１、引言

在彩色像片的洗印過程中，必須將已曝光的像紙按照某種洗印工藝配制的顯影藥液進行顯影、穩定藥液進行影像的穩定、漂洗藥液進行漂洗，最后經過擠壓干燥處理，即可得到一張色彩艷麗的像片。彩色像片的質量除底片質量和曝光效果外，洗印藥液的溫度穩定性和控制精度，也直接影響彩色像片的最終效果，因此，精確控制各種藥液的工作溫度和穩定性，是保證像片質量的最終環節。盡管不同的像紙和洗印藥液的配方對各種藥液的工作溫度要求不同，其基準溫度范圍為30℃∽40℃，但多種洗印工藝的溫度控制精度是相同的，即對顯影藥液的控制精度為±0.3℃，穩定和漂洗藥液的控制精度為±2℃。通過總結多種彩色像片洗印工藝，采用AT89C52單片機作為主控制器，設計了能適應多種洗印工藝要求的彩色像片洗印機溫度控制系統。

2、溫度控制系統的硬件組成及工作原理

彩色像片洗印機溫度控制系統的硬件原理框圖如圖1所示。該系統在單片機AT89C52的控制下，完成三種藥液溫度的檢測與控制、鍵盤信息的輸入、相關信息的顯示、多種洗印工藝工作參數的存儲、電機控制和故障檢測與報警指示等功能。

2.1 藥液溫度檢測

藥液的溫度檢測采用DALLAS公司生產的DS1820單線數字溫度傳感器，直接與P1口連接，將DS1820溫度傳感器密封在塑料棒內，置于藥液中，每種藥液中放置3只傳感器。為了克服藥液在加熱過程中溫度場分布的不均勻性，各藥槽中均放置一只循環泵，該循環泵工作時，藥槽中的藥液從槽中一端抽出，另一端流入，使藥槽中藥液的溫度均勻分布，并將3只溫度傳感器所測得的溫度值進行數值預處理后，取其平均值作為本次測量的溫度值，從而保證溫度檢測的準確性。

2.2 藥液溫度控制

溫度控制電路主要由三路驅動器74LS05、光電隔離器MOC 3023、可控硅BTA12和AC 220V　180W的電加熱器組成，每路控制一種藥液的加溫。當溫度傳感器檢測到某種藥液的溫度低于工藝要求的設定值時，單片機AT89C52通過光電隔離器，控制可控硅導通，給加熱器提供AC 220V電源，而加溫藥液。當溫度傳感器檢測到某種藥液的溫度接近于工藝要求的設定值時，單片機AT89C52通過光電隔離器，控制可控硅截止，切斷加熱器的電源，而停止加溫藥液。從而實現對三種藥液的溫度進行控制。

2.3 AT89C52系統

AT89C52系統由一片串行E2PROM X25045P、8個鍵開關、一塊LCM103 6位8段的液晶顯示模塊、電機控制和故障指示與報警電路組成，控制程序全部下載到AT89C52中。串行E2PROM用來存儲多種洗印工藝的溫度設定值和相應的溫度控制參數，同時，利用X25045P中的看門狗電路，對AT89C52進行非正常運行狀態下的自動復位操作，以提高系統的抗干擾能力。鍵盤用來實現對工藝溫度的設定值和溫度控制參數進行修改，以適應不同的洗印工藝要求，同時完成多種控制操作。液晶顯示模塊用來顯示各藥液的溫度值和相關系統信息；電機控制電路用來實現主電機與循環泵的啟動與停止；故障指示和報警電路用來指示故障部位和告知操作人員當前系統的運行狀態，同時電笛也用于提醒操作員按鍵動作的完成。整個控制系統在AT89C52的控制下，協調工作，完成相應控制功能。

3、系統軟件的設計

彩色像片洗印機控制系統的軟件流程如圖2所示。主程序采用順序循環結構，當系統初始化完成后，主程序依次按判斷鍵盤的工作狀態，檢測與控制顯影、定影與漂洗藥液的溫度，顯示顯影藥液的溫度，測試是否有故障發生等步驟循環工作；當有鍵被按下或有故障發生時，則轉入相應的處理模塊，執行完畢后，仍返回主程序循環工作。

