基于51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

溫度是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中最常見的參數(shù)之一，對溫度的精確測量和控制具有重要意義。為此，本文以 AT89S51單片機(jī)為處理核心進(jìn)行了智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)設(shè)計，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計方法。該設(shè)計使用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器進(jìn)行多點測溫，通過 RS232串口實現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)各溫度點的實時測溫及根據(jù)上位機(jī)的溫度設(shè)定值完成對其中一點溫度的控制。此系統(tǒng)具有測溫電路簡單、連接方便、轉(zhuǎn)換速度快、為上位機(jī)監(jiān)控部分可實時傳送溫度信號、控制精度高等優(yōu)點，因此，具有較廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞： AT89S51；智能溫度測量控制； DS18B20；RS232AbstractTemperatureisoneofthemostfamiliarparametersintheindustrialproductionanddailylife.Therefore,thispaperdesignstheunder-bitmachineofmulti-pointtemperaturemonitoringsystemwiththe89S51SCMastheprocessingcore.Itelaborateshardwareandsoftwaredesignmethodindetail.ThesystemusestheDS18B20digitaltemperaturesensortomeasuremulti-pointtemperature.ThroughtheRS232serialportitcanexchangedatabetweentheSCMandPC.Eachpointoftemperaturecanbemeasuredontimeandonepointofitcanbecontrolledaccordingtothetemperaturesettingstransmittdbyup-bitmachine.Basedontheadvantagesthatthissystemhasthesimpletemperaturemeasurementcircuit,theconvenientconnection,thequickchangespeed,thereal-timetransmissionoftemperaturesignalsforup-bitmachine,thehighprecisioncontrol,therefore,itwillhaveverygoodapplicationvalue.Keywords:AT89S51;multi-pointtemperaturemeasureandcontrol;DS18B20;RS2321.現(xiàn)代社會中，溫度控制的應(yīng)用越來越多。溫度是與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)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(lǐng)域內(nèi) ,對溫度的測控十分廣泛。在很多工業(yè)應(yīng)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。而在實際溫控過程中既要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性,又要求快速性。下面僅就在社會生產(chǎn)和生活中用處比較廣泛的幾處應(yīng)用加以闡釋。（1）在電子設(shè)備設(shè)計中，為防止系統(tǒng)損壞或性能降低，大都安裝了用于監(jiān)視危險溫度的傳感器，在多個熱點的系統(tǒng)中需要進(jìn)行多點溫度測量。微處理器□CPU）和數(shù)字信號處理器（ DSP）為高速芯片，可能產(chǎn)生過熱即危險溫度。另外一個熱源是安裝在機(jī)箱后部散熱器上的功率器件。風(fēng)扇是用來散熱的，但它的長時間運轉(zhuǎn)也會造成過熱。在每一處都有放置一個溫度傳感器可以單獨監(jiān)視每一處溫度，任一處溫度超出了安全范圍，系統(tǒng)就可以通過減低時鐘速度或關(guān)掉系統(tǒng)電源等手段防止發(fā)生問題。2）建筑節(jié)能是世界建筑技術(shù)發(fā)展的大趨勢， 我國目前在該領(lǐng)域的技術(shù)還是相當(dāng)落后。使用一種基于總線的和一線制數(shù)字的溫度傳感器測控系統(tǒng) ,可以應(yīng)用在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中 ,既能最大限度地達(dá)到節(jié)能的目的 ,又能很好地滿足人們對室內(nèi)熱環(huán)境智能化的要求。單總線數(shù)字式溫度傳感器有著獨特的單總線接口 ,可以在一條線上接多個傳感器 ,從而克服了模擬溫度傳感器與微機(jī)接口時的燈轉(zhuǎn)換等缺點。它具有測溫精度高、抗干擾能力強(qiáng) 、成本低、體積小等特點。 其具有良好的通用性 ,可以解決建筑的溫度測控問題 ,并利用總線的特殊優(yōu)勢解決了遠(yuǎn)距離多點測量問題 ,網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性好。3）金屬粉末注射成型技術(shù) （MetalInjectionMolding）是近年來粉末冶金學(xué)科和工業(yè)中發(fā)展比較突出的領(lǐng)域。其基本工藝過程是：將微細(xì)的金屬或陶瓷粉末與有機(jī)黏結(jié)劑均勻混合成為具有流變性的物質(zhì)，采用先進(jìn)的注射機(jī)注入具有零件形狀的模腔形成坯件，采用新技術(shù)脫除黏結(jié)劑，并經(jīng)過燒結(jié)使其高度質(zhì)密成為制品，必要時還可以進(jìn)行后處理。因此，溫度控制精度的高低直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，研究和設(shè)□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ DS18B20溫度測控系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到連續(xù)燒結(jié)爐的多點溫度控制，還可以應(yīng)用到其他工業(yè)對象的溫度控制，比如冶煉高爐，工業(yè)窯爐等；而且成本低，可靠性高。

