溫度控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文.doc

河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書溫度控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目錄1 緒論11.1課題背景及現(xiàn)狀11.1.1溫度測量方面11.1.2溫度控制方面21.2研究意義21.3課題要求32 方案論證與主要器件選型42.1方案比較與選擇42.1.1溫度測量方案選擇42.1.2溫度控制方案的選擇52.2主要器件的選擇62.2.1傳感器62.2.2主控元件82.2.3顯示器件92.2.4控制模塊92.2.5通信模塊112.3上位機組態(tài)監(jiān)控122.4系統(tǒng)總體設計框圖123 系統(tǒng)硬件電路設計143.1系統(tǒng)硬件電路框圖143.2單片機最小系統(tǒng)設計143.3多點測量電路設計163.3.1.讀序列號電路的設計163.3.2.溫度測量電路的設計163.3.3 DS18B20使用中注意事項183.4顯示和鍵盤電路設計183.4.1顯示和鍵盤電路圖183.4.2顯示部分設計193.4.3鍵盤電路設計203.5控制模塊電路設計213.5.1控制執(zhí)行電路213.5.2報警電路213.6串口通訊電路224系統(tǒng)軟件部分設計234.1軟件總體設計234.2 DS18B20的測溫程序244.2.1 DS18B20常用指令244.2.2 初始化子程序244.2.3 讀子程序254.2.4 寫子程序254.3顯示和鍵盤掃描程序264.3.1顯示掃描程序流程圖264.3.2鍵盤掃描程序流程圖264.4控制執(zhí)行程序274.4.1控制思路及其流程圖274.4.2 PID控制算法284.4.3 PID參數(shù)的整定294.4.4 PWM波的設計304.5通訊程序304.6組態(tài)王監(jiān)控界面設計345 系統(tǒng)調(diào)試365.1 硬件部分調(diào)試365.2 軟件部分調(diào)試376 總結38參考文獻40致謝41附錄A 電氣原理圖42附錄B 主要程序42551 緒論溫度在現(xiàn)代社會中成為一個很重要的物理量，人們可以根據(jù)溫度來調(diào)節(jié)個人的生活行為，氣象工作者可以根據(jù)溫度變化范圍來提供可靠的天氣預報。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們根據(jù)溫度值來調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程。因此，準確的溫度測量和控制在現(xiàn)代化的社會生產(chǎn)中具有重要的研究意義。1.1課題背景及現(xiàn)狀1.1.1溫度測量方面溫度是與人們的生產(chǎn)生活密切相關的一個物理 ,因此產(chǎn)生了各種各樣的溫度測方法，在工業(yè)領域內(nèi) ,對溫度的測控十分廣泛。在很多工業(yè)應用的場合下，環(huán)境非常惡劣，人工直接操作儀表很不現(xiàn)實 ,采用有線數(shù)據(jù)通信的方式也有限制，在數(shù)據(jù)記錄上也需要人工抄寫，因此需要一種無線隔離的操作方式。溫度作為在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，其測量控制一般采用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。根據(jù)它們在訊號輸出方式的不同，可以把它們分為模擬溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器和智能溫度傳感器。（1）模擬溫度傳感器模擬溫度傳感器有多種輸出方式（絕對溫度、攝氏溫度和華氏溫度）以及電壓偏移值。后者讓組件在使用單電源的情形下就能對負溫度值進行檢測。模擬溫度傳感器的輸出還可以送到比較器來產(chǎn)生超溫指示信號，或直接送到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入，用來顯示實時溫度數(shù)據(jù)。模擬溫度傳感器適合需要低成本、小體積和低功耗的應用。另一種是溫度開關或邏輯輸出傳感器，這種傳感器會在溫度超過某個默認值時輸出特定的邏輯訊號。而這個觸發(fā)點（限制值）可以預設，因此，這類組件讓設計更加簡單，成本也更低。它的典型應用如關閉系統(tǒng)電源，啟動風扇、空調(diào)、加熱器等。（2）數(shù)字溫度傳感器對于更緊密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求帶動了數(shù)字溫度傳感器的發(fā)展。被測溫度信號從敏感元件接收的非電量到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號，環(huán)節(jié)較多，而且模擬信號在長距離傳輸?shù)倪^程中，受到干擾較多、誤差較大。因此，從非電量轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號，一般將其處理過程集成在單片IC器件體內(nèi)部，這樣就形成了功能強大、精確的數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器能夠直接讀取被測物體的溫度值，而且體積小，電壓適用范圍寬3V5V,用戶還可以通過編程實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率。（3）智能溫度傳感器其特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關溫度控制量，匹配相應的微控制器（MCU），并且它是在硬件的基礎上通過軟件實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。