基于雙閉環(huán)PID控制的一階倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(完整資料)

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自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)說明書基于雙閉環(huán)PID控制的一階倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）基于雙閉環(huán)PID控制的一階倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名:學(xué)號(hào)：學(xué)院：專業(yè)：指導(dǎo)教師：2018年1月目錄TOC\o"1-3”\h\z\u1任務(wù)概述 2HYPERLINK\l”_Toc504425332”1.1設(shè)計(jì)概述 22。1對象模型 33仿真驗(yàn)證 8HYPERLINK\l”_Toc504425338”3。1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 83。2建立M文件編制繪圖子程序 8HYPERLINK\l”_Toc504425340”4雙閉環(huán)PID控制器設(shè)計(jì) 114。2外環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 12HYPERLINK\l”_Toc504425343”5仿真實(shí)驗(yàn) 145.1簡化模型 14HYPERLINK\l”_Toc504425345”5。2仿真實(shí)驗(yàn) 15HYPERLINK\l”_Toc504425346”6檢驗(yàn)系統(tǒng)的魯棒性 17HYPERLINK\l”_Toc504425347"6．1編寫程序求系統(tǒng)性能指標(biāo) 17HYPERLINK\l”_Toc504425348"6.2

改變參數(shù)驗(yàn)證控制系統(tǒng)的魯棒性 18_Toc504425350"附錄 211任務(wù)概述1.1設(shè)計(jì)概述如圖1所示的“一階倒立擺控制系統(tǒng)”中，通過檢測小車位置與擺桿的擺動(dòng)角，來適當(dāng)控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)力的大小,控制器由一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)完成.圖1一階倒立擺控制系統(tǒng)這是一個(gè)借助于“SIMULINK封裝技術(shù)—-子系統(tǒng)”，在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,采用雙閉環(huán)PID控制方案，實(shí)現(xiàn)倒立擺位置伺服控制的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn).1.2要完成的設(shè)計(jì)任務(wù):（1）通過理論分析建立對象模型（實(shí)際模型)，并在原點(diǎn)進(jìn)行線性化，得到線性化模型；將實(shí)際模型和線性化模型作為子系統(tǒng)，并進(jìn)行封裝，將倒立擺的振子質(zhì)量m和倒擺長度L作為子系統(tǒng)的參數(shù),可以由用戶根據(jù)需要輸入；(2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行模型驗(yàn)證；(3)一階倒立擺系統(tǒng)為“自不穩(wěn)定的非最小相位系統(tǒng)”。將系統(tǒng)小車位置作為“外環(huán)”，而將擺桿擺角作為“內(nèi)環(huán)"，設(shè)計(jì)內(nèi)化與外環(huán)的PID控制器;(4)在單位階躍輸入下，進(jìn)行SIMULINK仿真；(5）編寫繪圖程序,繪制階躍響應(yīng)曲線，并編程求解系統(tǒng)性能指標(biāo):最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間；(6)檢驗(yàn)系統(tǒng)的魯棒性：將對象的特性做如下變化后，同樣在單位階躍輸入下，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的魯棒性能，列表比較系統(tǒng)的性能指標(biāo)（最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間）。倒擺長度L不變，倒立擺的振子質(zhì)量m從1kg分別改變?yōu)?.5kg、2kg、2。5kg、0.8kg、0。5kg；倒立擺的振子質(zhì)量m不變，倒擺長度L從0。3m分別改變?yōu)?。5m、0.6m、0.2m、0.1m.2系統(tǒng)建模2.1對象模型一階倒立擺的精確模型的狀態(tài)方程為：若只考慮θ在其工作點(diǎn)θ0一階倒立擺的簡化模型的狀態(tài)方程為：2.2模型建立及封裝上邊的圖是精確模型,下邊的是簡化模型。圖2模型驗(yàn)證原理圖2、由狀態(tài)方程可求得:Fcn：（4/3＊u［1］+4/3＊m＊l＊sin（u［3］)*power（u［2],2）—10*m*sin（u［3])＊cos（u［3］)）/(4/3＊（1+m）-m*power(cos（u［3]),2))Fcn1:（cos(u［3])*u[1]+m*l*sin（u[3］)*cos(u［3］)*power（u[2],2）-10＊（1+m）*sin(u［3］)）/(m＊l＊power（cos（u[3])，2)-4/3＊l*(1+m))Fun2:(4*u［1]-30*m*u[3])/（4+m）Fun3：（u[1]-10*（1+m)＊u［3］）/（m*l—4/3＊l＊（1+m）)（其中J=mL2將以上表達(dá)式導(dǎo)入函數(shù).3、如下圖框選后選擇createsubsystem圖3封裝4、封裝之后如下圖圖4子系統(tǒng)建立5、將精確模型subsystem和簡化模型subsystem1組合成以下系統(tǒng)以供驗(yàn)證，注意add的符號(hào)是++，不是+—，網(wǎng)上其他的課設(shè)都是錯(cuò)的。（輸入信號(hào)是由階躍信號(hào)合成的脈沖，幅值為0。05，持續(xù)時(shí)間（steptime)為0。1s)。圖5系統(tǒng)模塊封裝6、鼠標(biāo)右擊子系統(tǒng)模塊，在模塊窗口選項(xiàng)中選擇Mask-〉editmask，則彈出如下窗口.圖6添加參數(shù)7、點(diǎn)擊左邊菜單欄的edit，添加參數(shù)m和L，注意prompt中的m和L意思是之后對話框中的提示詞，而name中的m和L是要被prompt中輸入的值導(dǎo)入的變量，如果name中填錯(cuò)了，那么之后的值將無法導(dǎo)入。圖7編輯參數(shù)8、在系統(tǒng)模型中,雙擊子系統(tǒng)模塊，則會(huì)彈出一個(gè)新窗口，在新窗口中可以輸入m和L的值，之后將會(huì)輸入，如圖8所示。圖8輸入?yún)?shù)3仿真驗(yàn)證3。1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)假定使倒立擺在(θ=0,x=0）初始狀態(tài)下突加微小沖擊力作用，則依據(jù)經(jīng)驗(yàn)知,小車將向前移動(dòng),擺桿將倒下。3.2建立M文件編制繪圖子程序圖9繪圖子程序（提示：附錄中有子程序方便大家Ctrl+c(＾＿＾），上邊只是為了方便對照)。在系統(tǒng)模型中，雙擊子系統(tǒng)模塊，則會(huì)彈出一個(gè)新窗口，在新窗口中輸入m和l值,點(diǎn)擊OK并運(yùn)行，如圖10所示.圖10輸入?yún)?shù)如圖設(shè)置tofile模塊的參數(shù)，Variablename的名字就是M程序中的函數(shù)名，這里如果不是signals的話程序是無法運(yùn)行的。Saveformat要選擇Array，因?yàn)槌绦蚴前磾?shù)組形式調(diào)取變量的，沒有選擇Array的話運(yùn)行程序會(huì)出現(xiàn)“索引超出矩陣維度"的錯(cuò)誤。圖11tofile參數(shù)設(shè)置運(yùn)行M文件程序，執(zhí)行該程序的結(jié)果如圖8所示。圖12模型驗(yàn)證仿真結(jié)果從中可見，在0。1N的沖擊力下，擺桿倒下(θ由零逐步增大），小車位置逐漸增加，這一結(jié)果符合前述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，故可以在一定程度上確認(rèn)該“一階倒立擺系統(tǒng)”的數(shù)學(xué)模型是有效的。同時(shí),由圖中也可以看出，近似模型在0。8s以前與精確模型非常接近，因此，也可以認(rèn)為近似模型在一定條件下可以表達(dá)原系統(tǒng)模型的性質(zhì)。4雙閉環(huán)PID控制器設(shè)計(jì)一級倒立擺系統(tǒng)位置伺服控制系統(tǒng)如圖13所示。圖13一級倒立擺系統(tǒng)位置伺服控制系統(tǒng)方框圖4.1內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)采用反饋校正進(jìn)行控制。圖14內(nèi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖反饋校正采用PD控制器，設(shè)其傳遞函數(shù)為D2's=控制器參數(shù)的整定：設(shè)D2s的增益K=—令ξ=0.7內(nèi)環(huán)控制器的傳遞函數(shù)為：D內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：W4。2外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)外環(huán)系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為：圖12