(4)(4)某大型飛機(jī)洞庫線道長,環(huán)境復(fù)雜,由于其存儲有重要的軍事物資對其溫度、濕度、油分子濃度、火警等信號進(jìn)行綜合監(jiān)測是一項重要的任務(wù)。使用溫度監(jiān)控系統(tǒng)采取了微機(jī)與現(xiàn)場總線技術(shù) ,不但節(jié)省了布線費用 ,而且由于布線簡單,降低了系統(tǒng)巡檢的故障率 ,提高了其精度及可靠性。多點溫度綜合監(jiān)測與報警系統(tǒng)經(jīng)某飛機(jī)洞庫使用證明 ,其布線簡單,提高了系統(tǒng)抗干擾能力,使用成本比購買傳統(tǒng)的單個溫度表及需長距布線節(jié)省數(shù)萬元 ,且便于更新?lián)Q代 ,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距傳輸與信息化管理。(5)為滿足日益增長的蔬菜市場需求，提高人民的生活水平，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量采用溫室進(jìn)行蔬菜等農(nóng)作物培育。其中溫度監(jiān)測是控制農(nóng)作物生長的關(guān)鍵因素，由于不同溫室中的農(nóng)作物生長所需要的溫度不同且要求穩(wěn)定在一定的溫度范圍內(nèi)。僅僅是依靠人工管理存在溫度調(diào)節(jié)不及時、不準(zhǔn)確，影響作物生長及人力資源浪費等問題。□□□□□□□□□□□□□ DS18B20和LPC2132,□□□□□□□□□□□對異常情況進(jìn)行記錄并可調(diào)用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的優(yōu)點，能滿足作為溫室溫度□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ DS18B20□□□□□□□□量，不需要 A/D轉(zhuǎn)換，與微處理器容易接口，能夠有效的解決硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜的問題2.在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)實驗中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約能源，對加熱用的各種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動或爐內(nèi)物體而變化；或者要求有的電爐的爐溫根據(jù)工藝條件，按照某個指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。因此，對溫度不僅要不斷地測量，而且要進(jìn)行控制。電阻爐爐溫的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可歸納為以下幾個過程：(1)自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對升溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。(2)恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一口率 △□□□□(3)保溫段，即要求在某一過程中爐溫基本保持不變。(4)恒速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一口率 △□□□□(5)自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對降溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。而每一段都有時間的要求，如下圖所示：

隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其運行功能不斷增強(qiáng)，運行速度不斷提高，不但可用它來構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，也可以用它來完成工業(yè)過程的閉環(huán)控制。電阻爐溫度控制系統(tǒng)的組成如下圖所示：溫度控制系統(tǒng)框圖圖中的控制器即是單片機(jī)，它按比例控制規(guī)律來設(shè)計控制程序。比例調(diào)節(jié)□□□□□□□ D/A□□□□□□□□,□□□□□□□□□□,□□□□□阻爐的加熱強(qiáng)度。□□□□□□□□□□□□□□□□□□ AD590,□□□□□A/D轉(zhuǎn)換口溫度轉(zhuǎn)換成與其成正比的數(shù)字量。送入單片機(jī)與給定的溫度比較如果高于給定□□□□□□□□□ D/A來□□□□□□□□ ,□□□□□□□□□□□□□限值給D/A□□□□□□□□□□ ,□□□□□□□□□□□□□□□ .下面各章將分別介紹溫度控制系統(tǒng)的各部分組成及功能。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一．主要器件的使用和介紹 1\o"CurrentDocument"（一）、單片機(jī) 1\o"CurrentDocument"（二）、功能圖 6（三）、 DAC0832 6（四）、 ADC0804 9□□□ LM741運算放大器 11\o"CurrentDocument"（六）、單片機(jī)鍵盤和鍵盤接口 11□□□□ LED顯示器接口 11\o"CurrentDocument"二．實際電路 13\o"CurrentDocument"（一）、電路的制作 13\o"CurrentDocument"（二）、電路的調(diào)試 18\o"CurrentDocument"三．功能說明 18\o"CurrentDocument"（一）、采集部分 18\o"CurrentDocument"（二）、控制部分 19\o"CurrentDocument"四、結(jié)束語 20\o"CurrentDocument"五．致謝詞 21\o"CurrentDocument"六．參考文獻(xiàn) 22\o"CurrentDocument"附錄一 元件明細(xì)表 23\o"CurrentDocument"附錄二 系統(tǒng)總程序 25\o"CurrentDocument"附錄三 英文資料及其譯文 29\o"CurrentDocument"附錄四 翻譯中文 38\o"CurrentDocument"附錄五 電路原理圖 44信息工程學(xué)院 基于51信息工程學(xué)院 基于51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計第第#頁共44頁<4>如果控制系統(tǒng)中比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)都采用時，則應(yīng)?。?Kp=（1.2-2）R*t；K 0.5Kp（4—9）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)PID□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□應(yīng)曲線法等，在實際應(yīng)用中也很有效。應(yīng)該指出的是無論采用何種方法獲得的參數(shù)植，只是調(diào)試時的參考值，都要在實踐中不斷的檢驗并加以修正，方能找出最佳值。3。參數(shù)的精整參數(shù)的精整又稱精調(diào)即指控制系統(tǒng)在參數(shù)的參考值下運行，根據(jù)實際控制狀況對系統(tǒng)進(jìn)行判斷，修改參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀況。所謂最佳控制狀況即是最佳響應(yīng)特性給系統(tǒng)施加一定的擾動，給系統(tǒng)施加一定的擾動，和最小誤差。參數(shù)精整的方法也很多，我采用擾動曲線法。用擾動曲線法精整參數(shù)就是當(dāng)系統(tǒng)按參考參數(shù)閉環(huán)運行時，記錄被控制量的擾動響應(yīng)曲線，根據(jù)曲線的狀態(tài)來判斷和修正相應(yīng)的參數(shù)；再加擾動，錄響應(yīng)曲線，修正相應(yīng)參數(shù)，直至最佳。