综上所述，ARM-Linux远程控制系统将会是未来几年远程控制的首选，不论是ARM的功能集成，还是Linux的开放兼容性，都为远程智能控制实现提供基础。同时触摸技术和无线网络技术也应该能假如到远程控制系统当中，特别是无线网络技术，对于水下远程控制和电缆无法触及的部位进行遥感和遥控是必要的。
参考文献
[1]陈泽婷.基于ARM的校园LED公告板远程控制系统设计[J].现代计算机（专业版），2012，（07）：77-80.
[2]王晓彦，程永强.基于ARM的嵌入式Internet远程控制系统的研究与实现[J].数字技术与应用，2012，（10）：28.远程控制系统范文第2篇
关键词:远程控制;反向连接;防火墙;防范措施
中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-9925-02
Research on Reverse Link Type Remote Control System and Prevention
LU Lei-ji1, FANG Zhi1, ZHAO Wei2
(1.The Basis of the Department of Computing in the Artillery Academy, Hefei 230031, China; 2.3.Anhui Medical University Student Affairs Office, Hefei 230031, China)
Abstract: Remote control is the eternal topic In computer network security,By analyzing the working principle of a traditional remote control and the basic working principle of a firewall,Describes the reverse connection technology in the realization of the importance of remote control,Concludes with a reverse-connection technology for adding remote control attacks a few preventive measures.
Key words: remote control; reverse connection; firewalls; precautionary measures
在网络这个不断更新换代的世界里,网络中的安全漏洞无处不在。即便旧的安全漏洞补上了,新的安全漏洞又将不断涌现。远程控制正是利用这些存在的漏洞和安全缺陷对系统和资源进行控制,但随着防火墙技术和反木马技术的不断发展,传统远程控制已经慢慢失去了效应,而加入反向连接技术的新型远程控制又给我们带来新的挑战,我们需要加以认真研究,以便有的放矢做好防范。
1 传统远程控制技术的工作原理
远程控制系统有两部分组成,一部分是控制端程序,即控制在控制者手中的程序,控制者通过它获取远程计算机的数据并通过它控制远程计算机。另一部分是受控端程序,一旦在目标计算机执行后就会打开特定的网络端口等待远程控制计算机的连接。传统远程控制系统都是由控制端计算机主动向目标计算机发起连接。其基本工作原理图如图1所示。
用控制端程序去连接被控计算机特定端口,进行登录,发出控制命令等,进而取得对被控计算机的控制权限,可以任意查看或删改被控计算机文件,操作被控计算机注册表,获取被控计算机的系统信息,窃取口令等,就如同访问自己计算机一样方便。
传统远程控制软件控制端程序实现如下(Contrl_Client为Winsock控件):
Contrl_Client.RemoteHost=RemoteIP(设远端地址为被控计算机IP地址)
Contrl_Client.RemotePort=31339(设远程端口为被控端程序起动的特定端口)
Contrl_Client.Connect(主动连接被控端计算机)
一旦被控端计算机收到主控端的连接请求ConnectionRequest,就能实现连接。
2 防火墙基本原理
在网络安全防护中,防火墙一般作为首要防护措施。由于防火墙安全规则(一切未被允许的都是禁止的,一切未被禁止的都是允许的)的限制,一般情况下是很难穿透的,因此,在一定意义上保护了内网的安全。
当计算机装了防火墙后,在外网和内网之间就多了一层屏障,防火墙是通过一个访问控制表来监测、限制、修改跨越防火墙的数据流的,对外屏蔽网络内部的结构、信息和运行情况。其形式一般是一连串的如下规则:1)ACCEPT FROM +源地址;端口TO+目的地址,端口+采取行动;2)DENY――(拒绝);3)NAT――(地址转换)。
3 反向连接技术
传统远程控制系统,要实现远程控制功能,必须由控制端主动向被控端发起连接,一般的防火墙都限制外部对内部的连接,传统的远程控制都是控制端向装有防火墙的内部计算机发起主动连接,很容易被防火墙拦截,因此传统的远程控制就很难工作起来。然而大部分防火墙防外不防内,利用这一漏洞可以在远程控制中融入反向连接技术,反向连接是从防火墙内部网络向外部网络发起连接,这样就可以绕开防火墙的拦截实施远程控制。
加入反向连接的被控端用VB实现如下(Contrl_Server是为Winsock控件):
Contrl_Server.RemoteHost=RemoteIP(设远端地址为控制端IP地址)
Contrl_Server.RemotePort=RemotePort(被控端为控制端启用的特定端口,如80、21端口等)
Contrl_Server.Connect(连接控制端计算机)
与传统远程控制软件相反,反向连接型软件的被控端会主动连接控制端。被控端的监听端口一般开为80(HTTP即用于网页浏览的端口)或21(FTP端口)从内网向外网发起连接。反向连接型远程控制软件的优点如下:
1) 控制端和被控端的通信能够穿透被控端主机防火墙。
2) 被控端不再等待主控端的连接请求,而主动向控制端发起连接,从而不易被端口扫描工具发现。
3) 即使被控端计算机是在单位内部通过上网,也能和控制端进行通信。
反向连接型软件的连接方法包括两种:半反向连接和全反向连接。
3.1 半反向连接
当一个反向连接型远程控制软件的控制端想和被控端建立连接时,它必须通过第三方计算机给被控端发送一个命令。第三方计算机收到命令后将通过一个特殊的数据端口向控制端发起连接请求。同时,控制端将会在这个端口进行侦听。当连接请求通过后,这样连接通道就建立起来。半反向连接步骤如图2所示。
1) 控制端连接第三方计算机,向其发送指令。
2) 被控端连接第三方计算机后,将会收到指令
3) 被控端解析指令后,将会主动连接控制端,并向控制端传送执行结果。
3.2 全反向连接
当控制端想对被控端进行操作时,首先向第三方计算机发送一条指令,当被控端从第三方计算机上取得指令后,将在本机上执行指令,然后将执行结果传回给第三方计算机。最后控制端再从第三方计算机取得执行结果。全反向连接步骤如图3所示。
1) 控制端连接第三方计算机,向其发送指令。
2) 被控端主动连接第三方计算机后,将会收到指令,解析指令后并在被控端执行,并将执行结果传给第三方计算机。
3) 第三方计算机将被控端传来的执行结果传给控制端。
3.3 半反向连接与全反向连接的比较
两者都是借助于第三方计算机实现由被控端向控制端发起的连接,但传送执行结果上有所不同,半反向连接是被控端直接将结果传送给主控端,而全反向连接则是通过第三方计算机将结果传送给主控端,控制端和被控端没有任何直接的通信连接,所以在隐蔽型上全反向连接优于半反向连接。 但在实际运用过程中因为半反向连接是直接连接控制端所以更具优势。因此,全反向连接一般用作远程文件操作。而半反向连接在远程控制中用的比较多。
4 反向连接型远程控制防范措施
4.1 安装杀毒软件
反向连接型远程控制系统不仅能危害公网中的计算机也可以穿透局域网或网络,所以不管是在局域网内部还是处于互联网中的计算机必须安装杀毒软件,并及时升级杀毒软件及病毒库,还要及时给系统打补丁。
4.2 经常监测
关掉所有的网络连接程序(如:Http超文本传输协议用于网络浏览、FTP服务器等),进入命令行状态用netstat-a命令,此命令的功能是显示网络连接、路由表和网络接口信息,可以让用户得知目前都有哪些网络连接正在进行。
4.3 关闭不用的端口
Windows有很多端口是开放的,实际使用过程中很多端口是不用的,这就给网络中的木马、病毒留下了可趁之机,为了安全起见,建议将一些不用的端口关闭,值得注意的是现在的反向连接型远程控制系统通常结合一些隧道技术,通过一些合法的端口如80或21端口传送数据,不仔细很难被发现。所以这给我们判断带来了难度。
4.4 使用反木马软件
对于初学者使用这种方法是最直接最有效的方法,借助网络这个庞大的资源库,使用专门的反木马软件并及时升级软件和病毒库。能够对网络非法控制起到很好的防护措施。
4.5 在Vista中利用防火墙防护
在Win XP自带的防火墙和ADSL猫的NAT方式,只能防外不防内,所以必须使用第三方防火墙。但在Vista系统中就可以有效的对反向连接型远程控制系统进行防护,具体操作如下。
打开Vista高级防火墙设置界面,在左侧边栏选取“出站规则”项,在中间的窗口列表中就可以看见出站网络连接规则。点击右侧“新规则”按钮,点击“下一步”按钮,程序设置界面勾选“所有程序”项,对所有出站程序进行控制;点击“下一步”按钮,设置操作为“禁止”;点击“下一步”按钮,勾选应用该规则为“域”、“专用”和“公用”;再点击“下一步”按钮,输入出站规则名称,这里为“禁止所有出站连接”。最后确定即完成了新规则的建立,返回规则列表,启用规则就可以过滤掉所有出站的连接,禁止了反向连接型远程控制程序的执行。
5 结束语
通过传统远程控制和加入反向连接的新型远程控制的比较,可以很清楚的发现二者的区别,在传统远程控制中有主控端发起连接,这样很容易被防火墙、杀毒软件拦截,失去作用。而加入反向连接的新型远程控制软件是由被控端主动向主控端发起连接,可以绕过防火墙、杀毒软件的拦截和查杀,所以加入反向连接的远程控制系统更具生命力。
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[5] 李波.新型反弹端口木马―“广外男生”探析[J].长沙电力学院学报,2005(1):52-58.远程控制系统范文第3篇
关键词 网络 远程控制 计算机 客户端 TCP协议
中图分类号：TP393 文献标识码：A
1远程控制简介
1.1远程控制的定义
从字面意义上来理解远程控制，是指在不近的距离范围来进行控制。监测和控制的对象是一个物理系统，如电力，生产线，水电站等，他们是由计算机系统控制来管理和执行的，因此远程控制是由监控计算机系统来操作的。准确理解，远程控制是本地计算机系统通过网络（尤其是Internet）的远程控制和控制系统，如基于Internet的远程控制系统是指以互联网为控制系统的通信平台。考虑到远程控制系统领域的对象，需要完整的远程监测应考虑以下几点：第一，保证实时性，即在有限的时间里正确的数据传输，处理，大多数的控制系统是一个实时系统，实时性的要求是特别重要的。二是可靠性和容错性，这是在系统出现故障的情况下，可以自动或半自动（人工干预的需要）采取相应的措施，确保系统正常运行。
1.2远程控制的模式
使用客户端/服务器的远程控制功能模式，由客户端和服务器端两部分组成。监控计算机系统在服务器模式运行，用来监控客户端。客户端主要负责请求将信息给服务器，把来自服务器发送的信息重新在本地实时显示，或向服务器端发送控制命令。服务器主要负责响应客户端的请求并发送信息。服务器程序放置在控制计算机中，客户程序安装在控制终端中。服务器程序启动，远程计算机上安装网络服务器的客户端一直搜索。然后，联系客户连接服务器，两个PC连接被建立，它可以通过互联网络协议TCP / IP被远程控制。
2网络远程控制系统的研究现状
随着互联网技术的迅速发展，远程控制技术已经日臻完善。首先，远程控制功能的PC用户可以访问台式机硬盘的信息，在你离开办公室的时候，甚至可以通过企业的网络资源访问台式机。今天，许多企业和零售商贩利用远程控制的功能作为一种有效的技术支持工具，如网络管理员利用软件对局域网进行管理，企业可以随时提取数据和信息。但最重要的远程控制技术是远程控制技术在工业控制中的应用。
随着网络和工业控制技术的迅速发展，带来了对控制技术的飞跃提升。国内外积极开展远程控制的应用研究，并取得了良好的效果。如等离子体物理研究所，中国科学院研制出了HT-7超导托卡马克装置。整个系统采用不同类型的计算机，操作系统也不同，能够满足实验控制系统的特殊要求，控制计算机各子系统在不同的实验场所，可以实现实时控制，并且可以和相距甚远的实验场所之间实现大量数据传输。为实现对保护系统的实时监测和诊断，系统在交换网络技术的基础上还采用了快速以太网。基于Socket网络编程的TCP / IP协议使用（如图1所示，是TCP协议中连接建立的过程图解），不仅实现了数据共享，还具有高速、可靠的数据传输的优点，而且系统具有简单，易于升级，性价比非常高。
到目前为止，基于国内互联网远程控制有不同程度的研究。相对而言，对于信息技术和计算机的发展，西方国家对于基于Internet的远程控制技术研究较早。由于因特网的迅速发展，国内也在近几年开始积极研究。国内基于Internet远程机器人控制的研究相对于其他地区和国外相对较晚，但也有一些不俗的研究成果。如美国伯克大学通过Internet远程控制技术研制了工业机器人的手臂来种植花卉。哈尔滨工业大学开发的网络机器人控制系统，用户可以查看传输机械臂上的摄像机图像，这使得园艺工作变得非常简单，如花卉种植，浇水等。
基于网络的客户机服务器模式的网络机器人控制系统，可以通过网络发送的命令和控制用摄像头来监控网站。目前，由于网络基础设施尚不完善，因此，大量图像监控的数据传输时间太长。即使使用数据压缩技术，仍然有大量的数据传输，远程控制的延迟时间非常长。此外，这类系统的网络模型通常使用客户机服务器模式，远程控制功能太简单，只有一些简单的指令，并不能达到所要求的复杂逻辑处理。
参考文献
[1] 单长虹.计算机远程控制技术研究[D]. 武汉大学，2004.远程控制系统范文第4篇
关键词：AT89S52；DTMF；MT8880；单片机
中图分类号：TP872文献标识码：A
1引言
随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用，已经从只关心家电的单项功能转向追求家电的品位和控制的便捷性上来。本文设计的基于DTMF技术的家电远程控制系统,该系统采用电话网作为数据传输通道，由于利用电话网进行远程控制不需要专门布线，且不占用无线电频率资源，不受距离和环境影响，可跨省市、甚至跨越国家进行远程控制[1]，因此是一种很有前景且低成本的家电远程控制方式。当我们出门在外忘记关电视或者空调，或者当我们下班后想提前打开家中的热水器时，只要利用身边的电话通过拨打家中的家电控制系统，然后根据系统的语音提示进行一步步的操作，就可以实现远程控制家电的目的。
2 系统硬件电路设计
该系统采用单片机AT89S52做为主控制器，采用ISD4003语音芯片做为语音录放芯片，采用MT8880解码芯片做为系统的DTMF（双音多频）解码芯片，采用MAX813L构成看门狗电路，因此硬件电路制作成本相当低廉。该系统采用电话网做为数据传输线路，同家用固定电话并联在一起但不影响电话机的正常使用。该系统具有振铃检测、电话自动拾机和挂机、密码验证、语音提示、继电器和红外线摇控等功能，使用起来相当方便。此系统硬件电路主要包括单片机电路、振铃检测电路、电话自动摘挂机电路、DTMF解码电路、语音电路、继电器和红外发射电路，系统的结构框图如图1所示。
图 1 系统结构框图
Fig.1 Block diagram of system
3. 系统软件设计
系统软件的设计均采用了模块化的设计思想。根据其具体实现的功能，软件模块可化分为以下模块：主程序模块、振铃检测计数模块、看门狗模块、电话自动拾机和挂机模块、双音频（DTMF）解码模块、语音提示模块、继电器控制和红外线编码发射模块。系统总体流程图如图2所示。软件部分工作的过程是，上电初始化完成之后，当系统检测到电话线上有铃流信号时，就会对铃流信号进行计数，当响铃8次时，系统控制继电器闭合接通线路。线路接通后，语音电路发出语音提示，用户听到提示后，通过电话按键发出DTMF密码信号，信号经过系统解码后，对其进行判断密码是否正确。如不正确，可重新输入，当输入次数超过3次时系统就会自动挂机，并且在等待用户输入密码的过程中，系统会内部计时，超过30秒自动挂机。如果输入的密码正确，则发语音提示，选择要控制的家电。当系统接收到用户的按键控制信号后，就会控制相应的继电器开关或者发出红外线控制信号对家电进行开机或关机动作。操作完成后，语音反馈操作结果,提示成功或者失败。
图2 系统流程图
Fig.2 Flowchart of the system
4．结 语
该系统基于DTMF编码采用PSTN电话网作为远程控制系统数据传输的通道，来完成对居民家中的家用电器进行远程控制的设计方案，另外采用红外线通信的方式作为家电无线局域网的数据传输方式。系统经过样机调试，试验证明其各项功能完成良好,能够实现远程控制家电的目的。系统具有开发成本低廉、价格便宜、布线简单、操作方便、安装灵活和安全可靠的特点，因此可以基本满足广大普通百姓对家中家电进行远程控制的需要。此外由于系统中MT8880芯片也支持DTMF解码的功能，因此只要对系统稍加更进就可以升级为具有能够自动拨号预报火警、匪警的家庭安防控制系统。
4．参考文献
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【关键词】水源井 远程控制 数字化管理
（1）网线传输
在已建数字化油井井场内的水源井，水源井距离井场交换机距离在100米以内的，采用网线进行数据网络传输。如图1，1#水源井到井场A直线距离在100米内，选择网线进行数据传输。
（2）无线电台M4传输
当水源井与井场网桥距离超出100米范围，使用无线传输电台M4模块进行无线传输。该电台具备的稳定传输距离为300米，在距离100米至300米之间采用M4进行数据传输是经济合理适用的。如图1，在2#水源井井场和A井场各安装一个M4模块进行组网信号传输。
（3）网桥传输
当有独立水源井时，周边近距离无可以依托的井场和站点，可考虑架设无线网桥，实现数据无线传输。如图1，4#水源井周边只有A井场可视，但是距离较远，无法使用M4传输，此时可以使用无线网桥。
2.2.2？无线网络未覆盖条件下传输方式
在无线网络未覆盖的水源井井场，采用JZ878无线数传电台来解决网络传输问题。JZ878调制采用GFSK 方式，调制方式先进，数据传输可靠，具备标准RS-485通讯接口。
采用JZ878无线电台传输时，需要在水源井井场和中心站点各安装一个电台，中心电台全向覆盖周边电台，实现与各水源井的通讯。中心电台通过一个485转232模块，可直接与上位机进行串口连接。
2.3 监控控制系统
为了方便水源井的管理，水源井的上位机监控系统设置在供注水站，在现有的站控系统上开发“水源井巡检”界面，显示站内所有水源井的基本生产信息，包括泵运行状态、瞬时流量、日累计流量、水表读数、泵电流、三相电压及泵的故障状态。进行“启深井泵”和“停深井泵”操作时，弹出窗口要求输入操作口令，正确输入口令后完成操作。
3 现场应用实例
通过在环三接转注水站现场实施，验证方案的合理性，考证系统可实施性和运行稳定性。
3.1 传输方案选择
环三接转注水站所辖5口水源井，通过各水源井具体地理位置确定，其中4口井为油田数字化网络覆盖，根据实际传输距离，2口井可使用网线进行传输，1口井采用M4无线电台传输，剩余1口井可采用无线网桥传输。1口井位于山间、山谷，现有数字化网络无法覆盖，需采用数传电台进行网络通讯传输。由于架设网桥设备及施工成本较高，对1口可实施网桥传输的水源井，现场改为数传电台传输。
3.2 数传电台应用
在环三转站内安装JZ878数传电台作为主电台，在L73-S16、L73-S21水源井各安装1台JZ878电台，均配置具备无线增益功能的全向天线，高度为3米。通过测试，在2km以内具备可靠稳定的衍射传输质量，在一定限度山体遮挡条件下，可与主电台稳定通讯。3.3 系统功能实现
完成5口水源井现场调试后，在站控上开发水源井监控组态控制界面。通过组态调试，在水源井巡检界面上实时显示水源井运行状态和参数。
实现功能：
（1）实时显示水源井运行状态、运行压力、采水瞬时及累计流量等生产信息。
（2）实时采集水源井运行的电压、电流等参数，同时记录显示潜水泵的过载、超压等故障信息，实现对水源井运行监控。
（3）通过启停控制点击“启深井泵”、“停深井泵”，可实现水源井的远程启停控制。
4 结论与认识
（1）通过现场实例验证，该水源井控制系统在油田应用是可行的、可靠的。
（2）通过合理利用油田数字化网络和站控系统，设计优化水源井远程控制系统，实现水源井数据自动采集和远程启停控制，减轻了劳动强度，提高了效率。
（3）该控制系统对水源井深井泵发生的卡泵、空抽、过载等故障进行智能判识并自动停泵保护，有效避免卡泵干烧等对机泵的损害，延长了设备使用年限，节约了成本。
作者简介远程控制系统范文第6篇
关键词：水泵 PLC 远程控制系统 构建 研究
水泵工作状态的远程控制以及监测是水泵的重要组成部分之一。水泵工作过程的实时监控直接关系着水泵的安全运行、矿井安全和生产成本等重要的经济效益和社会效益。面对大量的现场检测和控制数据信息,要求操作人员实时对生产过程进行监控、迅速而准确地对设备运行的技术指标以及故障作出判断也变得越来越困难。因此,研究开发水泵远程控制系统作为操作人员的可靠助手是非常必要的。本人结合研究课题,就水泵远程控制系统的构建作一个初步的探索。
一、水泵远程控制系统概述
系统控制部分和控制核心选用高性能可编程序控器。检测部分分模拟量检测,主要由水仓水位传感变送器、流量传感变送器、压力变送器、负压变送器、温度传感变送器等组成，用于中央泵房主排水系统运行参数的检测；另外是开关量检测，将高压启动柜中的真空断路器状态、电动阀的工作状态与启闭位置等开关量信号接入PLC，检测系统运行状态。
PLC系统设计概述：矿井水泵自动控制系统由上位计算机、PLC系统以及连接上位机与下位机的通讯电缆组成。下位机系统由PLC、触摸屏、检测部分、执行部分等组成；主要完成设备的状态检测和数据采集、控制水泵启停，同时，下位机还要把采集到的数据上传给上位机。PLC控制柜上装有报警蜂鸣器。上位机采用国际领先的工控组态软件编制，可实时监视水泵系统的运行参数，并可远程控制水泵系统,主要实现以下功能：接收与储存PLC传来的数据、处理实时数据和历史数据、发出控制命令、显示动画、报警、设置操作权限、绘制趋势曲线、输出报表等。另外，把上位机接入矿用局域网，实现远程监控。
