前言智能恒温箱根据其应用领域、使用对象的不同及相关的性能指标,所设计的智能恒温箱其工作原理都有其独特的一面。

当然,作为一种恒温控制的产品,又都有其恒温控制产品的相似之处。

比如其控制的目的都是一样的。

它们控制的参数仍然是温度,控制的目的是使温度维持恒定在给定值所允许的波动范围之内。

这是任何恒温控制产品的共同特点。

一、智能恒温箱控制系统设计实践介绍本次设计的智能恒温箱控制系统,总体上主要分为主机PI C 单片机控制部分、温度数据采集部分、按键控制输入部分、显示部分、输出驱动部分等五部分。

智能恒温箱控制系统就是通过单片机编程实现对温度的采集、数据处理、控制显示、控制输入、控制输出等一系列功能,使温度维持恒定在所设定的温度给定值。

智能恒温箱的基本工作原理是以PI C 单片机为核心,通过对PI C 单片机编程进行系统控制。

PI C 单片机上电后,首先必须进行系统初始化,然后按照我们编程设定的顺序,执行控制动作。

在PI C 单片机初始化的这一过程中,最为重要的一点是PI C 单片机从其E?PRO M 调出在其存放的上一次设定的温度给定值,并存放在指定的ROM 存储单元中,便于后面的功能子程序调用。

PI C 单片机初始化后,转去执行将温度传感器检测到的,并经过运算放大器放大后得到的相应模拟量,即电压输入信号进行A /D 转换。

A/D 转换后得到的初步数字量信号不能直接输出显示,必须经过标度转换及B CD 码转化后才能作为输出信号在LED 数码管上输出显示。

此时,PIC 单片机并将温度设定值与检测到的实时温度值进行比较大小,得到的结果分三种情况,即大于、等于和小于,并将这三种信息通过发光二极管显示出来。

同时,PI C 单片机根据这三种信号控制执行相应的输出动作。

如果系统检测到的温度值比给定值大,则系统停止加热;如果系统检测到的温度值比给定值小,系统则根据差值的大小给出相应的控制量;如果系统检测到的温度值等于给定值,系统则根据现场的具体情况给出相应的较小的控制量进行加热以维持系统温度恒定(在本系统中,当出现这种情况时,系统给出的控制量是0.05,即加热板的加热功率因数。

)。

此时,PI C 单片机的一个工作周期并没有完成。

PIC 单片机还要进行判断按键输入口是否有新的按键输入信号,即判断是否要进行温度给定值更改。

如果功能键有按下信号,PIC 单片机则执行更改参数子程序,我们可以通过递增按键、递减按键进行更改温度该定值,系统并将更改后的温度给定值重新存放到PI C 单片机的E?PR O M 中;如果没有按键按下,则PI C 单片机所控制的一个工作周期完成,系统返回主程序继续执行。

二、主要设计内容根据智能恒温箱的基本工作原理、性能指标、技术参数等相关信息,提出智能恒温箱控制系统的多种设计方案,并从中选出最优的控制方案。

本系统采用单片机控制技术与模糊控制技术相结合的控制系统设计方案,将模糊控制策略应用于智能恒温箱控制系统中的目的,是使控制系统达到节能与智能控制的效果,使系统能够实现节能35％以上。

智能恒温箱控制器设计输出的功率达到5K W ,设计可以调节目标控制温度,系统的温度控制精度达到0.5摄氏度。

在智能恒温恒温箱控制器的设计过程中,系统控制电路的设计和模糊控制策略在系统的应用是非常重要的,也是恒温箱控制系统设计的难点。

为了达到系统设计要求的性能指标,所以,在设计的过程中要进行控制系统的总体设计,输入、输出端口地址的分配,硬件的选择及配置,这都是在系统设计过程中不忽视的。

最后是控制系统软件的系统分析及控制系统软件的编制,这是智能恒温箱控制器能否正常工作运行的保证。

系统设计的主要内容有、硬件部分设计()主机单片机系统设计;(2)温度数据采集电路设计;(3)按键输入电路设计;(4)显示输出电路设计;(5)驱动输出电路设计。

2、软件部分设计(1)系统主程序设计;(2)A /D 转换子程序设计;(3)乘法子程序设计;(4)比较驱动子程序设计;(5)更改参数子程序设计;(6)B C D 码转换子程序;(7)延时子程序设计;(8)数据读写子程序设计;(9)PW M 输出子程序设计;(10)电路调整算法。

3、模糊控制设计(1)模糊控制器输入变量和输出变量的确定;(2)隶属度函数和语言变量的确定;(3)模糊控制规则的设计;(4)模糊推理;(5)模糊节能控制值验证。

三、具体设计内容本次智能恒温箱控制器设计,要求具有价格低,性价比高的特点,主要是应用于普通食品、物品的保温,还可以应用于种子的培育和食品的发酵等与温度保温相关的应用领域上。