在20世紀90年代最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8為A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨率只能達到1。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，所用的是912位的A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率一般可達0.50.0625。智能溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線（1-Wire）總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口和主機進行通信。1.1.2溫度控制方面現(xiàn)代社會中，人們對控制的要求更加嚴格，需要控制系統(tǒng)朝著快、準、穩(wěn)的方向發(fā)展。溫度測量方法的發(fā)展和技術的創(chuàng)新，使得人們對溫度的測量更加準確和方便。在社會生產(chǎn)許多場合，只有對溫度的精確的測量，才能保證精確的控制。多點溫度測控系統(tǒng)未來的發(fā)展前景也將十分廣闊，溫度測控技術的發(fā)展趨勢隨著傳感技術、計算機技術和自動控制技術的不斷發(fā)展，計算機的應用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測，逐步轉(zhuǎn)向以知識處理和應用為主。除了硬件控制設備的不斷完善，軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)也將不斷深入完善，其中主要以專家系統(tǒng)為代表的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果。近些年來神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術在溫度測控領域得到了不同程度的應用。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡方法采用黑箱方法能把復雜的系統(tǒng)通過有限的參數(shù)進行表達，但神經(jīng)網(wǎng)絡方法也存在著明顯的缺陷，即需要大量的歷史資料，否則在進行外推和演繹時可靠性明顯降低。隨著網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展，地區(qū)之間甚至跨國之間可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制和管理。我國土地遼闊，氣候復雜，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達，但是整體水平較低，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡技術進行在線和離線溫度測控服務，從長遠看是未來的發(fā)展趨勢所在。1.2研究意義溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會生活的各個領域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學模型,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作。控制領域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對象的模型難以建立,并且當擾動因素不明確時,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結構更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行范圍的溫度檢測。此外，采用單片機作為核心器件，它有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低，控制功能強及運算速度快等特點，在國家經(jīng)濟建設、軍事及家用電器等各個領域均得到廣泛的應用。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，為實施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)，在過程監(jiān)控中發(fā)揮核心作用，可以幫助企業(yè)降低運作成本，提高生產(chǎn)效率。故基于單片機和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)單片機溫控裝置，勢必將減輕設備操作人員的工作量和工作環(huán)境，使得企業(yè)生產(chǎn)管理更加規(guī)范化，提高了效率。1.3課題要求設計的任務是采用單片機為核心器件，配合單總線數(shù)字溫度傳感DS18B20實現(xiàn)多點溫度采集與控制，數(shù)碼管實時顯示溫度，通過RS232協(xié)議實現(xiàn)與上位機的通信，上位機通過組態(tài)王軟件對下位機的工作進行實時監(jiān)控并能設定下位機的工作參數(shù)。系統(tǒng)能有良好的實時性、準確性和可靠性。本控制系統(tǒng)具有以下功能：（1）能實時顯示當前溫度值和設定溫度；（2）控制溫度范圍室溫至120；（3）溫度波動0.2，溫度調(diào)節(jié)均勻度0.5；（4）按鍵控制：設置加0.5鍵、減0.5鍵、通道切換鍵和設定返回鍵；（5）組態(tài)軟件實時監(jiān)控，可顯示實時溫度曲線和歷史溫度曲線等；（6）系統(tǒng)過熱保護并且報警。2 方案論證與主要器件選型2.1方案比較與選擇2.1.1溫度測量方案選擇溫度測量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型溫度傳感器。對于控制系統(tǒng)可以采用計算機、單片機等。