畢業(yè)設計溫室智能控制系統(tǒng)的軟件設計

1、1 引言設施農(nóng)業(yè)是近十多年來隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術的突破，迅速發(fā)展起來的一種集約化程度很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術。由于設施農(nóng)業(yè)是在人為可控環(huán)境保護設施下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，他擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下自然氣候、季節(jié)的制約，以超時令、反季節(jié)生產(chǎn)的設施園藝作物為主，不僅使單位面積產(chǎn)量及畜禽個體生產(chǎn)量大幅度增長，而且保證了農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品，尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供應。設施農(nóng)業(yè)目前已由簡易塑料大棚、溫室發(fā)展到具有人工環(huán)境控制設施的自動化、機械化程度極高的現(xiàn)代化大型溫室和植物工廠。設施農(nóng)業(yè)在具有高附加值、高效益、高科技含量的設施園藝領域發(fā)展迅速，其栽培對象主要為蔬菜、花卉和果樹。近年來，設施畜牧業(yè)養(yǎng)殖也在逐漸興起

2、。隨著設施園藝栽培技術的不斷提高和發(fā)展，新品種、新技術及農(nóng)業(yè)技術人才的投入，提高了設施園藝的科技含量?，F(xiàn)已培育出一批適于保護設施栽培的耐低溫、弱光、抗逆性強的設施專用品種。工廠化育苗、嫁接育苗、噴灌、滴灌、無土栽培技術、小型機械、生物技術和微電腦自控及管理的使用，提高了勞動生產(chǎn)率，使栽培作物的產(chǎn)量和質(zhì)量得以提高。隨著社會的進步和科學的發(fā)展，設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展將向著地域化、節(jié)能化、專業(yè)化發(fā)展，向著高科技、自動化、機械化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)發(fā)展，為社會提供更加豐富的無污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。 溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍護結構材料，可在冬季或其它不適宜露地植物生長的季節(jié)供栽培植

3、物的建筑。11 概述設施農(nóng)業(yè)是指具有一定的設施，能在局部范圍內(nèi)改善或創(chuàng)造環(huán)境氣象因素，為動植物生長發(fā)育提供適宜的環(huán)境條件，進而進行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)。因其能提供動植物所需的最佳環(huán)境條件，也就能創(chuàng)造出最佳的經(jīng)濟效益，因此，設施農(nóng)業(yè)受到越來越多人的關注。設施農(nóng)業(yè)主要包括設施栽培和設施養(yǎng)殖。設施栽培主要是指蔬菜、花卉及果類的設施栽培，其主要設備有各類溫室、塑料棚和人工氣候室（箱）及其配套設備；設施養(yǎng)殖主要是指畜禽、水產(chǎn)品及特種動物的設施養(yǎng)殖，主要設施有各類保溫、遮蔭棚舍和現(xiàn)代集約化飼養(yǎng)畜禽舍及配套設施。設施農(nóng)業(yè)能夠按照農(nóng)作物和禽畜水產(chǎn)在生長過程中所需要的光、溫、濕、氣、水、肥、飼料、廢物處理等綜合環(huán)境條

4、件進行適時的調(diào)節(jié)控制；可以應用農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的最新科研成果，可以采用適當?shù)霓r(nóng)業(yè)工程措施在局部空間的一定范圍內(nèi)控制氣候環(huán)境，實施相應的從品種選擇到生產(chǎn)管理全過程的整套技術，充分發(fā)揮因控制環(huán)境所獲得的增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量的巨大潛力；是農(nóng)業(yè)實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的最佳方式。溫室是一種性能較為完善的保護地類型，在我國北方冬季可以生產(chǎn)各種葉菜和果菜，但其造價比其它栽培設施高得多。有些溫室內(nèi)部裝備有各種環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，如采暖、通風、灌溉、二氧化碳施肥、補充照明等裝置，使得溫室的性能進一步完善，因而可以周年利用，獲得高產(chǎn)。12 本設計的市場前景上述幾點不難看出,雖然我國的設施農(nóng)業(yè)有了很大的進步.但是我們和發(fā)達國