二、水泵的运行控制设计
根据水仓水位自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种状态参数进行实时监控，同时通过接口将数据上传至地面集控室。
PLC系统流程：单台水泵自动启停的实现。井下中央水泵自动化控制的实现是建立在单台水泵自动启停的基础之上。根据所监测的水位信号，可设定出低水位、运行水位和3个上限水位信号及危险水位。低水位时停泵；高水位时水泵运行；根据上限水位逐台投入备用水泵同时运行；危险水位时起动水泵全部运行。同时根据水位变化计算涌水量，当涌水量增大或突变时启动水泵运行，以减少突水事故的发生。
单台水泵自动启动过程：启动抽真空系统―检测真空度―启泵―检测水泵出水口压力―打开水泵出水口电动闸阀―停止抽真空系统。水泵系统采用真空泵或射流法抽真空：系统根据水位状态或者操作员命令启动相应设备进行抽真空工作。当真空压力达到要求后将自动启动水泵电机，然后打开水泵出水管路电动闸阀进行排水。若电动闸阀打开后一定时间内水泵压力未达到设定值（一般是因为水泵或上水管路漏气导致）系统将会自动停止水泵运行并关闭电动闸阀，同时报警。
单台水泵自动停止过程：水仓水位下限―关闭水泵出水口电动闸阀―停泵。水泵系统停止运行：当水仓水位达到低位时将先自动关闭排水管路电动闸阀，电动闸阀关闭到位后（若一定时间内未关到位则按故障方式停止）停止水泵电机。
三、PLC系统功能、特点
1、根据水仓水位自动控制排水泵启停；2、控制各泵轮流工作，使每台磨损程度均等；3、根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况，合理调度水泵运行，以节省运行费用；4、检测水泵及其电机的工作参数，如：水泵流量、出入压力、电机定子温度及轴承温度、电机电流和功率等；5、根据水泵及电机的运行参数，测算水泵的运行效率，为水泵的维护保养提供科学依据；6、具有故障报警、自动保护等功能；7、具备就地手动控制、远方手动控制、自动控制等运行方式，控制方便、灵活。
PLC系统设计功能。检测水泵及其电机的工作参数，如：水泵流量、压力、轴温、压与流。根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况，合理调度水泵运行，以节省运行费用。控制各泵轮流工作，使每台磨损程度均等。具有故障报警、自动保护等功能。
四、远程控制系统功能详述
1、数据采集。数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，采集电机电工参数、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限即报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。
2、自动轮换
本系统程序设计了多台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀。当某台泵或所属阀门故障，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按既有顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理。
3、自动控制
系统控制设计选用了德国西门子公司生产的S7--300型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制。系统根据水仓水位的高低，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制多台水泵运行。为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和机械式液位传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接收到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，系统根据矿井涌水量和电网负荷、供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。
4、动态显示。动态模拟显示选用德国西门子TP--270型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。用图形填充以及趋势图、棒状图和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预警信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的流量，对井下用电负荷的监测量、电机电工参数和水泵负荷、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。
5、系统保护功能
超温保护：当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。流量保护：如流量达不到正常值实现报警，具有通过流量保护装置使本台水泵停止运行，自动转换为启动另一台水泵的功能。电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障时实现报警，具有参与控制功能。电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与水泵的联锁控制。
6、检修运行方式：当该系统出现故障时，在不影响泵房设备的正常运行，避免影响生产的情况下将PLC控制柜的所有控制输出屏蔽，只保留显示功能，各水泵及其设备的操作均能在脱离PLC控制柜的前提下进行。
整个系统在正常运行过程中，不管处于何种工作方式，都可实时地将泵房现场的各种运行参数、设备工作状态通过光纤传送到上位计算机。
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关键词：远程控制 物联网 Internet 智能家居
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0024-02
1 基于程控电话的远程控制系统
1.1 引言
随着信息事业的不断发展，我国的信息事业也在不断的发展，并且通信基础设施也在日益完善，而移动电话用户与固定电话用户的总人数已经达到2亿之多。要实现基于公用电话交换网PSTN的运程监控电话系统，就需要利用现有的个人通信终端来进行，具有广泛的使用价值和可推广的市场潜力，是智能家庭建设的重要组成部分。
基于程控电话家电远程控制系统实现的功能是通过电话按键远程对相应的家用电器的进行开关操控，同时当家里发生危险的时候（包括温度过高，湿度过高，有人闯入，失火）自动拨打户主的电话号码并在接通后通知户主危险情况。
这样的系统可以进行现场设备的控制、环境监测及报警，利用电话包括移动电话作为发出控制命令和接收监测信息的终端设备，可以选择单片机作为处理器，主要组成部分为：单片机构的成为主控的部分，其主要是进行信息的处理，并且接受外部操作指令，来形成各种控制的信号，从而完成对相应的继电器的控制。DTMF调制解调芯片用于将数据转换成适宜于电话线路及常规电话通信终端设备宜于收发处理的信号；摘挂机电路用于常规电话线路响铃及应答操作；一般采用MITEL公司的DTMF收发器MT88系列芯片作为电话双音多频的解码核心。使用语音芯片ISD系列的芯片或者其他语言芯片输出提示及报警语音。基本框架如图1所示。
1.2 基于GSM及GPRS的无线远程监控系统
基于GSM或者GPRS的无线远程监控系统架构（图2）相对于基于PSTN的来说只是传输介质及应用终端不一样，其他都相似。使用手机来操控更加便利，但是受限于移动电信网络稳定性的影响，安全性及可靠性远没有PSTN高。
2 基于Internet的网络远程监控系统
2.1 工业现场监控系统简介
基于Internet和Profibus总线的远程监控系统是通过现场总线得到工业现场的实时数据，然后通过现场的嵌入式设备将数据信息保存，并建立Web服务器，接入Internet，在本地通过浏览器就可以查看现场状态数据并进行控制操作。基于嵌入式的远程监控系统为企业建立了一个通用和开放的自动化管理控制平台。随着计算机、网络通信和Internet 技术的飞速发展和不断进步，远程监控系统在家庭和工业等多个领域得到越来越广泛的应用，而将基于现场总线的嵌入式系统接入Internet，利用嵌入式系统作为中间件实现对现场设备的远程监测和控制，已成为人们越来越关注的研究课题。
2.2 工业现场监控系统的实现
网络远程监控就是在原来的计算机监控系统的基础上，在被监控对象和控制端口之间加入通信网络，从而使本地计算机通过网络系统实现对远端生产过程的监督与控制的技术实现[1]，能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统。
由于现场总线技术的不断发展，所以通常形式下的远程监控系统的实现也选择现场总线作为数据采集的基础，主要方式为将现场总线系统的数据进行转化并通过以太网传输到远程终端。
基于Web的远程监控技术实现简单，对于监控方的要求低，只要监控方能够接入Internet网络，通过普通浏览器即可实现远程监控。这样的系统可以通过嵌入式设备将现场总线采集的数据进行相应转换，并实现Web服务器的功能，实时地反馈现场情况，远端只要接入Internet，通过浏览器即可查看现场数据。
为了有效控制生产过程，需要对现场生产设备等进行实时监控。即监视其工作状态并进行相应控制。监控可以分为本地监控和远程监控。本地监控需要相应工作人员守护现场，而对于较大的分布广泛的系统，就会需要较多的人力物力。远程监控则不要求技术人员到达现场，现场设备的工作状态只要通过某种方式采集上来并适时地传送到技术人员的监控端就可完成监控，通过这种方式能够节约人力物力，有效减少企业对于现场设备的维护成本，而且对于较大的分布广泛的工业现场也能够达到有效监控。这种系统主要针对以Profibus总线连接的现场设备的状态进行远程监控，以方便技术支持人员的工作。主要监控内容包括两个方面：一是系统本身的工作状态的监控，比如RS485终端电阻的状态，有没有接合；现场设备参数化状态，是否成功；现场设备配置状态，是否成功等等。二是系统工作对象的状态的监控，比如用户数据是否出现异常超温，超压等等。
2.3 系统总体架构图
系统的总体结构如图3所示。
从图中可以看出，整个系统由现场总线系统部分、嵌入式设备和客户端三部分组成。嵌入式设备（或者叫做网关）起到连接PROFIBUS 系统和客户端的作用，嵌入式设备通过有线（本地以太网）和无线（GPRS）两种方式接入Internet，而客户端通过浏览器来查看现场状态。嵌入式设备实时采集并储存PROFIBUS 系统的状态信息，并具有Web服务器的功能，当远程客户端通过浏览器访问的时候，就会将PROFIBUS 系统的实时状态信息反馈给用户，实现远程监控的功能，同时还将能够给技术支持人员发送短信及邮件。通过浏览器能够清楚地查看现场设备的工作状态。如4所示。
3 智能家居远程监控系统简介
作为物联网的一种重要应用，通过Internet远程访问由信息家电组成的局域网已成为未来家庭的一个重要标志[1]。自2009年被确立为国家五大新兴战略性产业之一以来，物联网以其广泛的应用前景，在中国受到了全社会的极大关注。据权威机构统计分析，物物通信的数量将会是现在互联网通信节点数量总和的30倍以上[2]。信息家电系统作为物联网的一种重要应用，有着巨大的商业潜在价值。
3.1 智能家居远程监控系统的实现
随着嵌入式处理技术的不断发展，未来越来越多的家电设备都会具备信息处理及联网的功能，这就为智能家电及家电远程控制准备了条件。信息家电远程控制系统是一种应用计算机网络技术、通信技术和远程监控技术来实现智能家居及远程监控的系统。用户可以通过远程访问系统，实现对家电的统一管理。远程控制端既可以是手机也可以是电脑，或者任何可以接入互联网的设备。在家里设置一个终端设备即智能家居控制设备，可以接入互联网，同时能够与家里的智能家居通信并进行控制。
3.2 系统架构
智能家居远程监控系统整体框架如图4所示。
用户可以通过笔记本电脑或者手机等任何可以接入Internet的设备接入互联网并访问相应的网站，打开相应的网页就可以看到智能家电的状态并进行操控。在家里设置智能家居控制设备，能够接入Internet网并提供Web功能，向下通过ZigBee方式和各种智能家电通信。
4 结语
本文共论述了3种远程控制的实现方式，也是随着通信技术、网络技术、计算机技术的不断发展而发展起来远程控制方式。随着未来物联网的不断发展，相信远程控制将更加普及，不断应用到我们的生产生活中。
参考文献
[1] 胡元晖，陈俊杰，李海芳.基于IPv6的信息家电远程控制系统的设计与实现[J].电脑开发与应用.
[2] 国务院发展研究中心技术经济研究部.物联网：影响未来[M].中国发展出版社.
[3] 张文东.程控数字交换技术原理[M].
[4] 韦丽华.基于语音的微机控制报警器[J].辽宁师范大学学报：自然科学版.
[5] 刘威，袁小平.基于电话线的远程报警器的设计[J].通信技术与应用.远程控制系统范文第8篇
关键词：船舶锚泊系统 可视化 远程控制
目前，国外对于船舶锚机、锚链的稳定性研究大多集中在锚机系统的设备研发和生产阶段，但对具体海况（比如浙江舟山海域）中锚泊系统的动态稳定性研究不多，相关产品的操作精度和稳定度不高，也没有实现操作过程的可视化。本文基于ARM嵌入式系统进行了遥控式船舶锚泊远程控制系统的设计与开发，并在实验室条件下，对所研制的船舶锚泊可视化远程测控系统的主控面板进行了测试实验。
船舶起锚操作运动学和动力学描述
1、起锚操纵运动数学模型
为了描述船舶的操纵运动， 如图1建立两个右手坐标系-空间固定坐标系 O0X0Y0Z0 和随船运动坐标系G x y z ， G 为船舶重心， x 轴指向船艏， y 轴指向右舷， z 轴指向龙骨。V 为船速， U为航向角，u、 v 为船舶运动的速度分量， r 为转艏角速度。运用MMG 模型，船舶抛起锚操纵运动数学模型，见式（1）：
图1 参考坐标系
式（ 1）中， m、 mx、 my ―船舶的质量和沿x 轴、 y轴方向运动的附加质量； I z z、J z z ―船舶绕z 轴转动的惯性矩和附加惯性矩； ur、 vr ―船舶运动对水流的相对速度在x 轴、 y 轴的分量； uC、 vC ―水流运动速度在x 轴、y 轴的分量； XH、 YH、 NH―作用于船体上的流体动力和力矩； XPR、 YPR、 NPR―螺旋桨和舵产生的水动力和力矩， 它们都是相对水运动速度ur、 vr 及艏摇角速度r 的函数； XTOL、 YTOL 、NTOL ―与流体动力无关的外力和力矩（如由风、浪、锚、缆、拖轮等产生的）。
根据船舶运动的初始条件， 求解式（ 1）得到船舶运动的速度分量 u、 v 和转艏角速度r ，继而可根据式（ 2）求得船舶的运动轨迹。
式（ 2）中， x 0、 y0 为船舶重心在固定坐标系中的坐标。求解式（ 1）的关键在于求得作用于船体的各种力和力矩。
2、锚链对船舶的水平作用力和力矩
锚链对船舶的水平作用力和力矩计算见式（ 3） ：
式（ 3）中， X C、 YC、 N C 分别为锚链作用于船体上的纵向力、 横向力和力矩； H i 为锚链水平作用力，i= 1、2分别表示左锚和右锚； аi 为锚链从锚链孔到锚位点的方位； L 为船长。
锚链的水平作用力和悬链的状态有关， 悬链的状态可分为两种： 自悬链和约束链。
船舶锚系统远程控制系统的组成与工作原理
一种船舶锚泊测控系统，包括码头主控系统、现场检测通讯系统和无线AP设备，现场检测通信系统和主控系统之间通过基于Internet、WiFi的无线AP设备实现信息传输；码头主控系统由web服务器和无线或远程pc机构成，两者通过互联网相连接，现场检测通讯系统由锚链受力检测模块、海浪声贝检测模块、海流流速检测模块和现场通讯系统构成，链受力检测模块、海浪声贝检测模块和海流流速检测模块通过并口线与现场通讯系统进行数据传输，现场通讯系统通过内置的无线模块实现与无线AP设备的信息传输连接。
码头主控系统，以嵌入式WEB服务器为主，采用模糊控制理论，建立锚泊安全预测的数学模型，内嵌于WEB服务器之中，实现锚泊设备的安全预警和紧急情况下的远程控制。
本系统的工作原理为：先将各船只型号的代码和对应实测的锚链受力、海浪声呗和海流流速数据输入到WEB服务器之中，当船舶处于恶劣海况下时，锚链受力检测模块、海浪声呗检测模块和海流流速检测模块时刻将检测到的数据通过并口线传递给现场通讯系统进行处理后，由现场通讯系统通过无线网络发送给无线AP设备，经无线AP设备传递给web服务器，然后web服务器将得到的数据进行处理，比如某鱿钓船的最大锚拉力将要8000N时、海流流3m/s以上或海浪声呗78dB以上中的其中一个条件达到，即判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当满足两个条件时，码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。
图2 锚泊可视化远程测控设计方案
码头主控系统设置有软件用户界面，图形显示锚机工况现状，实时接收和显示海况数据及锚泊受力数据，并根据接收到的数据，判断锚泊系统的安全系数；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。
船舶锚泊远程测控系统的测试试验
首先在实验室搭建调试平台，其中检测端如图3所示，包括电动锚机、齿轮减速箱、锚链绳、链轮、滑轮、40公斤无杆锚模型、交流变压器、整流桥堆、H 桥驱动控制、单片机最小系统、锚泊信息通信模块、锚链视频收发器等。然后测试电动锚机的加减速控制、正反转控制、无线数据及视频传输等，逐步增大通信距离测试系统的通信及控制可靠性。从操作便利和价格考虑，实验选用 9 英寸 CRT 模拟电视作为视频监视器。
图3 锚泊控制系统检测端实物图 图4 锚泊现场洋流流速检测器图
测试实验所用的洋流流速检测器见图4 ，包括悬浮体、连接杆、压力传感器、压块、无线发射模块、吊耳、控制芯片等，悬浮体连接在连接杆的一端，连接杆的另一端穿过外壳和压力传感器连接在压块上，压力传感器位于压块和外壳之间，无线发射模块和控制芯片安装在外壳内的下部，两者通过信号线相连接，外壳外部下端还设有吊耳；连接杆为钛合金材料，表面粗糙度为0.3 。
洋流流速检测器的优点是，可以将洋流的流速传递到船上信息采集系统，无需下水测量，大大节约了检测成本，同时也更加安全。工作过程，本装置通过吊耳固定在洋流区域，悬浮体在洋流的冲击下，带动压块压向压力传感器，压力传感器通过控制芯片的处理变成流速信号，通过无线发射模块发射给船上采集系统，采集系统即可读取所在区域的流速。
在实验室完成模块设计与系统集成后，进行了实验室测试。采用这种新型船舶锚泊可视化测控系统，通过远程测控就可判断是否走锚，并可自动采取对应的措施，其设计简洁高效，它的运用可基本上杜绝走锚现象，并可以保护海上建筑设施。
结论
测试结果表明：锚泊现场采集系统能采集、保存和发送洋流速度、风速、锚链受力等信息，其中洋流流速等检测误差低于5%；码头主控系统能接收锚泊现场信息，还能定量计算船舶走锚概率，并显示和发出锚泊预警信号，系统的响应时间能控制在5秒之内。远程控制系统范文第9篇
1．1输入模块设计1)模拟量信号输入模块。模拟量信号主要有压力、温度、位移3类信号，其数据采集电路均相同，模拟量采集电路如图2。模拟量信号输入的传感器内部带有变送电路，其输出信号均为标准的4～20mA，此信号经由电流隔离模块U1隔离后输入到U2进行I/V转换，先将4～20mA电流转换成1～5V电压，再经过调幅电路将电压信降至0．5～2．5V后送往STM32的AD通道进行AD转换。2)数字量信号输入模块。数字量输入信号包括脉冲信号和开关量信号。转速传感器输出的是脉冲信号，其信号调理电路如图3。由于钻机动力头回转时采集的传感器转速信号均低于1kHz，因此在电路设计中采用低通滤波器。这种滤波器可以有效地过虑掉频率高于1kHz的干扰信号，降低高频信号对转速信号的干扰，使得输出信号稳定可靠。开关量输入电路如图4。外部诸如接近开关或其它开关量输入信号一旦接通，则外部供电的本安电源12V便通上电使光电耦合器导通，从而使的4脚输出一个低电平给STM32单片机。光电耦合器有效地隔离了本安12V电源与信号电源3．3V。
1．2输出模块设计1)开关量输出模块。系统中输出量包括开关量和PWM信号输出。开关阀的控制电路如图5。图中，开关阀线圈的通断由STM32单片机的数字量输出引脚输出高低电平控制。光电耦合器TLP627起隔离与放大的作用，用于隔离STM32单片机与外部强电器件，TLP627的最大输出电流可达150mA，满足驱动继电器要求。电路中的继电器属于感性元器件，为防止继电器切断时产生的反向电动势击穿光藕，在电路设计中选择加入二极管IN4007。2)PWM(比例阀控制)输出模块。钻机控制系统选用的速度调节元件均采用电液比例阀，比例阀最小工作电流(阀口初始开启时)约为200mA，最大工作电流(阀口完全开启时)为800mA。一般电磁比例阀的工作电压为24V，内阻只有几欧姆到十几欧姆，所需驱动电流达数百毫安，而STM32输出电流只有几毫安，输出功率小，不足以直接驱动比例阀，因此在电路中采用达林顿三极管TIP147组成功率放大器，对PWM信号进行隔离并进行放大。WM输出模块电路如图6。3)CAN通信电路设计。为了提高CAN总线的数据通信的可靠性，在硬件接口设计时需考虑抗干扰设计。本系统CAN接口电路的本质安全电路框图如图7。系统中通信方式采用CAN通信，CAN接口电路被设计成本质安全型电路，由外部本安电源供电，同时对信号通道之间、本安与非本安电源之间进行隔离处理。在图7中，主控芯片采STM32型32位微处理器，该微处理器以Cortex－M3为内核，接口非常丰富，内部自带2通道CAN控制器，加上CAN收发芯片82C250即可方便实现CAN接口电路，主频最大可以达到72MHz，是一款适应煤矿设备的控制器。本系统通过加入数字隔离芯片对CAN信号通道进行隔离，非本安电源对ARM芯片及数字隔离的一侧进行供电，本安电源供电对CAN收发器及数字隔离芯片另一侧供电。
2室内试验
远控钻机的模拟量参数有压力、温度、液位等。鉴于试验室条件有限，选择温度传感器来模拟测量室内温度。连接电控手柄、STM32控制器及硬件电路和计算机。室内调试与试验主要检验远程控制钻机控制系统硬件电路板、CAN通信协议传输的准确性。试验结果表明，在实验室环境下，控制系统中硬件满足设计要求，电控手柄信号可以通过CAN总线对液压开关阀进行控制，开关阀块响应及时准确。
