計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告繼電器水溫控制系統(tǒng)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文 第 19 頁(yè) 共 18 頁(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題 目： 繼電器水溫控制系統(tǒng) 院 （系）： 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 實(shí)驗(yàn)日期： 2011 年 9 月 16 日摘 要 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的檢測(cè)和控制有著非常重要的意義和實(shí)際應(yīng)用。而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，使得科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工藝時(shí)間的效率大大的提高本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于at89c52單片機(jī)的繼電器自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示、溫度測(cè)量、溫度設(shè)定功能并能根據(jù)設(shè)定值對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)控溫的目的，控制算法基于數(shù)字pid算法。溫度測(cè)量范圍從01

2、00 ，溫度控制范圍為2090，測(cè)量的精度為1，超調(diào)量小于5%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)能較好地控制水溫，滿足我們的要求。關(guān)鍵詞： 繼電器；at89c52； 水溫控制系統(tǒng)；pidabstract in the industry and agriculture production or the daily life, the temperature examination and control has a very vital significance and the practical application. and with the develop- ment of computer co

3、ntrol system, the efficiency of scientific research、the industry and the agriculture production has get a big enhancement.this design is a relay automatic water temperature control system based on at89c52. it has the real time display, the temperature survey、hypothesis and can carry on the adjustme-

4、 nt according to the setting value. the control algorithm based on the digital pid algorithm. the temperature survey scope from 0+100 , the temperature control scope for 2090, the survey precision for 1, is smaller than over 5%. the experimental result indicated that this system can control the wate

5、r temperature well, satisfies our request.key words： relay；at89c52； emperature control system； pid目 錄引言11 課程設(shè)計(jì)概述11.1 課程設(shè)計(jì)題目11.2 設(shè)計(jì)要求：11.3 主要設(shè)備和芯片12 總體設(shè)計(jì)及方案論證：12.1 總體設(shè)計(jì)框圖12.2 方案論證22.2.1控制電路的方案選擇22.2.2測(cè)溫電路方案的選擇22.2.3軟件算法方案選擇23 硬件設(shè)計(jì)33.1 最小系統(tǒng)部分33.2 溫度采集電路43.3 鍵盤、顯示電路43.4 繼電器執(zhí)行控制電路53.5 串口與pc機(jī)通信電路64 軟件設(shè)計(jì)與

6、實(shí)現(xiàn)74.1 軟件流程圖74.2 控制算法pid115 系統(tǒng)調(diào)試115.1 最小系統(tǒng)部分調(diào)試115.2 串口與上位機(jī)通信部分調(diào)試115.3 繼電器部分調(diào)試115.4 測(cè)溫部分調(diào)試126 pid參數(shù)整定127 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析138 結(jié)論13謝 辭14參考文獻(xiàn)15附 錄16 引言隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，家用電器越來(lái)越趨向于自動(dòng)控制控制乃至于智能控制，針對(duì)目前家庭的實(shí)際需要，自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)比較方便實(shí)用，本文就通過(guò)51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)控制水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)反映當(dāng)前溫度信息，通過(guò)液晶屏直觀的顯示給用戶，用戶可通過(guò)鍵盤自行設(shè)定溫度，系統(tǒng)通過(guò)pid調(diào)節(jié)

7、能使溫度保持在預(yù)設(shè)定值。1 課程設(shè)計(jì)概述1.1 課程設(shè)計(jì)題目繼電器水溫控制系統(tǒng)。1.2 設(shè)計(jì)要求：用熱敏元件設(shè)計(jì)測(cè)溫電路；功率元件繼電器進(jìn)行交流電的功率調(diào)整；控制范圍4090；控制精度1%；系統(tǒng)超調(diào)量5；通過(guò)鍵盤進(jìn)行溫度設(shè)置；實(shí)際溫度可以實(shí)時(shí)顯示。1.3 主要設(shè)備和芯片5v電源1臺(tái)數(shù)字示波器1臺(tái)普通萬(wàn)用表 1個(gè)繼電器1個(gè)ds18b20測(cè)溫元件；1個(gè)at89s52芯片，1片max232芯片，1片lcd1602液晶顯示器；1個(gè)2 總體設(shè)計(jì)及方案論證：2.1 總體設(shè)計(jì)框圖對(duì)題目進(jìn)行深入的分析和思考，可將整個(gè)系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：測(cè)溫電路、控制電路、功率電路和加熱裝置。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框

