Hướng dẫn toàn diện để xây dựng bộ điều khiển nhiệt độ PID

Khám phá raBộ điều khiển nhiệt độ PIDCác thành phần, thiết kế mạch, lập trình và lắp ráp, cũng như các ứng dụng của nó. 

1. Giới thiệu

Thật đáng công khi xây dựng một bộ điều khiển PID để bạn có thể tùy chỉnh đáp ứng nhu cầu của mình. Bộ điều khiển PID sử dụng các phần tử điều khiển nguyên và đạo hàm tỷ lệ để điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác. Bài viết này hướng dẫn việc xây dựng một bộ điều khiển PID. Nó bao gồm các thành phần cần thiết, thiết kế mạch, lập trình và lắp ráp.

2. Các công cụ và bộ phận cần thiết

Bạn sẽ cần những công cụ và các bộ phận sau đây để xây dựng bộ điều khiển nhiệt độ PID:

Các thành phần:

Vi điều khiển (ví dụ: Arduino)

Cảm biến nhiệt độ (ví dụ thermocouple PT100).

Yếu tố làm nóng

Trạng thái rắn rệu (SSRs)

Cung cấp điện

Màn hình (ví dụ như màn hình LCD)

Kết nối dây điện

Như yêu cầu, điện trở và tụ điện

Công cụ:

Sellering sắt

Đa kế

Dây nhảy và dây lăn

Tuốc nơ vít và lớp kìm

Máy tính được trang bị với Arduino IDE hoặc phần mềm khác có liên quan

3. Thiết kế mạch điện

Điều quan trọng là tạo ra một sơ đồ mạch, và sau đó kết nối các thành phần khác nhau. Các bước này sẽ giúp bạn:

Biểu đồ

Bắt đầu bằng cách phác thảo một sơ đồ mạch, hiển thị tất cả các kết nối giữa mỗi thành phần.

Kết nối cảm biến nhiệt độ:

Kết nối cảm biến với bộ điều khiển. Kết nối đầu ra của cảm biến nhiệt độ với một chân tương tự trên một Arduino.

Xô viết và nguyên tố sưởi ấm:

Các đầu ra trên XÔ viết (tiếp sức trạng thái rắn) là nơi tốt nhất để kết nối các yếu tố làm nóng.

Kết nối một trong những chân cho đầu ra kỹ thuật số trên vi điều khiển tới các đầu cuối điều khiển SSR.

Nguồn năng lượng:

Hãy chắc chắn rằng nguồn cung cấp điện của bạn có mức đánh giá thích hợp đối với bộ phận sưởi và bất kỳ bộ phận nào khác. Kết nối cung cấp năng lượng cho vi điều khiển cũng như yếu tố làm nóng.

Màn hình:

Kết nối MÀN hình LCD với vi điều khiển theo Hãng Sản xuất & &#Bản mẫu: Gs hướng dẫn. Bạn có thể theo dõi nhiệt độ và trạng thái điều khiển.

4. Lập trình vi điều khiển

Thuật toán PID được viết và tải lên vi điều khiển. Các bước này phải được thực hiện:

Thuật toán PID:

Tạo ra thuật toán PID để đọc sensor' s nhiệt độ dữ liệu, tính toán lỗi và sau đó điều chỉnh đầu ra của phần tử làm nóng tương ứng.

Để đơn giản hóa quá trình này, bạn có thể sử dụng các thư viện PID đã có sẵn (ví dụ thư viện Arduino PID).

Đang tải mã:

Sử dụng phần mềm Arduino IDE để tải mã PID lên vi điều khiển.

Xác minh rằng mã chứa các hàm để đọc dữ liệu cảm biến và tính toán đầu ra PID cũng như điều khiển phần tử sưởi ấm.

5. Sự điều chỉnh tham số của PID:

Để đạt được hiệu suất tốt nhất, bạn có thể điều chỉnh các thông số PID Kp, Ki và Kd. Có thể bạn phải thử và sai sót trước khi tìm ra được giá trị đúng.

Lắp ráp phần cứng

Lắp ráp phần cứng đòi hỏi phải sắp xếp các thành phần trên bảng mạch in hoặc bảng bánh mì và kết nối chúng. Đây là các bước phải làm:

Tập hợp Breadboard:

Đặt các bộ phận lên một breadboard, và dùng các dây nhảy để tạo một kết nối tạm thời.

Kiểm tra xem mạch có hoạt động tốt không.

Hàn:

Chuyển các thành phần lên một PCB khi mạch được kiểm tra và xác nhận. Điều này sẽ cho phép xây dựng vĩnh viễn.

Để đảm bảo độ tin cậy kết nối điện, hàn các kết nối cho các thành phần.

Kiểm tra:

Kiểm tra hệ thống sau khi lắp ráp tất cả các thành phần để đảm bảo rằng nó hoạt động theo mong đợi.

Kiểm tra nhiệt độ là chính xác, và nguyên tố làm nóng phản ứng khi nhiệt độ thay đổi.

Kiểm tra và điều chỉnh bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID phải được hiệu chỉnh và kiểm tra để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ chính xác. Các bước này sẽ giúp bạn:

Hiệu chuẩn ban đầu:

Để đảm bảo chính xác, ban đầu hãy hiệu chỉnh các cảm biến.

Kiểm tra đầu ra của bộ cảm biến có tương ứng với nhiệt độ không.

Kiểm tra bộ điều khiển:

Thiết lập một mục tiêu nhiệt độ (điểm đặt), và quan sát phản ứng của PID.

Kiểm tra PID Controller' s nhiệt độ ra và đo nhiệt độ để đảm bảo nó duy trì nhiệt độ đã đặt.

Tinh chỉnh:

Để cải thiện hiệu suất điều khiển, điều chỉnh tham số PID (Kp Ki Kd).

Tìm các cài đặt đạt được sự cân bằng về đáp ứng và kiên định bằng phép thử và lỗi.

Sử dụng các trường hợp và ứng dụng

Bạn có thể điều chỉnh bộ điều khiển PID cho phù hợp với các ứng dụng khác nhau bằng cách tự tạo ra bộ điều khiển của riêng bạn. Một trong những ứng dụng thực tế đó là:

Quá trình công nghiệp:

Bộ điều khiển nhiệt độ PID được sử dụng để điều khiển quá trình công nghiệp, chẳng hạn như chế biến thực phẩm và hóa học.

HVAC Systemsa

Sử dụng điều khiển PID trong các hệ thống HVAC để đạt được nhiệt độ thoải mái.

Thiết bị phòng thí nghiệm:

Bạn có thể dùng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ trong các thiết bị thí nghiệm như lò ấp, bồn tắm nước và lò nướng.

Dự án DIY:

Sử dụng điều khiển PID trong các dự án DIY như máy in bàn được làm nóng 3D, sản xuất bia tại nhà và kiểm soát khí hậu.

6. Bộ điều khiển PID 

Dự án có tính giáo dục và bổ ích sẽ cho phép bạn điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác trong nhiều ứng dụng. Bạn có thể làm theo những hướng dẫn trong bài viết này để thiết kế mạch và lập trình vi điều khiển. Sau đó, bạn có thể lắp ráp phần cứng. Cuối cùng, hiệu chỉnh bộ điều khiển để đạt được hiệu suất tối ưu. Một điều khiển PID tùy chỉnh cung cấp độ chính xác, độ tin cậy và tính linh hoạt. Nó là một công cụ hữu ích cho cả sử dụng công nghiệp và cá nhân.