5、家還是有一定的差距,現(xiàn)在的設施農(nóng)業(yè)缺乏科學性的指導和科學化的設備.經(jīng)過市場調(diào)查發(fā)現(xiàn),市場上不缺乏好的設備.可是相對的說,我們的顧客只能對這些設備望而止步,價格太貴難以承受.因此,需要一種價格便宜而效果相對又不錯的濕溫控制系統(tǒng)成了他們所希望的,本產(chǎn)品造價一般,而且簡單方便.可以增大使用人群的推廣.在設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展中,人類對其需求量越來越大.特別是溫室的反季節(jié)蔬菜收到很多人的追捧.因此,濕溫自動控制系統(tǒng)的前景會很廣闊.2 PID控制算法的研究人腦的發(fā)達程度應當是人類相對于地球上的其它生命之所以如此優(yōu)越的生活的一個最本質(zhì)的原因。同樣，對于一個控制系統(tǒng)，其控制算法的好壞對于整個系統(tǒng)控制性能的好壞也將起

6、著至關重要的作用。對于此次恒溫、恒濕控制箱的溫度在10度一140度之間按任意給定曲線跟隨，其控制精度均在正負0. 2度之間，抖坡函數(shù)和階躍函數(shù)的拐點處無尖峰，也即無超調(diào)。同時，無欠調(diào)。因此采用智能PID控制。此次設計，濕度控制相對于溫度控制精度不是很高，但是，濕度和溫度一起拉制難免受溫度影響，尤其在高溫高濕的控制條件下。因此，要嚴格遵守相關的國家標準，從每個環(huán)節(jié)著手，盡量減小誤差。2.1 PID控制在大多數(shù)情況下，為了控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能滿足工程上的要求，往往在系統(tǒng)中加進一些校正裝置，以改善系統(tǒng)的特性，滿足工程的要求。這種措施稱為校正。為此目的加入的裝置稱為校正裝置。在控制系統(tǒng)中，進行校正

7、的方式有很多，串聯(lián)校正采用的比較普遍。它的作用通常是對系統(tǒng)中的誤差信號進行比例、積分、微分等運算，形成適用的控制信號，以獲得滿意的控制性能.校正裝置所進行的運算叫做系統(tǒng)的控制規(guī)律，其中，用以實現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律(即PID算法)的校正裝置稱為比例積分微分控制器.2.2 PID各控制環(huán)節(jié)的作用比例環(huán)節(jié)的作用是改變比例環(huán)節(jié)的系數(shù)即增大系統(tǒng)開環(huán)比例系數(shù)以提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度，降低系統(tǒng)的惰性，加快響應速度。但比例系數(shù)太大，會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。積分環(huán)節(jié)的作用是可以消除靜態(tài)殘差。在靜態(tài)下，積分拉制器的輸入信號e (t)雖然為零，但它的輸出信號u (t)仍可以維持在某一非零值。靠該u tt)控制信

8、號的控制作用，使該系統(tǒng)的靜態(tài)輸出量y (t)保持與輸入量X (t)相等。這一點是比例控制器做不到的。因為對于比例控制器，不等于零的拉制信號要求有不等于零的誤差信號。也就是說，在靜態(tài)必須靠一定的誤差來維持輸出與輸入之間的比例關系然而，系統(tǒng)中加入積分單元，可以改變系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項式，從而可能使一個穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)橐粋€不穩(wěn)定的系統(tǒng)。同時，積分作用往往導致系統(tǒng)響r遲緩。微分環(huán)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。當動態(tài)過程接近于達到靜態(tài)時，誤差信號變化不大或是變化緩慢，微分作用也就微不足道。所以，微分作用不能單獨使用，它總是與比例作用結合起來使用。以比例加微分控制器為例來說明微分環(huán)節(jié)的作用。該控制器的傳遞函數(shù)：G

9、c (s) =Kp* (1+Td*s)如果它的輸入信號是e (t) ,輸出信號是u (t)，則有：u (t) =Kp*e (t)+Kp*Td*e (t)可見它所產(chǎn)生的控制作用不僅反映誤差信號而且還反映誤差信號的變化率?？傊?，PID調(diào)解就是調(diào)整比例、積分和微分各環(huán)節(jié)參數(shù)(Kp, Ti,Td)，使系統(tǒng)相互制約的快速性，穩(wěn)定性，動態(tài)特性和靜態(tài)精度滿足主要方面，兼顧其它方面，達到最優(yōu)的控制效果。其參數(shù)的選擇，通常通過湊試法，實驗法或由試驗得來的經(jīng)驗公式來確定，是一個比較復雜的過程。2.3 PID控制算式的數(shù)字化在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達式為: （2.1）式中:y (t)一一調(diào)節(jié)器的輸出