8、圖2.2 方案論證2.2.1控制電路的方案選擇方案一：采用運(yùn)放等模擬電路搭建一個(gè)控制器，用模擬方式實(shí)現(xiàn)pid控制，對(duì)于純粹的水溫控制，這是足夠的。但是附加顯示、溫度設(shè)定等功能，還要附加許多電路，稍顯麻煩。同樣，使用邏輯電路也可實(shí)現(xiàn)控制功能，但總體的電路設(shè)計(jì)和制作比較煩瑣。方案二：采用fpga實(shí)現(xiàn)控制功能。使用fpga時(shí)，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)相應(yīng)的編程設(shè)計(jì)，可以很容易地實(shí)現(xiàn)控制和顯示、鍵盤等功能，是一種可選的方案。但與單片機(jī)相比，價(jià)格較高，顯然大材小用。方案三：采用單片機(jī)最小系統(tǒng)同時(shí)完成控制、顯示、鍵盤等功能，電路設(shè)計(jì)和制作比較簡(jiǎn)單，成本也低，是一種非常好的方案。 綜上所述本設(shè)計(jì)采用方案三作為

9、控制電路。2.2.2測(cè)溫電路方案的選擇方案一：采用熱敏電阻作為測(cè)溫元件。熱敏電阻精度高，需要配合電橋使用，要實(shí)現(xiàn)精度測(cè)量需要配上精密較高的電阻。此外還需要制作相應(yīng)的調(diào)理電路。方案二：半導(dǎo)體溫度傳感器作為測(cè)溫元件，半導(dǎo)體溫度傳感器應(yīng)用也很廣泛，它的精度、可靠性都不錯(cuò)，價(jià)格也適中，使用比較簡(jiǎn)單，是一個(gè)較好的選擇。綜上所述本設(shè)計(jì)采用方案二作為測(cè)溫電路。2.2.3軟件算法方案選擇方案一：采用模糊控制算法，對(duì)于一個(gè)典型的模糊控制系統(tǒng)，考慮它的輸入信號(hào)有偏差和偏差變化率兩種，輸出信號(hào)為控制信號(hào)。根據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可選取三角型隸屬函數(shù)，分為正大、正中、正小、正零、零、負(fù)零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大，9個(gè)檔次。然后根據(jù)控

10、制規(guī)則列出規(guī)則基表。這種控制方法能夠較精確的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，但是考慮到單片機(jī)的存儲(chǔ)量，和實(shí)時(shí)性，不采取這種尚未完全推廣的控制方法。方案二：采用經(jīng)典pid控制算法和根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分區(qū)間控制的算法，對(duì)于溫度系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，被控對(duì)象沒有精確的數(shù)學(xué)模型。熱得快加熱使得水溫具有有熱慣性，而且檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是檢測(cè)點(diǎn)附近的實(shí)時(shí)溫度并不能完全體現(xiàn)1升水的實(shí)際溫度，所以經(jīng)典pid控制算法不能滿足設(shè)計(jì)要求，還必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。這種控制算法基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求，且通用性較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)采用方案二作為控制算法。3 硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)at89s51為核心部件，在51最小系統(tǒng)外圍添加了溫度檢測(cè)、鍵盤輸入、液晶顯示部分以及

11、繼電器構(gòu)成的執(zhí)行部件。3.1 最小系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)芯片是at89s51。at89s51具有如下特點(diǎn)：4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。p3.4作為繼電器控制端口；p3.5作溫度檢測(cè)元件輸入端口；p1口鍵盤掃描端口；p0口作lcd液晶顯示數(shù)據(jù)輸入端口p3口作為上位通信串口輸入端。圖2 最小系統(tǒng)部分3.2 溫度采集電路ds18b20溫度傳感器簡(jiǎn)介：ds18b20為單線數(shù)字溫度

12、傳感器，支持“一線總線”接口，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，應(yīng)用于溫控控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)。ds18b20具有以下特性：1、 零待機(jī)功耗；2、 無(wú)需外部器件；3、 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電；4、 溫度以9位數(shù)字量讀出；5、 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊；6、 測(cè)溫范圍-55+125，在-10+85內(nèi)，精度為0.5。 測(cè)溫電路設(shè)計(jì)：電路采用溫度傳感器ds18b20，可直接輸出數(shù)字量，單線器件和單片機(jī)的接口只需一根信號(hào)線，所以本設(shè)計(jì)的硬件電路十分簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。能達(dá)到0.5c的固有分辨率，使用讀取溫度暫存寄存器的方法能達(dá)到0.2c以上的精度。 18b20連接電路圖如圖3所示

