單片機(jī)的溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)孫連強(qiáng)

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部:信息與控制工程學(xué)院專業(yè)：電氣自動(dòng)化班級(jí)：2008級(jí)4班學(xué)生姓名：孫連強(qiáng) 學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師：戴曰章2010年 12月10日指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ):成績(jī)：指導(dǎo)老師簽字：年 月 日第一章前言01.1課題背景與意義01.2溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用01.3課程設(shè)計(jì)任務(wù)1第二章系統(tǒng)方案12.1水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求12.2水溫控制系統(tǒng)部分22.2.1 CPU中央處理器22.3控制方式3第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明33.2外部電路設(shè)計(jì)4溫度采集電路43.2.2 溫度控制電路 43.3單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)5系統(tǒng)框圖53.3.2 A/D

2、轉(zhuǎn)換電路6鍵盤(pán)設(shè)置電路7數(shù)碼顯示電路7第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 84.1程序框架結(jié)構(gòu)84.2程序流程圖及部分程序9主程序模塊9系統(tǒng)初始化10423按鍵程序10423 A/D 采樣數(shù)據(jù)處理10425 PID 計(jì)算 11426繼電器控制12427單片機(jī)最小系統(tǒng)134.3系統(tǒng)安裝調(diào)試與測(cè)試14第五章結(jié)論15參考文獻(xiàn)15附件1 （程序代碼）：16附件2 （電路原理圖）：24第一章前言1.1 課題背景與意義在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量 都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行 業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、

3、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用MCS-51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被 控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。目前，溫度控制系 統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有 著較大的差距。現(xiàn)在，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制 場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還

4、不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng) 用的控制儀表較少。隨著嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣 泛應(yīng)用，人們對(duì)電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來(lái)越高，作為高新技術(shù)之一 的單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等 諸多優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)應(yīng)用廣泛。1.2 溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用鹽浴爐溫度控制系統(tǒng)利用 S型鉑銠-銠熱電偶檢測(cè)溫度，熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償， 熱電偶檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)放大、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換再送單片機(jī)保存，采用分段 查表法獲取各點(diǎn)溫度。選用可控硅過(guò)零觸發(fā)自動(dòng)控制鹽浴爐溫度，控制周期為 100個(gè)三相交流市電周期，即2s。由單片機(jī)控制可按預(yù)設(shè)溫度曲線進(jìn)行加熱，并可實(shí)

5、時(shí)顯示加溫曲線。大型糧庫(kù)采用主機(jī)為PC上位機(jī)，從機(jī)為 68HC08GP32為主控芯片的分機(jī)（下位機(jī)）。下位機(jī)采用 DALLAS的數(shù)字式溫度傳感器芯片 DS182Q可以在三根線（電源線、地線、信號(hào)線）上同時(shí)并聯(lián)多個(gè)溫度探測(cè)點(diǎn)。 每個(gè)分機(jī)上可以連接10跟電纜，每根電纜上可并聯(lián)幾十個(gè)點(diǎn)。分機(jī)利用了68HC08GP32勺片內(nèi)FLASH功能，實(shí)現(xiàn)了 DS1820的序列號(hào)在 68HC08GP3沖的動(dòng) 態(tài)存取，從而節(jié)省了大量存儲(chǔ)器。 溫度數(shù)據(jù)保存在68HC08GP32勺片內(nèi)RAM里并 且利用了充分利用了 68HC08GP32勺片內(nèi)的A/D實(shí)現(xiàn)了濕度數(shù)據(jù)的測(cè)量。有的還 用PLC來(lái)控制總之溫度控制系統(tǒng)的控制方式

6、是多種多樣的。1.3 課程設(shè)計(jì)任務(wù)本文主要介紹單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件的選取和控制算法的選擇、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的整定。以AT89C51為CPU溫度信號(hào)由PT1000和電壓放大電路提供。電壓放大電路用超低溫漂移 高精度運(yùn)算放大器OP07將溫度-電壓信號(hào)進(jìn)行放大，用單片機(jī)控制SSR固態(tài)繼 電器的通斷時(shí)間以控制水溫，系統(tǒng)控制對(duì)象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變，具有較 好的快速性與較小的超調(diào)。第二章系統(tǒng)方案2.1水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為1升凈水，水溫可以在一定范圍內(nèi)由

