【正文】 范圍內(nèi)，其電阻值與溫度成線性變化，溫度系數(shù)大約為+℃，性能優(yōu)良，成本低。 　　　　在控制軟件的支持下，CPU對外圍電路進行控制、計算，將溫度檢測電路輸入的溫度測量數(shù)值進行處理，并掃描、顯示，同時將計算得到的控制結(jié)果輸出給控制電路對執(zhí)行機構(gòu)進行操作，完成整套控制過程。AT89C51是一種高性能、低電壓、低功耗的8位CMOS微型處理器，具有40針腳，與51系列單片機的指令、管腳完全兼容。系統(tǒng)輸出環(huán)節(jié)通過單片機輸出口傳遞輸出控制信號，經(jīng)光電耦合4N25和模擬開關(guān)CD4052后去控制繼電器的通斷，進而控制三相伺服交流步進電機的旋轉(zhuǎn)。 　　　　　　　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計　　　　　　　　 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)原理圖　　　　溫度控制系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)原理圖如下圖31所示?！　　　?系統(tǒng)的性能特點 　　　　1)系統(tǒng)整體造價低　　　　本系統(tǒng)由于選用了單片機作為控制核心，使得系統(tǒng)整體的成本控制在有限的范圍內(nèi)。　　　　2)多點測量　　　　分別在主機缸套冷卻水的進口和出口、及缸套壁上安裝了溫度傳感器，可以對任意一個測量點的溫度進行監(jiān)控和設(shè)置，方便調(diào)節(jié)。通過單片機控制指令的改變，來改變選擇增大輸出繼電器和減小輸出繼電器，進而改變?nèi)嗨欧涣麟妱訖C的轉(zhuǎn)動方向，來控制三通調(diào)節(jié)閥的開度，最終起到自動控制溫度的作用。在某一時刻，單片機采集的是某個點的溫度實際數(shù)值，然后與該點的設(shè)定數(shù)值相比較，再輸出控制信號。　　　　系統(tǒng)控制過程是，當(dāng)測量溫度比設(shè)定溫度高時，單片機斷續(xù)輸出控制信號，經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動放大后，輸出給增大輸出繼電器，繼電器控制三相伺服交流電動機斷續(xù)運轉(zhuǎn)，使得連接在電機上的三通調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)動，減少不經(jīng)冷卻器的旁通水量，增加經(jīng)冷卻器的淡水量；若是測量溫度比設(shè)定溫度低時，單片機斷續(xù)輸出控制信號，經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動放大后，輸出給減小輸出繼電器，繼電器控制三相伺服交流電動機斷續(xù)運轉(zhuǎn)，使得連接在電機上的三通調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)動，增加不經(jīng)冷卻器的旁通水量，減少經(jīng)冷卻器的淡水量。圖21為船舶中央冷卻系統(tǒng)簡化框圖。利用船舷外的海水泵輸送海水進入中央冷卻系統(tǒng)，來冷卻低溫淡水，被冷卻后的低溫淡水再去冷卻船舶主柴油機氣缸套和氣缸蓋的高溫淡水。首先，這些控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器采用了較為簡單的控制規(guī)律，比如比例微分(PD)控制規(guī)律或者比例積分(PI)控制規(guī)律，若采用PD控制會出現(xiàn)靜態(tài)誤差，使系統(tǒng)長時間偏離最佳工作點運行；若采用PI控制，則對于冷卻水溫度這樣具有較大慣性的被控對象，會因為缺乏超前的控制作用而產(chǎn)生較大的超調(diào)量，使得系統(tǒng)動態(tài)特性較差，而且調(diào)節(jié)閥的開度改變以后，溫度傳感器不能馬上反映出調(diào)節(jié)作用的結(jié)果，存在滯后，難以得到滿意的控制效果。 　　　　 電動式控制方式　　　　 在20世紀(jì)80年代中期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用電動式作用方式。　　　　 氣動式控制方式　　　　 在20世紀(jì)70年代末期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用氣動式作用方式。這是一種早期的反饋式控制方式。單片機具有高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及耗能少、機構(gòu)小、可以連續(xù)測量、自動控制、安全可靠等優(yōu)點。目前，船舶主機缸套冷卻水溫度的自動控制大多使用的是模擬式調(diào)節(jié)儀表，由電子器件的邏輯運算輸出控制信號來驅(qū)動繼電器，從而對電動機進行轉(zhuǎn)向控制，實現(xiàn)對溫度的控制?！　　　¤b于此，決定用單片機來控制船舶主機缸套冷卻水的溫度?！　　　　　　　　　　　? 船舶主機缸套冷卻水溫度控制技術(shù)發(fā)展歷程　　　　　　　　 直接作用式控制方式　　　　在20世紀(jì)50年代末期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用直接作用方式。同時，其控制精度不高，冷卻水溫度變化較大，對船舶柴油機的穩(wěn)定運行也會不利。因此，這種控制方式現(xiàn)在也很少采用了?！　　　