土壤養分分析對磁力攪拌器提出了較高的要求。比如 ,磁棒轉速穩定度高 ,且連續可調;液體溫度穩定度高,且連續可調 ;定時準確, 且連續可調等。

加熱器采用時間比率控制 ,調節加熱時間的占空比來達到溫度穩定的目的。硬件框圖如圖 2 所示。



磁力攪拌器單片機通過溫度傳感器、采樣三角瓶表面溫度及環境溫度, 計算出瓶內液體溫度 ,與設定溫度比較,經 PID 算法, 計算出控制占空比, 發出控制信號 , 控制固態繼電器的開通和關斷,**終使液體溫度達到穩定。

態繼電器的開通與市電同步 ,即在電網電壓的零點開通以避免對電網的干擾 ,并提高可靠性。加熱器通電波形如圖 3 所示。



(1)液體本身及加熱器具有很大的熱慣性, 如果追求快速加熱而采用較大的占空比 , 則一旦加熱停止 ,溫度仍繼續上升 ,由于沒有冷卻措施 ,此時溫度失控 ,只能靠自然冷卻。
 
(2)由于測量的是三角瓶表面溫度而不是液體實際溫度 ,要得到液體溫度需要進行校正。
 
根據上述特點, 采用變系數限幅 PID 控制策略, 不同階段采用不同的 PID 系數, 同時,對**大占空比進行限幅,達到了滿意的控制效果。采樣周期 T 等于 N 個正弦波周期 , 單片機對同步信號計數即可得到。第 K 個采樣周期內固態繼電器導通的正弦波周期數為Nk , 它由 PID 算法產生。Nk 的**大值受限(限幅), 并且其限幅值與環境溫度有關。此外,經反復試驗得出的溫度校正算法如下:
 
t液 =t環 +a(t瓶 -t環)
 
校正后得出的液體溫度與實際基本吻合 ,誤差 ≤±1 ℃。