7、人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求：溫度設(shè)定范圍為40 °C，目標(biāo)溫度的土 5°C；加熱棒功率2KV，控制器為繼電器；用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度。2.2水溫控制系統(tǒng)部分水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，組成框圖如圖1所示，由控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象其反饋?zhàn)饔玫臏y(cè)量變送組成。測(cè)量變送試通過(guò)溫度傳感器Pt1000來(lái)傳送的?？刂破魇峭ㄟ^(guò)單片機(jī)來(lái)完成。圖1控制系統(tǒng)框圖中央處理器方案一：采用8031作為控制核心，使用最為普遍的器件 ADC0804作模數(shù)轉(zhuǎn) 換，控制上使用對(duì)加熱棒加電對(duì)水槽里的水升溫。此方案簡(jiǎn)易可行，器件價(jià)格 便宜，

8、但8031內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器需擴(kuò)展，增加了電路的復(fù)雜性。方案二：此方案采用8951單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯 控制。進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，控制電路部分采用 SSR固態(tài)繼電器控制加熱棒的通斷， 此方案電路簡(jiǎn)單并且可以滿足題目中的各項(xiàng)要求的精度。比較兩個(gè)方案可知，采用 Atmel單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)本題目，不管是從結(jié)構(gòu)上，還 是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢(shì)，所以最后決定使用AT89C51作為該控制系統(tǒng)的核心。根據(jù)溫度變化慢，并且控制精度不易掌握的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了水箱溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，總體框圖如圖 2所示。溫度控制采用改進(jìn)的 PID數(shù)字控制算法,顯示采用用3位LED靜態(tài)顯示。PT1000前置放丈圖2總體A

9、T89C51AD0S04LED顯示控制器設(shè)計(jì)框圖2.3控制方式該控制系統(tǒng)是把輸出量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定量進(jìn)行比較（綜合），并利用控制器形成的控制信號(hào)通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)SSR對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，減小輸出量的誤 差，達(dá)到控制目的。在此控制系統(tǒng)中單片機(jī)就相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的運(yùn)算器 控制器，它對(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定位之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算然后給出控 制信息，單片機(jī)的運(yùn)算規(guī)則稱為控制法則或控制算法。第三早系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明本系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，總體框圖如圖2所示。單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，AT89C51可以

10、提供系統(tǒng)控制所需的I/O口、中斷、定時(shí)及存放中間結(jié)果的 RAM電路；前向通道是信息采集的通道，主 要包括傳感器、信號(hào)放大、 A/D轉(zhuǎn)換等電路；由于水溫變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的 過(guò)程，因此前向通道中沒(méi)有使用采樣保持電路；信號(hào)的濾波可由軟件實(shí)現(xiàn)，以 簡(jiǎn)化硬件、降低硬件成本。鍵盤(pán)設(shè)定：用于溫度設(shè)定，共三個(gè)按鍵。數(shù)據(jù)采樣：將由傳感器及相關(guān)電路采集到的溫度轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送入AT89C51相應(yīng)接口中，換算成溫度值，用于控制和顯示。數(shù)據(jù)顯示：采用了共陰極數(shù)碼管LED進(jìn)行顯示設(shè)置溫度與測(cè)量溫度。繼電器/加熱棒：通過(guò)三極管控制繼電器的開(kāi)關(guān)來(lái)完成對(duì)加熱棒的控制。3.2外部電路設(shè)計(jì)溫度采集電路采用溫度傳

