Étape 4: Mise en œuvre de commande de rétroaction de la température
Tout d’abord, nous allons parler en utilisant le capteur de température. Vous devriez obtenir certains numéro retour du circuit thermistance lorsque vous vérifiez l’entrée A/D lui sont attribuée, qui bien sûr n’est pas degrés F. Nous devons donc d’étalonner le circuit du capteur. Une façon rapide et sale pour ce faire est de remplir le moule avec eau chaude à environ 160 degrés F, mettre un thermomètre dedans et laisser reposer dans la machine à pain avec le couvercle fermé jusqu'à ce que le thermomètre atteigne environ 140. Vous aurez à utiliser la fenêtre ou de deviner et de vérifier, mais essayez de ne vérifier qu’une ou deux fois. Lorsque le thermomètre indique 140 environ, utilisez votre programme pour lire le A/D entrée et temporairement considérer ce nombre correspond à 140 degrés. Il sera effectivement plus à 120-130 degrés, mais nous allons corriger cela plus tard. En plus de cela, vous devez confirmer si la valeur A/D devient plus grand ou plus petit que la température augmente. Ces deux éléments d’information sont suffisantes pour commencer à faire la commande de rétroaction de la température.
Options de contrôle de rétroaction
Il existe deux façons de mettre en œuvre de la commande de rétroaction de la température que je considérais comme : thermostatique et proportionnel-intégral (PI).
Contrôle thermostatique a résolu le problème de beaucoup la façon dont un ancien thermostat pour un four maison fait : il tourne sur la chaleur à plein régime jusqu'à ce que la température désirée est atteinte, et puis il s’arrête jusqu'à ce que la température descend un certain montant ci-dessous le point désiré. De cette façon, il passe entre ces deux températures, et le taux au cours de laquelle il passe dépend de combien de temps l’élément chauffant ajoute chaleur et combien de retard il est entre la chaleur ajoutée et le capteur de température capteur il.
J’ai trouvé ce contrôle thermostatique fonctionne, mais il y a assez de retard entre l’élément chauffant et le capteur de température que le four va dépasser un peu (probablement près de 200 deg F) lorsqu’il s’allume au départ et 140F doit relever de la température ambiante. Cela crée une situation légèrement dangereuse si quelqu'un ouvre le couvercle quelques minutes après que l’appareil est sous tension tout d’abord. Il va aussi à l’odeur encore pire si toute matière organique tombe accidentellement sur l’élément chauffant.
Contrôle de la proportionnelle intégrale (PI) est un peu plus compliqué, mais fonctionne mieux. Nous aurons besoin de l’utiliser en conjonction avec PWM - et je vais vous expliquer tout d’abord PWM brièvement parce que l’article de Wikipedia est déroutant et commence avec math laid.
Modulation de largeur d’impulsion : En moyenne ON et OFF en quelque chose entre les deux
L’idée fondamentale de PWM, c’est que lorsque nous sont seulement autorisés à transformer quelque chose de complètement ou complètement désactiver, nous pouvons réaliser un effet équivalent à mi-chemin sur de rapidement mettre en marche et en arrêt et réglementer le rapport / sur-temps hors du temps. Cela fonctionne seulement quand la chose que nous sommes contrôler naturellement en moyenne sur les impulsions sur la vitesse avec laquelle nous allons passer. Par exemple, vous pouvez enfoncer à plusieurs reprises la touche « pulse » sur un mélangeur ou la pédale de gaz dans une voiture presque assez rapide pour obtenir une vitesse moyenne constante. Mais si vous avez essayé de balayer un interrupteur sous et hors tension rapide suffit pour obtenir en moyenne d’éclairage tamisé, vous êtes hors de chance - encore une ampoule fluorescente clignote sous et hors tension 120 fois par seconde avec l’alimentation AC et moyenne êtes calculée par nos yeux. Pour plus grandes choses avec plus d’inertie, les impulsions peuvent venir plus lentement et toujours en moyenne. Dans notre cas, ce qui nous préoccupe est la température du contenu de la casserole allant au four, qui ne sera pas chauffer et refroidir presque aussi vite que l’air ambiant dans le four (ou le capteur de température dans la paroi du four). Ainsi, si l’air du four sera de quelques degrés de toutes les quelques minutes, c’est acceptable et le contenu de pan cuisson restera au sujet de la température moyenne.
Dans cet esprit, j’ai choisi 5 minutes le temps de cycle pour le contrôle PWM de l’élément chauffant : toutes les 5 minutes, l’élément chauffant s’allume pour entre 0 et environ 45 secondes, selon ce que le contrôleur PI veut. La raison de ne pas allumer le chauffage plus souvent est que commutation il implique un relais de commutation sur le circuit de puissance, qui fait un bruit de clic chaque fois et porterais beaucoup plus vite si elle était sous tension fréquemment.
Mettre en œuvre un contrôleur PI
Bon, maintenant pour le contrôleur de la PI. Une explication du contrôle PI prendrait un peu trop de place ici, donc je vais vous référer à l’entrée de Wikipedia raisonnablement bien écrite sur les PID de contrôle. J’omets un terme dérivé (PI au lieu de PID) parce que je sais que ma température ressentie va osciller un peu quand même parce que le cycle PWM temps est si longue, et les oscillations que j’obtiendrai sans terme dérivé sont pas plus gros.
Puisque nous sommes contrôle la température moyenne , il faut s’assurer que nous mesurons la température moyenne pour l’exécution de vos commentaires contrôle - donc au début de chaque cycle PWM, le contrôleur doit moyenne de la température au cours du dernier cycle de décider combien de temps laisser le radiateur pour le nouveau cycle.
Résultats et réglage fin
Test d’un contrôleur de rétroaction qui prend 5 minutes pour faire quelque chose d’intéressant peut être un problème réel. Une façon de rendre la vie plus facile est d’enregistrer automatiquement et de tracer ce que fait le contrôleur. Votre outil de programmation pour le microcontrôleur fournit sans doute une console de débogage qui vous pouvez d’envoyer du texte de votre programme. Tirer profit de cela en envoyant une liste séparée par des virgules de variables utiles chaque fois que votre contrôleur se met à jour. Ensuite, vous pouvez seulement enregistrer tous ces nombres dans un fichier texte, importer dans Excel ou un autre tableur et rapidement tracer toutes les variables à la fois. Fonction de terrain de dispersion de Excel va automatiquement tracer chaque colonne contre la première colonne, donc si vous vous assurez que la première variable envoyée est à la fois, choses sont tracés joliment avec les paramètres par défaut.
Après quelques essais, j’ai été en mesure d’obtenir les performances indiquées ci-dessous de mon contrôleur PI. Maintenant je suis prêt à faire un étalonnage plus précis de la température : je peux régler le contrôleur de feedback sur une consigne spécifique basée sur la valeur A/D de thermistance, remplissez-le partiellement le moule d’eau et suspendre un thermomètre dedans et attendre jusqu'à ce que le contrôleur atteigne l’état stationnaire (erreur à zéro pendant au moins 2 cycles). Maintenant, je sais que cette valeur de la thermistance particulière correspond à une température particulière. Si je fais cela deux fois ou mieux encore trois fois, je peux tracer et tracez une ligne qui me donne mon équation de conversion ! N’oubliez pas que votre thermistance ne sera terriblement linéaire sur une large gamme de températures, donc se concentrer sur en vous assurant que votre courbe d’ajustement correspond à vos données exactement à la valeur de consigne souhaitée. Quelques erreurs à d’autres températures sont très bien, le contrôleur de feedback fonctionnera toujours.