3结语
煤矿防突钻机控制系统以统硬件以STM32控制器为核心，并通过设计相应的控制电路达到了操作人员远程控制钻机的目的。试验室调试结果表明:该控制系统各项监测参数和控制功能正常，控制系统达到了设计要求，可实现远程控制与监测，且可靠性高、抗干扰能力强。远程控制系统范文第10篇
[关键词]P89LPC922；UART；RS-485；远程控制；ICP
引言
随着数控技术的飞速发展，基于单片机的控制系统也日益复杂。但在一些要求响应快，实时性强、控制量多的应用场合，由单个单片机构成的系统往往难以胜任，这时利用多个单片机之间或者结合PC组成分布式系统成为一个可行的解决方案。本文完全采用Philips公司的P89LPC900系列单片机组建控制系统，利用RS-485总线网络，来达到一个单片机控制多个单片机的一对多通讯目的，并配置了丰富的外设接口，可广泛应用在银行、武警、小区等领域[1，2]。
1、控制系统方案
控制系统主要有两部分组成，即上位机（主控机）和下位机（从机）。上位机和下位机都选用相同的51单片机，这样方便单片机的统一开发和维护。主控机通过485驱动芯片接入RS-485总线，它使用查询方式与8个从机通信；8个从机也通过485驱动芯片接入RS-485总线，响应主机的查询命令，将数据回传给主机，从机之间的不能直接数据交换只能通过主机进行转发。
2、硬件电路设计
由于各个从机模块的硬件电路完全相同，所以我们可以用一对一通讯模式来说明一对多控制通讯模式。
2.1 共同接口设计
如图，由于主控机和从机都是采用的同种同型号单片机，所以一些接口可以采用相同的设计，这样更利于整个系统的硬件设计和软件编程。比如：485接口、编程升级接口、存储器接口和蜂鸣器接口等等，都可以采用完全相同的设计。
（1）485接口设计
如图，单片机的串口引脚RXD和TXD分别连接MAX485的RO和DI引脚，以进行串行数据交换；单片机的控制引脚通过三极管连接MAX485的DE和RE引脚，以控制驱动器和接收器使能。这4个引脚均应接上拉电阻。MAX485的A和B引脚为RS-485总线网络的差分信号输入/输出端，两者之间串联120欧电阻。
（2）程序下载设计
P89LPC922支持ICP（在电路编程）及ISP（在系统编程）等下载模式对芯片进行编程、及升级。可通过外部的编程器或者PC的串口将程序下载到芯片中。ICP用到的5个脚分别是VCC、VSS、RST、PCL（P0.5）、PDA（P0.4）。
（3）外扩存储器设计
存储器采用ATMEL公司的AT24C02电可擦除存储芯片，采用I2C协议和单片机通讯[4]。
（4）蜂鸣器设计
蜂鸣器的驱动采用PNP三极管8550来驱动，低电平有效。
2.2 主机设计
主控机除了上述的共同接口设计外，还要有I/O扩展接口。由于单片机自身的I/O口数量有限，可以用三八译码器74LS138扩展成8个I/O来驱动LED，8个LED分别对应着8个从机，哪个从机响应主机对应的LED灯就会闪烁。
2.3 从机设计
从机除了上述的共同接口设计外，还要有设备地址接口和电机驱动接口。
（1）地址获取
利用四位拨动开关分别接到单片机的4个I/O，可以获取16个不同的地址。
（2）电机驱动
国产的电机驱动L9110S是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力。
3、软件设计
3.1 RS-485通讯协议设计[5]
RS-485总线网络能够实现多机通讯的关键是通讯协议设计，而其中最重要的是帧结构的设计。本系统根据控制系统的通用性定义了帧结构，如表1。
本系统的数据帧有四种类型，它们分别是：主机询问从机是否在位的“Active”指令，从机应答在位的“Ready”指令，主机发送读设备请求的“Command”命令，从机发送设备状态“Succeed”指令。
3.2 软件流程
本系统平台可以根据软件不同实现多种一对多控制功能，具有控制系统通用性。主控机有8个按钮，分别控制着1-8号从机；并分别对应着8个LED指示灯。主控机按下1号按钮，询问1号从机是否在位，如果1号从机成功接收到数据，就会反馈给主控机在位信息，这时主控机的1号LED灯亮；紧接着主控机发送开门指令，如果1号从机能成功执行命令，会再次反馈给主控机信息，这时1号LED灯会闪烁两下。同样的2-8号从机操作过程相同。
4、应用前景
（1）完全基于单片机，脱离PC机，便于开发成便携式设备。可以广泛用于银行、酒店等领域的报警系统或者门禁系统。
（2）也可以把上位机换成PC机，加上一些软件比如：用户界面、数据处理、后台数据库等，就可以开发成用于工业数据采集控制系统。
5、结束语
本文完全利用单片机搭建了一个基于RS485通信协议的多单片机控制系统平台。也可以根据实际的应用场合，选择合适的上位机，稍作修改即可继承运用本系统。本系统具有一定的通用性。
参考文献
[1]Philips semiconductors Inc.P89LPC920/921/922，8-bit microcontrollers with two-clock 80C51 core[R].2003.
[2]邰鸣，李双田.基于RS485通信方式的多单片机控制系统[J].微计算机应用，2008.
[3]广州周立功单片机发展有限公司.P89LPC920/921/922[R].2004.
[4]Atmel Corporation.AT24C01A/02/04/08A/16A，Two-wire Serial EEPROM [R].2007.}
温度控制系统篇1
文中系统介绍了本设计的硬件系统连接图，软件流程图，同时简要的介绍了该设计中所用到的各种元器件的主要用途及使用。经理论和实践的证明，该设计有很高的使用价值，且其功能完善，抗干扰能力强.
关键词：热电偶 可控硅 温室 单片机
ABSTRACT
This design is composed by independent temperature and humidity sensor and 8031 single-chip microcomputer. Through independent temperature and humidity recalled circus composed by independent temperature and humidity sensor， and enlarge equipment and A/D alternated department. Then showing it， the number could control the temperature of the warm room， the single-chip microcomputer looks into the temperature of the warm room， the data got from A/D alternation will be sent to the computer， and will be judged and calculated， then output the data， so that we can control the warm power of the electric oven， so that we can achieve the goal of controlling the temperature. The design also has the function of showing， warning and choosing the controlled state.
In the paper， we introduce systematic chant of the hardware and software， also， the paper introduced the main function and use of all kinds of parts briefly. All have been proved by the theory and practice， the design has high ratio performance to price， and its function was perfect， strong disturbance resistant， so it has good pragmatic value and great development in future.
Keywords: independent ; control ; show
目 录
绪论 1
第一章 系统性能指标及方案确定 2
第二章 系统的硬件设计及芯片介绍 4
第一节 硬件系统的设计原则和采用方法 4
第二节 芯片介绍 5
第三章 前向通道的设计 17
第四章 后向通道的设计 23
第五章 人机通道的设计 27
第六章 抗干扰技术 29
第一节 干扰的作用机制及后果 29
第二节 数字信号输入的软件抗干扰措施 30
第七章 系统软件的设计 31
第一节 专用模块的程序设计 31
第二节 主程序设计 43
结束语 55
参考文献 56
附录………………………………………57
绪 论
温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金，机械，食品，化工等种类工业中广泛使用的各种加热炉，热处理炉，反应炉等对工件的处理温度要求严格控制，以及在农业等方面的温室的温度控制，微机控制技术在这方面的应用，使温度控制技术指标得到了大幅度的提高。
本设计是温室温度控制系统，其基本控制原理是：单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换得到相应的数字量，在送到微机进行相应的判断和运算，输出控制量控制加热功率，从而实现对温度的控制。系统结构图如下
点及用途：
由于该系统仅实现单一的温度控制，所以硬件结构简单，而接口及外扩芯片应用较少，成本低，在抗干扰措施上硬件采用了光电隔离，软件采用滤波程序，所以系统抗干扰的能力强，稳定性好，能满足工业中各类温度控制要求。
第一章 系统性能指标及方案的确定
系统要求的主要技术指标：
（1）要求温室温度分三档：一档为温室、二档为40℃、三档为50℃。
（2）具有实时显示温度（三位××.×℃）。
（3）当不能保证要求温度时，给出报警信号。
系统分析及总体设计方案：
一、硬件电路方案的确定：
（1）温度检测元件及放大器，A/D转换芯片选择：
温度检测元件及放大器放大倍数的选择，按控制范围和精度要求考虑。该部分采用热电偶，因为热电偶是温度测量中使用最广泛的传感器之一。放大器选择AD521，A/D转换用0801使量化误差满足性能指标要求。
（2）温度控制电路选择：
温度控制电路采用了可控硅调节规律方式。双向可控硅在50HZ交流电源和 加热电路中，只要在给定周期里改变可控硅开关的接通时间，就能改变加热功率的目的，从而实现温度调节。
(3)人机通道方案选择：
报警电路的选择：由于该系统所控制的温度有确定的范围，这就要求报警电路有上下限报警并指示功能，因此，可采用声光报警，即声音报警采用蜂鸣器接到8031的P6口上，而发光报警采用发光二极管即可并有红黄之分，区别上下限，正常运行时绿等亮。
定时电路的选择：由于该系统主控电路的电源为220V/50HZ，工频交流电，经电压比较器LM311，过零触发器MC14528后产生频率为50HZ的单稳态脉冲，此时脉冲一路作为触发脉冲，一路作为该系统的外部定时（100ms）送给T0，T1计数器计数。
二、 软件方案确定：本设计是采用传统的PID控制，比较实际温度和炉温得到的偏差，通过对偏差的处理获得控制信号来调节可控硅的通断，用以实现对电阻炉的控制，从而调节温室温度。
三、 软、硬件功能划分
软件和硬件是计算机系统的两大组成部分，它们的目的是一致的都是为了解决特定的问题，实现特定的功能；他们的作用是相辅相成的，如果增加软件的任务，就能减少硬件的任务，简化硬件电路；相反加重硬件的任务，增强硬件的功能则可减轻软件的负担，简化编程。因此，合理地分配软件所承担的任务充分利用MCS-51本身丰富的软件硬件功能，特别是它的软件控制功能，力争用最少的外部电路构成系统，完成系统要求的任务。
1.硬件
（1） 前向通道：包括传感器（热电偶）、A/D转换器（ADC0801）、放大器（AD521）
（2）人机通道：包括显示电路、拨码盘、报警电路
（3）后向通道：包括脉冲触发电路、两个加热电路
2.软件
（1）温度检测：包括定时采样和软件滤波。
（2）温度控制的实现：即根据温度给定值的大小，决定2台电炉的通电与断电实现温度控制。
（3） T。定时器产生每一次的定时中断，作为本系统的采样周期，T1计数器决定控制脉冲的时间。
（4） 显示有关状态。
（5） 输出报警信息。
四、 系统结构框图及基本工作原理温度控制系统篇2
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用ad590温度传感器，ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：ir—流过器件（ad590）的电流，单位为ma；t—热力学温度，单位为k。
2、ad590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、ad590的电源电压范围为4v～30v；
4、输出电阻为710mw；
5、精度高。
ad590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器adc0804，转换后送单片机。根据ad590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位cy位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
org 00h
start：anl p1，#00h；显示00
jb p3.4 ，$ ；t0=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.4 ，$；t0=1？放下？
mov r0 ，#00；计温指针初值
l1： mov a ， r0 ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；输出至p1显示
mov r5 ， #10 ；延时1秒
a1：mov r6 ， #200
d1：mov r7 ， #248 ；0.5毫秒
jnb p3.4 ，l2 ；第2次按下t0？
djnz r7，$
djnz r6，d1
djnz r5，a1
inc a
da a
mov r0 , a
jmp l1
l2：call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.4 ，l3 ；放开了没？是则
；跳至l3停止
jmp l2
l3: mov a ，r0
call change
mov 31h , a ；下限温度存入31h
jb p3.5 ，$ ；t1=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.5 ，$ ；t1=1？放开？
mov r0 ，#00 ；计温指针初值
l4：mov a ，ro ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；显示00
mov r5 ，#10 ；延时1秒
a2：mov r6 ，#200
d2：mov r7 ，#248 ；0.5毫秒
jnb p3.5 ，l5 ；第二次按下t1？
djnz r7 ，$
djnz r6 ，d2
djnz r5 , a2
add a , #01h
da a
mov r0 , a
jmp l4
l5:call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.5 ，l6 ；放开了？是则跳至l6
jmp l5
l6：mov a， ro ；
call change
mov 30h ，a ；上限温度存入30h
delay1：mov r6 ，#60 ；30毫秒
d3：mov r7 ， #248
djnz r7 ， $
djnz r6 ， d3
ret
change：mov b ，#5
mul ab
jno d4
setb c
d4：rrc a
ret
mov 32h ，#0ffh ；32h旧温度寄存
；器初值
aaa：movx @r0 ， a；使bus为高阻抗
；并令adc0804开始转换
wait：jb p2.0 ，adc ；检测转换完成否
jmp wait
adc：movx a ，@ro ；将转换好的值送入
；累加器
mov 33h ，a ；将现在温度值存入33h
clr c ；c=0
subb a ，32h
jc tdown ；c=0取入值较大，表示
；温度上升，c=1表示下降
tup：mov a， 33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，30h ；与上限温度作比较
jc loop ；c=1时表示比上限小须
；加热，c=0表示比上限大，停止加热
setb p2.1
jmp loop
tdown：mov a ，33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，31h ；与下限温度作比较
jnc loop ；c=1时表示比下限小，须
；加热，c=0表示比下限大
clr p2.1 ；令p2.1动作
loop：mov 32h ，33h
clr a
mov r4 ，#0ffh ；延时
djnz r4 ，$
jmp aaa
end
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：温度控制系统篇3
针对汽车涂装车间喷漆室空调温湿度控制精度高且需持续稳定的要求，本文提出了一种基于PID的温湿度控制方法。首先，根据焓湿图，将空调系统全年空气状态分成7个区。其次，根据实时温湿度值，调用相应的PID控制策略。这样，多模型之间要经常切换，就存在温湿度的波动、阀门切换动作频繁两个问题。针对这两个问题，分别采取了对应措施，保证了多模型之间的平稳过渡。然后，详细描述系统程序的设计过程。最后，通过现场试验，验证温度约110s进入稳态，稳态误差保持在±0.5℃以内，湿度约150s进入稳态，稳态误差保持在±1%以内，远优于系统的设计要求。
【关键词】PID控制 温湿度控制 焓湿图 空调系统
随着汽车业的竞争日趋激烈，提高车体的漆膜质量、增加漆膜质量的稳定性已成为各企业重点研究的课题之一。影响漆膜质量的因素较多，其中使喷漆室始终处于一个稳定的温湿度环境是保证漆膜质量的重要因素之一。由于喷漆室内温度与湿度之间存在交叉耦合情况，即温度控制会引起湿度变化，湿度控制也会引起温度变化；并且，喷漆室空调的进风方式为全新自然风，受外界天气影响很大，不容易控制。因此，涂装车间喷漆室的温湿度控制是一种非线性的、滞后的、时变的复杂过程，这种系统如果采用传统的仪表控制显然是不合适的。针对涂装车间喷漆室空调温湿度控制精度高且需持续稳定的要求，本文提出了一种基于PID的温湿度控制方法。
1 系统结构
涂装车间喷漆室空调系统主要由空调箱体、风机、冷盘管、热盘管、送风机构和加湿装置等组成，各部件由管网彼此联系在一起。空调温湿度的控制系统主要分为四个控制段，分别为一次加热段、表冷段、喷淋段、二次加热段，每个部件具有各自的特性，因此可以将其看为是一个个子系统，在约束条件给定后，一个输入对应一个输出。一般可由质能平衡的角度去描述部件的特性。进入表冷段和加热段的冷水量和热水量分别由他们各自管路上的冷、热水阀来控制，而进入喷淋段的水喷淋量则由调节喷林泵的变频器的输出频率来实现。系统结构如图1所示。
2 系统总体方案设计
2.1 系统功能及设计要求
系统能够实现对涂装车间喷漆室空调温湿度的实时采集，利用LCD液晶显示屏显示，经过数据分析处理后，控制升温、降温、加湿或除湿设备，实现对环境的监测和控制。要求温度控制精度为±1℃，相对湿度精度为±5%，基本达到恒温恒湿控制。在整个控制过程中要兼顾温湿度控制的快速性和稳定性，即从空调开机开始到温湿度达到控制目标，确保在30分钟之内完成。而且，基于PID的控制算法能够随季节变换而实现自动切换，提高设备的适应性，减少人工参与。
2.2 系统模块组成
系统由温湿度PID控制模块、温湿度数据采集模块、PLC数据传递模块、上位机模块、温湿度调节执行模块、液晶显示模块和报警模块等组成，如图2所示。
2.3 系统工作原理
温湿度信号由安装在喷漆室滤网上部的温湿度传感器检测得出，然后被转换成4～20mA电流信号后输入PLC数据传递模块。PLC数据传递模块是利用其OPC客户端程序来完成与温湿度PID控制模块和上位机模块的对接。PLC数据传递模块将温湿度当前值和设定值，以及KP、KI、KD等参数值输入温湿度PID控制模块，控制模块根据输入的这些值通过运算输出控制百分比，再由PLC数据传递模块将控制百分比转换成4～20mA电流信号分别来控制相应的上位机模块和温湿度调节执行模块。最后将输出分成加热、制冷或加湿信号，来分别控制热水阀、冷水阀和加湿泵变频器的开度，从而实现了对喷漆室温湿度的控制。实时温湿度可以通过LCD液晶屏显示出来，如果其值超出最大偏差值时，系统将启动报警功能，表示环境温湿度已经超过设备稳定工作的温湿度范围，该系统已经不能满足对此环境温湿度的调节，需要进行相应的人工应急处理。
3 系统控制方案设计
3.1 温湿度分区控制
对空调系统全年空气状态进行分区，并基于不同的分区对空调设备进行控制。焓值是一种能量的单位，代表的是一定容积量空气中含的水分和温度的综合量，是空气温度和湿度大小的综合衡量单位，其值的大小完全只由温度和湿度决定。所以，基于空气焓湿图，将焓湿图分为7个区域（目标区域除外），如图3所示，处于某一区域的室外空气状态，需经过与该区相对应的控制模式进行空气处理，并使其达到最终的控制目标。图3中，横坐标为空气含湿量d，纵坐标为温度t，斜线为等焓线h，包络线为等湿度线，每个区代表不同的环境温湿度状态，用以明确空调系统进风温湿度状态与调控目标之间的关系，由点1、点2、点3、点4组成的菱形区域为控制目标区，要先根据目标温湿度的设定范围计算出该区边界。
具体分区方法及判别条件：
3.1.1 菱形区域条件
当入口空气温湿度满足设定范围，即tn=25±0.5℃、φn=50%±2.5%时。
3.1.2 1区条件
当入口焓值hin小于焓值hd时。
3.1.3 2区条件
当入口焓值hin大于焓值hd，且小于焓值hl；空气含湿量小于点1含湿量d1时。
3.1.4 3区条件
入口焓值hin大于焓值hl，且小于焓值hx；入口温度tin大于设定温度tn+0.5，入口湿度φin大于设定湿度φn+3。