10、信號;e (t)一一調(diào)節(jié)器的偏差信號Kp 一一調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);Ti 一一調(diào)節(jié)器的積分時間;Td 一一調(diào)節(jié)器的微分時間; （2.2） （2.3）將式（2.2）和式（2.3）帶入式（2.1），則可得到離散的PID表達式： （2.4）n 一一采樣序號，n=0, 1, 2.e (n)一一第n次采樣時的偏差;t=T一一采樣周期;e (n-1)一一第n-1次采樣時的偏差.通常把(2. 4)式稱為位置控制算式。由式(2. 4)可以看出，要想計算Y（n），不僅需要本次與上次的偏差信號e (n)和e (n-1)，而且還要在積分項把歷次的偏差信號e(j)進行相加。這樣，不僅使得計算繁瑣，且為了保留e (j)還需

11、要占用很大的內(nèi)存。因此，進行如下改動:根據(jù)推理，可寫出第(n-1)次的PID的輸出表達式: （2.5）用式（2.42.5）可得到：式中：由式(2.6)可知，要計算第n次輸出值Y (n)，只需知丫(n-1) . e (n) .e (n-1) , e (n-2)即可，與式(2. 4)相比，計算要簡單得多。在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機構是采用步進電機或多圈電位器進行控制的，因此，此時給一個增量信號即可。式(2. 6)還可以表示為下式:式(2. 7)表示第n次輸出的增量Y (n) ,等于第n次與第n-1次調(diào)節(jié)器的差值，即在第n-1次的基礎之上增加(減少)的量。式(2. 7)叫做PID的增量控制式。2.

12、4 智能PID控制控制論的三個最為基本而又重要的概念:信.息、反饋和控制。今天，隨著科學技術的進步，信.息已經(jīng)變得越來越重要了。顯然，控制系統(tǒng)中的信息也不單純的僅僅是一種信號數(shù)值的大小，而且包括知識、經(jīng)驗等在內(nèi)的多種信息;反饋的概念已經(jīng)不再理解為單一的負反饋模式，根據(jù)控制的需要，可以暫時不加負反饋以開環(huán)形式運行，也可以根據(jù)特殊需要加正反饋等;控制也已經(jīng)不是單純地執(zhí)行某一單一控制規(guī)律，而是根據(jù)動態(tài)過程需要采取多種策略組合，以進行更有效的控制。從信息、反饋和控制的內(nèi)涵發(fā)生的變化可以看出，信.6,已經(jīng)廣義化了，反饋模式已推廣了，控制方式已多樣化了，他們變化的本質(zhì)特征在于智能化。從這個意義上講，可以把

13、具有智能信息處理、智能反饋和智能拉制決策的控制方式，稱為智能控制。從智能拉制論的觀點去解決復雜不確定性系統(tǒng)的拉制問題而設計的系統(tǒng)，就稱為智能控制系統(tǒng)。仿人智能控制算法，從控制結構和控制行為兩方面模仿了人的一些特點和功能，其中包括人的在線特性辮識、特性記憶以及直覺推理邏輯等。具體說來，主要根據(jù)控制器的輸入信號(即系統(tǒng)誤差)的大小、方向及其變化趨勢作出相應的決策，以選擇適當?shù)睦颇Ｊ竭M行控制。這種智能控制算法的最主要優(yōu)點是，它既不需要事先知道也不需要在線辮識被控制對象的精確模型，就能實現(xiàn)既快速又高精度的控制，且具有極強的魯棒性.此次設計的控制算法可以歸納如表2-1所示。表中e=r-y為系統(tǒng)誤差，r