方案一:采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線性元件，實現(xiàn)多點溫度測量及顯示，該方案設計電路簡單易懂，操作簡單，且價格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。方案二：本方案采用單片機為核心，通過溫度傳感器AD590采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機檢測處理溫度信號。該方案技術已經(jīng)成熟，A/D轉(zhuǎn)換電路較繁瑣，而且使用AD590進行溫度檢測必須對冷端進行補償，以減小誤差。該方案系統(tǒng)框圖如下： 圖2-1 方案二系統(tǒng)框圖方案三：本方案采用單片機為核心，溫度傳感器采用DS18B20。DS18B20利用單總線特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡。系統(tǒng)中還可有鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路和超溫報警電路等，也可以利用RS232協(xié)議實現(xiàn)單片機與PC機的串口通信，實現(xiàn)計算機對溫度的實時監(jiān)控。其系統(tǒng)框圖如下：圖2-2 方案三系統(tǒng)框圖基于數(shù)字式溫度計DS18B20的溫度測量儀的軟硬件開發(fā)過程是將DS18B20的溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)了與單片機的直接接口，從而省去了信號調(diào)理電路。該儀器電路簡單、功能可靠、測量效率高，很好的彌補了傳統(tǒng)溫度測量的不足。相對于方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對于方案二，硬件電路簡單，易于操作，具有更高的性價比，更大的市場。所以我們采用方案三完成設計。2.1.2溫度控制方案的選擇家用220V交流電有如下三種常見控制電路：（1）電磁繼電器電磁繼電器是自動控制電路中常用的一種元件，它是用較小電流控制較大電流的一種自動開關，廣泛應用于電子設備中，價格便宜，但開關速度較慢。（2）固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器與電磁繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件繼電器，但它具有與機電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點開關器件，它利用電子元件(如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件)的開關特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關”。 由于固體繼電器具有高穩(wěn)定、高可靠、無觸點及壽命長等優(yōu)點，廣泛應用在電動機調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)光、家用電器、烘箱烘道加溫控溫、送變電電網(wǎng)的建設與改造、電力拖動、印染、塑科加工、煤礦、鋼鐵、化工和軍用等方面。固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型，按開關形式分為常開型和常閉型，按隔離形式分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。SSR以觸發(fā)方式，可分為零壓型（Z）和調(diào)相型（P）兩種。在輸入端施加合適的控制信號VIN時，P型SSR立即導通；當VIN撤銷后，負載電流低于雙向可控硅維持電流時（交流換向），SSR關斷。Z型SSR內(nèi)部包括過零檢測電路，在施加輸入信號時，只有當負載電源電壓達到過零區(qū)時，SSR才能導通，并有可能造成電源半個周期的最大延遲。Z型SSR關斷條件同P型，但由于負載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應用廣泛。（3）雙向可控硅雙向可控硅串在交流電源加熱電路中，在給定周期里改變可控硅開關的接通時間，就能改變加熱功率而實現(xiàn)溫度控制。故單片機只要用一個I/O口，通過程序輸出控制脈沖控制可控硅通電時間，就能實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)。本設計采用固態(tài)繼電器，具體采用PID控制算法，并由該算法計算出相應的控制輸出量，控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比的目的，進而控制加熱器工作，最終達到對溫度進行控制的目的。為了簡化輸出通道的硬件結構，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本設計采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法，即PWM波控制。2.2主要器件的選擇2.2.1傳感器根據(jù)上節(jié)結論，本設計采用溫度傳感器DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，溫度測量范圍55125，可直接將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。DS18B20遵循嚴格的單線串行通信協(xié)議，每一個DS18B20在出產(chǎn)時都用激光進行了調(diào)校，并具有唯一的64位序列號，多個DS18B20可以共存于同一條線上。DS18B20的內(nèi)部使用了主板（ON-BOARD）專利技術，封裝為TO-92的DS18B20將全部的傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，如圖2-3。其外圍電路簡單，可廣泛應用于溫度控制、溫度測量，工作系統(tǒng)以及任何熱敏感系統(tǒng)中。 圖2-3 DS18B20引腳引腳說明：1號引腳接地，2號引腳接數(shù)據(jù)端，3號引腳接電源。