3.1.5 4区条件
入口焓值hin大于焓值hd，且小于焓值hx；入口温度tin小于设定温度tn-0.5；入口湿度φin大于设定湿度φn-3；入口空气含湿量din大于点1含湿量dl时，且小于点3含湿量d3时。
3.1.6 5区条件
入口焓值hin大于焓值hx，且入口空气含湿量din大于点1含湿量d1时。
3.1.7 6区条件
入口焓值hin大于焓值hx，且入口空气含湿量din小于点1含湿量d1时。
3.1.8 7区条件
入口焓值hin小于焓值hx，且入口空气含湿量din大于点3含湿量d3时，且入口温度tin小于设定温度tn-0.5时。
根据图3中标识情况，点1的参数为（tn-0.5，φn-3%），点2的参数为（tn+0.5，φn-3%），点3的参数为（tn+0.5，φn+3%），点4的参数为（tn-0.5，φn+3%）。d点的含湿量与点1的含湿量相同，hl和点1的焓值相同，hx和点3的焓值相同。
3.2 多模型切换平稳控制
为了保证多模型之间的平稳过渡，利用焓湿图分区控制，当环境的温湿度变换分区时，系统会切换不同的阀门控制组合，有二个问题必须加以解决。
（1）切换时会有阀门关闭退出工作，也会有阀门启动工作，这样就会导致温湿度的波动。
针对这个问题，控制程序采用了递减退出方案，即对于新分区中要关闭的阀门，按当前开度按一定速度逐渐关闭（比如每控制周期开度减1，直到开度为0），新开的冷门按正常的温湿度控制即可。
（2）当环境温湿度刚好处理分区边界附近时，由于传感器的原因，会造成在一段时间内，控制分区会在二个分区间来回摆动，导致阀门切换动作频繁。
针对这个问题，采用延时切入，即当系统检测到分区切换时启动一个计数和分区标记，如果计数未到又回到原分区，则计数清零，如果计数值到表示稳定进入了新环境分区，则启动新的分区控制方案，并刷新标记。
3.3 程序设计
系统程序设计包括系统初始化程序、温湿度的采集程序、温湿度判断程序、PID控制程序、PLC数据传递程序、液晶模块显示程序、报警程序等。程序流程如图4所示。
3.3.1 主控程序设计
主控程序用于控制空调系统按设定的温湿度工作，包括按照入风温湿度自动分区切换控制阀门的功能，其界面如图5所示。
（1）连接PLC的功能
程序连接PLC的OPC服务器所用的item名称是通过OPC测试程序写入注册表的。点击“连接OPC”按钮即可连接，通过OnBtConnetOpc函数完成。
（2）温湿度控制
点击“开始控制”按钮（OnBtStartControl函数），控制开始，其中的InitPIDparamate函数用于初始化变量，包括PID控制所用参数、变量和界面上的设定数据。
（3）函数调用
ReadData（）函数用于读取PLC的温湿度，其中湿度转为0到1的百分小数。ReadOPC2（）是为了从PLC读取设定的湿度，以PLC的设定为准。GetPannalParameter（）是从界面读取设置的PID参数等数值。GetMode（）是计算分区的函数。PIDControl （m_LastMode， T_in， Wet_in）；就是按分区选择阀门，调用各自的PID参数，计算各阀门的开度。
3.3.2 PID参数整定程序设计
开发的PID参数整定程序采用临界比例整定法，该程序可以通过单阀整定功能，确定单个阀门对温湿度闭环PID控制的参数；同时该程序还可以使用整定好的参数对单个阀门或双阀门联调进行测试，以检验PID参数的运行效果，并可以通过手动调整以满足工作现场的特殊要求。PID整定程序界面如图6所示。经测试，使用上述方法整定出的PID参数不受季节变化的影响。
4 试验验证
本文算法与控制程序，在某汽车制造厂涂装车间做了设备运行试验。该厂涂装车间共有16台空调机组，其中4台带有二次加热装置，用于喷漆室温湿度控制，其他为车间送风空调，由于企业正在生产中，只有车间送风空调允许试验，本文试验对象为没有二次加热阀的空调机组，试验时间为冬季（1区，一次加热与喷淋同时工作）。图7为实测的一个温湿度控制试验结果，目标温度24℃、湿度55%，采样与控制周期为1s。温度约110s进入稳态，稳态误差保持在±0.5℃以内，湿度约150s进入稳态，稳态误差保持在±1%以内，远优于系统的设计要求：温度小于±1℃，湿度小于±5%，30min进入稳态响应。
5 结论
本文设计的汽车涂装车间喷漆室空调温湿度PID控制方法，适用于一年四季不同的空气状态，在扰动随机变化的情况下，可以较好地将温湿度迅速稳定在目标值附近，避免了电动阀执行机构的频繁动作，减小了电动执行机构的能量消耗，延长了其使用寿命。
参考文献
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关键词:DSP; 温度传感器; 温度控制; 模糊PID; 脉宽调制
中图分类号:TP23 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)09-0129-03
System of Temperature Control Based on DSP and Digital Temperature Sensor
XU Xing-jian1, YUAN Zi-jun1, ZHAO Yong-li2, GAO Feng1
(1. Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)
Abstract: Traditional temperature control system took thermal resistance as the temperature sensor, combined with air-cooled or water to achieve the purpose, size large, noisy and the accuracy is limited. The temperature measurement system composed of digital temperature sensor(DS18B20) and the DSP(TMS320F2812), the DSP pulse-width modulation is used to control the current of the TEC combined with fuzzy PID algorithm(Fuzzy-PID), to achieve the effect of temperature control, small size and 0.1 accuracy. The wiring diagram of DSP and DS18B20, the use of CCS(code editing studio) for software development are introduced. The system has been used in the LD temperature control, and has gained very good results.
Keywords: DSP; temperature sensor; temperature control; fuzzy-PID; pulse width modulation
0 引 言
20世纪60年代以来,数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)伴随着计算机和通信技术得到飞速发展,应用领域也越来越广泛。在温度控制方面,尤其是固体激光器的温度控制,受其工作环境和条件的影响,温度的精度要求比较严格,之前国内外关于温度控制基本上都采用温度敏感电阻来测量温度,然后用风冷或者水冷方式来达到温度控制效果,精度不够且体积大。本文基于DSP芯片TMS320F2812与数字温度传感器DS18B20设计出一个温度测量系统,根据测量所得的温度与设定的参量,并利用模糊PID算法计算出控制量,利用该控制量调节由DSP事件管理器产生PWM波的占空比,并作用于半导体制冷器,以达到温度控制效果,实现控制精度高,体积小的温度控制系统[1]。
1 系统硬件组成
1.1 DS18B20功能结构与使用
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55~+125 ℃;可编程为9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.062 5 ℃;CPU只需一根埠线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适合用于远距离多点温度检测系统中。
DS18B20的管脚排列如图1所示。DQ为数字信号输人/输出端;GND为接地;VDD为外接供电电源输人端(在寄生电源接线方式时接地)。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供[2],以0.062 5 ℃/LSB形式表达,其中S为符号位。例如+125 ℃的数字输出为07DOH, +25.062 5 ℃的数字输出为0191H, -25.062 5 ℃ 的数字输出为FF6FH,-55 ℃的数字输出为FC90H。
图1 DS18B20的管脚排列
1.2 DSP介绍
这里所用DSP为TMS320F2812,它是美国TI公司新推出的低价位、高性能的16位定点DSP,是专为控制应用系统而设计的[3],其主频可达150 MHz,本系统中所用晶振为45 MHz,片内集成了设备接口,主要起控制和计算作用。
1.3 半导体制冷器简介
半导体制冷器是根据帕尔贴效应制成的,由两种不同金属组成一对热电偶,当热电偶迈入直流电流后因直流电通入的方向不同,将在热电偶结点处产生吸热和放热现象。制冷器结构如图2所示[4]。
把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时,上端产生吸热现象,此端称冷端,下端产生放热现象,此端称热端,如果电流方向反过来,则冷热端相互转换。
图2 半导体制冷原理
1.4 硬件连接
DS18B20与DSP连接主要有两种方式:寄生电源方式和外部供电方式。本文采用外部供电方式,其中18B20的DQ口与F2812的GPIOA0口连接,具体连接如图3所示。
图3 DS18B20与DSP连接图
2 温度测量
要进行温度控制,首先要测量所控制目标的温度值,在本系统中,具体使用数字温度传感器DS18B20与DSP结合,并利用CCS编写程序,本系统开发平台为CCS 2.2,前期安装及芯片设置在此省略[5-6],程序流程如图4所示。
图4 DS18B20程序流程
DS18B20的控制包括三种时序:复位、写时序、读时序[7]。
复位:主机总线在t0时刻发送一个复位脉冲(最短为480 μs的低电平信号),接着在t1时刻释放总线并进入接收状态;DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15~60 μs,接着在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60~240 μs)。
写时序:对于DS18B20的写时序分为写0时序和写1时序两个过程。写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,总线要被拉低至少60 μs,保证DS18B20能够在15~45 μs之间正确地采样I/O总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15 μs之内就得释放单总线。写数据持续时间应大于60 μs且小于120 μs,两次写操作时间间隔要大于1 μs。
读时序:对于DS18B20的读时序同样分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从DSP把单总线拉低之后,在15 s之内就得释放单总线,以便让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60 μs才能完成。
需要注意的是,在程序编写时不管是复位,还是读写,都要注意配置GPIOA0端口的状态(输入或输出),同时时序非常重要,本文中的延时都是经过多次测试后总结出来的,根据DSP芯片的晶振不同,延时程序都会改变,否则DS18B20不会正常工作。
3 温度控制
3.1 脉宽调制PWM输出
TMS320F2812的事件管理模块总共能输出16路PWM信号,文中仅需要输出一路占空比可调的PWM信号,并设计从PWM1引脚输出该方波信号。文中选用通用定时器1(T1) 作为时基;全比较单元1保存调制值;计数方式采用连续增计数模式。PWM占空比值与T1的三角波数据比较,输出PWM信号控制半导体制冷片工作。各寄存器设置如下(高速外设时钟为22.5 MHz)[8-9]:
EvaRegs.ACTR.all=0x0006; //通过对比较方式控制寄存器的配置
EvaRegs.T1PR=5000; //定时器1周期值0.365 μs*N
EvaRegs.T1CMPR=2500; //定时器1比较值
EvaRegs.T1CNT=0; //定时器1初值设为0
EvaRegs.T1CON.all=0x144E; //连续增模式,TRS系数45M/2/16,T1使能
EvaRegs.CMPR1=1500; //占空比
文中设计的PWM周期为1.825 ms,TMS320F2812的计数器记数范围为0~5DC。因此当系统装入CMPR1寄存器的值为0或5DCH时,输出恒为高电平或低电平。现以向CMPR1写入1 500为例,PWM1引脚的输出周期为1.825 ms的方波。
3.2 温度控制软件设计
根据前面叙述,用DS18B20读取温度采样值,再通过参数自整定的Fuzzy-PID算法对数据进行处理[10]:根据E和EC的状况,由模糊控制规律再通过模糊表推导出ΔKP,KI,KD,根据式(1)计算出KP,KI,KD的大小,再计算出U的初值和ΔU,由式(2)实时计算控制量U。通过参数转换,将U转换为PWM参数,修改EvaRegs.CMPR1的数值,改变PWM的占空比,从而控制TEC的制冷/制热功率。
KP=KP0+f1(E, EC)
KI=KI0+f2(E,EC)
KD=KD0+f3(E, EC)
U(k)=U(k-1)+ΔU(k-1)
(1)
ΔU(k-1)=KP[E(k)-E(k-1)]+KIE(k)+
KD[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]
(2)
程序流程图如图5所示[10]。
图5 温度控制软件流程
3.3 实验结果
完成以上程序编写后,首先利用仿真器进行温度测量模拟,在标准温度计所得室温为31.2 ℃时,在CCS软件中利用快速观测窗口检测到的温度值为31.187 5 ℃。通过实验证明,在外界温度为31 ℃,采用默认设置(稳定温度为25 ℃)时,该温度控制系统能使被控物体的温度稳定在25 ℃,温度稳定时间小于100 s,精度可达到0.1 ℃以下,达到了工业控制要求。
4 结 语
利用DSP的高速处理能力,结合DS18B20精准的温度读取能力,以及利用CCS开发出温度控制系统。该温度控制系统中应用了Fuzzy-PID算法。设计目标是:在同样的控制精度条件下,使系统的过渡时间及超调量尽可能减小,以改善控制效果。采用复合控制,使系统能有效抑制纯滞后的影响,当参数变化较大以及有干扰时,仍能取得较好的控制效果。
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关键词:温度控制;PID算法;单片机
中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2216-02
The Design of the Temperature Control System for Aquarium
XIONG Jie, ZHANG Li-yong
(Technology Information, Yangtze University Department of Engineering and Technology, Jingzhou 434020, China)
Abstract: This paper introduces a method about the design of the temperature control system for Aquarium. System takes the 89C51 as a core, discuss the design from not only hardware but also software. Adopted PID control algorithm keeps the temperature precise and stable. This paper gives the actual measured data, realized the Aquarium temperature control system design.
Key words: temperature control; PID algorithm; single chip
温度是一个基本的物理量,也是一个极为普遍又极为重要的热工参数之一,几乎所有的科研和生产过程都和温度密切相关。因而,准确地测量和控制温度,对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。
本设计主要是对特定空间内的温度进行精准的控制。在一个密闭的空间里,把温度作为控制目标,无论是在启动或设定值的升降,还是各种干扰因素,我们都希望系统能向快、稳、准这三方面靠近。温控系统的控制电路由单片机控制继电器来调节电热丝和风扇达到加热和制冷目的,一旦温度的超调,控制系统的非线性、时滞性和不确定性等相关因素的出现,一般的控制方式达不到要求。因此,在软件上采用PID算法,在硬件上采用PWM(脉宽调制)控制继电器工作,实现升温和降温的处理。
1 整体框架设计
系统是以单片机为控制核心,其整体结构如图1所示,温度传感器从鱼缸中采集温度送入单片机,通过键盘中输入的设定温度进行比较,采用PID控制算法进行处理,通过控制电路对与刚好进行温度调节最后达到稳定,同时显示屏上进行显示当前温度曲线。
2 硬件电路设计
硬件电路包含键盘显示电路和温度采集控制电路两部分内容:
2.1 键盘显示电路
1)键盘电路:系统键盘由四个按键组成,分别实现“设定初始温度加一”,“初始温度减一”,“开始/原始坐标系”,“放大坐标系”等功能。
“设定初始温度加减一”两个按键可以用来设定鱼缸的预置温度;“开始/原始坐标系”是系统进行初始化后用户用来使系统开始工作;系统采用两种坐标系进行温度曲线的显示,“放大坐标系”可以使坐标放大,即使温度曲线精度更高。初始时系统显示曲线范围是0-40摄氏度,放大坐标放温度范围是30-34摄氏度。
2)显示电路:显示电路LCD液晶显示器TS12864A构成,通过控制单片机的I/O来实现浴缸温度在LCD的实时显示。该显示屏可以通过键盘中的放大坐标按键可以调整坐标的范围,使其更有利于观察温度的变化;并能显示温度从开始到稳定所需要的时间。
2.2 温度采集与控制电路
1) 温度采集电路:温度采集电路采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20数字温度采集器组成,该芯片独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,该数字温度传感器接线简单,编程方便,可与单片机直接相连。
2) 温度控制电路:温度控制电路主要是执行鱼缸的制冷与升温操作,其控制命令通过分析采集的数据进行判断处理。
温度控制电路中若采集温度高于设定温度,则P1.3端置0,P1.2置1,继电器开关置右边,处于降温状态,反之则P1.3置1,P1.2置1,处于升温状态;若设定温度与采集温度相等则P1.2置0,使继电器两端的加热丝和电风扇的压降为零处于非工作状态。
3 软件系统设计
该系统硬件部分较简单,主要是软件部分的实现,系统上电复位,首先对各存储单元进行初始化,并对LCD进行初始化,显示开机界面,提示是否进入系统,若开始按键按下,则进入系统,判断放大坐标系是否按下,若按下则以温度为30―34坐标系显示,反之,以0―40坐标系显示;调用温度采集程序采集鱼缸温度,并与设定温度进行判断,调用处理子程序进行控制,该温度控制算法采用PID算法来实现。其流程图如图2所示。
4 系统测试
首先通过软件仿真实现系统的功能,最后通过硬件焊接实现了鱼缸的温度控制系统的设计。其仿真的结果如图3所示。
温度调节时间结果记录如表1:
表1 实际测试结果
分析可知,温差相同时,升温时间比降温时间要快,原因在于升温采用电阻丝加热,而降温采用的是12V普通风扇降温,效率较低。若采用加热致冷芯片来完成升温和降温则温度稳定时间会更少。
5 小结
通过软件仿真,系统实际设计制作,最终完成了系统的设计,该系统简单实用,成本低,可靠性强,安装方便简单,可扩展声光报警等功能。
参考文献:
[1] 徐爱钧.8051单片机实践教程[M].北京:电子工业出版社,2005.温度控制系统篇6
【关键词】供暖；PLC；无线测温；变频调速
The Design of Control System of Heating Temperature Based on PLC
Li Jun tao
（ Jilin Technology college of Electronic Information Jilin Jilin 132021）
Abstract：At present，In the northeast of China with 24 hours of heating heating mode，To maintain the same heating enterprises and institutions such as office work time and non work time， resulting in a large waste of resources，This paper presents a PLC， a wireless temperature sensor， heating temperature control system based on frequency converter，This system can automatically adjust the heating temperature according to different time and date， in order to achieve the purpose of energy saving.