14、為給定值,y為被調(diào)量。離散化之后用e (n)表示e的當前值，e (n-1) ,e (n-2)表示前1 , 2個周期的e值，e (n) =e (n卜e (n-1) ,De (n-1) =e (n-1)一。(n-2)表示當前和前1個周期e對時間的差分。表中其它符號說明如下:e (mn)一一e的第n個極值;M1, M2一一設定的誤差界限，MlM2;Kp一一比例增益;K1一一增益放大系數(shù)，K11;K2一一抑制系數(shù)，0K21;n一一自然數(shù)，表示控制周期的序號;P (n)一一輸出量P為第n次需要保持的值;P (n-1)一一n至前一個周期輸出量P的保持值;此系統(tǒng)具有大范圍漸近穩(wěn)定性，系統(tǒng)參數(shù)容易確定。本次設

15、計的具體參數(shù)如下:M1=10; M2=2.0;Kp=8.0; K1=1.5; K2=0.53 元器件的簡單介紹31 AT89C51AT89C51提供以下標準功能：20K字節(jié)閃速存儲器，256字節(jié)RAM，32根I/O引線，3個16位定時器/計數(shù)器，一個六向量兩極中斷結構，一個精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，AT89C55是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設計的并支持兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。空閑方式停止CPU工作但允許RAM，定時器/計數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止所有其他部件的工作直到下一個硬件復位。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0

16、口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級叫一驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻時把端口拉到高電平，此時叫可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。與AT89C55不同之處是，P1.0和P1.1還可以分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX )。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電陽的8位雙向I/O口，P2的輸出

17、緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電陽，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。 3.2 模數(shù)轉換器ADC0832ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模

18、擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32 S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出.可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832具有以下特點:18位分辨率:2雙通道A/D轉換；3輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；45V電源供電時輸入電壓在0-5V之間；5工作頻率為250KHZ，轉換時間為32S；6一般功耗僅為15mW；78P, 14PDIP(雙列直插)、PICC多種封裝；3.3 溫度傳感器AD590 集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽

19、和值VBE與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關系實現(xiàn)對溫度的檢測：式中，K波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時輸出為0，溫度25時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中：I流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學溫度，單位為K2、A

20、D590的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3 AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。 溫度傳感器獲得溫度的值，經(jīng)溫度檢測及變換電

21、路來調(diào)節(jié)電壓的大小，經(jīng)過電壓變換以及反向濾波電路使之輸出的模擬電壓能夠直接可以輸入到ADC0832中。3.4 濕度傳感器HM1500一、HM1500特性參數(shù)。（）、內(nèi)部飽含由HS1101型濕敏電容構成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對濕度成線性的直流電壓信號，輸出阻抗為歐，適配帶的單片機。（）、HM1500屬于通用型的濕敏傳感器，測量范圍是（599%RH ），輸出電壓范圍是，相對濕度為%是標稱輸出電壓為2.48V.測量精度為3%RH.靈敏.5%RH,即25MV/RH, 溫度系數(shù)(1050) 是0.1%RH/，響應時間為0s（）、采用電源（允許4.755.25），工作電流為0.4MA

22、(典型值)，漏電流小于300uA,工作溫度是-30+60之間二、主要特點體積小 ，不受水浸影響 ，完全互換性， 可造性高、長期穩(wěn)定性好 0-100%RH對應1-4VDC，輸出 55%RH時修正精度在+/-5%RH以內(nèi)， 受溫度影響小 ，比例于供電電壓 。三、優(yōu)點(1).高濕后迅速恢復 (2)獨特的固態(tài)多聚酯結構 (3)而化學侵蝕 (4)響應速度快 四、電容-濕度曲線 圖3.1電容-濕度曲線4 系統(tǒng)的硬件概述基于單片機的智能溫控儀其主要功能是：采集外界溫度，然后與內(nèi)設定的溫度相比較，再經(jīng)過PID運算處理，使溫度接近于內(nèi)設定的溫度，倘若溫度超過內(nèi)設定溫度過多就會實現(xiàn)光報警，同時，利用單片機向繼電器