系統(tǒng)的擾動響應(yīng)曲線如圖圖中A1是被控量出現(xiàn)的第一個峰值，A2是第二個峰值。一般認(rèn)為當(dāng)擾動響應(yīng)曲線的兩個峰值之比為4時，參數(shù)最佳，即A1A2（4—10）這個比例確定的參數(shù)是一個綜合值，其他措施，如消除設(shè)定值變化沖擊的PID算法等。在溫度控制系統(tǒng)中采用震蕩。 所謂積分分離法就是在系統(tǒng)偏差較大時，入積分作用；為此，設(shè)置一個誤差積分限e（n）如果系統(tǒng)有特殊要求， 可在此基礎(chǔ)上再作修正或采取PID□□□□□□□PID□□□□□□□□□□□PID調(diào)節(jié)時，往往加入積分分離算法，以減小系統(tǒng)的超調(diào)和取消積分作用； 當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時，A,以判別誤差的大小。積分分離控制算法為:「 □A□□□□□□1 □A□□□□□□□4-11）□4）電路的制作使用Protel99按事先設(shè)計好的硬件電路畫電路圖并制作其PCB板，□□□□□□□,本設(shè)計中使用萬能板制作其硬件電路。 在電路原理圖設(shè)計好之后， 就可以開始制作實物了。具體步驟如下：<1>選擇元件。選擇元件時應(yīng)從其性能價格比考慮， 在保證性能要求的前提下， 盡量減少成本。如在選擇電容時，同一功率、容量的電容常用的有瓷片式、 滌綸式等等，但由于瓷片式電容誤差太大，且不穩(wěn)定，所以我選用滌綸式的電容。 溫度傳感器的信號放大線路中所使用的運算放大器其型號也有很多， 但由于741型的運算放大器可以通過調(diào)節(jié)其 5號管腳和4號管□□□□□,□□□□□□□□,□□□□□,□□□□□□□,□□□□ LM324型運算放大器雖然其價格較低， 但其“零漂” 現(xiàn)象較嚴(yán)重， 不穩(wěn)定，所以選用741型的運算□□□□□ LM741□□□,□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□要求的，需要采用可多圈調(diào)節(jié)的電位器。2>元件的固定及焊接。在固定元件時， 由于使用的是萬能板， 在插元件時要注意管腳之間不能短接。 元件的固定要按原理圖呈模塊化固定， 盡量避免線路的交叉。 元件固定好之后就可以焊接了， 焊接時要注意不能虛焊，注意美觀。（二）、電路的調(diào)試□□□□, □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ A/D、D/A變換電路兩大模塊。在調(diào)試時可以按模塊分別調(diào)試。首先， 對溫度傳感器及其信號放大電路進(jìn)行調(diào)試：A□□□□□□ LM741□□□□□□□ 3—4中的 A,B□□□,□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□ R0,使輸出端 UOUT=0V即可。B調(diào)節(jié)LM741的增益。方法：將熱電阻置于 50℃的水中，理論上要求放大線路□□□□□ UOUT=0V□□□□,□□□□ RL電位器?！鲈俅危瑢/D、D/A□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□則從新調(diào)整參數(shù)，直到符合要求則完畢。21元件明細(xì)表見附錄 2；PCB□□□□□□ 1。三．功能說明（一）、采集部分■利用 AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由 ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?！觥酢酢酢酢?AD590□□□□□□VR1,如以 01為參考值則應(yīng)使其電壓輸出為2.98V2.73V;如以 25℃為參考值，則應(yīng)使其電壓輸出為2.98V第二步設(shè)VR2使0℃時， OPA2的輸出為2.73V-2.73V=0V,而25℃時， OPA2的輸出電壓為 2.73-2.98=-0.25V（零位調(diào)整 ）第三步：調(diào)VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的輸出為 -0.25V,則 OPA3的輸出為1.25V各OPA的功能：OPA1：阻抗匹配；OPA2；減 2.73V,并反相；OPA3：放大 5倍并反相。各溫度與3個OPA及ADC0804DE□□□□□□□□□□溫度值OPA1OPA2OPA3ADCVINAD輸出值0℃2.732V0V0V0V00H10℃2.832V-0.1V0.5V0.5V19H20℃2.932V-0.2V1V1V32H30℃3.032V-0.3V1.5V1.5V4BH40℃3.132V-0.4V2V2V64H50℃3.232V-0.5V2.5V2.5V7DH60口3.332V-0.6V3V3V96H70℃3.432V-0.7V3.5V3.5VAFH80℃3.532V-0.8V4V4VC8H90口3.632V-0.9V4.5V4.5VE1H100口3.732V-1.0V5V5VFAH（二）、控制部分AD590采集到的溫度模擬量經(jīng)放大后， 輸入到ADC0804的VIN□□□□□□□□□□DB0—DB7輸出八位數(shù)字量， □□□□□□□ AT89C51的P0口，單片機(jī)89C51得到傳來的信號量與其設(shè)定的溫度值相比較， 如果此溫度值高于設(shè)定值的上限 ,則高溫報警指示燈亮，同時單片機(jī)經(jīng)P0口輸出上限值給DAC0832，DAC0832經(jīng)過數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過運算放大器LM741□□□□□□□□□□□□□□□□, □□□□□□□□□□ □□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□,□□□□□□ P0口輸出口限值給DAC0832,DAC0832□□□□□□□□□□□□□ LM741□□□□□□□□□□□□□□□□□□, 使溫度逐步升高。 當(dāng)溫度值在給定的溫度值范圍之內(nèi)則輸出不便， 及晶閘管的導(dǎo)通角不發(fā)生變化。為了實際應(yīng)用的方便我們還加做了鍵盤輸入功能， 及可以改變設(shè)定溫度的上下限， 以達(dá)到□□□□□□□ □□□□□□□□□□, □□□□□□□LED顯示，□□□□□□□□示當(dāng)前的電爐溫度，當(dāng)要改變設(shè)定溫度上下限值時讓它顯示改變的溫度值。四、結(jié)束語該基于 DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、 □□□□□ □□□□□ □量值精確和易于操作等許多優(yōu)點，但由于實驗室條件所限，暫時只做兩點的溫度測量 ,并□□□□□□□□□ DS18B20□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□但在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進(jìn)行更多點的擴(kuò)展和對多點分別進(jìn)行控制。 隨著現(xiàn)代信息□□□□□□□□□□□□□□□□□□, 基于DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制、 化工等諸多領(lǐng)域。 總之， 本次畢業(yè)設(shè)計順利完成， 基本達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計的要求。