Key Words：Heating；PLC； wireless temperature measurement；frequency control
1、引言
在我国东北地区每年的11月至次年3月共五个月的集中供暖期，现在目前的供暖方式采用24小时全天供暖，供暖温度的调节主要靠供热公司根据室外温度的变化做粗略调整。但是对于企事业单位等办公场所，通常分为工作时间（通常为早八点至晚五点）与非工作时间（夜间及节假日），而目前工作时间与非工作时间采用相同的供暖方式，即房间内的温度基本保持一致，这样就造成了大量的资源浪费，因此本文提出了一种基于PLC、无线温度传感器、变频器的供暖温度控制系统，本系统通过无线温度传感器采集每个房间的温度；采集回来的温度数据进入PLC进行数据的处理，PLC处理完成后输出控制信号到变频器，最终由变频器完成对换热站电动机转速的控制以实现房间温度的自动控制。同时，可根据不同的时间及日期自动调整供暖温度，在非工作时间降低房间内的温度以达到节能的目的。
2、系统的构成
本系统主要由无线测温系统、工业触摸屏、PLC控制系统及变频调速系统构成。其结构如图1所示。
2.1无线测温系统
无线测温系统用来采集被控房间的温度，其无线部分由两种设备构成：Receiver（集中器）、和Sensor（传感器）。集中器完全兼容Modbus协议规范。
（1）无线温度传感器
在每一个需要监测温度的节点上安装一个无线温度传感器（又简称探头），该传感器每隔设定的时间自动测量所在位置的温度，并将测得的温度数据用无线信号发送输出。
（2）Receiver（集中器）测温通信终端
测温通信终端自动接收无线温度传感器发送的温度数据，并在收到测温工作站的读取命令后把收到的温度数据上传测温工作站。这些传感器的ID需要事先配置保存到终端的flash存储器中。
2.2工业触摸屏
工业触摸屏在本系统中做为人机交互接口，用来完成参数的设定，控制状态、流程和参数的显示，实现监控、管理、分析和存储等功能。
2.3PLC控制系统
在工业自动化领域内，PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中，用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制等；本系统可采用西门子S7-200型PLC作为控制器，并应具备模拟量输出及运算能力。根据被控系统的要求，选用CPU222 PLC基本单元，并配置EM235模拟量输出单元。
2.4变频调速系统
变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。在本控制方案中变频器可根据实际的换热站电动机容量进行选择。
3、系统工作原理
被控房间温度信号经无线温度传感器采集，采集到的数据通过一个公共接收器接收，接收器和PLC之间通过Modbus协议读出多个房间的温度，PLC将读取的这些房间的温度值进行计算，取平均数作为各被控房间的的实际温度值。如果测量值不在温度设定值范围内，系统将根据设定值进行自动调整。温度高于设定值将输出控制信号到变频器控制换热器电动机停止工作，停止加热；温度低于设定值将输出控制信号到变频器控制换热器电动机工作，进行加热，直至达到设定温度范围内。系统操作组态界面如图2所示。
本系统分为手动工作模式和自动工作模式，在手动工作模式时，可以根据需要手动调整换热器电动机的转速，以改变被控房间的温度。在自动工作模式时，系统根据需要分为取暖模式和节能模式，在取暖模式状态下将被控房间的温度控制在23～25℃（工作时间），在节能模式状态下将被控房间的温度控制在15～18℃（夜间及节假日），当被控温度低于设定范围时，系统自动调节，达到被控要求。节假日时间、工作时间、不同时间段的温度设定可以通过触摸屏任意设定。温度控制系统篇7
关键词：独立控制；空调系统；原理；前景
1.前言
改革开放以来，我国经济的发展非常迅速，人民生活的水平也迅速提高，这就急切需要增加或者改造建筑来满足人们的物质需求，同时也导致了建筑能耗的增加。有资料显示[1]，全国的建筑能耗约占总能耗的30%多。很多因素会影响到建筑能耗，例如，空调系统、空调环境、人员及其它设备等。空调系统能耗非常大，以集中空调系统来说，它的能耗占建筑能耗的50%多[2，3]，约占全国总能耗的15％。因此，必须要降低空调系统的能耗，这也是实现国家“节能减排”以及构建资源型、节约型社会的重要途径。温湿度独立控制空调系统是在空调应用方面进行的新的尝试，是其新形式之一，很多学者对该系统已经进行了比较全面而细致的理论研究，而且这个系统在工程应用上，在节能方面也有很好好的收效。因此，寻找一种可以为人们提供舒适并且健康的空气环境，又能节约能源的空调系统，在当今社会显得更加迫切，因此，温湿度独立控制空调系统将会吸引更多的学者来关注。
2.温湿度独立控制空调系统原理及相关设备组成
2.1温湿度独立控制空调系统的原理
温湿度独立控制空调系统是指在一个空调系统中，采用两种不同蒸发温度的冷源，用高温冷冻水取代传统空调系统中大部分由低温冷冻水承担的热湿负荷，这样可以提高综合制冷效率，进而达到节省能耗的目的。在温湿度独立控制空调中，高温冷源作为主冷源，它承担室内全部的显热负荷和部分的新风负荷，占空调系统总负荷的50%以上；低温冷源作为辅助冷源，它承担室内全部的湿负荷和部分的新风负荷，占空调系统总负荷的50%以下。
2.2相关设备组成
温湿度独立控制系统由4个核心组成部件组成，分别为高温冷水机组、新风处理机组、去除显热的室内末端装置、去除潜热的室内送风末端装置。
除湿系统主要由再生器、储液罐、新风机、输配系统和管路组成。除湿系统中，主要采用分散除湿和集中再生的方式，再生浓缩后的浓溶液被输送到新风机中。储液罐具有存储溶液的作用和蓄存高能力的能量，可以缓解再生器对持续热源的需求，可以降低整个除湿系统的容量。
3. 温湿度独立控制空调系统与传统空调系统的比较分析
3.1 温湿度独立控制空调系统的优点
3.1.1 可以避免过多的能源消耗
从处理空气的过程我们可以知道，为了满足送风温差，一次回风系统需对空气进行再热，然后送入室内。这样的话，这部分加热的量需要用冷量来补偿。而温湿度独立控制空调系统就避免了送风再热，就节省了能耗。传统的空调系统中,显热负荷约占总负荷的比例为50%～70%，潜热负荷约占总负荷的3比例为0%～50%[4]。原本可以采用高温冷源来承担，却与除湿共用7℃冷冻水，造成了利用能源品位上的浪费，这种现象在湿热的地区表现的尤为突出；经过处理的空气，湿度可以满足要求，但会引起温度过低的情况发生，需要对空气再热处理，进而造成了能耗的进一步增加。
3.1.2 温湿度参数很容易实现
传统的空调系统不能对相对湿度进行有效的控制。夏季，传统的空调系统用同一设备对空气热湿处理，当室内热、湿负荷变化时，通常情况下，我们只能根据需要，调整设备的能力来维持室内温度不变，这时，室内的相对湿度是变化的，因此，湿度得不到有效的控制，这种情况下的相对湿度，不是过高就是过低，都会对人体产生不适[5]。温湿度独立控制空调系统通过对显热的系统处理来进行降温，温度参数很容易得到保证，精度要求也可以达到[6]。
3.1.3空气品质良好
温湿度独立控制空调系统的余热消除末端装置以干工况运行，冷凝水及湿表面不会在室内存在，该系统的新风机组也存在湿表面，而新风机组的处理风量很小，室外新风机组的微生物含量小，对于湿表面除菌的处理措施很灵活并很可靠。传统空调系统中，在夏季，由于除湿的需要，而在供冷季，风机盘管与新风机组中的表冷器、凝水盘甚至送风管道，基本都是潮湿的。这些表面就成为病菌等繁殖的最好场所。
3.1.4 不需另设加湿装置
温湿度独立控制空调系统能解决室内空气处理的显热和潜热与室内热湿负荷匹配的问题，而且在冬季不需要另外配备加湿装置[7]。传统空调系统中，冬季没有蒸汽可用，一般常采用电热式等加湿方式，这会使得运行费用过高。如果采用湿膜加湿方式，又会产生细菌污染空气等问题。
4.温湿度独立控制空调系统的发展前景
温湿度独立控制空调系统作为新的空调形式，有着非常明显的节能优势。温湿度独立控制空调系统可以有效的避免室内空气的交叉污染，可以有效的阻断由于空调系统而导致的空气流通传播的疾病。目前，在能源消耗日益增加的环境下，温湿度独立控制空调系统为营造既节能又舒适的室内空调环境提供了一个有效可靠的解决方式，具有良好的应用前景，在不久的将来会得到完善和成熟。
参考文献：
[1]龙恩深.建筑能耗基因理论研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文,2005.
[2]江亿．我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J]．暖通空调，2005，35(5)：3O-40．
[3]马娟丽.中央空调系统的最优化运行[D]. 西安：西安科技大学硕士学位论文,2006.
[4] 鄢涛.深圳市公共建筑能耗与节能分析[D].重庆：重庆大学硕士学位论文,2005.
[5]王飞. 基于双温冷源的温湿度独立控制空调系统的研究[D]. 广州：华南理工大学硕士学位论文，2011.温度控制系统篇8
关键词：实时监控 Wincc组态 PID PLC
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-025-02
1 引言
随着社会进一步发展，要求制造业等要对市场需求做出迅速的反应，生产出品种多，成本低，质量高的产品。为了满足这一需求，就必须使生产设备的控制系统保持先进，具有极高的可靠性和灵活性，而以工业中广泛用到的温度控制为例，当传感器技术和控制方法进一步创新与发展，对温度控制的精确性和快速性的要求也会进一步提高，而传统的温度控制系统已经不能适应于现代工业对精确性和快速性的要求。本文设计了一种基于PID的温度控制系统，实现了温度的精确控制。
2 系统硬件配置及控制要求
我们通过控制面板上的加热器来实现温度控制模拟系统，具体通过PLC200中的PID控制的编程实现加热器温度保持恒定,并使用WINCC组态画面实现监控与PID设定功能。
2.1 PLC选型
德国西门子公司S7-200系列PLC是一种小型的PLC产品，应用范围广泛，通过与各种小型自动化产品如变频器，传感器等搭配，可以实现各种现场的解决方案。加上其设计合理，价格低廉，有较高的市场占有率，本文即使用S7-200PLC。
2.2 温度传感器选择
温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量信号的传感器，是温度测量仪表的核心部分，目前按照测量方式可以分为接触式和非接触式两大类。按照电子元器件特性以及传感器材料可以分为热电阻和热电偶两类。工业测温常用的热电阻的材料特性是其导体的电阻值随温度的改变而改变，可以通过测量其阻值推算出被测物体的温度。铂电阻值与温度之间的关系接近于线性，其用来测量温度也更为准确，因此铂热电阻现在被广泛应用于工业温度的测量。按0℃时的电阻值R(℃)的大小分为10欧姆（分度号为PT10）和100欧姆（分度号为PT100）等，本文采用分度号为PT100的铂热电阻来测温，即电阻值在0℃时是100欧姆。由于温度传感器所测得温度信号不能直接被PLC所接收，所以需要加入一个变送器，使传感器所采集的温度信号转化成电压或电流信号后再输入PLC。
2.3 控制系统组成
图1 控制系统组成
实现控制要求的系统组成如图1所示，该系统是由执行器、加热器、温度变送器、A/D转换器、PID调节器和D/A转换器等构成一个单回路温度控制系统。PID调节器、D/A和A/D转换器用西门子公司的S7-200，CPU224型PLC来实现，上位机PC安装了STEP7和WINCC组态软件。考虑温度控制属于大滞后系统，调节器采用PI类型。
2.4 控制要求
(1)总体控制要求：模拟量模块输入端从温度变送器端采集物体温度信号，经过程序运算后由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。
(2)程序运行后，模拟量输出端输出加热信号，对受热体进行加热。
(3)模拟量模块输入端将温度变送器端采集的物体温度信号作为过程变量，经程序PID运算后，由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。
本系统的给定值（目标值）可以预先设定后直接输入到回路中；过程变量由在受热体中的Pt100测量并经温度变送器给出，为单极性电压模拟量；输出值是送至加热器的电压，其允许变化范围为最大值的0% 至100%。Pt100为热电偶,用来监测受热体的温度，并将采集到的温度信号送入变送器，再由变送器输出单极性模拟电压信号，到模拟量模块，经内部运算处理后，输出模拟量电流信号到调压模块输入端，调压模块根据输入电流的大小，改变输出电压的大小，并送至加热器。
2.5 功能指令使用及程序流程图
(1)PID指令使用(如图2)
图2
(2)程序流程图(如图3)
图3 程序流程图
3 硬件及软件设计
3.1 硬件组态及参数设置
在STEP7中创建一个温度控制系统的项目，在项目下生成一个S7-200的站点，进入HWConfig界面按硬件安装次序和订货号依次插入机架 电源CPU I/O模块等进入CPU属性窗口，设置站点的CP5611地址假设为2，则EM277站点地址设为3，相应的EM277硬件上调拨码开关为3。这里所设置的地址3必须与Wincc通信驱动地址相匹配，如：PLC200中地址也为3，CP板卡号为1。
当STEP7中的硬件组态下载到虚拟主站时，需将再一次设置。此次设置目的是让虚拟主站与Wincc通信。
3.2 软件设计
PLC软件的控制部分是由系统PID控制主程序，子程序以及中断程序组成，当主程序开始后首先进行初始化，接着扫描调用子程序，进入PID配置向导选择要配置的PID回路，设置回路参数，包括设置给定值的的最小值和最大值以及回路过程变量的极性。这时系统数据采集的子程序先开中断，然后进行数据采样和累加，用计数器不断判断采样次数是否达到设定值，若达到，则跳出出循环返回平均值，若未达到，则继续采样直到跳出循环，这时关中断，这样PLC在主程序和子程序之间完成了对数据的采集，也实现了PID控制算法。
PID算法是一种闭环自动控制算法，PID控制器作为最早实用化的控制器，目前仍然是应用最广泛的工业控制器，应用在基于PLC的温度控制系统中，目的是使被控制的物理量追随给定量，自动消除各种因素对控制效果的扰动。
4 PLC200与Wincc通信
SIMATIC WinCC采用了最新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性。WinCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用Profibus通信协议进行。本文温度控制的WINCC组态画面设计如图4。
图4 WINCC组态画面
5 结语
通过上机实验可知：PID恒温控制是围绕着设定值进行调节的。若设定温度为23.5℃；当温度低于设定值时，加温蒸汽调节阀始终处于全部打开状态；当温度达到23.5℃，加温用的蒸汽调节阀开始逐渐关闭，在关闭过程中，温度有可能仍在渐渐上升，温度偏离越大，关闭速度越快；直到全部关闭为止；当温度再次低于设定值时，加温蒸汽调节阀则会逐渐打开，打开速度取决于温度偏离值的大小，偏离越大，打开速度越快；直到温度再次达到设定值。若温度长时间未达到设定值，调节功能会将调节阀全部打开，所以，我们可以根据实控情况进行必要的编程，有效的利用低于设定值时PID控制时段；切断高于设定值部分的PID控制，在温度高于设定值后，即可根据生产要求干脆部分或全部关闭加温阀，以防温度上升过高，来求得优越的温控效果。
参考文献：
[1] 刘华波.西门子S-7200PLC编程及应用案例精选[M].北京:机械工业出版社,2009.5.温度控制系统篇9
【关键词】PCR；温度控制系统；pt100
1.引言
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，简称PCR），又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。PCR技术应用非常广泛，广泛应用在生命科学研究、生化分析、临床诊断、药物分析、法医鉴定和疫情快速检验等各个领域。
温度控制系统的主要任务就是让样品内基因在腔体内进行高温变性（T1）、低温退火（T2）和适温延伸（T3）三个温度阶段的反复循环，使样品内基因完成增殖。温控系统升降温工作循环曲线如图1所示。
目前，PCR检测仪的变温方式主要有两种，分别是变温铝块及变温气流。其优缺点为变温铝块方式应用比较广泛，升降温速率比变温水浴要快，但因PCR管与铝块不可能完全贴使之温度均匀性较差。半导体制冷片变温结构简单，只需向半导体制冷片通电即可加热，改变电压极性即可制冷，所以变温速度较快，但是半导体制冷片容易损坏。变温气流方式，即采用电热丝进行加热，吹入冷空气进行制冷。通过调节功率输出的占空比，就可以调节温度的大小，从而可以实现对温度的升温、降温和恒温的自动控制。另一方面，由于传递热量的介质为空气，空气可以和样品之间实现无缝接触，从而样品溶液的吸热和散热的速度就会很快。
本研究设计并实现了一套适用于实时PCR仪的温度控制系统。系统采用变温气流的方式进行加热，使用常规PID算法进行温度控制。升降温速度极快，实时性强、升降温周期短，为研制商品化的实时定量PCR仪奠定了基础。
2.系统结构
温度控制系统的机械结构主体是一个风腔，采用电热丝加热，冷空气制冷。风腔设有进风口和出风口，风门由步进电机控制，可以任意控制风门的旋转角度，从而达到通过风门改变腔体内的空气流动特性，主要作用是让冷空气进入腔体，热空气从腔体流出，带走热量，达到制冷的作用。腔体内部安装有横流风机，用于加快腔体内部的空气流动，在加热时保持腔体内部空气温度的均匀，在制冷时加快空气流动达到腔体快速降温。腔体上设有装样品的盖口，用于放置样品。腔体内部结构示意图如图2所示。
温控控制系统的硬件执行部件主要包括一个横流风机、两个步进电机、两个霍尔信号传感器、温度采集模块以及加热与制冷模块。图3是整个温度控制系统的具体组成框图。
温度控制包括制冷模块和加热模块，制冷模块主要包括两个风门、一个风机。两个风门分为进风门和出风门，由步进电机控制。风机的主要作用是加快内腔空气流动，保持内腔温度均匀一致，而在降温过程中吹动从风门进入的冷空气，并将风腔内的热空气吹出，达到空气制冷效果。随着冷空气的不断进入，热空气的不断流出，样品温度会不断降低。加热模块主要包括加热装置和加热控制电路两部分。本温控系统采用变温空气加热方式，加热装置选用的电热丝的方式进行加热，而加热控制部分主要是对电热丝的通断控制，从而实现对加热量的控制。
对电热丝加热功率的控制采用PWM控制技术。图4是PWM控制示意图，ON是一个脉冲周期内高电平持续时间，假设当单片机的I/O口为高电平时加热模块工作，则该PWM的占空比=ON/脉冲周期。一般情况下加热的周期都是固定的，所以ON的大小直接决定了PWM占空比的大小，进而影响加热器的功率。而通过模糊PID运算可以得到控制量u（k）的值，并把u（k）的值转化为百分比，然后乘以周期时间，则可以得到ON值，从而得到该周期内加热模块工作的时间，实现对温度的有效控制。
温度采集模块主要由温度传感器、温度变送器、A/D数据采集三大部分组成。由于本温控系统控温范围在50℃～100℃，属于中低温测温范围，且对温度测量精度有较高的要求。基于热电阻式温度传感器的测量精度比热电偶式高，且线性度比热敏电阻式好，故选用热电阻式温度传感器。因热电阻中铂热电阻的测量精度最高，故选用pt100作为本温控系统的温度传感器。
pt100的电阻值随温度的变化而变化，其线性度虽然相对于其他传感器较好，但仍为非线性，需要对其校正，并且需要将pt100的阻值变化转变为电流信号或电压信号，方便进行A/D数据采集。本系统采用温度变送器进行电阻信号到电流信号的转变，并校正pt100的阻值与温度的非线性关系，使得采集回来的温度数据与实际更相符。
温度传感器出来的电流信号经过采样电阻转换为模拟电压信号，再通过A/D转换成数字信号。下位机控制芯片自带8路A/D转换通道，可以将温度变送器的输出信号直接接到下位机上，由下位机上单片机的A/D转换为数字信号，大大简化了系统构成。
经过A/D采集到的温度信号在一恒定温度下会有一定的波动，这是由于干扰所引起的，所以需要对A/D采集到的信号进行数字滤波处理。因为A/D的速度可以达到25万次/秒，可通过多次测量，再取平均值的方法对其滤波。本系统采用对其进行100次A/D采样，去掉最大值和最小值，再取其平均值，将之作为采样的结果。将采样结果通过串口通信传送到上位机，上位机将采样结果实时显示，并绘制实时温度曲线图。温度采集模块组成如图5所示。
3.软件设计
温度控制系统的主要任务就是实现对风腔内温度的控制，主要通过温控算法控温以及向上位机发送实时采集的温度值。为了提高升降温速度，所以在温度相差较大时，不进行PID控温，只有当温差较小时，才进行PID控温，使温度趋于平稳。上位机传送给下位机的是恒温温度、恒温时间以及变温时间三个参数。恒温温度为三个恒温温度段的温度值，恒温时间为三个恒温温度段的恒温持续时间，变温时间为升温和降温的持续时间。下位机根据上位机传送的三个参数，将温度控制分为三个阶段，分别为升温阶段，降温阶段和恒温阶段。图6为升温阶段的控制流程图，定时时间由上位机所发送的升温时间参数确定，ΔT1为设定的温度正偏差，此值一般为正的，因为这时测量的温度会比设定的温度低。因为开升温时，加热是处于全功率状态的，为了确保温度出现超调，需要提前对其关闭，通过设定温度正偏差实现。所以当温度小于温度正偏差时，关升温，停止加热，进入恒温阶段。
图7是降温阶段的控制流程图，定时时间由上位机所发送的降温时间参数确定，图4.10中，ΔT2为设定的温度偏差，此值一般为负的，因为这时测量的温度会比设定的温度高。
开降温时，将进、出风门完全打开，在每次开降温前判断风门是否打开。若风门处于打开状态则保持打开状态，若处于关闭状态则执行打开动作。开升温与之一致。
如图8，在恒温阶段的定时时间由恒温持续时间决定，恒温阶段是温度偏差比较小，这时，使用PID算法控制加热的功率，使温度处于稳定状态。
4.结束语
对温度控制系统的软硬件进行了设计与调试，达到了设计要求。升温速率可达到8℃/s，降温速率可达到10℃/s。极大的提高了温控系统的升降温速率。
参考文献
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关键词：温度控制 AT89C51单片机 水位控制
中图分类号：TU119+.23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0025-01
1 系统方案的比较与论证
该系统根据要求可分为温度控制系统和水位控制系统。为了可靠性，分别采用不同的控制芯片和控制方法，两个系统完全独立。
1.1 温度系统部分
（1）温度测量部分。
方案一：采用温度传感器铂电阻Pt10000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，但是组成电路复杂，价格较高，因而放弃。
方案二：该设计要求测量水温满足40℃～90℃的测试范围，最小区分度为1℃，标准温差Q1℃，从测温范围和精准度看，热敏电阻完全能满足要求，并且价格不高，性价比较好，设计又简单，因此采用此方案。
（2）控制芯片介绍。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128byt的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
（3）温度系统工作原理。
当水的温度变化时，传感器热敏电阻的阻值会产生相应的变化。热敏电阻和电容器是决定单稳态震荡电路震荡周期的关键部件。只要单片机对震荡周期准确计算，查表可求得对应水温。
温度的设定是由三个按钮实现的。按设定键，可以开始设定温度值，按增加键或减少键，进行调整设定值。
1.2 水位系统部分
（1）水位检测部分。
水位检测采用最简单的方法：利用自来水是导体的原理。首先在盛水容器里放置一根带电导线，盛水容器的不同高度位置在放置测量导线。当水位达到那些测量导线位置，相应的导线通电；反之，无电。
（2）水位控制原理。
根据要求当水位低于设定水位时，由单片机经过比较后发出控制信号，通过三极管控制继电器的开关，由继电器控制电磁阀开启，向容器内注水，防止干烧，完成功能。
2 硬件系统
水位控制单片机输出驱动电路如图1所示。
3 系统软件设计
3.1 温度系统（见图2）
3.2 水位系统（见图3）
4 结论
此电路分高压部分与低压部分，应分别调试。我们设计的系统经过细心的设计和耐心的调试，可以完全实现控制要求。由单片机发出的控制信号能够通过电磁阀实现设计的要求：当水位低于设定水位时，自动补水，防止烧干而损坏电热管。
参考文献
[1] 潘晓贝，郭志冬.基于单片机的水温水位控制器的设计[J].三门峡职业技术学院学报，2010（6）.}
文中系统介绍了本设计的硬件系统连接图，软件流程图，同时简要的介绍了该设计中所用到的各种元器件的主要用途及使用。经理论和实践的证明，该设计有很高的使用价值，且其功能完善，抗干扰能力强.