13、圖3 溫度采集電路3.3 鍵盤、顯示電路在鍵盤輸入方面，選用常用的44掃描鍵盤，分別用作pid模式選擇、溫度設(shè)定值輸入、確定或取消設(shè)置。在顯示方面，選用了常用的顯示容量為162個(gè)字符的液晶顯示模塊lcd1602。通過(guò)相應(yīng)的軟件編程，可以實(shí)現(xiàn)比較美觀和豐富的顯示界面。模塊連接電路圖如圖4所示。 圖4 鍵盤、顯示電路3.4 繼電器執(zhí)行控制電路通過(guò)給i/o端口高低電位來(lái)控制繼電器的通斷，繼而控制熱得快加熱的占空比（平均功率），以達(dá)到控制水溫的目的。電路設(shè)計(jì)如下圖5 繼電器控制電路其中，三極管npn9014為控制開關(guān)作用，當(dāng)輸入高電平，npn飽和導(dǎo)通，繼電器線圈通電，觸電吸合，使220v電源接通。反之

14、，當(dāng)輸入低電平，npn截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)斷開。電阻r19為限流電阻，主要起限流作用，降低晶體管t1的功耗。電阻rxl使晶體管有效截止。d1為續(xù)流二極管（本設(shè)計(jì)采用in4007），其作用是保護(hù)npn，當(dāng)繼電器吸合， d1截止，不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)npn已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。此電壓的極性為上負(fù)下正，正端接在npn的集電極上，當(dāng)感應(yīng)電壓與vcc之和大于npn三極管的集電極反向電壓時(shí)，npn可能損壞，加入二極管，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管流過(guò)，使三極管npn得到保護(hù)。3.5 串口與pc機(jī)通信電路隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛

15、應(yīng)用，上位機(jī)和下位機(jī)的主從工作方式為工業(yè)控制以及自動(dòng)控制系統(tǒng) 所采用。由于pc機(jī)分析能力強(qiáng)，處理速度更快及單片機(jī)使用靈活方便等特點(diǎn)，所以一般將pc機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)，二者通過(guò)rs-232接收、發(fā)送數(shù)據(jù)和傳送指令。單片機(jī)可單獨(dú)處理數(shù)據(jù)和控制任務(wù)，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給pc機(jī)，由pc機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)經(jīng)行處理或顯示。51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，利用其rxd和txd與外界進(jìn)行通信。單片機(jī)串口有3條引線：txd發(fā)送數(shù)據(jù)、rxd接收數(shù)據(jù)、gnd信號(hào)地。因此在通信距離較短時(shí)可采用零modem方式，簡(jiǎn)單三線連結(jié)構(gòu)。pc機(jī)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的rs-232串行口，其電平采用的是eia電平，而51單片機(jī)的串行通

16、信是由txdrxd來(lái)進(jìn)行全雙工通信的，它們的電平是til電平；為了pc機(jī)與51單片機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，需要電平轉(zhuǎn)換芯片，這里采用max232芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該部分電路作為拓展應(yīng)用，電路如圖6所示。圖6 串口與pc機(jī)通信電路綜上所述，本著簡(jiǎn)單、實(shí)用的原則，最后選用了一個(gè)比較典型的硬件方案：測(cè)溫電本路選用ds18b20集成數(shù)組測(cè)溫電路；控制芯片采用常見的at89s51，顯示方式采用162字符液晶顯示器1602鍵盤采用4x4按鍵4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 軟件流程圖本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)1l左右水的溫度的測(cè)量并用液晶顯示，使待測(cè)水溫的靜態(tài)誤差在1c范圍以內(nèi)。溫度設(shè)定范圍為20100c，最小區(qū)分度為1c，標(biāo)

17、定溫差1c。同時(shí)當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)在環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差1c。主程序流程圖如圖10所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)范圍、溫度值的設(shè)定，執(zhí)行、顯示實(shí)時(shí)溫度?？刂扑惴鞒虉D如圖12、圖13所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖圖4-2 溫度采集與控制子程序圖4-3 pid算法子程序圖4-3 加熱控制量自校正子程序4.2 控制算法pid由于該系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，故可采用pid控制算法。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，pid控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值畢竟的方法，當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分，用后向差分代替微分，使模擬pid離散化為差分方程。由于該系統(tǒng)需要采取pwm的脈寬周期作為控制量，故采取數(shù)字pid增量型