本文在深入分析多點智能測溫系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，完成了該系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試任務(wù)，并且系統(tǒng)的性能誤差達(dá)到了任務(wù)書的要求，使之能達(dá)到現(xiàn)場運行水平。總結(jié)一個學(xué)期的論文工作，得到以下結(jié)論 :.□□□□□□□□□□□□□□, □□□□□□□□□□□□□□□ DS81B20組建溫度測控網(wǎng)絡(luò)新型方案，該方案的突出特點是系統(tǒng)的數(shù)字化、快速化及其經(jīng)濟(jì)實用性。.以單總線為基本結(jié)構(gòu)，采用 ATMEL公司的 AT89S51單片機(jī)為總線命令，實現(xiàn)與DS18B20的總線接口，并提供具體電路設(shè)計。.在通信的實現(xiàn)上，以 MAX232芯片作為TTL電平與 232□□□□□□□,□□□□機(jī)和PC的RS232□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□.軟件編程采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，易于修改和維護(hù)。由于時間和精力的限制，對后續(xù)的研究還應(yīng)在以下方面逐步完善 :.應(yīng)用軟件的完善。 □□□□□□, □□□□□□□□□□□ DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，減少系統(tǒng)所需時間。.進(jìn)一步完善系統(tǒng)的可靠性。 由于實際經(jīng)驗的欠缺， 設(shè)計上難免有考慮不周之處。 當(dāng)某一個傳感器出現(xiàn)故障時， 雖然系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)該測溫點故障， 但是更換傳感器時涉及到其序列號的修改和應(yīng)用程序的修改，這些還需要在今后應(yīng)用時加以完善。.控制部分的控制效果并不是很理想， □□□□□□□□□□ PID算法控制，以提高控制精度?？傊?，本論文在新型數(shù)字溫度測控系統(tǒng)方面做了一定的研究工作。該系統(tǒng)初步完成了溫度測控方案的預(yù)定目標(biāo)， 為今后實現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的溫度測控系統(tǒng)工程提供了一種新的參考。五．致謝詞本次畢業(yè)設(shè)計，是在陳東淼老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計， 在此特表示感謝。在設(shè)計的初期，陳東淼老師對我的設(shè)計思想進(jìn)行了深刻的指導(dǎo)， 讓我在設(shè)計的開始就明確了設(shè)計方向，樹立正確的設(shè)計觀念。 尤其在參考資料查閱方面給予我提供了很多的參考資料和幫助，使我能夠很快的了解和掌握設(shè)計內(nèi)容，而不至于在沒有必要的方面浪費時間和精力，而是全力投入到畢業(yè)設(shè)計中來， 在畢業(yè)設(shè)計的中期， 陳東淼老師常常指導(dǎo)我做實驗， 使我很快解決了設(shè)計過程中碰上的許多困難。 當(dāng)我在設(shè)計過程中存在疑問時， 老師總是在百忙之中抽出時間及時的給予我指導(dǎo)， 在老師的教導(dǎo)下， 我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利、 及時地完成。同時在設(shè)計的過程中還得到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷， 為我們的設(shè)計提供了開放式的教室和設(shè)備等諸多便利條件。在畢業(yè)設(shè)計結(jié)束之際致以我誠摯的感謝！六．參考文獻(xiàn)周航慈編著《單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)》 北京航空航天大學(xué)出版社 [M]2002年11月胡壽松《自動控制原理》 [M]國防工業(yè)出版社 2000年1月李廣弟、朱月秀、王秀山 《單片機(jī)基礎(chǔ)》[M]2001年7月第二版吳金戌、沈慶陽、郭庭吉 《8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用》 [M]2002年9月梅曉榕、蘭樸森、柏桂珍編著 《自動控制元件及線路》 [M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1994年9月□□□□□ 《跟我學(xué) protel99□□□□□□□□□ □□□□□□□ 卓越文化藝術(shù)有限公司策劃 2000年9月黃勝軍編著 《微機(jī)控制應(yīng)用實驗與實例》 [M]清華大學(xué)出版社、 1999年11月□□□□□□ □□□□□□□ [M]叫京：高等教育出版社， 2000口郭維林主編． 《電路習(xí)題全解》第四版 [M]．北京：中國建材工業(yè)出版社， 2000．[10]賈伯年 .傳感器技術(shù) .福建:東南大學(xué)機(jī)械工業(yè)出版社 ,2000:150-155[11]樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計實例 .北京:北京航空航天大學(xué)出版社 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附錄一元件明細(xì)表名稱型號代號參數(shù)□□□□□單片機(jī)AT89C51U11A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804U21D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832U31□□□□□LM741U2、U34□□□D17V1D26v1二極管IN4002DD11DD21DD31三極管NPNSS13□□□□□滌綸式C10.01uf1C30.005uf1C40.01uf1Ct0.01uf1□□□□□C210uf25v1電位器3296W1100。13296W25.1KQ13296W310K。13296W450K。13296W55K。1固定電阻色環(huán)R16801R23K。1R33K。1R43K。1R53K。1R610K。1R710K。1R81k。1R95.1K。1R10100K。1

R11100KQ1R121KQ1R131MQ1R1410KQ1Rs12.1KQ1R1510KQ1R!610KQ1Rt6.8KQ1R1710KQ1R182KQ1R19100。1R20200。