3.1 溫度檢測模塊

溫度檢測模塊通過讀取DS1820內溫度數字信息來確定當前藥液的溫度值。為了確保檢測溫度的可靠性和精度，在該模塊中對單只溫度傳感的檢測值采用了限幅濾波和算術平均值濾波兩種方法，根據系統的實際情況，限幅濾波相鄰兩次采樣值的允許最大偏差ΔT=0.3℃，則有：

│T（k）-T（k-1）│≤0.3℃ 時， T（k）=T（k） 取本次采樣值

│T（k）-T（k-1）│》0.3℃ 時， T（k）=T（k-1） 取上次采樣值

算術平均值濾波的采樣次數N=5，則有：

T（k）=［T（k）+T（k+1）+ T（k+2）+ T（k+3）+ T（k+4）］÷5

通過選擇適當的采樣周期，不僅有效地抑止了系統的干擾，而且提高了DS1820的分辨率，實測系統的最高分辯率達到了±0.02℃。

3.2 溫度控制模塊

本系統中，各藥槽中的藥液約為2500ml，加熱器為AC 220V 180W的一般電阻式加熱棒，被控對象為純滯后的控制對象，通過采用分段控制策略，控制精度達到了38.5±0.2℃，取得了理想的控制效果。其控制策略如下：

當系統檢測的溫度值為T≤22℃時，為初始加溫階段，程序控制加熱器通電加溫，直到系統檢測的溫度值達到22℃時為止。

當系統檢測的溫度值為22℃《T≤35℃時，為溫度粗控階段，程序控制加熱器每次通電加溫的時間t=80ms，由于系統的純滯后效應，此階段藥液的溫度仍然上升很快。當藥液溫度上升到35℃時，被控對象的溫度仍處于純滯后上升趨勢中。

當系統檢測的溫度值為35℃《T≤38.1℃時，稱為溫度精控階段，為了緩解系統的純滯后效應，程序控制加熱器每次通電加溫的時間t=20ms，此階段藥液的溫度上升速度明顯減慢。當T=38.1℃時停止加溫，但在系統慣性的作用下，藥液溫度將繼續上升，根據不同的初始加溫條件和環境溫度，藥液的最高過沖溫度在38.8℃∽39.8℃之間，系統從初始加溫到穩定工作的過渡時間為10min∽15min之間，滿足了用戶所提出的技術要求。

在恒溫階段，程序控制加熱器每次通電加溫的時間為t=8ms，溫度傳感器檢測的溫度值應為38.2℃≤T≤38.8℃。為了滿足控制精度，程序采用預估趨勢控制策略，當溫度傳感器檢測的溫度值T≤38.6℃，且T（K）》T（K+1）時，被控對象的溫度處于純滯后下降趨勢中，程序控制加熱器通電加溫，直到溫度傳感器檢測的溫度值T≥38.4℃，且T（K）《T（K+1）時，被控對象的溫度處于純滯后上升趨勢中，程序控制加熱器停止加溫，即可克服系統的純滯后效應，實測控制精度為38.3℃≤T≤38.7℃。

3.3 其它控制程序簡述

為了保證系統工作的可靠性和設備安全，系統中設置有故障檢測和報警程序，如當可控硅失效導通，藥液的溫度超過設定值時；加熱器斷路，控制加溫且藥液溫度不上升時；讀取串行E2PROM中的控制參數和DS1820溫度值，CRC校驗出錯時等，均通過電笛報警和發光二極管指示方式通知操作者，以便及時排除故障，確保設備安全運行。在程序設計中，由于硬件設計時采用了X25045P中的看門狗電路，因此，在程序的適當地方均設置有對X25045P的操作指令，以防止看門狗電路錯誤復位系統。對于鍵盤處理程序、串行E2PROM和DS1820通訊程序、液晶顯示控制程序等，許多文獻中均有論述，在此不再重述。

4 、結束語

本文中所提出的溫度檢測和控制策略，對小容量純滯后的被控對象具有一定的指導意義。溫度控制參數可方便地經過系統實測進行整定，通過優化控制參數，可縮短過渡時間或減小溫度的過沖量，從而進一步改善系統的控制品質。在不改變系統控制參數的情況下，選用較高精度的加熱棒，其溫度控制精度可達到38.5±0.1℃。

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