关键词：热电偶 可控硅 温室 单片机
ABSTRACT
This design is composed by independent temperature and humidity sensor and 8031 single-chip microcomputer. Through independent temperature and humidity recalled circus composed by independent temperature and humidity sensor， and enlarge equipment and A/D alternated department. Then showing it， the number could control the temperature of the warm room， the single-chip microcomputer looks into the temperature of the warm room， the data got from A/D alternation will be sent to the computer， and will be judged and calculated， then output the data， so that we can control the warm power of the electric oven， so that we can achieve the goal of controlling the temperature. The design also has the function of showing， warning and choosing the controlled state.
In the paper， we introduce systematic chant of the hardware and software， also， the paper introduced the main function and use of all kinds of parts briefly. All have been proved by the theory and practice， the design has high ratio performance to price， and its function was perfect， strong disturbance resistant， so it has good pragmatic value and great development in future.
Keywords: independent ; control ; show
目 录
绪论 1
第一章 系统性能指标及方案确定 2
第二章 系统的硬件设计及芯片介绍 4
第一节 硬件系统的设计原则和采用方法 4
第二节 芯片介绍 5
第三章 前向通道的设计 17
第四章 后向通道的设计 23
第五章 人机通道的设计 27
第六章 抗干扰技术 29
第一节 干扰的作用机制及后果 29
第二节 数字信号输入的软件抗干扰措施 30
第七章 系统软件的设计 31
第一节 专用模块的程序设计 31
第二节 主程序设计 43
结束语 55
参考文献 56
附录………………………………………57
绪 论
温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金，机械，食品，化工等种类工业中广泛使用的各种加热炉，热处理炉，反应炉等对工件的处理温度要求严格控制，以及在农业等方面的温室的温度控制，微机控制技术在这方面的应用，使温度控制技术指标得到了大幅度的提高。
本设计是温室温度控制系统，其基本控制原理是：单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换得到相应的数字量，在送到微机进行相应的判断和运算，输出控制量控制加热功率，从而实现对温度的控制。系统结构图如下
点及用途：
由于该系统仅实现单一的温度控制，所以硬件结构简单，而接口及外扩芯片应用较少，成本低，在抗干扰措施上硬件采用了光电隔离，软件采用滤波程序，所以系统抗干扰的能力强，稳定性好，能满足工业中各类温度控制要求。
第一章 系统性能指标及方案的确定
系统要求的主要技术指标：
（1）要求温室温度分三档：一档为温室、二档为40℃、三档为50℃。
（2）具有实时显示温度（三位××.×℃）。
（3）当不能保证要求温度时，给出报警信号。
系统分析及总体设计方案：
一、硬件电路方案的确定：
（1）温度检测元件及放大器，A/D转换芯片选择：
温度检测元件及放大器放大倍数的选择，按控制范围和精度要求考虑。该部分采用热电偶，因为热电偶是温度测量中使用最广泛的传感器之一。放大器选择AD521，A/D转换用0801使量化误差满足性能指标要求。
（2）温度控制电路选择：
温度控制电路采用了可控硅调节规律方式。双向可控硅在50HZ交流电源和 加热电路中，只要在给定周期里改变可控硅开关的接通时间，就能改变加热功率的目的，从而实现温度调节。
(3)人机通道方案选择：
报警电路的选择：由于该系统所控制的温度有确定的范围，这就要求报警电路有上下限报警并指示功能，因此，可采用声光报警，即声音报警采用蜂鸣器接到8031的P6口上，而发光报警采用发光二极管即可并有红黄之分，区别上下限，正常运行时绿等亮。
定时电路的选择：由于该系统主控电路的电源为220V/50HZ，工频交流电，经电压比较器LM311，过零触发器MC14528后产生频率为50HZ的单稳态脉冲，此时脉冲一路作为触发脉冲，一路作为该系统的外部定时（100ms）送给T0，T1计数器计数。
二、 软件方案确定：本设计是采用传统的PID控制，比较实际温度和炉温得到的偏差，通过对偏差的处理获得控制信号来调节可控硅的通断，用以实现对电阻炉的控制，从而调节温室温度。
三、 软、硬件功能划分
软件和硬件是计算机系统的两大组成部分，它们的目的是一致的都是为了解决特定的问题，实现特定的功能；他们的作用是相辅相成的，如果增加软件的任务，就能减少硬件的任务，简化硬件电路；相反加重硬件的任务，增强硬件的功能则可减轻软件的负担，简化编程。因此，合理地分配软件所承担的任务充分利用MCS-51本身丰富的软件硬件功能，特别是它的软件控制功能，力争用最少的外部电路构成系统，完成系统要求的任务。
1.硬件
（1） 前向通道：包括传感器（热电偶）、A/D转换器（ADC0801）、放大器（AD521）
（2）人机通道：包括显示电路、拨码盘、报警电路
（3）后向通道：包括脉冲触发电路、两个加热电路
2.软件
（1）温度检测：包括定时采样和软件滤波。
（2）温度控制的实现：即根据温度给定值的大小，决定2台电炉的通电与断电实现温度控制。
（3） T。定时器产生每一次的定时中断，作为本系统的采样周期，T1计数器决定控制脉冲的时间。
（4） 显示有关状态。
（5） 输出报警信息。
四、 系统结构框图及基本工作原理温度控制系统篇2
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用ad590温度传感器，ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：ir—流过器件（ad590）的电流，单位为ma；t—热力学温度，单位为k。
2、ad590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、ad590的电源电压范围为4v～30v；
4、输出电阻为710mw；
5、精度高。
ad590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器adc0804，转换后送单片机。根据ad590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位cy位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
org 00h
start：anl p1，#00h；显示00
jb p3.4 ，$ ；t0=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.4 ，$；t0=1？放下？
mov r0 ，#00；计温指针初值
l1： mov a ， r0 ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；输出至p1显示
mov r5 ， #10 ；延时1秒
a1：mov r6 ， #200
d1：mov r7 ， #248 ；0.5毫秒
jnb p3.4 ，l2 ；第2次按下t0？
djnz r7，$
djnz r6，d1
djnz r5，a1
inc a
da a
mov r0 , a
jmp l1
l2：call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.4 ，l3 ；放开了没？是则
；跳至l3停止
jmp l2
l3: mov a ，r0
call change
mov 31h , a ；下限温度存入31h
jb p3.5 ，$ ；t1=0？有键按下？
call delay1 ；消除抖动
jnb p3.5 ，$ ；t1=1？放开？
mov r0 ，#00 ；计温指针初值
l4：mov a ，ro ；计温指针载入acc
mov p1 ， a ；显示00
mov r5 ，#10 ；延时1秒
a2：mov r6 ，#200
d2：mov r7 ，#248 ；0.5毫秒
jnb p3.5 ，l5 ；第二次按下t1？
djnz r7 ，$
djnz r6 ，d2
djnz r5 , a2
add a , #01h
da a
mov r0 , a
jmp l4
l5:call delay1 ；第2次按消除抖动
jb p3.5 ，l6 ；放开了？是则跳至l6
jmp l5
l6：mov a， ro ；
call change
mov 30h ，a ；上限温度存入30h
delay1：mov r6 ，#60 ；30毫秒
d3：mov r7 ， #248
djnz r7 ， $
djnz r6 ， d3
ret
change：mov b ，#5
mul ab
jno d4
setb c
d4：rrc a
ret
mov 32h ，#0ffh ；32h旧温度寄存
；器初值
aaa：movx @r0 ， a；使bus为高阻抗
；并令adc0804开始转换
wait：jb p2.0 ，adc ；检测转换完成否
jmp wait
adc：movx a ，@ro ；将转换好的值送入
；累加器
mov 33h ，a ；将现在温度值存入33h
clr c ；c=0
subb a ，32h
jc tdown ；c=0取入值较大，表示
；温度上升，c=1表示下降
tup：mov a， 33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，30h ；与上限温度作比较
jc loop ；c=1时表示比上限小须
；加热，c=0表示比上限大，停止加热
setb p2.1
jmp loop
tdown：mov a ，33h ；将现在温度值存入a
clr c
subb a ，31h ；与下限温度作比较
jnc loop ；c=1时表示比下限小，须
；加热，c=0表示比下限大
clr p2.1 ；令p2.1动作
loop：mov 32h ，33h
clr a
mov r4 ，#0ffh ；延时
djnz r4 ，$
jmp aaa
end
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：温度控制系统篇3
针对汽车涂装车间喷漆室空调温湿度控制精度高且需持续稳定的要求，本文提出了一种基于PID的温湿度控制方法。首先，根据焓湿图，将空调系统全年空气状态分成7个区。其次，根据实时温湿度值，调用相应的PID控制策略。这样，多模型之间要经常切换，就存在温湿度的波动、阀门切换动作频繁两个问题。针对这两个问题，分别采取了对应措施，保证了多模型之间的平稳过渡。然后，详细描述系统程序的设计过程。最后，通过现场试验，验证温度约110s进入稳态，稳态误差保持在±0.5℃以内，湿度约150s进入稳态，稳态误差保持在±1%以内，远优于系统的设计要求。
【关键词】PID控制 温湿度控制 焓湿图 空调系统
随着汽车业的竞争日趋激烈，提高车体的漆膜质量、增加漆膜质量的稳定性已成为各企业重点研究的课题之一。影响漆膜质量的因素较多，其中使喷漆室始终处于一个稳定的温湿度环境是保证漆膜质量的重要因素之一。由于喷漆室内温度与湿度之间存在交叉耦合情况，即温度控制会引起湿度变化，湿度控制也会引起温度变化；并且，喷漆室空调的进风方式为全新自然风，受外界天气影响很大，不容易控制。因此，涂装车间喷漆室的温湿度控制是一种非线性的、滞后的、时变的复杂过程，这种系统如果采用传统的仪表控制显然是不合适的。针对涂装车间喷漆室空调温湿度控制精度高且需持续稳定的要求，本文提出了一种基于PID的温湿度控制方法。
1 系统结构
涂装车间喷漆室空调系统主要由空调箱体、风机、冷盘管、热盘管、送风机构和加湿装置等组成，各部件由管网彼此联系在一起。空调温湿度的控制系统主要分为四个控制段，分别为一次加热段、表冷段、喷淋段、二次加热段，每个部件具有各自的特性，因此可以将其看为是一个个子系统，在约束条件给定后，一个输入对应一个输出。一般可由质能平衡的角度去描述部件的特性。进入表冷段和加热段的冷水量和热水量分别由他们各自管路上的冷、热水阀来控制，而进入喷淋段的水喷淋量则由调节喷林泵的变频器的输出频率来实现。系统结构如图1所示。
2 系统总体方案设计
2.1 系统功能及设计要求
系统能够实现对涂装车间喷漆室空调温湿度的实时采集，利用LCD液晶显示屏显示，经过数据分析处理后，控制升温、降温、加湿或除湿设备，实现对环境的监测和控制。要求温度控制精度为±1℃，相对湿度精度为±5%，基本达到恒温恒湿控制。在整个控制过程中要兼顾温湿度控制的快速性和稳定性，即从空调开机开始到温湿度达到控制目标，确保在30分钟之内完成。而且，基于PID的控制算法能够随季节变换而实现自动切换，提高设备的适应性，减少人工参与。
2.2 系统模块组成
系统由温湿度PID控制模块、温湿度数据采集模块、PLC数据传递模块、上位机模块、温湿度调节执行模块、液晶显示模块和报警模块等组成，如图2所示。
2.3 系统工作原理
温湿度信号由安装在喷漆室滤网上部的温湿度传感器检测得出，然后被转换成4～20mA电流信号后输入PLC数据传递模块。PLC数据传递模块是利用其OPC客户端程序来完成与温湿度PID控制模块和上位机模块的对接。PLC数据传递模块将温湿度当前值和设定值，以及KP、KI、KD等参数值输入温湿度PID控制模块，控制模块根据输入的这些值通过运算输出控制百分比，再由PLC数据传递模块将控制百分比转换成4～20mA电流信号分别来控制相应的上位机模块和温湿度调节执行模块。最后将输出分成加热、制冷或加湿信号，来分别控制热水阀、冷水阀和加湿泵变频器的开度，从而实现了对喷漆室温湿度的控制。实时温湿度可以通过LCD液晶屏显示出来，如果其值超出最大偏差值时，系统将启动报警功能，表示环境温湿度已经超过设备稳定工作的温湿度范围，该系统已经不能满足对此环境温湿度的调节，需要进行相应的人工应急处理。
3 系统控制方案设计
3.1 温湿度分区控制
对空调系统全年空气状态进行分区，并基于不同的分区对空调设备进行控制。焓值是一种能量的单位，代表的是一定容积量空气中含的水分和温度的综合量，是空气温度和湿度大小的综合衡量单位，其值的大小完全只由温度和湿度决定。所以，基于空气焓湿图，将焓湿图分为7个区域（目标区域除外），如图3所示，处于某一区域的室外空气状态，需经过与该区相对应的控制模式进行空气处理，并使其达到最终的控制目标。图3中，横坐标为空气含湿量d，纵坐标为温度t，斜线为等焓线h，包络线为等湿度线，每个区代表不同的环境温湿度状态，用以明确空调系统进风温湿度状态与调控目标之间的关系，由点1、点2、点3、点4组成的菱形区域为控制目标区，要先根据目标温湿度的设定范围计算出该区边界。
具体分区方法及判别条件：
3.1.1 菱形区域条件
当入口空气温湿度满足设定范围，即tn=25±0.5℃、φn=50%±2.5%时。
3.1.2 1区条件
当入口焓值hin小于焓值hd时。
3.1.3 2区条件
当入口焓值hin大于焓值hd，且小于焓值hl；空气含湿量小于点1含湿量d1时。
3.1.4 3区条件
入口焓值hin大于焓值hl，且小于焓值hx；入口温度tin大于设定温度tn+0.5，入口湿度φin大于设定湿度φn+3。
3.1.5 4区条件
入口焓值hin大于焓值hd，且小于焓值hx；入口温度tin小于设定温度tn-0.5；入口湿度φin大于设定湿度φn-3；入口空气含湿量din大于点1含湿量dl时，且小于点3含湿量d3时。
3.1.6 5区条件
入口焓值hin大于焓值hx，且入口空气含湿量din大于点1含湿量d1时。
3.1.7 6区条件
入口焓值hin大于焓值hx，且入口空气含湿量din小于点1含湿量d1时。
3.1.8 7区条件
入口焓值hin小于焓值hx，且入口空气含湿量din大于点3含湿量d3时，且入口温度tin小于设定温度tn-0.5时。
根据图3中标识情况，点1的参数为（tn-0.5，φn-3%），点2的参数为（tn+0.5，φn-3%），点3的参数为（tn+0.5，φn+3%），点4的参数为（tn-0.5，φn+3%）。d点的含湿量与点1的含湿量相同，hl和点1的焓值相同，hx和点3的焓值相同。
3.2 多模型切换平稳控制
为了保证多模型之间的平稳过渡，利用焓湿图分区控制，当环境的温湿度变换分区时，系统会切换不同的阀门控制组合，有二个问题必须加以解决。
（1）切换时会有阀门关闭退出工作，也会有阀门启动工作，这样就会导致温湿度的波动。
针对这个问题，控制程序采用了递减退出方案，即对于新分区中要关闭的阀门，按当前开度按一定速度逐渐关闭（比如每控制周期开度减1，直到开度为0），新开的冷门按正常的温湿度控制即可。
（2）当环境温湿度刚好处理分区边界附近时，由于传感器的原因，会造成在一段时间内，控制分区会在二个分区间来回摆动，导致阀门切换动作频繁。
针对这个问题，采用延时切入，即当系统检测到分区切换时启动一个计数和分区标记，如果计数未到又回到原分区，则计数清零，如果计数值到表示稳定进入了新环境分区，则启动新的分区控制方案，并刷新标记。
3.3 程序设计
系统程序设计包括系统初始化程序、温湿度的采集程序、温湿度判断程序、PID控制程序、PLC数据传递程序、液晶模块显示程序、报警程序等。程序流程如图4所示。
3.3.1 主控程序设计
主控程序用于控制空调系统按设定的温湿度工作，包括按照入风温湿度自动分区切换控制阀门的功能，其界面如图5所示。
（1）连接PLC的功能
程序连接PLC的OPC服务器所用的item名称是通过OPC测试程序写入注册表的。点击“连接OPC”按钮即可连接，通过OnBtConnetOpc函数完成。
（2）温湿度控制
点击“开始控制”按钮（OnBtStartControl函数），控制开始，其中的InitPIDparamate函数用于初始化变量，包括PID控制所用参数、变量和界面上的设定数据。
（3）函数调用
ReadData（）函数用于读取PLC的温湿度，其中湿度转为0到1的百分小数。ReadOPC2（）是为了从PLC读取设定的湿度，以PLC的设定为准。GetPannalParameter（）是从界面读取设置的PID参数等数值。GetMode（）是计算分区的函数。PIDControl （m_LastMode， T_in， Wet_in）；就是按分区选择阀门，调用各自的PID参数，计算各阀门的开度。
3.3.2 PID参数整定程序设计
开发的PID参数整定程序采用临界比例整定法，该程序可以通过单阀整定功能，确定单个阀门对温湿度闭环PID控制的参数；同时该程序还可以使用整定好的参数对单个阀门或双阀门联调进行测试，以检验PID参数的运行效果，并可以通过手动调整以满足工作现场的特殊要求。PID整定程序界面如图6所示。经测试，使用上述方法整定出的PID参数不受季节变化的影响。
4 试验验证
本文算法与控制程序，在某汽车制造厂涂装车间做了设备运行试验。该厂涂装车间共有16台空调机组，其中4台带有二次加热装置，用于喷漆室温湿度控制，其他为车间送风空调，由于企业正在生产中，只有车间送风空调允许试验，本文试验对象为没有二次加热阀的空调机组，试验时间为冬季（1区，一次加热与喷淋同时工作）。图7为实测的一个温湿度控制试验结果，目标温度24℃、湿度55%，采样与控制周期为1s。温度约110s进入稳态，稳态误差保持在±0.5℃以内，湿度约150s进入稳态，稳态误差保持在±1%以内，远优于系统的设计要求：温度小于±1℃，湿度小于±5%，30min进入稳态响应。
5 结论
本文设计的汽车涂装车间喷漆室空调温湿度PID控制方法，适用于一年四季不同的空气状态，在扰动随机变化的情况下，可以较好地将温湿度迅速稳定在目标值附近，避免了电动阀执行机构的频繁动作，减小了电动执行机构的能量消耗，延长了其使用寿命。
参考文献
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[5]赵嘉庆，季福坤.基于STC12C5620AD单片机温湿度控制系统设计[J].国外电子测量技术，2014，33（12）：31-34.