23、發(fā)出高電平信號用來控制220V電加熱器的電源。另外，如果電路出現(xiàn)異常也同樣會報警，但不會切斷電源。該系統(tǒng)的硬件部分包括溫度采集模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊、單片機控制模塊、報警驅(qū)動電路模塊、數(shù)碼管顯示模塊，溫度控制模塊等。具體工作過程是：系統(tǒng)輸入由AD590溫度傳感器采集的溫度信號，再由模數(shù)轉換器ADC0832將該信號轉換后輸入到單片機，再由單片機控制是否發(fā)出報警，控制模塊是利用繼電器來切斷電源，以免溫度繼續(xù)上升，并且用三個數(shù)碼管同步顯示溫度。系統(tǒng)框圖如圖所示。濕度采集模塊溫度采集模塊數(shù)碼管顯示模 塊溫度控制模塊單片機控制模塊燈光報警模塊濕度控制模塊數(shù)據(jù)轉換模塊鍵 盤 圖4.1 系統(tǒng)框圖5 溫室智能控制

24、系統(tǒng)的軟件51 軟件部分的總體設計本息統(tǒng)軟件由單片機匯編語言編寫而成，采用模塊化結構設計。溫室智能控制系統(tǒng)其主要功能是：實現(xiàn)了對溫室里植物生長溫度及土壤和空氣濕度的檢測，監(jiān)控，并能對超過正常溫度、濕度范圍的狀況進行實時處理，使溫室環(huán)境得到了良好的控制。該系統(tǒng)的軟件部分包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、和光報警模塊等。AT89C51單片機提供了數(shù)據(jù)采集、顯示所需接口。單片機初始化鍵 盤 盤穩(wěn)度采集濕度采集溫度設定濕度設定溫度過限濕度過限PID調(diào) 節(jié)復位光電報警繼 電 器鍵盤 盤繼 電 器圖5.1 軟件總設計圖單片機初始化程序系統(tǒng)上電時，初始化程序?qū)?0h77h內(nèi)存單元清零，P2口置0。ORG 00

25、00HLJMP STARTORG 0003H ;外部中斷0入口RETIORG 000BH ；定時器0溢出中斷入口RETIORG 0013H ；外部中斷1入口 RETIORG 001BH ；定時器1溢出中斷入口RETIORG 0023H ；串行口中斷入口RETIORG 002BHRETICLER MEMIO:CLR AMOV P2,AMOV R0,#7OHMOV R2,#0DHLOOP MEM:MOV R0,AINC R0DJNZ R2,LOOP MEMMOV 20H,#00HMOV A,#0FFHMOV P0,AMOV P1,AMOV P2,ARETSTART:LCALL CLEAR MEMI

26、O；初始化LCALL TEST；測量一次LCALL DISPLAY；顯示數(shù)據(jù)一次AJMP MAINNOP ；PC值出錯處理NOPNOPLJMP START52 方案各模塊的軟件設計 模/數(shù)轉換模塊程序設計 為了高速有效的實現(xiàn)通信，我們采用單片機匯編語言編寫接口程序。由于ADC0832的數(shù)據(jù)轉換時間僅為32 u S，所以A/D轉換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證了某些場合對A/D轉換數(shù)據(jù)實時性的要求。當ADC0832未工作時其/CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將/CS使能端置于低電平并且保持低電平自到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工

27、作，同時由單片機向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2, 3個脈沖下沉之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。在本系統(tǒng)中由于只需要一路信號的轉換，所以通道0和通道1并聯(lián)在一起。VCC用5V電壓源供電，同時也是A/D轉換的參考電壓。 程序見附錄A 溫度采集模塊利用AD590溫度傳感器完成溫度的測量，把轉換的溫度值的模擬量送入ADC0832的其中一個通道進行A/D轉換，將轉換的結果進行溫度值變換之后送入數(shù)碼管顯示。 由于AD590的溫度變化范圍在55150之間，經(jīng)過10K之后采樣到

28、的電壓變化在2.182V4.232V之間，不超過5V電壓所表示的范圍，因此參考電壓取電源電壓VCC，（實測VCC4.70V）。由此可計算出經(jīng)過A/D轉換之后的攝氏溫度顯示的數(shù)據(jù)為：如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（2732（D*2350/128） 如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（D*2350/128）2732） 5.2.3按鍵檢測程序的設計考慮到所用按鍵較少所以采用獨立鍵盤。鍵盤功能簡介鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結合的方法來設計，低電平有效。按鍵ASN1，AN2，AN3，AN4的功能定義如表一所示。按鍵AN2與-INT0相連，采用外部中斷方式，并