DS18B20的內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位串行ROM單線接口、存儲中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM)、用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余檢驗碼(CRC)發(fā)生器等七部分,如圖2-4。圖2-4 DS18B20內(nèi)部結構DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號fO,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f。當計數(shù)門打開時，DS18B20對fO計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下，溫度應為有9位（符號占1位），但因符號位擴展成高八位，故以16位補碼形式讀出，輸出的數(shù)據(jù)與溫度的關系如下表所示：溫度/數(shù)字輸出（二進制）數(shù)字輸出(十六進制)+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0001 1010 001000A2H-0.50000 0001 1010 10000008H00000 0000 0000 00000000H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0101 1111 FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2-1 DS18B20輸出數(shù)據(jù)與溫度的關系DS18B20的測溫原理圖如圖2-5所示：圖2-5 DS18B20的測溫原理圖其原理為用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應于-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前達到0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測量的溫度大于-55。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器得值和每一度的計數(shù)值。2.2.2主控元件AT89系列單片機的核心是8031，在硬件和軟件方面與MCS-51系列完全兼容，AT89系列的指令與有關定義和MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。AT89系列的引腳排列、定義與CS-51完全一致，可以直接替換。由于該單片機內(nèi)部有Flash ROM，所以編寫的程序燒錄方便，易于擦除，可以反復使用，非常方便用于對程序并進行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。AT89S52是AT89C52的升級產(chǎn)品，性能上較AT89C52有很大提升，在價格上卻與之差不多，甚至更低。AT89S52顯著的特點是加入了在系統(tǒng)編程（ISP）功能，不再依靠專用的編程工具，改寫單片機存儲器內(nèi)的程序也再不需要把芯片從電路板上拆下?；谛詢r比、低功耗及設計實現(xiàn)上考慮，選用了AT89S52來實現(xiàn)設計要求。2.2.3顯示器件顯示是微控系統(tǒng)的重要組成部分，主要顯示各種參數(shù)值，以便使現(xiàn)場工作人員能夠及時掌握生產(chǎn)過程。常用的顯示有CTR、LED、LCD等。CTR不僅可以進行字符顯示，還可以進行畫面顯示，和計算機配合使用，可十分方便的進行生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。但由于體積大、價格貴，所以只適用于大型系統(tǒng)。在小型生產(chǎn)過程中常選用LED、LCD作為顯示器件。他們都具有體積小，功耗低，響應速度快，易于匹配，可靠性高和壽命長等優(yōu)點。在單片機應用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。本設計只要求顯示所測溫度數(shù)據(jù)，所以可用LED顯示。2.2.4控制模塊本設計采用固態(tài)繼電器，其典型應用電路如下：（1）輸入端的驅(qū)動觸點控制。它是一種最基本的驅(qū)動方式，如圖2-6。圖2-6 觸點控制TTL驅(qū)動SSR，如圖2-7。 圖2-7 TTL驅(qū)動SSRCMOS驅(qū)動SSR，見圖2-8。圖2-8 CMOS驅(qū)動SSR（2）輸出端驅(qū)動負載 DC-SSR驅(qū)動大功率負載，見圖2-9。 DC-SSR驅(qū)動大功率高壓負載，見圖2-10。 （a） (b)圖2-9 DC-SSR驅(qū)動大功率負載圖2-10 DC-SSR驅(qū)動大功率高壓負載本設計中固態(tài)繼電器是由單片機控制的，所以它的供電電壓選擇5V直流電。繼電器所帶的負載為一個額定功率600W，接220V交流電的電烤箱。所以繼電器的要選用交流型（AC-SSR），耐壓在220V以上，電流為1.5A以上。即本設計選用的是5V供電，2A 250VAC的固態(tài)繼電器。由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對信號進行了隔離，本設計無需再接光電耦合器了。接口驅(qū)動本設計采用的是反相緩沖器74LS06，具體鏈接電路如圖2-11所示。圖2-11 固態(tài)繼電器驅(qū)動電路2.2.5通信模塊要使上位機能對系統(tǒng)進行參數(shù)設置，實時顯示溫度曲線及相關參數(shù)等操作，就離不開和上位機的通信。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。本設計采用RS-232C串行通信方式。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線。