1附錄二系統(tǒng)總程序org0000hjmpstartorg0003hstart:mov50h,#4bhmov51h,#96hmian:clrp3.3setbp3.4;片選0804movx@r0,await:jbp3.0,adccalldispjmpwaitadc:movxa,@r0mov40h,a;0804□□□□□□calll1movr1,#offhdisp1:calldispdjnzr1,disp1;顯示clrp3.4setbp3.3;片選0832movdprt,#5000hmovx@dprt,a;DA轉(zhuǎn)換callbjjp:jbp3.7,jp1;確定溫度的加ddd:jnbp3.7,jp2;確定溫度的減eee:jmpmainjp1:jnbp3.6,jia1jia2:jnbp3.5,jia21pp:jmpdddjia21:calldelay1mova,51hmovb,#19hadda,bmov51h,ajmpppjia1:calldelay1mova,50hmovb,#19hadda,bmov50h,ajmpjia2jp2:jnbp3.6,jia3jia4:jnbp3.5,jia31pp1:jmpeeejia31:calldelay1mova,51hmovb,#19hadda,bmov51h,ajmppp1jia3:calldelay1mova,50hmovb,#19hadda,bmov50h,ajmpjia4bj:mova,40hsubba,#4bh;30度jcdimova,40hsubba,#96hjncgaoccc:retdi:setbp3.bclrp3.5jmpcccgao:setbp3.5clrp3.6jmpcccclrc;十進(jìn)制轉(zhuǎn)換movr5,#00hmovr4,#00hmovr3,#00hnext:rlcamovr2,amova,r5,addca,r5daamovr5,amova,r4addca,r4movr4,amova,r2djnzr3,nextmovr7,#02mova,r5adda,r5daamovr5,amova,r4addca,r4daamovr4,adjnzr7,l2disp:mova,r4;顯示anla,#of0hswapaorla,#20hmovp1,acalldelaymova,r4anla,#ofhorla,#40hmovp1,acalldelaymova,r4anla,#0f0hswapaorla,#80hmovp1,acalldelayclraretdelay:mvor6,#10hd3:movr7,#248djnzr7,$djnzr6,d1retdelay1:movr6,#60hd3:movr7,#248djnzr7,$djnzr6,d3retend附錄三英文資料及其譯文翻譯原文CHAPTER1Basisoftheautomaticcontrol1. OutlineThisdeviceistemperaturecontrolexperimentaldeviceoftemperature,lever,pressure,thatarethemostcommoncontrolsubjectforwatertreatmentplants,chemicalfactoriesandpowerplants.Attheexperimentofautomaticcontrol,itisveryimportanttokeepthebalanceofsystem.Automaticcontrolsystemiscomposedofcontrolsubjectsandtokeepcontroldevice.Especiallyprocesscontrolhasmanycontrolsubjectstokeepself-balance,sotheexperimentalresultsisconductedwithbalancecondition.Thisexperimentaldeviceexperimentsabouttherelationofinputsignalandoutputsignaltokeepthebalance(Systemcharacteristics)atthecascadeexperimentandfixedcommandcontrol,alsoexperimentsondynamiccharacteristic(Balanceconditionwithouttimevariation),staticcharacteristic(Balanceconditionconsideratingtimevariation).Andyourecordthechangeofcontrolamountwhichwasinputhandlingamountorestablishmentofcharacteristicexperiment.Thesetypicalresponsecanbethoughtstepresponse.Youexperimentoptimumcontrolexperiment,fixingP.I.Dconstantofcontroldevice,relatingthisstepresponse.ProcesscontrolProcesscontrolkeepsthebalanceofthesystem,automaticallycorrectingtowarddeviation,andcompareseveryvariabletooperatingtowarddeviation,andcompareseveryvariabletooperationconditionofindustrialprocessofflux,temperature,surface,pressure,etcwiththeestablishedgoal.ProcesscontrolisdecidedintoclosedloopandOpenloopcontrol.KindsofautomaticcontrolControliscomposedofdetection(measurement),comparison,judgment,operationandmanualcontrolisdonebyman’shandandautomaticcontrolisdonebymeasureoradjusterorothermachinery.Atpresent,automaticcontrolistakenatthemanyplants.Moreover,wecannotthinkplantcontrolwithoutautomaticcontrol.Kindsofautomaticcontrolisdecidedlikebelow.AutomaticcontrolIOpenloopcontrol FeedforwardcontrolSequentialcontrolClosedloopcontrolFeedbackcontrol3-1.FeedbackcontrolFeedbackcontroldetects(measure)compares,judges,operates,automatically.Anditmeasurestheresultseverymoment,andcorrectsautomaticallyifthereisanydifferentialbetweenthedesiredvalue(setvalue).Feedbackcontrolisoneofthemainprocesscontrol.Thisisthecontrolthatdetecting(measuring)theresults(Controlamount:tankwaterlever)withdifferentialtransmitter,andcomparingthevaluewiththesetwaterleverandcorrectthedeviation(Openingoperationflowcontrolofthecontrolvalue)Liketheabove,feedbackcontrolautomaticallydoesthemovementofmeasurement(detection)comparisoncalculationmodernfication.Feedbacksystemhastheelementofdoingthesefunctions.Atthediagram3-1blocklinediagramitistheclosedloopandittransmittedthecorrectingsignaloftheoppositiontowardtheprocessflow.Diagram3—1BlocklinediagramoffeedbackcontrolcorollaryBlocklinediagram:Indicatingtheconstructingelementofcontrolsysteminblock