11、感器鉑電阻PtIOOO,對(duì)于溫度的精密測(cè)量而言，溫度測(cè)量部分是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。溫度傳感器的選擇是這塊電路的關(guān)鍵，它是直接影 響整個(gè)系統(tǒng)的性能與效果的關(guān)鍵因素之一。這里采用的是精密級(jí)鉑電阻溫度傳 感器PtIOOO，它的金屬鉑含量達(dá) 99. 9999%，因?yàn)殂K電阻的物理和化學(xué)性能在 高溫和氧化介質(zhì)中很穩(wěn)定、價(jià)格又便宜，常用作工業(yè)測(cè)量元件，以鉑電阻溫度 計(jì)作基準(zhǔn)器線性好，溫度系數(shù)分散性小，在01OO攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于O.5攝氏度，性能穩(wěn)定，廣泛用于精密溫度測(cè)量和標(biāo)定。鉑熱電阻與溫度關(guān)系式 Rt = R/1 At - Bt2），其中：Rt-溫度為t攝氏度時(shí)的電阻；Ro-溫度為O攝氏度時(shí)

12、的電阻；A B-溫度系數(shù) A=3.94*102/ C；其中 B=-5.84*10”“ 廠C； T-任意溫度。3.2.2 溫度控制電路此部分通過(guò)控制繼電器的通斷從而控制加熱棒，采用對(duì)加在加熱棒兩端的 電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫 控制的目的，即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。此部分的繼電器采用的是 SSR繼電器，即固態(tài)繼電器，主要由輸入（控制） 電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出（負(fù)載）電路三部分組成。固態(tài)繼電器的輸入電路是為 輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器 的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要

13、由輸出器件（芯片）和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，固態(tài)繼電器（SSR是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特 性來(lái)完成其隔離和繼電切換功能。圖3是它的工作原理框圖，圖9中的部件-構(gòu)成交流SSR的主體，從整 體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端（A和B）及兩個(gè)輸出端（C和D），是一種四端器 件。工作時(shí)只要在 A、B上加上一定的控制信號(hào)，就可以控制 C、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能。圖3 SSR結(jié)構(gòu)圖由于開(kāi)關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖 峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過(guò)零控制電路”。為使其實(shí)現(xiàn)過(guò)零控制，就是要實(shí) 現(xiàn)工頻電壓的過(guò)零檢測(cè)， 并

14、給出脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制可控硅過(guò)零脈沖數(shù)目 當(dāng)在其輸入端加入控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通，從而使得加熱棒加熱以致溫度上 升；當(dāng)此時(shí)撤離控制信號(hào)時(shí)， 輸出端斷開(kāi)，而使加熱棒停止加熱從而溫度下降圖4加熱棒控制電路3.3單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖LET）顯示AT89C51單片機(jī)*控制信號(hào)圖5系統(tǒng)框圖3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路ADC0804是CMOSI成工藝制成的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器芯片。分辨率為 8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100卩s，輸出電壓范圍為05V,增加某些外部電路后，輸入 模擬電壓可為土 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電 路的輸出可以直接連接到 CPU的數(shù)據(jù)總線上，無(wú)需附加邏輯

15、接口電路。csl 1rd E2ZWR | 3CLKIN l4INTR5VIN+ |"6VIN-7AGND l8-VREF/2 9DGND 匝20 JVCC19 CLKRZEID717 D6ADC080415 D414D313 D2莎D111JD0CS數(shù)據(jù) 輸出咼阻讀數(shù)圖6 ADC0804引腳圖 圖7 ADC0804控制信號(hào)的時(shí)序圖采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在指令執(zhí)行過(guò)程中，微處理器在控制總線的同時(shí)產(chǎn)生CS1WR低電平信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100卩S后將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存于輸出鎖存器，并在INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，并通知微處理器可

16、來(lái)取數(shù)。當(dāng)微處理器通過(guò)總線查詢到INTR為低電平時(shí)，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS RD2低電平信號(hào)到 ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由微處理器有序地執(zhí)行若干指令完成，AD0804的連接圖如圖&333鍵盤(pán)設(shè)置電路單片機(jī)上的 P25 口接S1, P26 口接S2, P27 口接S3。S1:設(shè)置溫度的十位數(shù)：0 9S2:設(shè)置溫度的個(gè)位數(shù)：0 9S3:工作模式選擇鍵，共有兩種工作模式：正常工作狀態(tài)、溫度重新設(shè)置。圖9鍵盤(pán)設(shè)置電路系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按 S1次數(shù)，十位的數(shù)碼管順序 增加。同樣S2,也如此。按S3后，系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)溫，并與采集的溫