外環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖對外環(huán)模型進(jìn)行降階處理,若忽略W2對模型G1(s)進(jìn)行近似處理，則G外環(huán)控制器采用PD形式，其傳遞函數(shù)為：D采用單位反饋構(gòu)成外環(huán)反饋通道，則D1'采用基于Bode圖法的希望特性設(shè)計(jì)方法,得K3=0.12，τ=0.87,取τ圖13

系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖5仿真實(shí)驗(yàn)5。1簡化模型根據(jù)已設(shè)計(jì)好的PID控制器，可建立圖14系統(tǒng)，設(shè)置仿真時(shí)間為10ms，單擊運(yùn)行。這個(gè)仿真是為了便于理解。圖14SIMULINK仿真框圖新建M文件，輸入以下命令并運(yùn)行％將導(dǎo)入到PID。mat中的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)讀出loadPID。matt=signals(1，：）；q=signals(2，：）；x=signals（3，：)；％drawingx(t)andthera(t)responsesignals%畫小車位置和擺桿角度的響應(yīng)曲線figure（1)hf=line（t，q（:)）;gridonxlabel（'Time（s)')axis(［010-0。31.2]）ht=line(t,x，’color'，’r’);axis（［010-0。31。2］）title('\theta（t）andx(t）Responsetoastepinput'）gtext（’\leftarrowx（t)’），gtext('\theta（t）\uparrow’）執(zhí)行該程序的結(jié)果如圖15所示圖15仿真結(jié)果5。2仿真實(shí)驗(yàn)注意，圖中子系統(tǒng)為簡化模型而不是精密模型（MMP網(wǎng)上的寫的精密模型，調(diào)了好久才發(fā)現(xiàn))。圖16SIMULINK仿真框圖圖17系統(tǒng)仿真結(jié)果圖6檢驗(yàn)系統(tǒng)的魯棒性檢驗(yàn)系統(tǒng)的魯棒性：將對象的特性做如下變化后，同樣在單位階躍輸入下，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的魯棒性能，列表比較系統(tǒng)的性能指標(biāo)（最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間)。6．1編寫程序求系統(tǒng)性能指標(biāo)新建pid。m文件，輸入以下命令并保存loadPID。matclct=signals（1,:);x=signals（2，:）；q=signals(3,:)；figure（1)hf=line(t，q(：）);gridonaxis（[010—0。31.2])ht=line(t，x，’color’,'r')；r=size(signals）;e=r（1，2);C=x（1,e）;％得到系統(tǒng)終值y_max_overshoot=100＊（max（x)—C）/C％超調(diào)量計(jì)算r1=1;while（x(r1)〈0。1*C)r1=r1+1；endr2=1;while（x(r2)〈0。9＊C)r2=r2+1；endx_rise_time=t（r2)-t（r1)%上升時(shí)間計(jì)算s=length(t）；whilex(s)>0.98＊C＆&x(s）<1.02＊Cs=s-1；endx_settling_time=t（s）

%調(diào)整時(shí)間計(jì)算

C1=q（1，e)；

［max_y，k］=max(q）；

q_max_overshoot=max（q）—C1%超調(diào)量計(jì)算

q_rise_time=t（k）

%上升時(shí)間計(jì)算

s=length(t)；

while

q（s）>-0.02&＆q(s)<0。02

s=s—1；

end

q_settling_time=t（s)

％調(diào)整時(shí)間計(jì)算6。2

改變參數(shù)驗(yàn)證控制系統(tǒng)的魯棒性倒擺長度L不變，倒立擺的振子質(zhì)量m從1kg分別改變?yōu)?。5kg、2kg、2。5kg、0。8kg、0.5kg；倒立擺的振子質(zhì)量m

不變，倒擺長度L

從0。3m

分別改變?yōu)?.5m、0。6m、0.2m、0。1m。在單位階躍輸入下，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的魯棒性.改變輸入?yún)?shù)并運(yùn)行，再運(yùn)行pid.m文件，得到響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)，記錄表1圖18改變輸入?yún)?shù)表1

性能坐標(biāo)比較仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖19所示：圖19改變倒立桿質(zhì)量和長度時(shí)系統(tǒng)仿真結(jié)果7