,andconnectingthelineexpressingthesignalflow.Signal:Theamountbeingusedfortransmittheinformation3-2.FeedforwardcontrolFeedforwardcontrolisthecontrolmethoddoingnecessarycorrectmovementbeforetheinfluenceappearstothecontrolsystem,whendisturbanceentersintothecontrolsystem.Atfeedbackcontrol,itstartscorrectmovementtoerasethedeviationaftertheinfluencebydisturbanceappears,soincaseofsuddenchangeofdisturbanceorsetvalue,thencontroldisorderstransientlyandarisesmanyproblems.Feedforwardcontrolbreaksdownthisweakpoint.Atfeedforwardcontrol,resultsofthecontrollerisnotdonefeedbackandbecomesopen-loopcontrol,notbeingclose-loopcontrol.Accordingly,incaseoffeedbackcontrol,therelationbetweencauseandeffectofdisturbanceandtheresultsofcontrolmustbeunderstoodwell.Thatis,relationofinfluencetothecontrolamounttowardloadchange,andoperatingamountneededtocompensateitshouldbeclear.Butitisgenerallydifficult.Inmanycasesitisdifficultthatallthedisturbanceisdetected,andtogettheperfectprocessmodelinactualprocess.Moreoveritisdifficulttoavoidconstantdeviation,soitisusedcombinedwithfeedbackcontrol.3-3SequencecontrolSequencecontrolprocessesthefixedprocessinadvancestepbystep.Thissequencecontrolisusedinneonsigns,vendingmachines,orelectricwashingmachines.Ontheotherhand,itisneededintheproducingprocessatchemicalfactory,automobilefactory,conveyer,automaticwarehouseasautomation.ClassificationofcontrolmethodsProductionmethodbycontinuousprocessisemployed,whenscaleofprocessindustrygetsbiggerandlargerproductionamountidrequested.Youneedtomakeproperuseofthecontrolmethodonsomedifferentconditionofoperation.Toclassfyautomaticcontrolsystemisdifficultstrictlybecausetheircontrolsystemhascorrelation.Butgeneralmethodofcassificationwillbelikebelow.4-1ClassificationbydesiredvalueAutomaticcontrolFixedcommandcontrolFollowingcontrol- FollowupcontrolProgramcontrol4-1-1FixedcommandcontrolMostofthecontrolsbelongtothiscontrolwhendesiredvalueisconstant.4-1-2FollowingcommandcontrolServomechanismcomposedtofollowthechangebelongstothiscontrolwhendesiredvaluechangesoptionally.4-1-3ProgramcontrolItisusedforthecontrolinwhichdesiredvaluechangesaccordingtofixedtimeschedule.Normally,itiswellusedtotemp.Controloffeverprocessofmetalorbatchprocessatthechemicalindustry.4-2.ClassificationbycontrolmethodAutomaticcontrol UnitycontrolloopRatiocontrolCascadecontrol4-2-1ratiocontrolItiswellusedtoflowcontrolof2fluidwhendesiredvaluekeepswithotherfluid(otheramount)constantly.Youcompareandmeasureifspecialratiokeepstowardbasicfluid(B),thenmaintaintheratioasthepurpose.4-2-2CascadecontrolItisthecontrolmethodthatmorethan2automaticcontrolsystemscontrolbyoutputofothercontroldevice.Inshort,controlcircuitiscombinedinseries.Youchangethedesiredvalueofflowbyoutputoffluxadjuster.Ifyoucontrolthedesiredvalueofflowcontroltofixwaterlevelinwatertank,thenyoucanpreventtheinfluencetothelevelsuchasmainpressurechangeofflowitself.Thepurposeofcascadecontrolmethodistoabsorbdisturbanceatfirstcontrol,alsotomakeeasythenextstepcontrol,andtoprogressthecontrolonthewhole.ControlactionAtcontrolaction,movementtoreducecontroldeviation,givingoperatingamountinaccordancewithamovementsignaliscalledcontrolaction.Thefollowingisthisclassification.5-1ContinuouscontrolItdoesconstantlycorrectmovementtowarddeviationwithdesiredvalue,measuringcontinuouslytowardcontrolledvariablechange.5-1-1ProportionalactionItisthemovementthatoperatingamountYisinproportiontomovementsignalanddeviation.Supposeyoumakedeviationase,gainaskp,AutomaticcontrolapparatusFollowingapparatusarenecessaryforeachpart,likeablockdiagram(Seediagram3-2)offeedbackcontrol.PrimaryDetectingelementFinalcontrolelementControllingmeans6-1PrimaryDetectingelementThisistheparttotakeoutnecessarysignalsfromcontrollingobject,andtransmitoncontroldevece.Expandingthermometer(Bimetaltype)Bimetalisthejoinedtwometalboardswhichhavedifferentthermalexpansioncoefficient.Itcurvesbytemp.change.Pressuretypethermometer(Vaporpressure)Youputvaporlizableliquiedlikepropaneoretherintothermalsensitivitypart.Theseliquidhascertainvaporpressure,bycontactsurfacewithgas,anditdeflectstheneedle,bychangingpressuremeasuringmechanism.(3)ResistancethermometerItiswellknownthatinthermometryresistor(Rt).Itsresistanceincreasesaselectricresistancechangesbytemp.andtemp.rises.Youbuildabridgewiththermometryresistor,andwhenitsresistancevaluechangesbytemp.,unbalancedcurrentgeneratesatthebridge.Fromthis,youwillknowthetemperature.Thermoelectricthermometer(Thermocouple)Zeebeskeffectisemployed.Youconnectdifferentkindsofmetal.Andmakeoneconnectingpointtemp.(Thermometrycontactpoint)higherthananotherconnectingpoint(Standardcontactpoint).Thenthermoelectromotiveforceisgeneratedbetweenbothconnectingpoints.RadiantthermometerSolidemitsradiantenergyinproportiontothesquareoffourofabsolutetemp.,likeStefan-Boltzmann’sformula.ThermocoupleandthermometryresistorDetectingpart(Temp.sensor)oftemp.controlexperimentaldevice(SPC-201)ismostlyusedinindustrialtem.measurement.Anditemploysthermocoupleandthermometryresistorwithwhichyoucanmeasureinhighaccuracyandeasily.6-2.Finalcontrolelement(Controlvalve)ControlvalvereceivesoutputofadjusterandconvertsitintoprocessvariableControlvalveistheelementtofeedbacktotheprocess.Sodecidesvalvespecifications.Understandingeachcontrolledobjects.6-2-1Controlvalvefeature(1)Flowfeature(Properfeature)Relationofliftofcontrolvalve.Thatis,valveoperationsignal,withfluxiscalledflowfeature,equalpercentagefeatureandon-offfeaturerepresent.nearfeaturequeralpercentagefeatureOn-offfeatureLinearfeatureValveopeningdegreeandflowareinproportion.Accordingly,fluxchanges10%linearly,asopeningdegreechanges10%.EqualpercentagefeatureFlowincreasingmodulusbecomesconstanttowardunitchangeofvalvelift.Supposethereisflowincreasingmodulusat10%,towardn%changeoflift.Thenflowwillbe.When10L/minweightingis10*0.1=1L/minWhen50L/minweightingis50*0.1=1L/minWhen90L/minweightingis90*0.1=1L/minEvenifthesamen%liftchange,flowchangeissmall,ifflowissmall.Anditbecomesbigifflowisbig.So,ithasfineadjustmentfeatureoverwideflowrange.On-offfeatureFlowsoonreachestothemax.value,whenavalveshiftstartstomove.Itisusuallyusedfor2-positioningcontrol.Itiscalledon-offfeatureorquickopenfeature.RelationofPIDvalueanddisturbanceandcontrolresponsetowardsettingchange.CollecttherelationshipofPIDvalueandcontrolresponsetowarddisturbance,fromexperimentalresults,acquiredatexperiments.(1)proportional(P)actioneffect????????????ToincreaseproportionalgainTodecreaseoffsetamount(Incaseofno-integralaction)Tobecomeoscillative,andbehuntingconditionTogetshoutertheperiodofoscillation(2)Integral(I)actionresultsFollowingthingsareconductedinaexperiment,changedonlyintegraltimeTandshorteningT.IToloseoffsetamountThefirstmountaingetssmallerTobecomeoscillative.AmplitudedampingratiogetsbiggertofinallyexhaleReturningtimeinitiallytosettingvalueisshortened.