[6]覃振，罗祖宪.涂装车间喷房温湿度控制[J].自动化博览，2010（8）：106-110.温度控制系统篇4
关键词:DSP; 温度传感器; 温度控制; 模糊PID; 脉宽调制
中图分类号:TP23 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)09-0129-03
System of Temperature Control Based on DSP and Digital Temperature Sensor
XU Xing-jian1, YUAN Zi-jun1, ZHAO Yong-li2, GAO Feng1
(1. Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)
Abstract: Traditional temperature control system took thermal resistance as the temperature sensor, combined with air-cooled or water to achieve the purpose, size large, noisy and the accuracy is limited. The temperature measurement system composed of digital temperature sensor(DS18B20) and the DSP(TMS320F2812), the DSP pulse-width modulation is used to control the current of the TEC combined with fuzzy PID algorithm(Fuzzy-PID), to achieve the effect of temperature control, small size and 0.1 accuracy. The wiring diagram of DSP and DS18B20, the use of CCS(code editing studio) for software development are introduced. The system has been used in the LD temperature control, and has gained very good results.
Keywords: DSP; temperature sensor; temperature control; fuzzy-PID; pulse width modulation
0 引 言
20世纪60年代以来,数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)伴随着计算机和通信技术得到飞速发展,应用领域也越来越广泛。在温度控制方面,尤其是固体激光器的温度控制,受其工作环境和条件的影响,温度的精度要求比较严格,之前国内外关于温度控制基本上都采用温度敏感电阻来测量温度,然后用风冷或者水冷方式来达到温度控制效果,精度不够且体积大。本文基于DSP芯片TMS320F2812与数字温度传感器DS18B20设计出一个温度测量系统,根据测量所得的温度与设定的参量,并利用模糊PID算法计算出控制量,利用该控制量调节由DSP事件管理器产生PWM波的占空比,并作用于半导体制冷器,以达到温度控制效果,实现控制精度高,体积小的温度控制系统[1]。
1 系统硬件组成
1.1 DS18B20功能结构与使用
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55~+125 ℃;可编程为9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.062 5 ℃;CPU只需一根埠线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适合用于远距离多点温度检测系统中。
DS18B20的管脚排列如图1所示。DQ为数字信号输人/输出端;GND为接地;VDD为外接供电电源输人端(在寄生电源接线方式时接地)。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供[2],以0.062 5 ℃/LSB形式表达,其中S为符号位。例如+125 ℃的数字输出为07DOH, +25.062 5 ℃的数字输出为0191H, -25.062 5 ℃ 的数字输出为FF6FH,-55 ℃的数字输出为FC90H。
图1 DS18B20的管脚排列
1.2 DSP介绍
这里所用DSP为TMS320F2812,它是美国TI公司新推出的低价位、高性能的16位定点DSP,是专为控制应用系统而设计的[3],其主频可达150 MHz,本系统中所用晶振为45 MHz,片内集成了设备接口,主要起控制和计算作用。
1.3 半导体制冷器简介
半导体制冷器是根据帕尔贴效应制成的,由两种不同金属组成一对热电偶,当热电偶迈入直流电流后因直流电通入的方向不同,将在热电偶结点处产生吸热和放热现象。制冷器结构如图2所示[4]。
把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时,上端产生吸热现象,此端称冷端,下端产生放热现象,此端称热端,如果电流方向反过来,则冷热端相互转换。
图2 半导体制冷原理
1.4 硬件连接
DS18B20与DSP连接主要有两种方式:寄生电源方式和外部供电方式。本文采用外部供电方式,其中18B20的DQ口与F2812的GPIOA0口连接,具体连接如图3所示。
图3 DS18B20与DSP连接图
2 温度测量
要进行温度控制,首先要测量所控制目标的温度值,在本系统中,具体使用数字温度传感器DS18B20与DSP结合,并利用CCS编写程序,本系统开发平台为CCS 2.2,前期安装及芯片设置在此省略[5-6],程序流程如图4所示。
图4 DS18B20程序流程
DS18B20的控制包括三种时序:复位、写时序、读时序[7]。
复位:主机总线在t0时刻发送一个复位脉冲(最短为480 μs的低电平信号),接着在t1时刻释放总线并进入接收状态;DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15~60 μs,接着在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60~240 μs)。
写时序:对于DS18B20的写时序分为写0时序和写1时序两个过程。写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,总线要被拉低至少60 μs,保证DS18B20能够在15~45 μs之间正确地采样I/O总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15 μs之内就得释放单总线。写数据持续时间应大于60 μs且小于120 μs,两次写操作时间间隔要大于1 μs。
读时序:对于DS18B20的读时序同样分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从DSP把单总线拉低之后,在15 s之内就得释放单总线,以便让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60 μs才能完成。
需要注意的是,在程序编写时不管是复位,还是读写,都要注意配置GPIOA0端口的状态(输入或输出),同时时序非常重要,本文中的延时都是经过多次测试后总结出来的,根据DSP芯片的晶振不同,延时程序都会改变,否则DS18B20不会正常工作。
3 温度控制
3.1 脉宽调制PWM输出
TMS320F2812的事件管理模块总共能输出16路PWM信号,文中仅需要输出一路占空比可调的PWM信号,并设计从PWM1引脚输出该方波信号。文中选用通用定时器1(T1) 作为时基;全比较单元1保存调制值;计数方式采用连续增计数模式。PWM占空比值与T1的三角波数据比较,输出PWM信号控制半导体制冷片工作。各寄存器设置如下(高速外设时钟为22.5 MHz)[8-9]:
EvaRegs.ACTR.all=0x0006; //通过对比较方式控制寄存器的配置
EvaRegs.T1PR=5000; //定时器1周期值0.365 μs*N
EvaRegs.T1CMPR=2500; //定时器1比较值
EvaRegs.T1CNT=0; //定时器1初值设为0
EvaRegs.T1CON.all=0x144E; //连续增模式,TRS系数45M/2/16,T1使能
EvaRegs.CMPR1=1500; //占空比
文中设计的PWM周期为1.825 ms,TMS320F2812的计数器记数范围为0~5DC。因此当系统装入CMPR1寄存器的值为0或5DCH时,输出恒为高电平或低电平。现以向CMPR1写入1 500为例,PWM1引脚的输出周期为1.825 ms的方波。
3.2 温度控制软件设计
根据前面叙述,用DS18B20读取温度采样值,再通过参数自整定的Fuzzy-PID算法对数据进行处理[10]:根据E和EC的状况,由模糊控制规律再通过模糊表推导出ΔKP,KI,KD,根据式(1)计算出KP,KI,KD的大小,再计算出U的初值和ΔU,由式(2)实时计算控制量U。通过参数转换,将U转换为PWM参数,修改EvaRegs.CMPR1的数值,改变PWM的占空比,从而控制TEC的制冷/制热功率。
KP=KP0+f1(E, EC)
KI=KI0+f2(E,EC)
KD=KD0+f3(E, EC)
U(k)=U(k-1)+ΔU(k-1)
(1)
ΔU(k-1)=KP[E(k)-E(k-1)]+KIE(k)+
KD[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]
(2)
程序流程图如图5所示[10]。
图5 温度控制软件流程
3.3 实验结果
完成以上程序编写后,首先利用仿真器进行温度测量模拟,在标准温度计所得室温为31.2 ℃时,在CCS软件中利用快速观测窗口检测到的温度值为31.187 5 ℃。通过实验证明,在外界温度为31 ℃,采用默认设置(稳定温度为25 ℃)时,该温度控制系统能使被控物体的温度稳定在25 ℃,温度稳定时间小于100 s,精度可达到0.1 ℃以下,达到了工业控制要求。
4 结 语
利用DSP的高速处理能力,结合DS18B20精准的温度读取能力,以及利用CCS开发出温度控制系统。该温度控制系统中应用了Fuzzy-PID算法。设计目标是:在同样的控制精度条件下,使系统的过渡时间及超调量尽可能减小,以改善控制效果。采用复合控制,使系统能有效抑制纯滞后的影响,当参数变化较大以及有干扰时,仍能取得较好的控制效果。
参考文献
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[8]万山明.TMS320F281XDSP原理及应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.温度控制系统篇5
关键词:温度控制;PID算法;单片机
中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2216-02
The Design of the Temperature Control System for Aquarium
XIONG Jie, ZHANG Li-yong
(Technology Information, Yangtze University Department of Engineering and Technology, Jingzhou 434020, China)
Abstract: This paper introduces a method about the design of the temperature control system for Aquarium. System takes the 89C51 as a core, discuss the design from not only hardware but also software. Adopted PID control algorithm keeps the temperature precise and stable. This paper gives the actual measured data, realized the Aquarium temperature control system design.
Key words: temperature control; PID algorithm; single chip
温度是一个基本的物理量,也是一个极为普遍又极为重要的热工参数之一,几乎所有的科研和生产过程都和温度密切相关。因而,准确地测量和控制温度,对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。
本设计主要是对特定空间内的温度进行精准的控制。在一个密闭的空间里,把温度作为控制目标,无论是在启动或设定值的升降,还是各种干扰因素,我们都希望系统能向快、稳、准这三方面靠近。温控系统的控制电路由单片机控制继电器来调节电热丝和风扇达到加热和制冷目的,一旦温度的超调,控制系统的非线性、时滞性和不确定性等相关因素的出现,一般的控制方式达不到要求。因此,在软件上采用PID算法,在硬件上采用PWM(脉宽调制)控制继电器工作,实现升温和降温的处理。
1 整体框架设计
系统是以单片机为控制核心,其整体结构如图1所示,温度传感器从鱼缸中采集温度送入单片机,通过键盘中输入的设定温度进行比较,采用PID控制算法进行处理,通过控制电路对与刚好进行温度调节最后达到稳定,同时显示屏上进行显示当前温度曲线。
2 硬件电路设计
硬件电路包含键盘显示电路和温度采集控制电路两部分内容:
2.1 键盘显示电路
1)键盘电路:系统键盘由四个按键组成,分别实现“设定初始温度加一”,“初始温度减一”,“开始/原始坐标系”,“放大坐标系”等功能。
“设定初始温度加减一”两个按键可以用来设定鱼缸的预置温度;“开始/原始坐标系”是系统进行初始化后用户用来使系统开始工作;系统采用两种坐标系进行温度曲线的显示,“放大坐标系”可以使坐标放大,即使温度曲线精度更高。初始时系统显示曲线范围是0-40摄氏度,放大坐标放温度范围是30-34摄氏度。
2)显示电路:显示电路LCD液晶显示器TS12864A构成,通过控制单片机的I/O来实现浴缸温度在LCD的实时显示。该显示屏可以通过键盘中的放大坐标按键可以调整坐标的范围,使其更有利于观察温度的变化;并能显示温度从开始到稳定所需要的时间。
2.2 温度采集与控制电路
1) 温度采集电路:温度采集电路采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20数字温度采集器组成,该芯片独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,该数字温度传感器接线简单,编程方便,可与单片机直接相连。
2) 温度控制电路:温度控制电路主要是执行鱼缸的制冷与升温操作,其控制命令通过分析采集的数据进行判断处理。
温度控制电路中若采集温度高于设定温度,则P1.3端置0,P1.2置1,继电器开关置右边,处于降温状态,反之则P1.3置1,P1.2置1,处于升温状态;若设定温度与采集温度相等则P1.2置0,使继电器两端的加热丝和电风扇的压降为零处于非工作状态。
3 软件系统设计
该系统硬件部分较简单,主要是软件部分的实现,系统上电复位,首先对各存储单元进行初始化,并对LCD进行初始化,显示开机界面,提示是否进入系统,若开始按键按下,则进入系统,判断放大坐标系是否按下,若按下则以温度为30―34坐标系显示,反之,以0―40坐标系显示;调用温度采集程序采集鱼缸温度,并与设定温度进行判断,调用处理子程序进行控制,该温度控制算法采用PID算法来实现。其流程图如图2所示。
4 系统测试
首先通过软件仿真实现系统的功能,最后通过硬件焊接实现了鱼缸的温度控制系统的设计。其仿真的结果如图3所示。
温度调节时间结果记录如表1:
表1 实际测试结果
分析可知,温差相同时,升温时间比降温时间要快,原因在于升温采用电阻丝加热,而降温采用的是12V普通风扇降温,效率较低。若采用加热致冷芯片来完成升温和降温则温度稳定时间会更少。
5 小结
通过软件仿真,系统实际设计制作,最终完成了系统的设计,该系统简单实用,成本低,可靠性强,安装方便简单,可扩展声光报警等功能。
参考文献:
[1] 徐爱钧.8051单片机实践教程[M].北京:电子工业出版社,2005.温度控制系统篇6
【关键词】供暖；PLC；无线测温；变频调速
The Design of Control System of Heating Temperature Based on PLC
Li Jun tao
（ Jilin Technology college of Electronic Information Jilin Jilin 132021）
Abstract：At present，In the northeast of China with 24 hours of heating heating mode，To maintain the same heating enterprises and institutions such as office work time and non work time， resulting in a large waste of resources，This paper presents a PLC， a wireless temperature sensor， heating temperature control system based on frequency converter，This system can automatically adjust the heating temperature according to different time and date， in order to achieve the purpose of energy saving.
Key Words：Heating；PLC； wireless temperature measurement；frequency control
1、引言
在我国东北地区每年的11月至次年3月共五个月的集中供暖期，现在目前的供暖方式采用24小时全天供暖，供暖温度的调节主要靠供热公司根据室外温度的变化做粗略调整。但是对于企事业单位等办公场所，通常分为工作时间（通常为早八点至晚五点）与非工作时间（夜间及节假日），而目前工作时间与非工作时间采用相同的供暖方式，即房间内的温度基本保持一致，这样就造成了大量的资源浪费，因此本文提出了一种基于PLC、无线温度传感器、变频器的供暖温度控制系统，本系统通过无线温度传感器采集每个房间的温度；采集回来的温度数据进入PLC进行数据的处理，PLC处理完成后输出控制信号到变频器，最终由变频器完成对换热站电动机转速的控制以实现房间温度的自动控制。同时，可根据不同的时间及日期自动调整供暖温度，在非工作时间降低房间内的温度以达到节能的目的。
2、系统的构成
本系统主要由无线测温系统、工业触摸屏、PLC控制系统及变频调速系统构成。其结构如图1所示。
2.1无线测温系统
无线测温系统用来采集被控房间的温度，其无线部分由两种设备构成：Receiver（集中器）、和Sensor（传感器）。集中器完全兼容Modbus协议规范。
（1）无线温度传感器
在每一个需要监测温度的节点上安装一个无线温度传感器（又简称探头），该传感器每隔设定的时间自动测量所在位置的温度，并将测得的温度数据用无线信号发送输出。
（2）Receiver（集中器）测温通信终端
测温通信终端自动接收无线温度传感器发送的温度数据，并在收到测温工作站的读取命令后把收到的温度数据上传测温工作站。这些传感器的ID需要事先配置保存到终端的flash存储器中。
2.2工业触摸屏
工业触摸屏在本系统中做为人机交互接口，用来完成参数的设定，控制状态、流程和参数的显示，实现监控、管理、分析和存储等功能。
2.3PLC控制系统
在工业自动化领域内，PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中，用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制等；本系统可采用西门子S7-200型PLC作为控制器，并应具备模拟量输出及运算能力。根据被控系统的要求，选用CPU222 PLC基本单元，并配置EM235模拟量输出单元。
2.4变频调速系统
变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。在本控制方案中变频器可根据实际的换热站电动机容量进行选择。
3、系统工作原理
被控房间温度信号经无线温度传感器采集，采集到的数据通过一个公共接收器接收，接收器和PLC之间通过Modbus协议读出多个房间的温度，PLC将读取的这些房间的温度值进行计算，取平均数作为各被控房间的的实际温度值。如果测量值不在温度设定值范围内，系统将根据设定值进行自动调整。温度高于设定值将输出控制信号到变频器控制换热器电动机停止工作，停止加热；温度低于设定值将输出控制信号到变频器控制换热器电动机工作，进行加热，直至达到设定温度范围内。系统操作组态界面如图2所示。
本系统分为手动工作模式和自动工作模式，在手动工作模式时，可以根据需要手动调整换热器电动机的转速，以改变被控房间的温度。在自动工作模式时，系统根据需要分为取暖模式和节能模式，在取暖模式状态下将被控房间的温度控制在23～25℃（工作时间），在节能模式状态下将被控房间的温度控制在15～18℃（夜间及节假日），当被控温度低于设定范围时，系统自动调节，达到被控要求。节假日时间、工作时间、不同时间段的温度设定可以通过触摸屏任意设定。温度控制系统篇7
关键词：独立控制；空调系统；原理；前景
1.前言
改革开放以来，我国经济的发展非常迅速，人民生活的水平也迅速提高，这就急切需要增加或者改造建筑来满足人们的物质需求，同时也导致了建筑能耗的增加。有资料显示[1]，全国的建筑能耗约占总能耗的30%多。很多因素会影响到建筑能耗，例如，空调系统、空调环境、人员及其它设备等。空调系统能耗非常大，以集中空调系统来说，它的能耗占建筑能耗的50%多[2，3]，约占全国总能耗的15％。因此，必须要降低空调系统的能耗，这也是实现国家“节能减排”以及构建资源型、节约型社会的重要途径。温湿度独立控制空调系统是在空调应用方面进行的新的尝试，是其新形式之一，很多学者对该系统已经进行了比较全面而细致的理论研究，而且这个系统在工程应用上，在节能方面也有很好好的收效。因此，寻找一种可以为人们提供舒适并且健康的空气环境，又能节约能源的空调系统，在当今社会显得更加迫切，因此，温湿度独立控制空调系统将会吸引更多的学者来关注。
2.温湿度独立控制空调系统原理及相关设备组成
2.1温湿度独立控制空调系统的原理
温湿度独立控制空调系统是指在一个空调系统中，采用两种不同蒸发温度的冷源，用高温冷冻水取代传统空调系统中大部分由低温冷冻水承担的热湿负荷，这样可以提高综合制冷效率，进而达到节省能耗的目的。在温湿度独立控制空调中，高温冷源作为主冷源，它承担室内全部的显热负荷和部分的新风负荷，占空调系统总负荷的50%以上；低温冷源作为辅助冷源，它承担室内全部的湿负荷和部分的新风负荷，占空调系统总负荷的50%以下。
2.2相关设备组成
温湿度独立控制系统由4个核心组成部件组成，分别为高温冷水机组、新风处理机组、去除显热的室内末端装置、去除潜热的室内送风末端装置。
除湿系统主要由再生器、储液罐、新风机、输配系统和管路组成。除湿系统中，主要采用分散除湿和集中再生的方式，再生浓缩后的浓溶液被输送到新风机中。储液罐具有存储溶液的作用和蓄存高能力的能量，可以缓解再生器对持续热源的需求，可以降低整个除湿系统的容量。
3. 温湿度独立控制空调系统与传统空调系统的比较分析
3.1 温湿度独立控制空调系统的优点
3.1.1 可以避免过多的能源消耗
从处理空气的过程我们可以知道，为了满足送风温差，一次回风系统需对空气进行再热，然后送入室内。这样的话，这部分加热的量需要用冷量来补偿。而温湿度独立控制空调系统就避免了送风再热，就节省了能耗。传统的空调系统中,显热负荷约占总负荷的比例为50%～70%，潜热负荷约占总负荷的3比例为0%～50%[4]。原本可以采用高温冷源来承担，却与除湿共用7℃冷冻水，造成了利用能源品位上的浪费，这种现象在湿热的地区表现的尤为突出；经过处理的空气，湿度可以满足要求，但会引起温度过低的情况发生，需要对空气再热处理，进而造成了能耗的进一步增加。
3.1.2 温湿度参数很容易实现
传统的空调系统不能对相对湿度进行有效的控制。夏季，传统的空调系统用同一设备对空气热湿处理，当室内热、湿负荷变化时，通常情况下，我们只能根据需要，调整设备的能力来维持室内温度不变，这时，室内的相对湿度是变化的，因此，湿度得不到有效的控制，这种情况下的相对湿度，不是过高就是过低，都会对人体产生不适[5]。温湿度独立控制空调系统通过对显热的系统处理来进行降温，温度参数很容易得到保证，精度要求也可以达到[6]。
3.1.3空气品质良好
温湿度独立控制空调系统的余热消除末端装置以干工况运行，冷凝水及湿表面不会在室内存在，该系统的新风机组也存在湿表面，而新风机组的处理风量很小，室外新风机组的微生物含量小，对于湿表面除菌的处理措施很灵活并很可靠。传统空调系统中，在夏季，由于除湿的需要，而在供冷季，风机盘管与新风机组中的表冷器、凝水盘甚至送风管道，基本都是潮湿的。这些表面就成为病菌等繁殖的最好场所。
3.1.4 不需另设加湿装置
温湿度独立控制空调系统能解决室内空气处理的显热和潜热与室内热湿负荷匹配的问题，而且在冬季不需要另外配备加湿装置[7]。传统空调系统中，冬季没有蒸汽可用，一般常采用电热式等加湿方式，这会使得运行费用过高。如果采用湿膜加湿方式，又会产生细菌污染空气等问题。
4.温湿度独立控制空调系统的发展前景
温湿度独立控制空调系统作为新的空调形式，有着非常明显的节能优势。温湿度独立控制空调系统可以有效的避免室内空气的交叉污染，可以有效的阻断由于空调系统而导致的空气流通传播的疾病。目前，在能源消耗日益增加的环境下，温湿度独立控制空调系统为营造既节能又舒适的室内空调环境提供了一个有效可靠的解决方式，具有良好的应用前景，在不久的将来会得到完善和成熟。
参考文献：
[1]龙恩深.建筑能耗基因理论研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文,2005.