結(jié)論結(jié)論：

1、原系統(tǒng)在0.1N的沖擊力下，擺桿倒下（θ由零逐步增大)，

小車位置逐漸增加,這一結(jié)果符合前述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),故可以在一定程度上確認(rèn)該“一階倒立擺系統(tǒng)”的數(shù)學(xué)模型是有效的.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，通過精確模型與簡化模型比較，從圖中可以看出，0.8s以前是非常接近，因此，也可以認(rèn)為近似模型在一定條件下可以表達(dá)原系統(tǒng)模型的性質(zhì)。

2、經(jīng)過雙閉環(huán)PID

控制的系統(tǒng)，能跟隨給定并穩(wěn)定下來,且θ終值為0使擺桿不倒。說明PID控制有效。

3、改變倒立擺的擺桿質(zhì)量m和長度L。從圖11中可以看出,在參數(shù)變化的一定范圍內(nèi)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，控制系統(tǒng)具有一定的魯棒性。附錄q=signals（4，:);％讀取精確模型中倒擺擺角信號(hào)xx=signals(5，：)；%讀取簡化模型中的小車位置信號(hào)qq=signals（6,：)；%讀取簡化模型中倒立擺擺角信號(hào)figure(1）％定義第一個(gè)圖形hf=line（t,f（:）);％連接時(shí)間-作用力曲線gridon；xlabel('Time（s)')%定義橫坐標(biāo)ylabel（'Force（N）’)%定義縱坐標(biāo)axis(［0100.12]）％定義坐標(biāo)范圍axet=axes（’Position’,get（gca，'Position'),。.。'XAxisLocation'，’bottom',.。.’YAxisLocation','right’,’color','none',。.。’XColor’,'k’，'YColor',’k'）；％定義曲線屬性ht=line（t,x,’color’,’r'，’parent’,axet）;％連接時(shí)間-小車位置曲線ht=line(t，xx,'color’,’r'，’parent',axet）；%連接時(shí)間—小車速度曲線ylabel（'Evolutionofthexposition(m）’)%定義坐標(biāo)名稱axis（［0100.1］）％定義坐標(biāo)范圍title(’Responsexandx'’inmetertoaf(t）pulseof0.1N')%定義曲線標(biāo)題名稱gtext（’\leftarrowf（t)’),gtext('x(t)\rightarrow’),gtext（’\leftarrowx’'(t）')figure(2）hf=line（t,f(：）);gridonxlabel(’Time'）ylabel（'Force（N）')axet=axes（’Position’,get(gca，’Position’），。。。’XAxisLocation’，'bottom’,...’YAxisLocation','right’,'color’,’none’，。。.'XColor’，’k’，'YColor','k’);ht=line(t，q，’color','r’,'parent',axet）;ht=line（t，qq,'color',’r’，'parent’,axet)；ylabel（'Angleevolution（rad)')axis（［01-0。30］)title(’Response\theta（t)and\theta’’inradtoaf(t）pulseof0.1N’）（2014屆）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于ＰID的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院:＊＊＊***＊＊專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級:電氣＊＊＊學(xué)號(hào)：***＊*＊＊＊*＊姓名：某某某指導(dǎo)教師：某某某教務(wù)處制年月日誠信聲明我聲明,所呈交的論文是本人在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得＿＿＿＿_(dá)_或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料.我承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信.論文作者簽名:簽名日期：年月日授權(quán)聲明學(xué)校有權(quán)保留送論文交的原件,允許論文被查閱和借閱，學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，學(xué)校必須嚴(yán)格按照授權(quán)對論文進(jìn)行處理，不得超越授權(quán)對論文進(jìn)行任意處置。論文作者簽名:簽名日期：年月日基于PID的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要溫度是工業(yè)上最基本的參數(shù)，與人們的生活緊密相關(guān)，實(shí)時(shí)測量溫度在工業(yè)生產(chǎn)中越來越受到重視，離不開溫度測量所帶來的好處，因此研究控制和測量溫度具有及其重要的意義。本設(shè)計(jì)介紹了以ＡＴ89Ｃ52單片機(jī)為主控器件,基于PID的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)的基本原理.由ＤＳ18B20收集溫度信號(hào)，并以數(shù)字信號(hào)的方式送給單片機(jī)進(jìn)行處理,從而達(dá)到溫度控制的目標(biāo)。主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì).硬件電路由主控器件、溫測電路、溫控電路和顯示電路等組成。軟件設(shè)計(jì)部分包括：顯示電路、溫度信號(hào)處理，超溫警報(bào)、繼電器控制、按鍵處理等程序。關(guān)鍵詞:溫度檢測,溫度控制,ＰID算法DｅsｉgnofTemｐｅratuｒeCoｎtroｌＳｙｓｔeｍBasedｏnPIＤAｂsｔractＴeｍpｅraｔｕreisthｅmostbａsicparameteｒsofiｎdｕｓtｒialandｃｌosｅlyrｅlａｔedwitｈpeｏｐｌe'slivｅs,reaｌ-tｉmemeasurementoftｅmperatｕｒeｉｎindusｔriａｌpｒｏductiｏnaｎｄmoreatｔention，ｗｈｉｃhiｓinsｅparａｂｌｅfromthebeｎefitsofthｅtempｅrａt(yī)ureｍｅasurｅmeｎt,temperatｕrｅcontｒｏlandmeasuｒemｅnｔstudｙtheｒeｆorehasitssignificａｎce.ThisｄｅsigninｔｒoducｅｓｔhebasicｐrincipｌestｏＡT8９Ｃ52microcoｎｔrｏｌlｅr—basedcontｒｏｌｌｅrpiｅcestemｐeraｔurｅcontroｌsｙsteｍdesiｇnanddesign．ColｌｅｃtｅdbｙｔｈeＤS18B2０tｅmpｅｒaｔuresignal，anddigitalｓｉgnalsｅntbywayoｆｔhｅmicｒocoｎｔｒoｌlｅｒforprｏcessing，soastoacｈieveｔｈｅtarｇeｔteｍperａｔｕreｃonｔrol。Iｎcｌuｄinｇｔhedesignofhａrｄwaｒｅcircuｉｔdeｓiｇnandsｙｓtemｐｒogｒaｍs.Ｈarｄwarｅcｉrcuitiｎcluｄｅsamaｓterｄｅｖice，ｔhetｅmpeｒatuｒeｍeasuringcircuit,temperatureｃｏntrolcircuitandｄiｓpｌaycｉrcuit.