17、度進(jìn)行比較， 通過(guò)軟件來(lái)控制加熱棒的開(kāi)關(guān)。數(shù)碼顯示電路數(shù)碼管作為單片機(jī)系統(tǒng)最為常用的輸出器件，在顯示時(shí)可以由數(shù)字和少量12D1GIy【山口JJG36RwfllidicbrH 寸亠亍 白白白白 &sp-a §口 §口 8M4字母組合完成輸出功能的系統(tǒng)中應(yīng)用十分方便。圖21為AT89C51最小系統(tǒng)以及 一個(gè)四位共陰數(shù)碼管，DIGO、DIG1、DIG2、DIG3分別與單片機(jī)的 P21、P22、P23、P24相連，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端。從而可以通過(guò)單片機(jī)選通所需顯示的數(shù)碼管。SegA-SegDp 口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，利用其串 /并轉(zhuǎn)換功能，送入 數(shù)碼管顯示。在此外接

18、了一個(gè)10K的排阻來(lái)保護(hù)LED圖10數(shù)碼管顯示電路第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序框架結(jié)構(gòu)一個(gè)整體的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是由各個(gè)在系統(tǒng)里起著不同作用的模塊整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所要實(shí)現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)硬件接口如下：P1-AD;P00P07-LEDa LEDdp.;P25P27-S1 S3;P20P23-COMCOM3此系統(tǒng)包括主控制程序，A/D采樣數(shù)據(jù)處理程序，PID算法程序，LED顯示圖11程序結(jié)構(gòu)圖主程序模塊對(duì)子程序模塊的調(diào)用進(jìn)行管理，它主要負(fù)責(zé)初始化10 口；等待鍵盤(pán)的被按下，并調(diào)用相應(yīng)的模塊進(jìn)行處理；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候接受A/D采樣的數(shù)據(jù)，并與所設(shè)定的值進(jìn)行比較，然后通過(guò)調(diào)用PID算法處理數(shù)據(jù)，處理后

19、來(lái)控制繼電器的通斷，從而控制熱電管達(dá)到控制水溫的目的。4.2程序流程圖及部分程序主程序模塊由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)所用功能，主程序流程圖 如圖12所示。寫(xiě)程序時(shí)，調(diào)用程序前即系統(tǒng)運(yùn)行首要先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，對(duì)按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。接下來(lái)看是否有溫度數(shù)據(jù)采 集到，如果有就進(jìn)行 A/D采樣及PID處理數(shù)據(jù)，最后所得結(jié)果與設(shè)定值比較從 而控制繼電器通斷。圖12主程序流程圖422系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化包括 A/D 口初始化、按鍵初始化等。對(duì)端口的初始化即是對(duì)端 口相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，這些初始化程序都嵌入在各個(gè)子程序里面。按鍵程序按鍵掃描：由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈

20、起按鍵時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈跳抖動(dòng)過(guò) 程，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，因此為了保證探險(xiǎn)鍵識(shí) 別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)。鍵值處理：圖13是對(duì)鍵值的處理流程圖。4.2.3 A/D采樣數(shù)據(jù)處理當(dāng)采樣到溫度數(shù)據(jù)時(shí)，為了防止在采樣過(guò)程中外界干擾而造成采樣數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，必須調(diào)用溫度均值處理程序，然后確定溫度系數(shù)使采樣轉(zhuǎn)換得到的電 壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值，并進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，用于顯示和PID計(jì)算。其中均值處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是 A/D轉(zhuǎn)換前必不可少的工具，流程圖如圖14所示。圖13鍵值處理圖14 A/D轉(zhuǎn)換流程圖計(jì)算由于單片機(jī)控制是一種采樣控制,系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過(guò)數(shù)值公式近似計(jì)算UiT iTd=心冷