18、控制算法。數(shù)字pid增量型控制算式：式中，為比列系數(shù)；=為積分系數(shù)；本設(shè)計(jì)中，控制參量為熱得快的加熱時(shí)間5 系統(tǒng)調(diào)試首先對(duì)硬件初步檢查：檢查原理圖與pcb圖是否一致；原理圖與器件的引腳是否一致；用萬(wàn)用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象。確定無(wú)誤再進(jìn)行各模塊調(diào)試，軟件的調(diào)試和硬件調(diào)試配合進(jìn)行。5.1 最小系統(tǒng)部分調(diào)試最小系統(tǒng)包括晶振和復(fù)位電路，按鍵電路，液晶顯示電路等。給整個(gè)系統(tǒng)上電，指示燈led點(diǎn)亮，說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)供電正常；用萬(wàn)用表測(cè)量at89s51的各個(gè)供電管腳也正常，能正常復(fù)位。再給單片機(jī)寫入各個(gè)模塊的調(diào)試程序，調(diào)試程序包括按鍵處理、液晶顯示部分。5.2 串口與上位機(jī)通信部分調(diào)試通過(guò)串口給單片機(jī)

19、下載簡(jiǎn)單的檢測(cè)程序，若能下載，則表示通信部分正常工作。5.3 繼電器部分調(diào)試首先進(jìn)行初步檢測(cè)：系統(tǒng)上電后，用杜邦線將繼電器輸入端口接入5v高電平，再斷開，再接入5v高電平，如此往復(fù)，聽到繼電器發(fā)出滴答聲。電路基本正常。接著給單片機(jī)寫入調(diào)試程序，調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)繼電器不能工作，推斷原因?yàn)槎丝陔娏魈?，后嘗試把npn三極管改為pnp三極管，還是不能工作，該端口加個(gè)1k上拉電阻，繼電器依然不工作，后來(lái)?yè)Q回原來(lái)的npn三極管，繼電器部分可以正常工作。5.4 測(cè)溫部分調(diào)試調(diào)入18b20測(cè)溫及顯示程序，觀看液晶顯示部分能否實(shí)時(shí)顯示正確溫度，一般就直接測(cè)室溫的溫度，看其是否準(zhǔn)確即可。后來(lái)把包好的18b20放

20、到水中測(cè)溫的時(shí)候，由于包得不夠好，導(dǎo)致幾個(gè)都無(wú)法測(cè)正確的溫度。所以測(cè)溫傳感器放到水中前務(wù)必包好。6 pid參數(shù)整定總結(jié)pid參數(shù)整定方法：1、 加溫很迅速就達(dá)到目標(biāo)值，但是溫度過(guò)沖很大： 比例系數(shù)太大，致使在為達(dá)到設(shè)定溫度前加溫比例過(guò)高； 微分系數(shù)過(guò)小，致使對(duì)對(duì)象反應(yīng)不敏感；2、 加溫經(jīng)常達(dá)不到目標(biāo)值，小于目標(biāo)值的時(shí)間越多； 比例系數(shù)過(guò)小，加溫比例不夠 積分系數(shù)過(guò)小，對(duì)恒溫偏差補(bǔ)償不足；3、 基本上能夠在控制目標(biāo)上，但上下偏差偏大，經(jīng)常波動(dòng)； 微分系數(shù)過(guò)小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，反映措施不力； 積分系數(shù)過(guò)大，使微分反應(yīng)被淹沒鈍化； 設(shè)定的基本定時(shí)周期過(guò)短，加熱沒有來(lái)得及傳到測(cè)溫點(diǎn)；4、 受工作