Ｓｏfｔwareｄｅsign，including:dｉsｐlａyelectrical,tempeｒatuｒｅ，sｉgnａlpｒoceｓｓing,ｏver－tempｅratureａｌarｍ，ｒｅｌayｃｏntrol，ｋeyhａnｄlingｐrocｅdures.Kｅywords:temｐｅｒaturedeｔection,tｅmpｅｒａt(yī)urecontrol，PIＤalgorｉthm目錄ＴＯC\*MEＲGEFORＭAT摘要ＰAGＥREF＿Tｏc13802IIＩＡbstrａcｔPＡGEREF＿Ｔｏc2２970ＩＶ1緒論P(yáng)AGＥREF＿Toc174911.1課題的來源PＡＧＥREF_Tｏc６56１1．2課題的意義ＰAGEＲＥＦ＿Toc24６14１1．3課題研究的主要內(nèi)容ＰＡGERＥＦ_Ｔｏc18571２硬件設(shè)計(jì)PＡGERＥF＿Toc３169４３2。1單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)PＡGERＥF_Toc92７8３2.1．1AＴ8９Ｃ5２單片機(jī)簡介PＡGEREＦ_Tｏc3４７532。1．2單片機(jī)的引腳功能PAGＥREF_Toｃ２7６９４2。1。3單片機(jī)控制模塊的電路設(shè)計(jì)ＰAGEREＦ＿Tｏｃ980５2。1。４電源設(shè)計(jì)PAＧEREF_Ｔoc1261７6２．2溫度采集模塊的設(shè)計(jì)ＰAＧEREF_Toc24411７２.2。1ＤＳ18B2０芯片的簡介PAGEＲEF_Toc2918372。２.2DＳ18Ｂ20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)PAGERＥF_Toc２５33６8２。2.３ＤＳ１8B20的供電方式ＰAＧEＲEF_Toc22286102。2。４DS1８B2０的引腳功能PAＧＥREＦ_Ｔoｃ8３7610２。3溫度控制模塊的設(shè)計(jì)ＰAＧEREF_Tｏｃ84９3１１2.4按鍵及顯示模塊的設(shè)計(jì)ＰＡGERＥF_Tｏc２301６12２.4．１ＬCD16０2的參數(shù)和引腳功能PAＧＥRＥＦ＿Ｔｏｃ18967１22。4.2LＣD160２的特點(diǎn)ＰＡGEＲEＦ_Toc4１841３2．4．3按鍵電路的設(shè)計(jì)PAＧEREF＿Toc18８3132．5報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)PAＧEREＦ_Toｃ2３１50１４３軟件設(shè)計(jì)PAGＥRＥＦ_Ｔoc144８1１63。1主程序的設(shè)計(jì)PAＧＥRＥF_Ｔoc２2789１６３.2ＤＳ18B20讀溫度程序的設(shè)計(jì)PＡGＥＲEF_Toc17472163.3鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)ＰＡGERＥF_Toc25913173.4報(bào)警處理程序的設(shè)計(jì)PAGERＥＦ_Toｃ１６６40183．5PID控制算法PAGERＥF_Tｏｃ32133184系統(tǒng)仿真８492２參考文獻(xiàn)PAＧEＲEF_Toc2９92０27致謝PＡＧERＥＦ_Ｔoc1668928附錄ＰAGEREＦ_Ｔｏc１5295291緒論1。1課題的來源在食品加工、化工、冶煉等工業(yè)控制和生產(chǎn)中，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中經(jīng)常要用到溫度檢測和控制。以及各種各樣的加熱爐、熱處理器等，都對溫度有著嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的通常是電壓,再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值，在硬件方面是個(gè)難點(diǎn)，而且從設(shè)計(jì)和調(diào)試的角度來講都是很復(fù)雜的,以及高昂的制作成本。但采用DＳ18B20作為溫測元件,然后用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制，可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標(biāo),而且還具有控制方便、簡單、靈活等特點(diǎn).單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的各領(lǐng)域,儀表儀器、家用電器、航空航天、計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的傳輸,包括工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理等，這些都離不開單片機(jī)。用單片機(jī)可構(gòu)成豐富多樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。像工廠流水線智能化的管理、電梯智能化的控制、多種報(bào)警系統(tǒng)，都可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等.１.2課題的意義溫度傳感器是測量溫度的關(guān)鍵，現(xiàn)在溫度傳感器正由模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在測量溫度的電路中，使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng),將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，先進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,然后用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，再在顯示電路上，將被測溫度顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路,因此電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜.繼而想到可以采用智能溫度傳感器來設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)。本數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)采用美國半導(dǎo)體公司ＤALＬAＳ推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B２0作為檢測元件,其溫度值可以直接被讀出來,通過單片機(jī)ＡＴ89C52的讀寫和顯示,然后用LCD160２來進(jìn)行顯示.它的測溫范圍為-55℃～+125℃，最大分辨率可達(dá)0．０６2５℃。而且采用3線制與單片機(jī)相連,減少了外部的硬件電路,具有低成本和易使用的特點(diǎn)。1。３課題研究的主要內(nèi)容１、總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，利用ＤS18B2０作為溫度傳感器，將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理,經(jīng)過PID算法后,單片機(jī)的輸出用來控制加熱棒的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。2、總體設(shè)計(jì)的基本要求總體布置的基本要求主要有:(1)溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和思路；(2)各部分原理說明；（3)溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，有理論依據(jù)，有分析計(jì)算過程，主要元件有原理和說明,所有元件必須要有型號(hào)和參數(shù);（4)溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，可以使用匯編語言或C語言編程.主要軟件必須能在設(shè)計(jì)好的硬件電路上正確運(yùn)行.２硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)方框圖如圖2－1所示,它主要由五個(gè)模塊組成：單片機(jī)控制模塊；溫度采集模塊；溫度控制模塊;按鍵及顯示模塊；報(bào)警模塊。