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[4] 鄢涛.深圳市公共建筑能耗与节能分析[D].重庆：重庆大学硕士学位论文,2005.
[5]王飞. 基于双温冷源的温湿度独立控制空调系统的研究[D]. 广州：华南理工大学硕士学位论文，2011.温度控制系统篇8
关键词：实时监控 Wincc组态 PID PLC
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-025-02
1 引言
随着社会进一步发展，要求制造业等要对市场需求做出迅速的反应，生产出品种多，成本低，质量高的产品。为了满足这一需求，就必须使生产设备的控制系统保持先进，具有极高的可靠性和灵活性，而以工业中广泛用到的温度控制为例，当传感器技术和控制方法进一步创新与发展，对温度控制的精确性和快速性的要求也会进一步提高，而传统的温度控制系统已经不能适应于现代工业对精确性和快速性的要求。本文设计了一种基于PID的温度控制系统，实现了温度的精确控制。
2 系统硬件配置及控制要求
我们通过控制面板上的加热器来实现温度控制模拟系统，具体通过PLC200中的PID控制的编程实现加热器温度保持恒定,并使用WINCC组态画面实现监控与PID设定功能。
2.1 PLC选型
德国西门子公司S7-200系列PLC是一种小型的PLC产品，应用范围广泛，通过与各种小型自动化产品如变频器，传感器等搭配，可以实现各种现场的解决方案。加上其设计合理，价格低廉，有较高的市场占有率，本文即使用S7-200PLC。
2.2 温度传感器选择
温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量信号的传感器，是温度测量仪表的核心部分，目前按照测量方式可以分为接触式和非接触式两大类。按照电子元器件特性以及传感器材料可以分为热电阻和热电偶两类。工业测温常用的热电阻的材料特性是其导体的电阻值随温度的改变而改变，可以通过测量其阻值推算出被测物体的温度。铂电阻值与温度之间的关系接近于线性，其用来测量温度也更为准确，因此铂热电阻现在被广泛应用于工业温度的测量。按0℃时的电阻值R(℃)的大小分为10欧姆（分度号为PT10）和100欧姆（分度号为PT100）等，本文采用分度号为PT100的铂热电阻来测温，即电阻值在0℃时是100欧姆。由于温度传感器所测得温度信号不能直接被PLC所接收，所以需要加入一个变送器，使传感器所采集的温度信号转化成电压或电流信号后再输入PLC。
2.3 控制系统组成
图1 控制系统组成
实现控制要求的系统组成如图1所示，该系统是由执行器、加热器、温度变送器、A/D转换器、PID调节器和D/A转换器等构成一个单回路温度控制系统。PID调节器、D/A和A/D转换器用西门子公司的S7-200，CPU224型PLC来实现，上位机PC安装了STEP7和WINCC组态软件。考虑温度控制属于大滞后系统，调节器采用PI类型。
2.4 控制要求
(1)总体控制要求：模拟量模块输入端从温度变送器端采集物体温度信号，经过程序运算后由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。
(2)程序运行后，模拟量输出端输出加热信号，对受热体进行加热。
(3)模拟量模块输入端将温度变送器端采集的物体温度信号作为过程变量，经程序PID运算后，由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。
本系统的给定值（目标值）可以预先设定后直接输入到回路中；过程变量由在受热体中的Pt100测量并经温度变送器给出，为单极性电压模拟量；输出值是送至加热器的电压，其允许变化范围为最大值的0% 至100%。Pt100为热电偶,用来监测受热体的温度，并将采集到的温度信号送入变送器，再由变送器输出单极性模拟电压信号，到模拟量模块，经内部运算处理后，输出模拟量电流信号到调压模块输入端，调压模块根据输入电流的大小，改变输出电压的大小，并送至加热器。
2.5 功能指令使用及程序流程图
(1)PID指令使用(如图2)
图2
(2)程序流程图(如图3)
图3 程序流程图
3 硬件及软件设计
3.1 硬件组态及参数设置
在STEP7中创建一个温度控制系统的项目，在项目下生成一个S7-200的站点，进入HWConfig界面按硬件安装次序和订货号依次插入机架 电源CPU I/O模块等进入CPU属性窗口，设置站点的CP5611地址假设为2，则EM277站点地址设为3，相应的EM277硬件上调拨码开关为3。这里所设置的地址3必须与Wincc通信驱动地址相匹配，如：PLC200中地址也为3，CP板卡号为1。
当STEP7中的硬件组态下载到虚拟主站时，需将再一次设置。此次设置目的是让虚拟主站与Wincc通信。
3.2 软件设计
PLC软件的控制部分是由系统PID控制主程序，子程序以及中断程序组成，当主程序开始后首先进行初始化，接着扫描调用子程序，进入PID配置向导选择要配置的PID回路，设置回路参数，包括设置给定值的的最小值和最大值以及回路过程变量的极性。这时系统数据采集的子程序先开中断，然后进行数据采样和累加，用计数器不断判断采样次数是否达到设定值，若达到，则跳出出循环返回平均值，若未达到，则继续采样直到跳出循环，这时关中断，这样PLC在主程序和子程序之间完成了对数据的采集，也实现了PID控制算法。
PID算法是一种闭环自动控制算法，PID控制器作为最早实用化的控制器，目前仍然是应用最广泛的工业控制器，应用在基于PLC的温度控制系统中，目的是使被控制的物理量追随给定量，自动消除各种因素对控制效果的扰动。
4 PLC200与Wincc通信
SIMATIC WinCC采用了最新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性。WinCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用Profibus通信协议进行。本文温度控制的WINCC组态画面设计如图4。
图4 WINCC组态画面
5 结语
通过上机实验可知：PID恒温控制是围绕着设定值进行调节的。若设定温度为23.5℃；当温度低于设定值时，加温蒸汽调节阀始终处于全部打开状态；当温度达到23.5℃，加温用的蒸汽调节阀开始逐渐关闭，在关闭过程中，温度有可能仍在渐渐上升，温度偏离越大，关闭速度越快；直到全部关闭为止；当温度再次低于设定值时，加温蒸汽调节阀则会逐渐打开，打开速度取决于温度偏离值的大小，偏离越大，打开速度越快；直到温度再次达到设定值。若温度长时间未达到设定值，调节功能会将调节阀全部打开，所以，我们可以根据实控情况进行必要的编程，有效的利用低于设定值时PID控制时段；切断高于设定值部分的PID控制，在温度高于设定值后，即可根据生产要求干脆部分或全部关闭加温阀，以防温度上升过高，来求得优越的温控效果。
参考文献：
[1] 刘华波.西门子S-7200PLC编程及应用案例精选[M].北京:机械工业出版社,2009.5.温度控制系统篇9
【关键词】PCR；温度控制系统；pt100
1.引言
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，简称PCR），又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。PCR技术应用非常广泛，广泛应用在生命科学研究、生化分析、临床诊断、药物分析、法医鉴定和疫情快速检验等各个领域。
温度控制系统的主要任务就是让样品内基因在腔体内进行高温变性（T1）、低温退火（T2）和适温延伸（T3）三个温度阶段的反复循环，使样品内基因完成增殖。温控系统升降温工作循环曲线如图1所示。
目前，PCR检测仪的变温方式主要有两种，分别是变温铝块及变温气流。其优缺点为变温铝块方式应用比较广泛，升降温速率比变温水浴要快，但因PCR管与铝块不可能完全贴使之温度均匀性较差。半导体制冷片变温结构简单，只需向半导体制冷片通电即可加热，改变电压极性即可制冷，所以变温速度较快，但是半导体制冷片容易损坏。变温气流方式，即采用电热丝进行加热，吹入冷空气进行制冷。通过调节功率输出的占空比，就可以调节温度的大小，从而可以实现对温度的升温、降温和恒温的自动控制。另一方面，由于传递热量的介质为空气，空气可以和样品之间实现无缝接触，从而样品溶液的吸热和散热的速度就会很快。
本研究设计并实现了一套适用于实时PCR仪的温度控制系统。系统采用变温气流的方式进行加热，使用常规PID算法进行温度控制。升降温速度极快，实时性强、升降温周期短，为研制商品化的实时定量PCR仪奠定了基础。
2.系统结构
温度控制系统的机械结构主体是一个风腔，采用电热丝加热，冷空气制冷。风腔设有进风口和出风口，风门由步进电机控制，可以任意控制风门的旋转角度，从而达到通过风门改变腔体内的空气流动特性，主要作用是让冷空气进入腔体，热空气从腔体流出，带走热量，达到制冷的作用。腔体内部安装有横流风机，用于加快腔体内部的空气流动，在加热时保持腔体内部空气温度的均匀，在制冷时加快空气流动达到腔体快速降温。腔体上设有装样品的盖口，用于放置样品。腔体内部结构示意图如图2所示。
温控控制系统的硬件执行部件主要包括一个横流风机、两个步进电机、两个霍尔信号传感器、温度采集模块以及加热与制冷模块。图3是整个温度控制系统的具体组成框图。
温度控制包括制冷模块和加热模块，制冷模块主要包括两个风门、一个风机。两个风门分为进风门和出风门，由步进电机控制。风机的主要作用是加快内腔空气流动，保持内腔温度均匀一致，而在降温过程中吹动从风门进入的冷空气，并将风腔内的热空气吹出，达到空气制冷效果。随着冷空气的不断进入，热空气的不断流出，样品温度会不断降低。加热模块主要包括加热装置和加热控制电路两部分。本温控系统采用变温空气加热方式，加热装置选用的电热丝的方式进行加热，而加热控制部分主要是对电热丝的通断控制，从而实现对加热量的控制。
对电热丝加热功率的控制采用PWM控制技术。图4是PWM控制示意图，ON是一个脉冲周期内高电平持续时间，假设当单片机的I/O口为高电平时加热模块工作，则该PWM的占空比=ON/脉冲周期。一般情况下加热的周期都是固定的，所以ON的大小直接决定了PWM占空比的大小，进而影响加热器的功率。而通过模糊PID运算可以得到控制量u（k）的值，并把u（k）的值转化为百分比，然后乘以周期时间，则可以得到ON值，从而得到该周期内加热模块工作的时间，实现对温度的有效控制。
温度采集模块主要由温度传感器、温度变送器、A/D数据采集三大部分组成。由于本温控系统控温范围在50℃～100℃，属于中低温测温范围，且对温度测量精度有较高的要求。基于热电阻式温度传感器的测量精度比热电偶式高，且线性度比热敏电阻式好，故选用热电阻式温度传感器。因热电阻中铂热电阻的测量精度最高，故选用pt100作为本温控系统的温度传感器。
pt100的电阻值随温度的变化而变化，其线性度虽然相对于其他传感器较好，但仍为非线性，需要对其校正，并且需要将pt100的阻值变化转变为电流信号或电压信号，方便进行A/D数据采集。本系统采用温度变送器进行电阻信号到电流信号的转变，并校正pt100的阻值与温度的非线性关系，使得采集回来的温度数据与实际更相符。
温度传感器出来的电流信号经过采样电阻转换为模拟电压信号，再通过A/D转换成数字信号。下位机控制芯片自带8路A/D转换通道，可以将温度变送器的输出信号直接接到下位机上，由下位机上单片机的A/D转换为数字信号，大大简化了系统构成。
经过A/D采集到的温度信号在一恒定温度下会有一定的波动，这是由于干扰所引起的，所以需要对A/D采集到的信号进行数字滤波处理。因为A/D的速度可以达到25万次/秒，可通过多次测量，再取平均值的方法对其滤波。本系统采用对其进行100次A/D采样，去掉最大值和最小值，再取其平均值，将之作为采样的结果。将采样结果通过串口通信传送到上位机，上位机将采样结果实时显示，并绘制实时温度曲线图。温度采集模块组成如图5所示。
3.软件设计
温度控制系统的主要任务就是实现对风腔内温度的控制，主要通过温控算法控温以及向上位机发送实时采集的温度值。为了提高升降温速度，所以在温度相差较大时，不进行PID控温，只有当温差较小时，才进行PID控温，使温度趋于平稳。上位机传送给下位机的是恒温温度、恒温时间以及变温时间三个参数。恒温温度为三个恒温温度段的温度值，恒温时间为三个恒温温度段的恒温持续时间，变温时间为升温和降温的持续时间。下位机根据上位机传送的三个参数，将温度控制分为三个阶段，分别为升温阶段，降温阶段和恒温阶段。图6为升温阶段的控制流程图，定时时间由上位机所发送的升温时间参数确定，ΔT1为设定的温度正偏差，此值一般为正的，因为这时测量的温度会比设定的温度低。因为开升温时，加热是处于全功率状态的，为了确保温度出现超调，需要提前对其关闭，通过设定温度正偏差实现。所以当温度小于温度正偏差时，关升温，停止加热，进入恒温阶段。
图7是降温阶段的控制流程图，定时时间由上位机所发送的降温时间参数确定，图4.10中，ΔT2为设定的温度偏差，此值一般为负的，因为这时测量的温度会比设定的温度高。
开降温时，将进、出风门完全打开，在每次开降温前判断风门是否打开。若风门处于打开状态则保持打开状态，若处于关闭状态则执行打开动作。开升温与之一致。
如图8，在恒温阶段的定时时间由恒温持续时间决定，恒温阶段是温度偏差比较小，这时，使用PID算法控制加热的功率，使温度处于稳定状态。
4.结束语
对温度控制系统的软硬件进行了设计与调试，达到了设计要求。升温速率可达到8℃/s，降温速率可达到10℃/s。极大的提高了温控系统的升降温速率。
参考文献
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[2]Dinca MP，Gheorghe M，Aherne M，et al.Fast and accurate temperature control of a PCR microsystem with a disposable reactor[J].Journal of Micromechanics and Microengineering，2009，19（6）.
[3]张文超，刘晓光，吴勤勤.基因扩增分析（PCR）仪温控系统的研究与应用[J].华东理工大学学报，2004，30（2）：203-206.
[4]李芸婷，万振凯.PT100温度传感器数据实时采集系统[J].仪器仪用户，2007，15（5）：24-26.
[5]王冬，张新磊，冯继宏.基于PID算法的PCR仪温度控制系统设计方案[J].北京生物医学工程，2011，30（5）：502-505.温度控制系统篇10
关键词：温度控制 AT89C51单片机 水位控制
中图分类号：TU119+.23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0025-01
1 系统方案的比较与论证
该系统根据要求可分为温度控制系统和水位控制系统。为了可靠性，分别采用不同的控制芯片和控制方法，两个系统完全独立。
1.1 温度系统部分
（1）温度测量部分。
方案一：采用温度传感器铂电阻Pt10000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，但是组成电路复杂，价格较高，因而放弃。
方案二：该设计要求测量水温满足40℃～90℃的测试范围，最小区分度为1℃，标准温差Q1℃，从测温范围和精准度看，热敏电阻完全能满足要求，并且价格不高，性价比较好，设计又简单，因此采用此方案。
（2）控制芯片介绍。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128byt的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
（3）温度系统工作原理。
当水的温度变化时，传感器热敏电阻的阻值会产生相应的变化。热敏电阻和电容器是决定单稳态震荡电路震荡周期的关键部件。只要单片机对震荡周期准确计算，查表可求得对应水温。
温度的设定是由三个按钮实现的。按设定键，可以开始设定温度值，按增加键或减少键，进行调整设定值。
1.2 水位系统部分
（1）水位检测部分。
水位检测采用最简单的方法：利用自来水是导体的原理。首先在盛水容器里放置一根带电导线，盛水容器的不同高度位置在放置测量导线。当水位达到那些测量导线位置，相应的导线通电；反之，无电。
（2）水位控制原理。
根据要求当水位低于设定水位时，由单片机经过比较后发出控制信号，通过三极管控制继电器的开关，由继电器控制电磁阀开启，向容器内注水，防止干烧，完成功能。
2 硬件系统
水位控制单片机输出驱动电路如图1所示。
3 系统软件设计
3.1 温度系统（见图2）
3.2 水位系统（见图3）
4 结论
此电路分高压部分与低压部分，应分别调试。我们设计的系统经过细心的设计和耐心的调试，可以完全实现控制要求。由单片机发出的控制信号能够通过电磁阀实现设计的要求：当水位低于设定水位时，自动补水，防止烧干而损坏电热管。
参考文献
[1] 潘晓贝，郭志冬.基于单片机的水温水位控制器的设计[J].三门峡职业技术学院学报，2010（6）.}
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