(3)Differential(D)actioneffectFollowingthingisconductedinaexperiment,changingonlydifferentialtimeandmakingTDlonger.Offsetamountdoesnotchange(Incaseofno-integralaction)ThefirstmountaingetssmallerOscillationisrestrained.Amplitudedampingratiogetssmaller.But,ifdifferentialtimeistoolong,itbecomesoscillativeagain.Oscillaionperiodisshortened.P.I.DadjustmentprocedureYoushallunderstandPIDfeatureandnaturefromexperimentsyoudid,however,havedifficultyinfindingtruevalue,despitetheadjustment.(1)AdjustP-I-Dinorder.Makestepchangetowarddesirablevalue,changingeachconstant.Thenconfirmandrecordtheresults.(2)Changeproportional(P)bandfromlargenumbertosmallnumber.Stopitwhenmeasuringvaluecauseshunting.(3)Changeintegraltime(T)fromlargenumbertosmallnumber,too.StopIitwhenmeasuringvaluecauseshunting,andbringalittlebacklarger.(4)Changedifferentialtime(T)fromsmallnumbertolargenumber.StopDitwhenmeasuringvaluecauseshunting,andbringalittlebacksmaller.(5)Whenyouwishtoshortensettingtime,makePmuchsmaller,andcheckthechangeofmeasuringvalue.OptimumadjustmentToarrangethecontrolpurposebasedontheformerexperiments.(1)Whenyouchangedesirablevalue,makemeasuringvalueanddesirablevalueagree,assoonaspossible.(Desirablevaluechange,stepresponse)(2)Ifmeasuringvaluedeviatesfromdesirablevalue,owingtochangesofsurroundedconditiontemporarily,putitbackassoonaspossible.(Disturbanceresponse)Asfor(1),timepassagetomakethemagreeistheproblem.MeasuringvaluechangeonPIDvalue,incaseofdesirablevaluechange,willbenormallylikediagram9-1.Atthisdiagram,temporarilyitgetsoverdesirablevalue.Thisiscalledovershoot.Todecreasethisoveramount,andtoshortedtimetosettledownmeasuringvalue(Settingtime)donotnormallycoexist.Inshort,adjustingnottogetovermakesthesettingtimelonger.Also,controlprocessmayhavesometrouble,ifyoushortenthesettingtime,ignoringoveramount.Ontheotherhand,itmaybebettertoreachthedesirablevaluesoonerinspiteofoveramount.So,establishingguidelineofovershoot,andyouhaveandadjustingmethod,makingtimeminimumwithintherange.Itiscalledoptimumadjustment,toadjustPIDconstant.附錄四翻譯中文自動控制基礎(chǔ)1、提綱這套設(shè)備是用來測量溫度、 流量、液位、壓力的實驗設(shè)備中的溫度的設(shè)備。溫度、流量、液位、壓力這些控制量是水處理廠、化工廠、電廠中最普遍的控制對象。在這些自動控制實驗中，最重要的是保持系統(tǒng)平衡。自動控制系統(tǒng)是由控制對象、控制裝置組成的。尤其是過程控制，它要求有多種控制對象來保持自身平衡。因此，實驗結(jié)果是在平衡的情況下得到的。在串級實驗和固定命令控制下，這套實驗裝置通過測試輸入與輸出的關(guān)系來保持系統(tǒng)的平衡。因此，這套系統(tǒng)有靜態(tài)特性和動態(tài)特性。這個反映是階躍響應(yīng)的結(jié)果。2、過程控制過程控制是保持系統(tǒng)的平衡，自動調(diào)整偏差。根據(jù)工業(yè)過程中液面、壓力、流量、溫、等要求的目標(biāo)來比較，自動調(diào)節(jié)偏差。過程控制分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。3、自動控制的種類控制是由檢測裝、比較裝置、調(diào)節(jié)裝置、執(zhí)行裝置組成并且手動控制是由人通過手工實現(xiàn)的，自動控制是通過機(jī)械、調(diào)節(jié)器、檢測器實現(xiàn)的。在目前，自動被用于許多工廠中，甚至，我們無法想象，在工廠中沒有過程控制會怎樣。各種過程控制的分類如下所示：3-1反饋控制自動控制 開環(huán)控 - 前饋控制順序控制 閉環(huán)控 反饋控制反饋控制主要依據(jù)比較部分來實現(xiàn)自動操作。它返回的每部分的測量結(jié)果，如果測量值與給定值產(chǎn)生偏差，那么根據(jù)二者之差將操作值也作相應(yīng)的調(diào)整。反饋控制是一種主要的過程控制， 我們將以如圖 3-1的液位控制系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。這個控制系統(tǒng)檢測結(jié)果（被控參數(shù)：水塔的液位）被測量變送器轉(zhuǎn)化之后，與設(shè)定液位進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果閥的開度，直至最后使液位達(dá)到平衡。3-2、前饋控制前饋控制特點：按干擾作用的大小進(jìn)行控制，可以克服擾動或給定突然改變帶來的問題，一般比反饋控制要及時，但一種前饋控制只能克服一種干擾；反饋控制屬于閉環(huán)而前饋控制屬于開環(huán)控制，且其使用的是視對象特性而定的特殊控制器。一般前饋控制很難達(dá)到控制要求，因為對實際系統(tǒng)來說將所有的擾動區(qū)分開來去建立一個實際模型是不可能的。因此，前饋控制通常與反饋控制、串級控制共同使用以達(dá)到良好的控制效果。3-3、順序控制順序控制適用于高級單步執(zhí)行系統(tǒng)。這種順序控制常用在霓虹燈廣告牌，全自動洗衣機(jī)或電動洗衣機(jī)等領(lǐng)域，另一方面，化工廠、汽車廠、轉(zhuǎn)化器、自動倉庫的生產(chǎn)過程中也經(jīng)常使用順序控制器。4、控制方法的分類實際和產(chǎn)經(jīng)常使用連續(xù)的生產(chǎn)方式，而生產(chǎn)過程中很少有要求太大的被控量。4-1根據(jù)給定值分類自動控制： 定值控制隨動控制：隨動控制程序控制4-1-1恒值控制實際生產(chǎn)中，大多數(shù)的控制都屬于給定值為常數(shù)的恒值控制。4-1-