圖2-1硬件設(shè)計(jì)方框圖2。1單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)方案一：采用８0３1芯片，其內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器,需要進(jìn)行外部擴(kuò)展,這給電路增加了復(fù)雜度.方案二:采用2051芯片,其內(nèi)部有2KB單元的程序存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。但由于系統(tǒng)用到較多的I/Ｏ口，因此此芯片資源不夠用。方案三:采用ＡT８9Ｃ52單片機(jī)，其內(nèi)部有4KＢ單元的程序存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，而且它的I/O口也足夠本次設(shè)計(jì)的要求。方案評價(jià):比較這三種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源,本次設(shè)計(jì)選用方案三。2。1.1AT８9C52單片機(jī)簡介AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)。片內(nèi)含8kbyteｓ的可反復(fù)擦寫的Fｌash只讀程序存儲(chǔ)器和256bｙtes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度,兼容5１指令系統(tǒng)，F(xiàn)ｌash存儲(chǔ)單元和8位中央處理器置于片內(nèi)，AT８9C52單片機(jī)功能強(qiáng)大，在許多復(fù)雜的應(yīng)用場合都可以用到。單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)分支，單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在超大規(guī)模的集成電路芯片上集成了定時(shí)器、存儲(chǔ)器、ＣPU、和多種輸入/輸出接口電路.由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的它具有很多的特點(diǎn)。它的特點(diǎn)包括：可靠性高；抗干擾能力強(qiáng)；控制能力強(qiáng)；性價(jià)比高；低電壓;能擴(kuò)展了多種串行口。2.1．2單片機(jī)的引腳功能AT89C5２單片機(jī)的引腳圖如圖2—2所示。圖2—2AT89Ｃ5２引腳圖電源引腳ＶＣＣ和VSSVCC(40引腳）:電源端,+５V。VSS(20引腳）：接地端.外接晶體引腳XTAL2和XTAL1XTAL2（1８引腳）:接微調(diào)電容和外部晶體的端口。作為振蕩電路的輸出端。XTAL1（19引腳）：接微調(diào)電容和外部晶體的端口。作為振蕩電路的輸入端。控制信號(hào)引腳RST、AＬE、PSＥＮ、EＡRST(9引腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。完成復(fù)位操作,輸入端必須為兩機(jī)器周期(即為24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平。ALＥ/PＲＯＧ（3０引腳):地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后,ＡLE引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器平率的１/６.輸出信號(hào)作為鎖存低８位地址的控制信號(hào)。如果想確認(rèn)單片機(jī)芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號(hào)輸出.若有脈沖信號(hào)輸出，則單片機(jī)基本上是好的。ＰSEＮ（29引腳）:程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。EA（31引腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端／固化編程電壓輸入端.輸入/輸出端口Ｐ０、P１、P2和P3P0端口（P0．０~Ｐ0.７，３9～32引腳)Ｐ１端口（P1．0～P１．7）P２端口（Ｐ2.0~P２．7）P３端口（P3。0～P3．7）P3端口還用于一些復(fù)用功能,如表2—１所示.表２-1P３各口線與第2功能表口線替代的第２功能P３。０RXD（串行口輸入)Ｐ３。１TXD(串行口輸出）P3．2ＩNT０（外部中斷０輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3。４T０（定時(shí)器0的外部輸入）P３。5T1(定時(shí)器1的外部輸入)P３．6ＷＲ（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出)P3。7RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選通控制”輸出)2.1。3單片機(jī)控制模塊的電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2-3所示，由單片機(jī)芯片、電源、時(shí)鐘振蕩電路與復(fù)位電路組成.時(shí)鐘振蕩電路的設(shè)計(jì)：單片機(jī)XIAL1和XIAL２分別接3０pF的電容，中間再并個(gè)1２MHz的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路.電容器Ｃ1和C２可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用.復(fù)位電路的設(shè)計(jì):復(fù)位操作有按鍵手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位：ＲＳT引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期）以上。電容端瞬間通電，電容C通過電阻R充電，ＲSＴ端為正脈沖，用以復(fù)位。只要電源ＶＣC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化.關(guān)于參數(shù)的選定，在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間（即正脈沖寬度)大于２個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)采用的晶體頻率為6ＭHz時(shí)，可取C=22μF,R＝1kΩ；當(dāng)采用的晶體頻率為12MHz時(shí),可取C=１0μF，R=8.2kΩ。圖2-3單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖2。1．4電源設(shè)計(jì)220V交流電轉(zhuǎn)５V直流電的電源設(shè)計(jì)如圖2—4所示是由3個(gè)部分組成：變壓器、橋式整流電路和三端穩(wěn)壓器。圖2-45V直流電電源設(shè)計(jì)圖變壓器：將2２０Ｖ交流電變成９V左右，由此可知變壓器變比為220/9=２5/1；橋式整流電路：經(jīng)過濾波整流后,電壓有效值增大為１0Ｖ。如圖2－５所示為橋式整流電路電壓波形圖;三端穩(wěn)壓器：一般用于直流電路的保護(hù)電路，起到降壓、穩(wěn)壓的作用。圖2-5橋式整流電路電壓波形圖2。2溫度采集模塊的設(shè)計(jì)方案一：傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。一般來說熱電偶和熱電阻測出的電壓，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度，要比較多外部硬件的支持,其缺點(diǎn)有:硬件電路較復(fù)雜；軟件調(diào)試較復(fù)雜;制作成本較高。