現(xiàn)在，計算機上的串行通信端口（RS-232C）是標準配置端口，已經(jīng)得到廣泛應用，計算機上一般都有12個標準RS-232C串口，即通道COM1和COM2。RS-232C規(guī)定最大的負載電容為2500pF，這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于RS-232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地（GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會耦合到信號中。在不使用調(diào)制解調(diào)器（MODEM）時，RS-232C能夠可靠進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15米。因此不適合做遠距離通信，但是對于實驗室烤箱的溫度控制來說，15米的通信距離已經(jīng)足夠。RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機的邏輯電平是不同的，邏輯1(MARK) -3V-15V，邏輯0(SPACE) 315V。因此，單片機系統(tǒng)要和電腦的RS-232C接口進行通信，就必須把單片機的信號電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換成計算機的RS-232C電平，或者把計算機的RS-232C電平轉(zhuǎn)換成單片機的TTL電平，通信時候必須對兩種電平進行轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS-232C電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232、MC1488、MC1489等。本系統(tǒng)通過MAX232E芯片實現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換。MAX232是單電源雙RS-232C發(fā)送/接收芯片。它符合所有的RS-232C技術規(guī)范，只要單一 +5V電源供電；片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 -10V電壓V+、V- ；低功耗，典型供電電流5mA；內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器，內(nèi)部集成2個RS-232C接收器。采用單一 +5V電源供電，外接只需4個電容，便可以構成標準的RS-232C通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛運用。MAX232的引腳排列如圖2-12。圖2-12 MAX232引腳2.3上位機組態(tài)監(jiān)控組態(tài)“Configuration”就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務的過程。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務，都是通過編寫程序來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件出現(xiàn)后，給人們帶來了福音。組態(tài)軟件的功能有工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)可視化控制；生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；生產(chǎn)過程監(jiān)控報警；報表功能；基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的上傳和相應控制等。組態(tài)王6.53是北京亞控科技出品的優(yōu)秀組態(tài)軟件，使用方便，功能強大。而且組態(tài)王6.53中還有組態(tài)王新增加的很多功能,并且內(nèi)設有溫控曲線和PID控件,讓 我們使用起來更方便。組態(tài)王6.53的工程手冊內(nèi)容也詳細豐富，組態(tài)王中每個控件都有詳細的使用說明及應用實例演示分析，對初學者有很大幫助。因此，本設計就采用該版本。在本設計中，上位機利用組態(tài)王，通過建立好的用戶圖形界面來實現(xiàn)對下位機溫度控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。2.4系統(tǒng)總體設計框圖綜上所述，本次設計將以DS18B20為傳感器，單片機AT89S52為主控器件，PC機為上位機，并以組態(tài)王KingView為組態(tài)軟件，完成對小型電烤箱的三點溫度控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控，系統(tǒng)總體框圖如圖2-13。圖2-13 系統(tǒng)總體框圖3 系統(tǒng)硬件電路設計3.1系統(tǒng)硬件電路框圖系統(tǒng)硬件電路框圖如圖3-1所示： 圖3-1 系統(tǒng)硬件電路框圖3.2單片機最小系統(tǒng)設計 對51系列單片機來說，單片機最小系統(tǒng)包括單片機、振蕩電路和復位電路，單片機中的供電電源輸出是+5V的直流電，因此，本設計還包括輸入電源電路設計模塊。本系統(tǒng)中最小系統(tǒng)電路圖如圖3-2。（1）振蕩電路：XTAL1腳和XTAL2腳分別構成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及補償電容C1、C2選47uF構成并聯(lián)諧振電路。當外接石英晶振時，電容C1、C2選30pf10pf；當外接陶瓷振蕩器時，電容C1、C2選47uf10uf。AT89S52系統(tǒng)中晶振可在024MHz選擇。外接電C1、C2的大小會影響振蕩器頻率的穩(wěn)定度、起振時間及溫度穩(wěn)定性。