塑胶模具生产温度协调用具改进

嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。塑料模塑或称挤出成型，是一种变化众多、用途广泛的热塑性塑料加工方法，其挤出制成的产品都是连续的型材。塑料挤出生产是将粒状或粉状塑料加入挤出机料筒内，由转动着的螺杆把塑料向前输送并压缩，在一定的温度和压力下熔融塑化，熔体在螺杆挤压作用下流经口模即可成型，经冷却定型后，再经牵引，切割或卷取即得制品。挤出由于它的连续特性，所以是这类加工方法中最重要的一种。

　　塑料挤出加工过程中，物料的温度严重影响着产品的质量，尤其是表面质量，传统的温度控制设备和控制原理已经不能够满足未来塑料挤出加工设备对温度控制的要求，而嵌入式系统为我们提供了完美的解决方案。塑料挤出嵌入式温度控制系统塑料挤出嵌入式温度控制系统硬件结构该系统从经济性和实用性出发，充分考虑目前挤出机的现状，采用单片机微控制器作为控制核心，利用K型热点耦作为温度信号传感器，利用AD595作为热电耦的放大补偿芯片，利用P89LPC936内建的AD转换器把模拟的温度信号转换为温度信号传递给主程序，主程序利用模糊控制算法控制IO口的输出，控制电加热器和风扇以便把温度稳定在允许范围内。人机界面采用LED数码管来显示当前温度，USB芯片采用飞利浦PDIUSB12USB控制芯片，实现单片机内EEPROM中数据到PC机的传输和目标温度的设置。下面对主控芯片进行简单介绍。

　　程序存储器的任何字节可用作非易失性数据存储器。256字节RAM数据存储器。P89LPC935和P89LPC936还包括一个512字节的附加片内RAM.512字节片内用户数据EEPROM存储区，可用来存放器件序列码及设置参数（P89LPC935/936）。2个4路输入的8位A/D转换器/DAC输出（P89LPC935/936，P89LPC933/934只有一个A/D）。2个模拟比较器，可选择输入和参考源。2个16位定时/计数器（每一个定时器均可设置为溢出时触发相应端口输出或作为PWM输出）和1个23位的系统定时器，可用作实时时钟。

　　温度控制器组成及工作原理温度控制器包括：主机、人机界面、时间读取和设定、温度PID控制、电机驱动控制。温度控制器通过热电偶和调节电路得到各个温度控制点的温度数据，通过片上ADC把温度数据转换为八位数字量，单片机上的主程序通过模糊PID算法控制加热器和冷却器的运行把温度控制在预期范围内。同时通过程序定时把各点的温度数据保存在EEPROM中。当我们需要这些数据的时候。我们可以通过RS232串口或者USB接口把数据传输给PC机。以便于我们绘制温度变化曲线。工作过程如下：得到目标温度值：当系统第一次启动时我们必须设置目标温度，这项工作可通过串口或者键盘实现，如果我们不设定目标温度，系统将采用默认值（最后一次的设定值），得到目标温度后，系统将进入温度采集循环，如果没有得到满足条件的设定值系统将报错。

　　得到温度控制方案：同上温度控制方案可以通过串口或者键盘写入，而且系统中可以把保留多个控制方案，以便用户选择。如果没有得到满足条件的设定值系统将报错。进入温度采集循环：系统的输入为携带温度信息的热电偶电压，ADC把它转化为计算机可识别的八位数字信号，采样周期为1秒，单片机EEPROM中保存最近一段时间的温度值，可以通过串口导出到PC上，以供我们进行分析。

　　输出加热器控制信号和冷却控制信号：系统可以提供开关量信号控制继电器的通断，也可以提供占空比不同的脉冲信号控制加热强度，前者硬件简单，算法简单，控制精度低，后者精度较高，控制灵活，但是算法和硬件都较复杂。塑料挤出温度控制器的软件设计2.1单片机软件的总体结构由于单片机片资源有限，不能运行较大的嵌入式操作系统。所以系统的软件结构的优劣直接影响软件的开发难度和维护难度以及系统的测量精度。

　　单片机上的程序设计和具有嵌入式操作系统平台的软件设计（如psos平台）有着很大的不同。基于OS的软件设计，多任务容易实现，进程间通讯和切换都可以依靠OS提供的管理机制实现。在单片机上只能依靠软件设计人员的设计技巧实现比较合理的任务切换，笔者采用的是利用时钟中断IT0实现键盘扫描和温度数据的定时采集，在主循环中进行控制算法的实现。软件结构图在IT0ISR中实现对键盘的扫描、温度数据的采样，设定每隔50ms对键盘进行扫描，如果是F1被按下进入温度设定模式。温度设定由4个功能键控制，当F4被按下，系统跳出温度设置状态。控制算法的实现本系统共采用8个温度采集点，3个温度控制点，温度控制点标为T0T7.前一温度采集点温度作为后面温度采集点的温度参考，考虑挤出放热和物料传送过程温度损失。由温度控制点间的温度差异得到相应的温度损失系数。该系数用于后续控制算法中的系数整定。由于操作者的经验不易精确描述，控制过程中各种信号量及评价指标不易定量表示，模糊理论是解决这一问题的有效途径，所以人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件操作采用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关的信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况（专家系统的输入条件）运用模糊推理，即可实现对PID参数的最佳调整，这就是模糊自适应PID控制。

　　PID参数模糊自整定是找出PID的3个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断的检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行修改，以满足不同的e和ec时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静性能。模糊控制设计重点在于总结设计人员的技术知识和实践经验，建立合适的模糊控制规则表，得到针对kp，ki，kd这3个参数分别整定的模糊控制表。kp，ki，kd的模糊控制规则表建立好后，根据如下方法进行kp，ki，kd的自适应校正。将系统误差e和误差变化率ec变化范围定义为模糊集上的论域。e，ec={－5，－4，－3，－2，＋1，0，1，2，3，4，5}其模糊子集为e，ec={NB.NM.NS，O，PS，PM，PB}，子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。设e，ec和kp，ki，kd均服从正态分布，因此得到各模糊子集的隶属度赋值表和各参数控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表，带入以下公式。

　　kp=kpp+{ei，eci}pki=kip+{ei，eci}Ikd=kdp+{ei，eci}d3PC机软件温度控制器和PC上位机采用RS232串口进行数据传输，由于目前很多计算机已经没有了串口，在温度控制器上加装了USB芯片，实现温度控制器和PC之间的高速通讯。利用VC.NET设计了人机界面其主要功能通过以下几个控件实现：目标温度设定文本框、温度设定确认按钮、温度数据读取按钮、温度曲线显示按钮、专家数据导入。如、所示。上位机界面温度曲线RS232串口通讯程序采用利用Microsoft公司提供的ActiveX控件MicrosoftCommunicationsControl实现。设定传输方式为9600，N，8，1，采用9600的波特率。这里的波特率必须和单片机的设置一致否则无法通讯。单片机作为核心器件设计的温度控制器的主要特点是降低了温度控制器的成本，在单片机上利用C语言实现了模糊自整定PID算法，利用串口实现了现场设备和PC机的数据交换。