方案二:結(jié)合單片機(jī)電路的設(shè)計(jì),決定使用溫度傳感器ＤS１８B20，它是最新推出的一種智能型溫度傳感器,它的優(yōu)點(diǎn)是可以直接讀出被測的溫度.主要是對溫度信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換工作，電路由ＤS18B20溫度傳感器和單片機(jī)部分組成.溫度傳感器DS１８Ｂ20把收集到的溫度送到單片機(jī)的P２。6口，單片機(jī)接受溫度，然后存儲(chǔ)下來。因?yàn)殡娐凡糠种挥玫搅藴囟葌鞲衅骱蛦纹瑱C(jī),所以硬件方面比較簡單.方案評價(jià)：方案一這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩.但方案二電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。2。2．1ＤS１8B2０芯片的簡介DS18B20是美國著名半導(dǎo)體公司推出的一種可以直接讀出被測溫度值的溫度傳感器，而且采用寄生供電方式與單片機(jī)相連，具有成本低和易使用的特點(diǎn)。輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，方便單片機(jī)控制和處理，很多外圍電路因此可以減掉。且該芯片的線形較好，物理、化學(xué)性也相對穩(wěn)定,在工業(yè)生產(chǎn)中可以用來做測量溫度的元件。由于AT8９Ｃ52能夠帶多個(gè)DSＢ1８20，因此容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量的目的。輕松的構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且單片機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)碼顯示與鍵盤控制，也可以通過RS2３2串口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到全方位立體監(jiān)控的效果。采用溫度芯片ＤＳ１８B20測量溫度，可以更方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫,也體現(xiàn)了數(shù)據(jù)數(shù)字化的好處，便于測溫?cái)?shù)據(jù)集成顯示,也方便了后期對數(shù)據(jù)的處理及其記錄。２。2.２DS1８B２0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS１８B2０芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—6所示。DS18B２0主要包括上下限觸發(fā)器、儲(chǔ)存器與控制邏輯、CRC發(fā)生器電源、溫度傳感器、6４位ＲOM單線借口暫存器。圖2—6DS18Ｂ２０芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B２０溫度數(shù)字對應(yīng)關(guān)系表如表２－2所示。表2—２DS18B２０溫度數(shù)字對應(yīng)關(guān)系表溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125０00001111101000007D0H＋8500０0０１0１０１01０00０0550H+25.0６25００0000011０010000０191H+10．12500０0000０1０1000０1０0Ａ２H+0。５0０00００0００00０0010０008H0０000０00００00010０００000H-0。５1１1111111１11０000FFF8ＨDS18B20溫度值格式表如表2－3所示.表2－3ＤＳ１８Ｂ2０溫度值格式表高字節(jié)１51413１２1１1098SSSSS26２524１/０1/0１/01/０1/06４32１6低字節(jié)7654３21023222120２_12_22_32_48421０。５０。250．125０.0625DS1８Ｂ20的工作過程：發(fā)復(fù)位DＳ１8Ｂ２0的負(fù)脈沖；收DＳ１8B20的回應(yīng)脈沖;發(fā)ROＭ命令(33H)；發(fā)儲(chǔ)存和控制命令。DS1８B２０儲(chǔ)存控制命令共有6種,如表2—４所示.表2-4DS１8B20存儲(chǔ)器控制指令指令約定代碼復(fù)制４８H讀數(shù)據(jù)BEＨ讀電源供電方式Ｂ4H溫度轉(zhuǎn)換4４H讀EEＲAMB8H寫數(shù)據(jù)4ＥH主機(jī)操作ROM的命令有５種,如表2-5所示。表2-5DS１8B20的ROM指令指令約定代碼讀ＲOM３3H匹配ROM55H跳過ROMCCＨ搜索RＯＭ0F0H報(bào)警搜索ECＨＤS１8Ｂ２0的執(zhí)行序列：初始化；執(zhí)行ＲOM命令，用于定位；執(zhí)行DS１8B20的儲(chǔ)存控制命令,用于轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)；DS1８B20的I／Ｏ信號(hào)有回應(yīng)脈沖、復(fù)位脈沖、寫0，讀0，寫1，讀1等幾種。2．2.3DS18Ｂ2０的供電方式在硬件上,ＤＳ1８B２0與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是用寄生電源供電,此時(shí),VＣC、GND接地,I/Ｏ接單片機(jī)I/O；另外一種是VCC接外部電源，GND接地，Ｉ/O與單片機(jī)的I/O線相連。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,Ｉ/O口線要接5ｋΩ左右的上拉電阻。如圖2-7所示,本設(shè)計(jì)采用的是外部電源供電的方式,且選用的上拉電阻為4。７ｋΩ。圖2-7ＤＳ18Ｂ20外部電源供電方式圖2。2．4DS1８B2０的引腳功能引腳功能說明：GND為地;I/O是數(shù)據(jù)輸入/輸出腳（單線接口,可作寄生供電）；UDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。DS28B２0的引腳如圖2—8所示。圖２—8DS18Ｂ20引腳圖DS１８B20的特點(diǎn)說明:采用單總線技術(shù),與單片機(jī)通信只需要一根I/O線,在一根線上可以掛接多個(gè)DS18Ｂ２0。每只DS１8B20具有一個(gè)獨(dú)有的，不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪問相應(yīng)的器件。低壓供電，電源范圍從3.0~5。５V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線竊取電源(寄生電源方式）。測溫范圍為－55℃~＋１25℃，在—１0℃～＋8５℃范圍內(nèi)誤差為±0．5℃?？删庉嫈?shù)據(jù)為９～１2位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為75０ms（最大）。用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。DＳ１8Ｂ20的分辨率由用戶通過ＥEPRＯＭ設(shè)置為9～１2位。ＤS18B20可將檢測到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,并通過串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作.2。3溫度控制模塊的設(shè)計(jì)方案一：繼電器由于是機(jī)械動(dòng)作,響應(yīng)速度慢，不能滿足本設(shè)計(jì)的需要。而用可控硅可以在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)以小電流控制大電流、交流電的無觸點(diǎn)控制的目的，而且它的壽命長、可靠性高、動(dòng)作快。方案二:利用單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角.