21、（e -ed u。Ti j £T（式 4-1）Ui4T i 4T二 Kpeuej丄（ey-eJ U。Tij=0T（式 4-2）由此可得增量式算法公式:（式 4-3 ）（式 4-4 ）u =u -UiTTd=Kp（e -ei） e （e 化丄 e»TT2=Kp3e + Iei + Di ei2二 Kp e KiC Kd ： ei這個(gè)計(jì)算的過(guò)程可用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制繼電器是和 AT89C51單片機(jī)的P25 口相連的，它的開(kāi)斷完全取決于P25 口的輸出，即PID計(jì)算的結(jié)果。當(dāng)輸出小于零說(shuō)明設(shè)定值小于實(shí)際輸出值，這是 就要關(guān)閉電爐，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器的計(jì)時(shí)。如果輸出值大于設(shè)

22、定值5攝氏度時(shí)就可以開(kāi)電爐對(duì)水開(kāi)始加熱。如果設(shè)定值與實(shí)際輸出值差值在5攝氏度以內(nèi)時(shí),我們就調(diào)用中斷程序定時(shí)加熱圖15數(shù)據(jù)采樣中斷服務(wù)程序的流程圖，此中斷程序采用的是 2Hz中斷定時(shí)0.5秒鐘采樣一次。圖16控制程序的中斷服務(wù)程序， 用來(lái)對(duì)繼電器定時(shí)加熱。 它利用中斷定時(shí)器10ms確定加熱時(shí)間，當(dāng)加熱時(shí)間未到時(shí)，繼續(xù)時(shí)間累積，若加熱時(shí)間到時(shí)，就調(diào)用關(guān)定時(shí)器子程序，停止計(jì)時(shí)。圖15數(shù)據(jù)采樣中斷程序流程圖427 單片機(jī)最小系統(tǒng)在以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)擔(dān)負(fù)著接受外部信號(hào)，發(fā)出 控制指令等重要作用，是構(gòu)建控制系統(tǒng)的前提，所以在開(kāi)始直流電機(jī)控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)之前必須首先搭建起一套能正常工作的

23、單片機(jī)最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)最基本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的好壞決定了一個(gè)系統(tǒng) 的好壞，所以說(shuō)最小系統(tǒng)是單片機(jī)里最基本的系統(tǒng)，也是重要的系統(tǒng)圖17單片機(jī)最小系統(tǒng)4.3系統(tǒng)安裝調(diào)試與測(cè)試1測(cè)觸點(diǎn)電阻用萬(wàn)能表的電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0;而常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無(wú)窮大。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開(kāi)觸 點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試本系統(tǒng)使用的繼電器為常開(kāi)式。2測(cè)線圈電阻可用萬(wàn)能表RX 200Q檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在 著開(kāi)路現(xiàn)象。3測(cè)量吸合電壓和吸合電流找來(lái)可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串 入電流表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。慢慢調(diào)高電源電壓，聽(tīng)到繼電

24、器吸合聲時(shí)，記下該吸合電 壓和吸合電流。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。4測(cè)量釋放電壓和釋放電流進(jìn)行連接測(cè)試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽(tīng)到繼電器發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋 放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的1050%,如果釋放電壓太小（小于 1/10的吸合電壓），則不能正常使用了，這樣會(huì)對(duì)電 路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。第五章結(jié) 論此課程設(shè)計(jì)是水溫控制系統(tǒng)，首先是方案的選擇，這是課程設(shè)計(jì)的最主要 的環(huán)節(jié)。然后進(jìn)行軟件編程，通過(guò)數(shù)據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。再接下來(lái)是添加單元電路，并進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試

25、過(guò)程中，遇到不少問(wèn)題，主要是 經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)過(guò)不停的摸索，問(wèn)題基本上得到了解決。我也懂得了系統(tǒng)要有良 好的控制效果，其前端采集溫度信號(hào)需要足夠精確，其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡(jiǎn)單實(shí) 用，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，并且運(yùn)用多種算法使得數(shù)據(jù)更為接近真實(shí)值。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要難題為控制系統(tǒng)輸出控制和PID控件，系統(tǒng)PID輸出為模擬信號(hào)而該系統(tǒng)的控制對(duì)象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無(wú)法滿足控制 需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會(huì)因頻繁開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā) 生。所以在系統(tǒng)執(zhí)行部分選取了SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，從而克服了觸點(diǎn)式繼電器的不足。PID控件的難題在于參數(shù)整定，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)參數(shù)整定只 能使用經(jīng)驗(yàn)湊試