29、且優(yōu)先級定為最高，按鍵AN3和AN4分別與p1.6和p1.5相連，采用軟件查詢方式，AN1為硬件復位鍵，與R，C構成復位電路 表3.1 按鍵功能按鍵鍵名功能AN1復位鍵使系統(tǒng)恢復AN2功能轉換鍵按鍵按下（燈亮）時，顯示溫度設定值。按鍵升起時（燈滅）時，顯示當前溫度值AN3加1鍵設定溫度漸次加1AN4減1鍵設定溫度漸次減1按鍵檢測程序: Start: MOV P1,#06H ;設I/O口為輸入方式 MOV A,P1 ;讀入鍵狀態(tài) CPL A JZ START JB ACC.5,FUN5 ;5號鍵按下轉 JB ACC.6,FUN6 ;6號鍵按下轉FUN5: AJMP SUB5FUN6: AJMP

30、SUB6SUB5: LJMP STARTSUB6: LJMP START PID離散化及程序設計首先對式（2.5）進行離散化，我們把圖2-1中的r(t),e(t),u(t),c(t)在第k次采樣時刻的數(shù)據(jù)分別用r(k),e(k),u(t),c(t)表示，于是式（2.1）變?yōu)?e(k)=r(k)-c(k) (4.1)當采樣周期T很小時，dt可用T近似代替，de(t)可用e(k)-e(k-1)近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 這樣，式（2.2）便可離散化成為以下差分方程式 (4.2)上式中u0是偏差為零時的初值。由式（2.2）可得： (4.3)將式（4.2）和式（4.3）相減，

31、即得數(shù)字PID增量型控制算式為 （4.4）設 ； 可將上式整理成如下形式：其中， 下面是增量型PID子程序流程圖圖 5.2 增量式PID控制算法子程序流程圖下面PID運算加以說明：所有的數(shù)都變成定點純小數(shù)進行處理。算式中的各項有正有負，以最高位作為符號位，最高位為0表示正數(shù)，為1表示負數(shù)。正負數(shù)都以補碼表示，最后的計算結果以原碼輸出。雙精度運算，為了保證運算精度，把單字節(jié)8位輸入的采樣值Cn和給定值Rn都變成雙字節(jié)16位進行運算，最后將運算結果取高8位有效值輸出。 程序見附錄A52.5 數(shù)據(jù)顯示模塊程序設計顯示器常作為單片機系統(tǒng)中最簡單的輸出設備，用以顯示單片機系統(tǒng)的運行結果與運行狀態(tài)。常用的

32、顯示器主要有LED數(shù)碼顯示器、LCD液晶顯示器和CRT顯示器。在單片機系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。本系統(tǒng)中使用七段LED數(shù)碼顯示器，是共陰極數(shù)碼管，因而各個數(shù)碼管的公共極COM端接地，要顯示某字段，則相應的輸出線必須是高電平。七段LED數(shù)碼管與單片機的接口很簡單，由于位控線的驅(qū)動電流較大，8段全亮時大約是4060mA，因此單片機的P2.5，P2.6，P2.7的輸出口加74LS06進行反相和提高驅(qū)動能力，然后在接LED顯示器的位控端。段控線的負載電流約為8mA，為了增加亮度，外加74LS244進行段控輸

33、出驅(qū)動，和單片機的P0口相接。字形代碼由P0口提供，數(shù)碼管的選擇由P2口的57位控制。52.6 聲光報警模塊直接由單片機的P2.7口控制的發(fā)光二極管，予以光報警。報警時信號燈亮，否則不亮。當輸出端輸出低電平時，信號燈便會發(fā)光報警。6 仿真調(diào)試我們采用偉福仿真系統(tǒng)對程序進行調(diào)試。程序流程的調(diào)試主要是查看程序運行的步驟是否正確，在某時刻程序運行所處的位置是否正確，是否能正確運行各個中斷服務程序。我們在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了許多錯誤，如編程錯誤、函數(shù)錯誤、語法錯誤等等。經(jīng)過多次調(diào)試基本能完成。 結 論1、論文總結本文針對溫度控制方面的問題，做了以下工作：1.1、對硬件的設計協(xié)助硬件設計者畫出單片機控制系統(tǒng)