在不同時(shí)刻利用單片機(jī)給雙向可控硅的控制端發(fā)出觸發(fā)信號(hào),使其導(dǎo)通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓有效值的不同,以達(dá)到調(diào)壓控制的目的。具體如下：(1)由硬件完成過零觸發(fā)環(huán)節(jié),即在工頻電壓下,每１0ms進(jìn)行一次過零觸發(fā)信號(hào)，由此信號(hào)來達(dá)到與單片機(jī)的同步.(２）過零檢測信號(hào)接至單片機(jī)輸入口,由單片機(jī)對此口進(jìn)行循環(huán)檢測，然后進(jìn)行延時(shí)觸發(fā).通過單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通，從而可以控制加熱絲的加熱功率。雙向可控硅接通，則加熱絲加熱;雙向可控硅斷開，則加熱絲停止加熱。方案評價(jià)：綜合考慮，選擇方案二。由于是弱電控制強(qiáng)電,因而弱電很容易被強(qiáng)電干擾，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率。因此必須需要有抗干擾的措施，將強(qiáng)電與弱電隔離。光耦合器切斷了各部件之間的聯(lián)系，對強(qiáng)電和弱電實(shí)施隔離，有效地抑制了干擾信號(hào)對電路的干擾.光耦合器很容易得到觸發(fā)脈沖,且有可靠、體積小的特點(diǎn)。所以可以用帶過零檢測的光電隔離器ＭOＣ3061來驅(qū)動(dòng)雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。MOC３０６１參數(shù)：輸出端的額定電壓是4０0V.最大重復(fù)浪涌電流為1。2A。最大電壓上升率ｄｖ/dt為100０v／uｓ.輸入輸出隔離電壓為75０0Ｖ.輸入控制電流為15ｍA。MOC3０6１引腳排列及內(nèi)部電路圖如圖2-９所示.圖２－9ＭOＣ30６1引腳排列及內(nèi)部電路圖當(dāng)單片機(jī)的輸出口發(fā)出高電平，經(jīng)過三極管放大后驅(qū)動(dòng)光耦合器的放光二極管，MOC3０6１的輸入端導(dǎo)通，輸入電流約為15mA。當(dāng)MOC3０6的輸出端6腳和4腳尖電壓稍稍過零時(shí)，光耦內(nèi)部雙向可控硅即可導(dǎo)通，它可以給外部晶閘管一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，并使其導(dǎo)通;當(dāng)單片機(jī)輸出口發(fā)出低電平,ＭOC3061截止，雙向可控硅處于截止?fàn)顟B(tài).MＯC３0６1的優(yōu)點(diǎn):（1)控制簡單。(2）MＯC３061由于采用了過零觸發(fā)電路大大簡化了雙向可控硅的觸發(fā)電路。（３）MＯＣ3０61與雙向可控硅實(shí)際組成了一個(gè)固態(tài)繼電器，實(shí)現(xiàn)了無觸電控制。（4）輸出通道實(shí)現(xiàn)了光電隔離，防止了射電干擾。(5）單片機(jī)輸出口直接控制雙向可控硅，省去了的D/A轉(zhuǎn)換電路,簡化了接口電路。雙向可控硅介紹：雙向可控硅具有雙向?qū)üδ?，在交流電的正?fù)半周都可以導(dǎo)通。雙向可控硅的通斷情況由柵極決定,當(dāng)柵極無信號(hào)時(shí)MT１和MT2成高阻態(tài),管截止；當(dāng)在ＭT１與ＭT２之間加一個(gè)閾值電壓時(shí),就可以利用控制極柵極電壓來使可控硅導(dǎo)通。但需要注意的是，當(dāng)雙向可控硅接感性負(fù)載時(shí)，電流和電壓之間有一定的相位差。在電流為零時(shí),反向電壓可能不為零,且超過轉(zhuǎn)換電壓，使管子反向?qū)?，故要管子能承受這種反向電壓，并在回路中加入ＲC網(wǎng)絡(luò)加以吸收。雙向可控硅的觸發(fā)方式：控制雙向可控硅從高阻態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通區(qū)可以用不同的方式實(shí)現(xiàn),相應(yīng)的分為四種方式。ＭT1相對于MＴ2為正,控制脈沖電壓Ug相對于MT1為正。MT1相對于ＭＴ2為負(fù)，控制脈沖電壓Ug相對于MT1為負(fù).MT１相對于ＭＴ2為正，控制脈沖電壓Ug相對于MT1為負(fù)。ＭT1相對于ＭT2為負(fù)，控制脈沖電壓Ug相對于ＭT１為正。雙向可控硅的控制極在觸發(fā)后便失去了作用。雙向可控硅長期維持低阻態(tài)，直到低于維持電流ＩH,然后在轉(zhuǎn)換到高阻態(tài).在控制交流電壓時(shí)，每次電源電壓過零雙向可控硅都會(huì)自動(dòng)截止，所以雙向可控硅每半個(gè)周期都需要重新觸發(fā).如圖２-１0所示為溫度控制模塊原理圖。圖２—1０溫度控制模塊原理圖2。4按鍵及顯示模塊的設(shè)計(jì)方案一：八段數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管是由八個(gè)發(fā)光管組成一個(gè)八字形，這些段分別由a,b，c,d，e,ｆ,g，dp來表示.方案二：ＬCD1602液晶顯示器顯示。方案評價(jià)：本設(shè)計(jì)采用LＣD1602液晶顯示器顯示,因?yàn)樗泄妮^低、顯示質(zhì)量較高、重量輕、體積小的特點(diǎn)。LCD1６02的電路圖如圖2-11所示。圖2—11LCD16０2電路圖2.4.1LCD１602的參數(shù)和引腳功能LCD1602的參數(shù):字符尺寸：2．9５×４.３5（W×H)mm.顯示總?cè)萘浚?６×2個(gè)字符。最佳工作電壓:5。0V。芯片工作電壓區(qū)間:4．５V—5。5Ｖ。工作電流：2．0mA(５。0Ｖ）。LCD1602的引腳功能如表2-6所示.表２-6LCＤ1602引腳功能表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VＤD電源正極１０D3數(shù)據(jù)３ＶＬ顯示偏壓１１D4數(shù)據(jù)４ＲS數(shù)據(jù)／命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/Ｗ讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D７數(shù)據(jù)7Ｄ0數(shù)據(jù)15BLA正極背光源8Ｄ1數(shù)據(jù)1６BLＫ負(fù)極背光源2。4.2LCD1602的特點(diǎn)在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1)功耗較低LCD16０2的功耗主要在驅(qū)動(dòng)ＩC和內(nèi)部的電極上，因此功耗較低。（2）顯示質(zhì)量較高LＣD1602顯示器在收到信號(hào)后,不需要不斷刷新新的亮點(diǎn),它的顯示器上的每一個(gè)點(diǎn)可以一直保持同樣的亮度和色彩，發(fā)光持續(xù)穩(wěn)定.因此,顯示器不會(huì)閃爍，且質(zhì)量較高。(３）重量輕、體積小因?yàn)榭刂圃聿煌?，LＣD1602顯示器通過電極來控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到控制的目的，相較于其他的顯示器來說,同等面積的顯示器,LCD1602要輕許多。（4）數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠,操作更加方便。2.４.3按鍵電路的設(shè)計(jì)方案一:獨(dú)立連接式.獨(dú)立式按鍵是指各按鍵相互獨(dú)立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線。方案二：行列式（矩陣式）為了減少鍵盤與單片機(jī)借口時(shí)所占用I/O線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過將行線逐行置低電平后，檢查列輸入狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的.方案評價(jià)：對比兩種方案可知，方案一雖然也能很好的實(shí)現(xiàn)電路的要求，但考慮到電路設(shè)計(jì)的成本和電路整體的性能,我們采用方案一。