21、環(huán)境影響較大，在稍有變化時(shí)就會(huì)引起溫度的波動(dòng)： 微分系數(shù)過(guò)小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，不能及時(shí)反映； 設(shè)定的基本時(shí)周期過(guò)長(zhǎng)，不能及時(shí)得到修到；一般的生產(chǎn)過(guò)程都具有較大的時(shí)間常數(shù)，而數(shù)字pid控制系統(tǒng)的采樣周期則是要小得多，所以數(shù)字調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，完全可以按照模擬調(diào)節(jié)器的各種參數(shù)整定方法進(jìn)行分析和綜合。但是，數(shù)字控制器和模擬調(diào)節(jié)器相比，除了比例系數(shù)kp、積分時(shí)間ti和微分時(shí)間td外，還有一個(gè)重要的參數(shù)就是采樣周期t需要很好的選擇。合理的選擇采樣周期t，也是數(shù)字控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由香農(nóng)采樣定理可知，當(dāng)采樣頻率的上限為fs2fmax時(shí)，系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)。從理論上講，采樣頻率越高

22、，失真越小，但是從控制器本身而言，大都是依靠偏差信號(hào)e(k)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。當(dāng)采樣周期太小時(shí)，偏差信號(hào)e(k)也會(huì)過(guò)小，此時(shí)計(jì)算機(jī)將會(huì)失去調(diào)節(jié)作用。采樣周期t過(guò)長(zhǎng)又會(huì)引起誤差。因此，采樣周期t必須綜合考慮。對(duì)于本次的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，影響其重要的因素就是滯后了。到圖書館查書得知：采樣周期t與純之后時(shí)間t基本相等，這樣控制的效果才比較好。又由于那熱的快控制，18b20離熱的快的距離不一樣，滯后的時(shí)間也不一樣。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了可以設(shè)定采樣周期的程序，這樣隨時(shí)都可以調(diào)節(jié)其采樣周期的長(zhǎng)短，以達(dá)到比較好的控制效果。在溫度控制中，我們不僅要看它的超調(diào)量，還要看它掉下來(lái)的時(shí)候的那個(gè)波。為了能夠使散熱快點(diǎn)，

23、所以我們?cè)O(shè)定的溫度都比較高。這樣調(diào)參數(shù)的時(shí)候可以省不少的時(shí)間，控制的效果也比較明顯的看到。下面是我們?cè)谡{(diào)節(jié)pid參數(shù)時(shí)，所記錄的一些數(shù)據(jù)。為了減小純滯后的時(shí)間，我們將18b20放在熱得快的附近，傳導(dǎo)熱量也是比較快的。如果控制效果不好的話，我們可以修改采樣周期，再另行調(diào)節(jié)pid參數(shù)，以達(dá)到較好的效果。7 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析測(cè)量?jī)x器：水銀溫度計(jì)，500w熱得快，環(huán)境溫度c。測(cè)量結(jié)果：如下表所示。設(shè)定溫度（c）40607090超調(diào)溫度（c）40.56170.8無(wú)變化范圍（c）39.840.559.361.069.070.889.089.5由以上測(cè)量可見，系統(tǒng)性能基本上達(dá)到了所要求的指標(biāo)。靜態(tài)測(cè)溫的精

24、度主要有ds18b20決定。ds18b20的精度比較高，這里采取了讀取溫度寄存器辦法，測(cè)溫精度能夠達(dá)到0.2c，可以達(dá)到比較好的精度。在控溫指標(biāo)中，影響系統(tǒng)性能的因素非常多。最關(guān)鍵的是加熱系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)及控制算法。由于傳感器必須加上防水設(shè)施，因此溫度傳感器難免會(huì)有遲滯，熱得快本身的延遲，水對(duì)流傳熱等因素也會(huì)造成測(cè)溫的延時(shí)，這些都會(huì)直接影響系統(tǒng)的控制性能?？刂扑惴ǚ矫?，需反復(fù)試驗(yàn)比較，在上升時(shí)間和超調(diào)量之間作權(quán)衡，選出較好的pid系數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是提高靜態(tài)控溫精度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。整個(gè)系統(tǒng)綜合有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1、通過(guò)ds18b20集成溫度傳感器減少了a/d轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)

25、構(gòu)。2、在電路設(shè)計(jì)中充分考慮了系統(tǒng)的可靠性和安全性。通過(guò)精心調(diào)試達(dá)到基本功能指標(biāo)，動(dòng)態(tài)性能也達(dá)到較好的要求。8 結(jié)論通過(guò)這次的程設(shè)計(jì)，使我對(duì)計(jì)算機(jī)控制有了更深刻理解，對(duì)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了不少的問(wèn)題。調(diào)試過(guò)程中得到了老師的耐心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。同時(shí)，也感受到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性!謝 辭在這次計(jì)算機(jī)控制課設(shè)的設(shè)計(jì)的過(guò)程中，得到了指導(dǎo)老師與同學(xué)的很多幫助。非常感謝我的老師耐心地給我分析不懂的問(wèn)題，給我提出的寶貴的意見。也感謝給予我?guī)椭?，并協(xié)助我調(diào)試系統(tǒng)的同學(xué)們。沒有你們，這個(gè)繼電器水溫控制系統(tǒng)不會(huì)這么順利地實(shí)現(xiàn)。謝謝你們！最后，謹(jǐn)向百忙之中抽出寶貴時(shí)間審閱論文的老師表示由衷的謝