在設計電路板時，晶振和電容應靠近單片機芯片，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠工作。本系統(tǒng)振蕩電路中采用的是11.0592 MHz的晶振，電容C1和C2的值為30pf它們構成并聯(lián)諧振電路，并接在反饋回路中。（2）復位電路：本系統(tǒng)的復位電路是采用按鈕復位的電路，如圖3-2所示，是常用復位電路之一。當AT89S51單片機的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RET引腳高電平到時，單片機復位。RET/VPD端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則為上電復位。若通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復 圖3-2 單片機最小系統(tǒng)電路圖位稱手動復位。上電時，剛接通電源，電容C相當于瞬間短路，+5V立即加到RET/VPD端，該高電平使89S51全機自動復位，這就是上電復位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET/VPD端從而復位稱為手動復位。復位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。（3）輸入電源電路：控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如下圖所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題，如圖3-3。 圖3-3 電源部分連線圖3.3多點測量電路設計本部分的設計主要有兩個方面：讀序列號電路部分的設計和掛接三個DS18B20進行溫度測量時的電路設計。3.3.1.讀序列號電路的設計每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，因此在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。新買來的DS18B20溫度傳感器一般沒有直接給出序列號，需要我們另外設計讀序列號的電路來讀取其序列號。讀序列號的電路示意圖如圖3-4所示。圖3-4 讀序列號電路設計圖3.3.2.溫度測量電路的設計由于DS18B20有兩種不同的供電方式，即寄生電源供電和外接電源供電，因此基于DS18B20的測量電路就有兩種連接方式。（1）寄生電源供電時在DS18B20內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換時，為DQ線上提供很強的上拉，采用電力MOSFET直接給DS18B20供電，這種供電方式有兩種好處：進行遠距離測溫時，無需本地電源；可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀ROM。采用這種供電方式時 VDD必須接地，具體電路如圖3-5。圖3-5 DS18B20寄生電源供電方式 （2）外接電源供電時在兩種供電方式中，外接電源供電使用得較為普遍，它是將外部電源直接接到DS18B20的引腳VDD上，以便在單片機的一個I/O口上就可同時掛接多個DS18B20芯片。本設計就是采用外電源向 DS18B20 供電，如圖3-6所示。這種方式的優(yōu)點是在 I/O 線上不要求強的上拉?？偩€上主機不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置多個DS18B20 ，而且如果它們都使用外部電源，可以同時完成溫度變換。注意只要外部電源處于工作狀態(tài) ，GND（地）引腳不可懸空。該設計方式是 DS18B20 最佳的上電工作方式，其工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，更方便開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度控制系統(tǒng)。在外接電源方式下，也可以充分發(fā)揮 DS18B20的寬電源、電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓 VCC 降到3V時，它依然能夠保證溫度量精度。 圖3-6 溫度測量電路圖3.3.3 DS18B20使用中注意事項DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：(1) 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS18B20操作部分最好采用C語言實現(xiàn)。(2) 在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。(3) 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4) 在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。3.4顯示和鍵盤電路設計3.4.1顯示和鍵盤電路圖顯示和鍵盤電路如圖3-7所示：圖3-7 顯示和鍵盤電路3.4.2顯示部分設計本系統(tǒng)中本系統(tǒng)采用的是共陽極LED顯示器，位選應接高電平， P2口輸出的段選信號，通過74LS373芯片接LED段碼引腳，74LS373的高電平輸出電流在15毫安左右，可以驅(qū)動LED顯示。另外74LS373的輸出接上拉電阻，幫助驅(qū)動顯示器。系統(tǒng)中采用兩個4位的數(shù)碼管，分別顯示設定溫度和三點溫度采集的平均溫度。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示子段組成的顯示器件。在單片機系統(tǒng)中通常使用的是七段LED顯示器，這種顯示器有共陰極共陽極兩種，在這次設計中選用陽極LED顯示器。