但是,本课题研究的重点不只是停留在这些方面,而要涉及到智能及节能的关键问题上。

本设计系统控制的主要对象是温度,从系统的控制要求及设计系统达到的性能指标进行全面分析,采用PI C 16F877单片机作为主控制系统,这不仅是对所学知识的巩固,更重要的是采用单片机控制技术是当前最简单、可靠性较高、是最经济的一种方案。

本设计系统中为了能够达到节能、智能控制的效果,所以在系统中采用了模糊控制策略。

因为温度控制是易于受多种内外因素干扰的非线性控制系统,而模糊控制是智能控制的分支之一,是一种非线性控制方法,工作范围宽,适用范围广,特别适合于这种温度控制的非线性系统控制;模糊控制也不依赖于对象的数学模型,对无法建模或很难建模的复杂对象,可以利用人的经验知识来设计模糊控制器,从而完成控制任务,而传统的控制方法都要已知被控对象的数学模型才能设计控制器;模糊控制具有内在的并行处理机制,表现出极强的鲁棒性,对被控对象的特性变化不敏感;模糊控制器的设计参数容易选择调整;算法简单、执行快、容易实现,不需要很多的控制理论知识。

所以本控制系统采用单片机技术和模糊控制技术相结合达到了节能和智能控制的效果。

四、拟采用的技术方案经过几种可行方案的比较分析后,最终确定以下方案,如下为系统原理框图。

浅谈智能恒温箱控制系统设计黄永华广州亚虎电力有限公司【摘要】智能恒温箱控制系统的设计应用已广泛用于医药、食品、农业等多个领域及人们日常生活当中。

笔者通过设计实践认为,上述系统随了对温度进行调控外,如何使设计实现智能和节能,是设计工作者要考虑的问题及今后设计的发展方向。

【关键词】温度控制　数据采集　PIC 单片机　模糊控制（下转第页）:11222为N :P=4:1[10]。

此外,黄自力等人对磷酸盐浓度为5mm ol/L 的模拟废水进行了研究,实验表明,当N:P=2时,磷的回收率达到最大值98.9%,而且沉淀物经X RD 检测分析证实确为鸟粪石[11]。

对于这种氮的需要量要大于磷的现象,能够解释清楚的文章不多,只是表明,在水中氨氮含量过量的情况下,氨氮的浓度并不会制约鸟粪石的形成,仅仅是对氮的去除效率有影响[12]。

3.5温度的影响尽管很多介绍有关鸟粪石的论文没有考虑反应温度对鸟粪石形成影响,但事实上,温度对鸟粪石沉淀反应的影响是多方面的。

因为不同的温度下鸟粪石和其他形式镁的沉淀物的溶度积是不同的,因而可能在某些温度下,生成沉淀的主体并非鸟粪石。

M .hanho un 等人通过用M A TLA B 建立相关的热化学数学模型,通过该模型,可以模拟在不同温度下,不同p H 值下反应情况,进而评估生成鸟粪石的数量和纯度[13]。

3.6混凝剂和助凝剂投加的影响投加混凝剂和助凝剂对形成的絮体有稳定作用,同时也能促进溶液中颗粒的相互碰撞和吸附架桥作用,更好的形成大颗粒絮凝体。

混凝剂主要采用常见的铁盐或铝盐,助凝剂可选择的种类很多,除了PAM 外,Kr i s t e ll S.Le C o r r e 等人研究表明,聚二烯丙基二甲基氯化铵（Po ly D ADM A C ）可以形成效果最为理想的絮凝体沉淀。

该种物质为强阳离子聚电解质,外观为无色至淡黄色粘稠液体。

安全、无毒、易溶于水、不易燃、凝聚力强、水解稳定性好、不成凝胶,对p H 值变化不敏感,有抗氯性。

实验中,用激光衍射法测定的表示絮凝体的大小,投加之前,为50-100μm ,反应一分钟后,向不同反应器内分别投加PolyDA D M A C 、Fe C l 3、Fe (SO 4)3、C aC O 3、CaC l 2和明矾后,反应28分钟,絮体的值分别达到581.2、506.8、355.5、346.63、310.9和383.9μm 。

根据以上数据可以看出,使用Po lyDA D M AC 作为助凝剂的处理效果要明显优于其他种类的助凝剂[14]。

4、鸟粪石回收磷的前景展望当今主要的磷肥是三过磷酸钙（TSP ）,含47%的;磷酸氢二铵（DAP ）,含18%的氮,46%的;磷酸氨镁（M A P ）,含12%的氮和52%。