26、，而且調(diào)試的時(shí)候一定要耐心?？偟膩?lái)說(shuō)通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)到了很多東西，無(wú)論是動(dòng)手能力，分析問(wèn) 題的能力都得到了提高，重要的是建立了對(duì)電子設(shè)計(jì)興趣。最大的體會(huì)還是理 論運(yùn)用到實(shí)踐還是有很大差距，理論學(xué)得再好到了實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn) 很多問(wèn)題，這些問(wèn)題通過(guò)多實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)可以得到解決。參考文獻(xiàn)北京：北京航天航空大學(xué)出版北京：北京航天航空大學(xué)出版北京：北京航天航空大學(xué)出版1 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電路設(shè)計(jì)社，20072 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練社，20073 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn) 社，20074 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2002胡壽松.自動(dòng)

27、控制原理（第四版）.北京：科學(xué)出版社， 2000，P220236附件1 （程序代碼）:#i nclude <AT89C51.h>#in clude vintrin s.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit S1 = P2A5;sbit S2 = P2A6;sbit S3 = P2A7;un sig ned GetCh (void)un sig ned char s = 0,k = 0;if(!S1) s = 1;/對(duì)于不同按鍵按下賦予不同數(shù)值，以供后面程序判斷if(!S2) s = 2

28、;if(!S3) s = 3;k = s;if(s)while(s)delay(1000);s = 0;if(!S1) s = 1;if(!S2) s = 2;if(!S3) s = 3;return k;以下是A/D轉(zhuǎn)換程序/=void Systemn itial (void) CS = 1;WR = 1;RD = 1;void GetAD(void) CS = 0;n op();/空操作WR1 = 0;Delay(IOO);WR1 = 1;n op();CS = 1;while(!INTR);n op();CS = 0;n op();RD1 = 0;n op();dat = P2;RD1

29、= 1;n op();CS = 1;ch = dat;/ch是全局變量int adc_data;if(G_ADC_flag)判斷是否有溫度采樣1,有0,無(wú)G_ADC_flag = 0;adc_data = adc_data_cmp();adc_data /= SET_ADC_TIME;/ 計(jì)算溫度平均值if(adc_data >0x0255) K = 0.079;/ 確定溫度系數(shù)else K = 0.076;fT = adc_data * K;/換算成溫度值將溫度值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制用于LED顯示guiLED_Value0 = (in t)fT/10;guiLED_Value1 = (in t

30、)fT%10;guiLED_Value2 = (in t)(fT*10)%10;stPID.Proportion = 1;/ 設(shè)置 PID 比例值stPID.Integral = 0.5;/ 設(shè)置 PID 積分值stPID.Derivative = 0.0;/ 設(shè)置 PID 微分值Out = 100*PIDCalc ( &stPID,(int)(fT*10) ); /PID 計(jì)算/=函數(shù)：int adc_data_cmp()語(yǔ)法：int adc_data_cmp()描述：ADC采樣數(shù)據(jù)的均值處理，抗干擾作用參數(shù)：無(wú)/返回：無(wú) /=int adc_data_cmp() int max;i

31、nt min;int Sum;int i;max = ADC_DataSaveO; for(i=0;i<10;i+) if(ADC_DataSavei>max) max = ADC_DataSavei;min = ADC_DataSavei; for(i=0;i<10;i+) if(ADC_DataSavei<mi n) min = ADC_DataSavei;for(i=0;i<10;i+)Sum += ADC_DataSavei;Sum = Sum - max-mi n;/取出最大值/取出最小值/計(jì)算累計(jì)值/排除最大最小值return(Sum);/PID算法子程序/=函數(shù)：void PIDnitial(void)語(yǔ)法：void PIDni tial(void)描述：PID初始化參數(shù)：無(wú)返回：無(wú)/= void PIDn itial(void) stPID.LastError =0;stPID.PrevError =0;stPID.SumError =0;/=函數(shù):float PIDCalc( PID *pp, in