共陽極七段LED顯示器的管腳如圖3-8所示：圖3-8 共陽極七段LED顯示器的管腳共陽極LED顯示器七段碼如下表：表3-1 共陽極LED顯示器七段碼顯示字符共陽極七段碼顯示字符共陽極七段碼0C05921F96832A47F83B08804999983.4.3鍵盤電路設計為使用戶使用界面盡量簡單，本文采用四個按鍵，通過按鍵來實現(xiàn)溫度設置，即分別調(diào)整溫度的上升和下降、表示設定返回及顯示通道選擇等。鍵盤與單片機的連接如圖3.7所示。因為鍵盤較少所以用簡單的獨立式鍵盤，獨立式鍵盤的優(yōu)點是編程簡單，缺點是占用I/O口多，適用于鍵盤較少的電路。鍵盤的工作原理是按鍵的一端高電平，另一端已單片機的某個I/O口相連，當按鍵閉合時，即相當于該I/O口通過按鍵已電源相連，變成高電平，程序一旦檢測到I/O口變?yōu)楦唠娖絼t說明在年間被按下，然后執(zhí)行相應的指令。這是基本原理，在具體實現(xiàn)時還要考慮鍵盤的延時去抖，去抖的原理是，當檢測到有鍵按下時，單片機先不動作，延時10毫秒以后，單片機再次檢測按鍵是否按下，如果還是按下，就說明此鍵確實是按下狀態(tài)，單片機執(zhí)行相應操作。3.5控制模塊電路設計3.5.1控制執(zhí)行電路執(zhí)行信號輸出通道的原理圖如圖3-9所示，AT89S52的輸出信號經(jīng)過光電耦合器，直接控制雙向可控硅的門極，從而控制電熱絲的平均加熱功率。這樣使輸出通道省去了D/A轉(zhuǎn)換器和可控硅移相觸發(fā)電路，大大的簡化了硬件。而且可控硅在工作在過零觸發(fā)狀態(tài)，提高了設備的功率因數(shù)，減輕了對電網(wǎng)的干擾。光電耦合器的光敏三極管所能通過的電流足以觸發(fā)5A的雙向可控硅，其間不必功放環(huán)節(jié)?？煽毓栝T極回路與220V電源相通，光電耦合器的絕緣耐壓，能有效地把微機系統(tǒng)與220V強電隔離。此外，系統(tǒng)還設有過熱保護電路，如圖3-9。為了在關機和超溫保護的狀態(tài)下能可靠地關斷加熱電源，電路中加入了繼電器控制加熱電源。當溫度超過120C時，單片機的P2.5口發(fā)出高電平直接將繼電器關斷，從而避免了電烤箱溫度過高，起到了保護作用。 圖3-9 執(zhí)行信號輸出通道的原理圖3.5.2報警電路報警電路如圖3-10所示，其中報警輸出三極管的集電極接蜂鳴器，蜂鳴器的另一端接正5伏電源。有P2.4口控制報警電路，當溫度超標時P2.4口輸出高電平報警，不報警時將P2.4口置低電平。圖3-10 報警電路3.6串口通訊電路目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，如從DTE設備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器時是2腳相對7腳（信號地）的電平。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5+15V，負電平在-5-15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3+12V與-3-12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，其驅(qū)動器負載為37k。所以RS-232適合本地設備之間的通信。MCS-51內(nèi)部含有一個可編程全雙工串行通信接口，具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。在進行異步通信時，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別在各自的時鐘（TCLK和RCLK）控制下進行的，但都必須與字符位數(shù)的波特率保持一致。MCS-51串行口的發(fā)送和接收時鐘可由兩種方式產(chǎn)生，一種是由主機頻率fosc經(jīng)分頻后產(chǎn)生，另一種方式是由內(nèi)部定時器T1或T2的溢出率經(jīng)16分頻后提供。由于串口用的是TTL電平，和RS232電平不同，因此，單片機和PC通信時需要進行電平轉(zhuǎn)換，常用的IC是MAX232,連接圖如圖3-11所示，其中MAX232供電腳為5V，中間連接的電解電容取50V 1UF。我們采用了三線制連接串口，也就是說和計算機的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。 圖3-11 MAX232串口通信電路圖河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書4系統(tǒng)軟件部分設計4.1軟件總體設計測溫系統(tǒng)的硬件電路確定之后，測溫系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件來實現(xiàn)。研制一個復雜的測控系統(tǒng)，軟件研制的工作量往往大于硬件。本系統(tǒng)的主要軟件思想是這樣的：下位機軟件主要是完成與上位機的串口通訊，接受監(jiān)控系統(tǒng)的指令，實現(xiàn)多路溫度數(shù)據(jù)采集和實時上傳數(shù)據(jù)。下位機的程序采用串口查詢的方式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上位機指令對單片機的實時控制，節(jié)省CPU的資源。系統(tǒng)操作的總體流程圖如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)操作的總體流程圖本系統(tǒng)中下位機為單片機，其相關軟件設計主要包括DS18B20的測溫程序設計、LED顯示和鍵盤掃描程序設計、控制執(zhí)行模塊程序及串口通訊程序設計等。單片機程序流程圖如圖4-2： 圖4-2 下位機程序流程圖4.2 DS18B20的測溫程序4.2.1 DS18B20常用指令DS18B20常用命令如下表：表4-1 DS18B20常用命令ROM功能命令DS18B20的器件功能命令讀ROM33H啟動溫度轉(zhuǎn)換44H匹配ROM55H讀RAMBEH跳過ROMCCH寫RAM4EH查找ROMF0H復制RAM48H報警查找ECH回讀EEPROMB8H4.2.2 初始化子程序DS18B20復位應答時序圖如圖4-3所示，實現(xiàn)每一次通信之前必須對DS18B20進行復位操作，復位的時間、等待時間、回應時間應嚴格按照時序圖進行編程，具體程序見附錄B。 