26、意!參考文獻(xiàn)1 潘新民 編著 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 電子工業(yè)出版社 20102 何有才 編著 常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 科學(xué)出版社 20073 童詩(shī)白 主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 高等教育出版社 20064 胡壽松 主編 自動(dòng)控制原理（第五版） 科學(xué)出版社，20025 例說(shuō)51單片機(jī)附 錄pcb圖鍵盤：系統(tǒng)部分核心程序：(1)pid三種算法程序：sbit pid_out=p10; /pid輸出，控制繼電器unsigned char get_t_flag;int pid_p=10; / 比例常數(shù) proportional const int pid_i=1; / 積分常數(shù) integr

27、al const int pid_d=10; / 微分常數(shù) derivative const int old_e; /上次偏差int now_e; /本次偏差int sum_e; / 偏差和int d_e; /偏差差，微分int now_t,now_ts; /實(shí)際溫度int old_t;int get_t_count=0;int out_count=0;int heat_time;/* !標(biāo)準(zhǔn)pid算法!*/ int normal_pid(int set_t) /讀取pid參數(shù)和計(jì)算 now_ts=readtemperature()%10000/10;if(now_ts200)now_t=no

28、w_ts;/獲取溫度now_e=set_t*10 - now_t; /當(dāng)前偏差sum_e+=now_e; /積分項(xiàng)求和d_e=now_e-old_e; /微分項(xiàng)求差 old_t=now_t; /保存上次溫度值old_e=now_e; /保存上次偏差值if(now_t(set_t*10) pid_i=20;else pid_i=1;return(pid_p*now_e+pid_i*sum_e+pid_d*d_e)/100; /比例項(xiàng) /積分項(xiàng) / 微分項(xiàng) /* !變速積分pid算法!*/ int speed_change_pid(int set_t) now_t=readtemperature(

29、)%10000/10;now_e=set_t*10 - now_t; sum_e+=now_e; /積分項(xiàng)求和d_e=now_e-old_e;/微分項(xiàng)求差 old_t=now_t; /保存上次溫度值old_e=now_e; /保存上次偏差值pid_p=300;pid_i=(set_t*10-200)-now_e); /得到0e的值，40度時(shí)，0200/-對(duì)應(yīng)pid_i隨偏差的減小而增大-/return (pid_p*now_e+pid_i*sum_e/10+pid_d*d_e)/100; /比例項(xiàng) /積分項(xiàng) / 微分項(xiàng) /* !開關(guān)控制+pid算法!*/ int switch_and_pid(

30、int set_t) now_t=readtemperature()%10000/10;/獲取溫度now_e=set_t*10 - now_t; /當(dāng)前偏差if(now_e=30) /偏差300) out_count=0; /pid最大值300if(out_countheat_time) pid_out=0; /加熱else pid_out=1; /不加熱if(heat_time=0) pid_out=1; /不加熱t(yī)h0=60536/256; tl0=60536%256; /定時(shí)中斷初值，中斷一次5ms/* !pid初始化!*/ void pidbegin() tmod=0x01; th0=

31、60536/256; tl0=60536%256; /定時(shí)5ms ea=1; et0=1; tr0=1; /開定時(shí)中斷0 （2）部分主程序19void main() /主程序 initlcd(); /液晶初始化pidbegin(); /pid初始化delay1ms(10);init_set();set_ts=set_t*10;while(1) if(get_t_flag=1) /2s采樣1次 get_t_flag=0; now_ts=readtemperature()%10000/10; if(now_ts200) now_t=now_ts;/獲取溫度 if( (now_tset_ts)& (now_t-set_ts)4) ) heat_time=0; if( (now_t5) ) heat_time=0; if( (now_t10) ) heat_time=20; if( (now_t30) ) heat_time=100; if( (now_t50) ) heat_t