34、的原理圖：在熟悉了各種芯片之后設計連接電路。1.2、對軟件的設計1） 設計流程圖：包括主程序框圖, PID子程序流程圖。2） 編寫程序：使用匯編語言依據(jù)設計出的模/數(shù)轉換模塊程序程序, 按鍵檢測程序， PID離散化及程序設計，PID子程序等。當然，本文的工作還是不完整的，缺乏系統(tǒng)性，還有待于進一步完善。應該在以下方面進行深入學習：a、溫度,濕度傳感器部分的設計。b、軟件部分的設計。c、軟件的調(diào)試。 致 謝本次設計是在楊銀賢老師的悉心指導和幫助下完成的，他對本次設計的構思、框架和理論運用給予了許多深入精心的指導，使得設計及論文得以順利完成。在論文撰寫過程中，他提供了許多寶貴的思路和建議，結合工作

35、體會和經(jīng)歷，提出了很多有價值的觀點，為完成本次設計和論文給予了極大的幫助。在此，獻上我最誠摯的感謝！設計的另一重要環(huán)節(jié)是程序的編寫。和我同組的同學負責軟件的編寫，他花了大量的時間查閱資料，請教老師和同學。該程序基本上滿足了設計之初的設想要求。在這里我要感謝她。通過這次設計，使我受益非淺。畢業(yè)設計是本科四年學習的大綜合；是一場綜合的考試；是一次社會實踐。設計所涉及到的東西，是前所未有的。要求知識的綜合性較高，各方面都要用到一點，但是我們的知識是不能達到這樣的要求的，我們在困難面前沒有低頭，通過各方面的渠道來彌補。這恰恰就是我們在平時里沒有注意到的自學能力，通過這次設計，培養(yǎng)了自學能力，為以后的繼

36、續(xù)學習打下基礎。同時這次設計是一個小型的社會團體，在這個小社會中如何相處等都是一個鍛煉。再次感謝所有支持和幫助過我的領導、老師和同學們！ 參 考 文 獻1.馬忠梅等.單片機的C語言應用程序設計.北京：北京航空航天大學出版社， 2003.112.陳龍三等.8051單片機C語言控制與應用.北京：清華大學出版社，1999.83.楊恢先等.單片機原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社，2003，34.趙亮等.單片機C語言編程與實例.北京：人民郵電出版社，2003.35.何英等.Protel99入門與應用.北京：機械工業(yè)出版社，2001.16.顏永軍等.Protel99電路設計與應用.北京：國防工業(yè)出版社，2

37、000.17.郭培源.電力系統(tǒng)自動控制新技術.北京：科學出版社，20018.孫涵芳.Itel16位單片機.北京：北京航空航天大學出版社，19959.諸邦田.電子電路實用抗干擾技術.北京：人民郵電出版社，199610.吳柄勝,王桂梅.8051單片機原理與應用.北京: 冶金工業(yè)出版社,2001.911.張俊謨,何立民.單片機中級教程.北京: 北京航天航空大學出版社，2000.612.李朝青等.單片機原理及接口技術.北京: 航空航天大學出版社,199413.鄧重一.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用.北京：北京航空航天大學出版社,199814.張俊漠.電子世界.電子世界編輯部出版,200015.李盤林，孟憲福.C程序設計及應用.高等教育出版社,199916.楊寧.單片機與控制技術.北京航空航天大學出版社,200017.張齊等.單片機應用系統(tǒng)設計技術.電子工業(yè)出版社,2001 18.程序匠人.MCS附錄 源程序代碼*顯示掃描程序* 軟件中使用片內(nèi)RAM的00H-02H單元作為顯示緩沖區(qū)，顯示緩沖區(qū)中存放3個要顯示的數(shù)據(jù)。DISPLAY：MOV A， #03H；8155初始化，P0，P1口為基本輸出口 MOV DPTR，#7F00H；7F00H為8155命令口地址 MOVX DPTR，A MOV RO，#OOH；動態(tài)顯示初始化，使R0指向緩沖區(qū)首址 MOV R3，#02H；位選字送