圖4-3 DS18B20復位及應答關系示意圖4.2.3 讀子程序與寫操作類似，主機對1-Wire總線的讀操作也只能逐位進行，連續(xù)讀8次，即可讀入主機一個字節(jié)。從1-Wire總線讀取1bit同樣至少需要60s，同時也要保證兩次連續(xù)的讀操作間隔1s以上，DS18B20讀時序圖如圖4-4所示。從總線讀數(shù)據(jù)時，主機首先拉低總線1s以上然后釋放，在釋放總線后的 115s內(nèi)主機對總線的采樣值即為讀取到的數(shù)據(jù)，具體程序見附錄B。圖4-4 DS18B20讀時間隙圖4.2.4 寫子程序由于只有一條I/O線，主機1-Wire總線的寫操作只能逐位進行，連續(xù)寫8次即可寫入總線一個字節(jié)。如程序1.2所示，當MCS-51單片機的時鐘頻率為12MHz時，程序中的語句_nop_();可以產(chǎn)生1s的延時，調(diào)用此函數(shù)時需包含頭文件“intrins.h”。向1-Wire總線寫1bit至少需要60s，同時還要保證兩次連續(xù)的寫操作有1s以上的間隔。若待寫位wbit為0則主機拉低總線60s然后釋放，寫0操作完成。若待寫位wbit為1，則主機拉低總線并在115s內(nèi)釋放，然后等待60s，寫1操作完成。DS18B20寫時序圖4-5所示，具體程序見附錄B。圖4-5 DS18B20寫時間隙圖4.3顯示和鍵盤掃描程序4.3.1顯示掃描程序流程圖顯示掃描子程序的流程圖如圖4-6所示：圖4-6 顯示掃描子程序的流程圖4.3.2鍵盤掃描程序流程圖本設計設置有四個按鍵，S1為返回鍵，S2為溫度加鍵，S3為溫度減鍵，即當按S2鍵時，設置溫度加0.5度；當按S3鍵時，設置溫度減0.5度，S4用來切換顯示通道，以便觀察數(shù)碼管顯示的各個通道的溫度值。鍵盤掃描子流程圖如下：圖4-7 鍵盤掃描子流程圖4.4控制執(zhí)行程序4.4.1控制思路及其流程圖本系統(tǒng)的控制思路為AT89S52為整個系統(tǒng)的CPU。測量的溫度由DSl8B20數(shù)字溫度傳感器檢測并直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機將該溫度值與被控制值(設定溫度值)進行比較，計算出溫度偏差，根據(jù)其偏差值的大小，然后采用PID控制算法并計算出相應的控制輸出量，最后通過DA轉(zhuǎn)換電路(這里采用PWM調(diào)功方式，相當于DA轉(zhuǎn)換器)控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比(即控制電阻爐平均功率的大小)，將控制輸出量輸出，控制加熱器工作，進而達到對溫度進行控制的目的。為了簡化輸出通道的硬件結構，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本系統(tǒng)采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法（即PWM波控制）。微機系統(tǒng)輸出高電平時，使雙向可控硅道通，電熱絲通電，輸出低電平時，雙向可控硅截止，電熱絲斷電。脈沖寬度T1與周期T的比值為（占空比），它反映了系統(tǒng)的輸出控制量，我們實質(zhì)控制的就是這里。當環(huán)境溫度下降時, 輸出信號增大,輸出脈寬增大, 電熱絲加熱時間增長，環(huán)境溫度上升。反之, 當環(huán)境溫度上升時,輸出減少,輸出脈寬減少, 電熱絲加熱時間減少，環(huán)境溫度下降。溫控過程中功率電路輸出的脈沖電流方波寬度始終受溫度差信號的調(diào)節(jié)控制原理如圖4-8所示： 圖4-8 PWM控制原理圖該控制執(zhí)行程序設計主要包括：PWM波的設計、PID控制算法設計等?？刂茍?zhí)行程序流程圖如圖4-9所示(見下頁)。4.4.2 PID控制算法溫度PID控制原理是先求出實測溫度與設定溫度的偏差值。然后對偏差值進行比例積分與微分數(shù)值處理，得到的控制輸出信號用來控制加熱，使溫度控制在設定的溫度范圍內(nèi)。溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法，具體算法采用的是增量式PID算法，增量PID算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快，可用軟件來實現(xiàn)。所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量u(K)，增量式PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖4-10所示。通過離散化過程，可得離散的PID表達式為：u(k)=kce(k)+Ts/Ti*e(0)+e(1)+e(2)+e(k)+Td/Ts*e(k)-e(k-1) (4-1)式中：k為采樣序號，k=O、1、2、3、；u(k)為第k次采樣時刻的計算機輸出值；e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)為第k-1次采樣時刻輸入的偏差值；Ki=Ts/Ti；Kd=Td/Ts。 可由式(4-1)導出提供增量的PID控制算式，根據(jù)遞推原理可得：u(k-1)=kc*e(k-1)+ki*e(0)+e(1)+e(2)+e(k)+kd*e(k-1)-e(k-2) (4-2)用式(4-1)減去式(4-2)，可得：u(k)=kce(k)-e(k-1)+ki*e(k)+kd*e(k)-2e(k-1)+e(k-2) (4-3)可見,控制系統(tǒng)的輸出僅僅與最近3次的偏差有關。在確定了Ts、Ti、Td、Kc之后，根據(jù)最近3次的偏差即可求出控制增量。 圖4-9控制執(zhí)行程序流程圖圖4-10 增量式PID控制系統(tǒng)框圖4.4.3 PID參數(shù)的整定 PID參數(shù)的設定決定了升溫速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。面對不同的控制對象參數(shù)