”M管此類電動控制系統(tǒng)的控制精度和效果可以在一定程度上滿足船舶運行的需求，但是并不說明這種控制方式是完美無缺的。 　　　　　　　　2 溫度控制系統(tǒng)介紹　　　　　　　　 系統(tǒng)的構(gòu)成　　　　首先，介紹一下現(xiàn)代遠(yuǎn)洋船舶絕大多數(shù)所采用的中央冷卻系統(tǒng)的工作過程。此設(shè)計中主要研究高溫淡水循環(huán)。 　　　　 系統(tǒng)各組成部分功能說明 　　　　下面分別對單片機測控平臺、溫度傳感器組、執(zhí)行機構(gòu)和控制軟件等部分進行詳細(xì)的說明:　　　　1)單片機測控平臺　　　　單片機測控平臺是整個溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分，它要獲取溫度傳感器組的測量數(shù)據(jù)，并且與溫度設(shè)定值進行比較，同時輸出控制信號到執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)溫度的檢測與控制。同時，為了保證測量的準(zhǔn)確性，采用了多點測量的方法，即在主機缸套冷卻水的進口和出口，及缸套壁處都安裝了溫度傳感器，分別測量這幾點的溫度，然后單片機控制多路開關(guān)，分別采集這幾點的溫度數(shù)值?！　　　?利用繼電器接受單片機發(fā)出的間斷的控制指令，控制三相伺服交流電動機斷續(xù)運轉(zhuǎn)，帶動三通調(diào)節(jié)閥的轉(zhuǎn)動，改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開度，進而改變冷卻水的溫度。用三位LED數(shù)碼管顯示，其顯示數(shù)值范圍是000999，℃。5℃時，系統(tǒng)會自動報警，以提醒輪機管理人員注意，及時查明故障原因和解決問題?！　　　?)可控點多，擴展性能好　　　　本系統(tǒng)采用了多點測溫的方法，單片機可以利用多路開關(guān)來選擇測控點，從而可以分別對缸套冷卻水的不同部位進行監(jiān)測，了解整個主機的運行狀態(tài)。鍵盤矩陣采用2行3列非編碼方式，顯示部分為3位LED數(shù)碼管顯示?！　　　?)主控單元　　　　主控單元采用ATMEL公司的AT89C51控制芯片。此外，AT89C51還具有128字節(jié)RAM,32條可編程I/O線，2個16位可編程定時/計數(shù)器，6個中斷源，1個串行I/O口，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路[4]?！　　　D32是AT89C51芯片管腳分配示意圖?！　　　　　　　”?1 pt100鉑電阻溫度與阻值的關(guān)系　　　　溫度（℃） 0 25 50 75 100　　　　阻值（Ω） 100 　　　　　　　　可見，其關(guān)系并不是嚴(yán)格線性的，不過由于溫控系統(tǒng)對溫度精度要求不高，可以按照線性關(guān)系處理。　　　　電橋的輸出為：　　　　　　　　 (32)　　　　取R1=R2, Rt=R4，且R1 、R2遠(yuǎn)大于Rt、R4,，則有：R2//R4+RF≈RF；R1//Rt+RF≈RF；所以，得到：U0≈RF/R4 　　　　如上圖33所示，測量電橋的輸出端串接兩個電阻和一個電位器是為了系統(tǒng)調(diào)零作用，因為電橋各臂的電阻并不一定完全滿足條件：R1R4=R2Rt，即在0℃時，電橋有一定的輸出，可以通過調(diào)節(jié)電位器RP即可調(diào)零。由于冷卻水是大慣性的傳熱介質(zhì)，ADC0809的此項性能指標(biāo)已經(jīng)滿足了溫度控制的時間和精度，因此，選擇ADC0809作為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，使系統(tǒng)成本較低。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖34 ADC0809接口電路示意圖　　　　　　　　4)接觸式編碼器　　　　接觸式編碼器是一種位置反饋和測量元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、分辨率高、精度高、體積小、重量輕等特點。當(dāng)電刷與碼盤的導(dǎo)電部分接觸時，輸出為高電平“1”；而與碼盤的絕緣部分接觸時，輸出為低電平“0”。顯示部分為3位LED數(shù)碼管顯示，顯示的內(nèi)容是溫度數(shù)值的十位、個位和小數(shù)點后一位。　　　　 　　　　　　　　圖35鍵盤與顯示電路圖　　　　　　　　在小鍵盤上有六個按鍵，分別是“設(shè)置狀態(tài)”按鍵、“運行狀態(tài)”按鍵、“數(shù)值增加”按鍵、“數(shù)值減少”按鍵、以及“高溫”按鍵和“低溫”按鍵。　　　　 　　　　　　　　圖36報警電路和上、下限報警判斷 　　　　系統(tǒng)采用了如下的判斷報警方法：以冷卻水溫度設(shè)定值T設(shè)為參考數(shù)值，則溫度變化的上限是T上=T設(shè)+5℃，下限是T下=T設(shè)5℃。 　　　　7)執(zhí)行機構(gòu)　　　　AT89C51根據(jù)采樣的溫度數(shù)值對其進行相應(yīng)規(guī)則的計算、處理、判斷后，得出控制結(jié)果，從AT89C51的P2口輸出相應(yīng)的控制信號，此控制信號為0,1(低、高電平)連續(xù)脈沖信號，經(jīng)過光電隔離器4N25和CD4052后，讓控制繼電器動作，再經(jīng)過繼電器控制三相伺服交流步進電