这3种化肥磷的主要组分可溶于水,且经常与其他物质如钾和硫等结合以能够供应充足的养分。

其中鸟粪石是一种品质极好的磷肥。

100m 3污水中可以结晶出1kg 的鸟粪石[3]。

也就是说,如果很多污水处理厂进行鸟粪石的回收,则可以节省大量磷矿的开采。

对于一些特殊的污水处理厂,鸟粪石的回收利用则更加方便,可行性更高。

例如,董滨等人指出,很多养猪场污水处理工艺的出水仍含有大量的氮和磷,而且,具有如下优点:出水清澈,悬浮物固体（SS ）含量很低,结晶过程受水中其他物质的干扰小,结晶纯度高[15]。

国外已经将水厂提炼的鸟粪石商业化,从已有的应用中,可以得出,用鸟粪石法,不仅可以提高污水的除磷效率,减少剩余污泥的形成,而且可以带来经济效益。

但是,我国对于鸟粪石除磷的研究仍处于实验室研究或是小试、中试阶段,用于大规模的污水处理厂技术并不十分成熟,这是因为现在所产生的沉淀物中,鸟粪石的纯度并不是很高,而且对其进行提纯的成本过大。

这一点,我们可以从很多研究实验采用的水样均为自配水看出。

此外,现在有关鸟粪石技术的文献大部分都是水中氨氮浓度大于磷酸盐浓度,但对于某些含磷量远大于含氨氮量的水是否可采用鸟粪石回收磷的方法研究甚少。

这些都是今后研究的重点。

参考文献[1]王绍贵,张兵,汪慧贞.以鸟粪石的形式在污水处理厂回收磷的研究[J].环境工程,2005,23(3):78-80.[2]杨鸿瑞,朱洪光,周雪飞,张亚雷.投药方式对鸟粪石法脱氮除磷的影响[J].环境工程学报,2011,5(1):55-59.[3]佟娟,陈银广,顾国维.鸟粪石除磷工艺研究进展[J].化工进展,2007,26(4):526-530.[4]Stratfu l I,Scrims haw M D,Lester J N.Con ditio ns influencing th e precipitation of magnes ium ammoniu m ph os phate[J ].Water R es.2001,35(17):4191-4199.[5]林亲铁,刘国光,尹光彩,姚琨.磷酸铵镁法回收污泥浓缩液中氮磷影响因素研究[J].环境工程学报,2010,4(9):2029-2032.[6]王崇臣,郝晓地,王鹏,兰荔.不同p H 下鸟粪石（MAP ）法目标产物的分析与表征[J].环境化学,2010,29(4):759-763.[7]Andrade A,S chuilin g R.T he Ch emis try of Struvite Crys tallization [J].Mineral J o urn al,2001,23(5-6):37-46.[8]H.Saido u,A.Korchef,S.Ben Mou s sa,M.Ben Amo r.Struvite precipitation by the dissolved degas ification technique:Impact o f th e airflow rate and pH [J ].Chemos ph ere,2009,74(2):338-343.[9]孔殿超,崔康平,杨阳等.鸟粪石沉淀法处理氨氮废水的影响因素及其产物性质研究[J].安全与环境工程,2010,17(5):12-16.[10]薛罡,王燕群,刘亚男.摩尔配比对MAP 沉淀法回收模拟废水中磷的影响[J ].环境科学与技术,2010,33(1):170-173.[11]黄自力,夏明辉,肖晶晶等.鸟粪石结晶法回收废水中磷的研究[J].工业安全与环保,2009,35(10):13-14.[12]N.Marti,L.Pasto r,A.Bou zas,J.Ferrer,A.Seco.Ph os ph orus recov-ery by struvite crystallization in WW TPs :Influ en ce o f the sludge treat-ment line operation[J ].Water R es.2010,44(7):2371-2379.[13]M.H an hou n et al.Temperature impact as ses sment on s truvite s o lubility pro duct:A thermodynamic modeling approach[J ].Chemical En -gineering Journal,2011,167(1):50-58.[14]Kristell SLe Corre,Eu gen ia Valsami-Jon es,Ph il Ho bbs,Bruce J efferson,Simo n A.Pars ons.Ag glomeration of s tru v ite cry stals[J ].Water Res .2007(41):419-425.[15]董滨,段妮娜,陈洪斌,何群彪.猪场污水回收磷酸铵镁结晶形态及方式研究[J].水处理技术,2009,35(9):22-25.[16]Doyle J D,Parsons S A.Struvite formation,contro l and recovery [J].Water Res .2002,36(16):3925-3940.将主系统设计电路分成以下几大部分来设计:微机单片机,温度传感及采集电路,键盘控制电路,显示电路,报警电路,存储器扩展电路。