如圖2—12所示為獨(dú)立式按鍵電路圖。圖２－1２獨(dú)立式按鍵電路圖獨(dú)立式按鍵是指各按鍵相互獨(dú)立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線.本設(shè)計(jì)采用２個(gè)獨(dú)立式按鍵分別連接單片機(jī)I／O來實(shí)現(xiàn)按鍵的功能。從而解決了單片機(jī)I/O口被占用的問題和減少了硬件的復(fù)雜程度，通過軟件來配合２個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)功能。系統(tǒng)程序中通過掃描P1。2、P1。３這２個(gè)端口是否為低電平０來判斷按鍵是否被按下.2。5報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)方案一：使用7４0６作驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路.方案二:使用三極管作驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路。方案評價(jià)：使用方案二。蜂鳴器電路圖如圖2-１3所示。圖2-1３蜂鳴器電路圖蜂鳴器以直流電壓作為電源，被廣泛地應(yīng)用于電話機(jī)、電子玩具、報(bào)警器、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中，被用來當(dāng)作電子發(fā)聲器。蜂鳴器主要有壓電式和電磁式兩種。本設(shè)計(jì)的報(bào)警模塊主要采用蜂鳴器及發(fā)光二級管的蜂鳴和發(fā)光來實(shí)現(xiàn)超出溫度上限時(shí)的報(bào)警.壓電式蜂鳴器約需1０mA的驅(qū)動(dòng)電流。單片機(jī)的P２。５接晶體管基極輸入端。當(dāng)P2.5輸出高電平1時(shí),三極管導(dǎo)通,壓電蜂鳴器兩端獲得約+５V電壓而鳴叫；當(dāng)P2。5口輸出低電平０時(shí),三極管截止,蜂鳴器停止發(fā)聲.要使三極管有放大作用,必須保證發(fā)射結(jié)正偏、集電極反偏。電流放大系數(shù):β＝IC/IB。90１3三極管介紹：9013結(jié)構(gòu):NPＮ.集電極—發(fā)射極電壓:25V。集電極—基電壓:4５V。射極-基極電壓:５V。集電極電流:0．５A(chǔ)。耗散功率:０.6２5Ｗ。結(jié)溫：１50℃。特征頻率最小:１50ＭＨz.放大倍數(shù)：91.3軟件設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，來確定本系統(tǒng)程序包括DS1８B2０讀溫度程序、ＬＣD160２的顯示程序、鍵盤掃描程序、報(bào)警處理程序以及繼電器加熱程序。3。1主程序的設(shè)計(jì)如圖3-1所示為主程序流程圖。圖３-１主程序流程圖3。2ＤS18B20讀溫度程序的設(shè)計(jì)(1）DS1８B20讀時(shí)序:讀時(shí)序包括讀0和讀1的時(shí)序。讀時(shí)序是在拉低單總線之后,在1５us之內(nèi)釋放單總線,讓DS１８B20把數(shù)據(jù)傳送到單總線上。讀時(shí)序的過程至少需要6０us。（2)DS18B20寫時(shí)序:寫時(shí)序包括寫0和寫1的時(shí)序。寫０和寫1時(shí)序略有不同。當(dāng)寫0時(shí)序時(shí),單總線至少要被拉低60ｕs.保證DS18Ｂ２０能夠采到數(shù)據(jù)線上的“0"電平，在15uｓ到45uｓ之間；當(dāng)寫1時(shí)序時(shí)，拉低單總線，并在１５uｓ之內(nèi)釋放單總線.如圖3—２所示為DS18B２0讀溫度程序流程圖.圖3—2DS１8B２0讀溫度程序流程圖3．3鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)該電路為查詢方式電路,當(dāng)任何一個(gè)鍵按下時(shí)，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被清０，而平時(shí)該線為1.因此可以通過檢測各數(shù)據(jù)線的狀態(tài)（0或1）來判斷按鍵是否閉合，以及哪個(gè)按鍵已閉合。如圖3—3所示為鍵盤掃描程序流程圖。圖3－3鍵盤掃描程序流程圖3．4報(bào)警處理程序的設(shè)計(jì)設(shè)定目標(biāo)溫度上限，當(dāng)實(shí)際溫度大于目標(biāo)溫度上限的時(shí)候,執(zhí)行聲光報(bào)警程序。如圖3—4所示為聲光報(bào)警程序流程圖.圖３-4聲光報(bào)警程序流程圖3．5ＰID控制算法本設(shè)計(jì)采用了PIＤ控制技術(shù)。在工程實(shí)際運(yùn)用中，PID控制器以其穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便、結(jié)構(gòu)簡單而成為主要的工業(yè)控制技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的參數(shù)和結(jié)構(gòu)不能被很好的掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的技術(shù)很難被采用，所以當(dāng)系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)來確定時(shí),PIＤ控制技術(shù)最為實(shí)用和方便。PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值r（t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差的比例（P)、積分（I)、微分（D)的組合組成控制量,從而達(dá)到對控制對象的控制目的.控制偏差（3-1）（1)連續(xù)控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的微分方程為:（3－２)式中Kp—-比例常數(shù);Tｉ——積分時(shí)間常數(shù)；Td-—微分時(shí)間常數(shù);e（ｔ）-—系統(tǒng)偏差信號(hào);u(t)—-控制器的輸出信號(hào)。（２）PID調(diào)節(jié)器的函數(shù)形式方程為:(3-３）（３）數(shù)字ＰＩＤ控制器如表3－１所示為模擬PID控制規(guī)律的離散化表。表3－1模擬PＩD控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式數(shù)字PID控制器的差分方程：(3—４)為積分系數(shù).為微分系數(shù).式中稱為比例項(xiàng)。稱為積分項(xiàng)。稱為微分項(xiàng)。常用的控制方式:1、Ｐ控制２、PI控制３、PＤ控制４、PID控制模擬PIＤ控制系統(tǒng)原理如圖3—5所示.圖3-５模擬ＰID控制系統(tǒng)原理框圖（4）PID調(diào)節(jié)器比例、積分、微分的環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)：把調(diào)節(jié)器的輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù),作為調(diào)節(jié)器的輸出，比例環(huán)節(jié)的作用是放大誤差的幅值.當(dāng)僅有比例控制環(huán)節(jié)時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié):調(diào)節(jié)器加入積分環(huán)節(jié)后達(dá)到消除穩(wěn)態(tài)誤差的目的。積分項(xiàng)隨著時(shí)間的增加而增大，積分項(xiàng)對穩(wěn)態(tài)誤差的消除取決于時(shí)間的積分。ＰI調(diào)節(jié)器可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分環(huán)節(jié)：調(diào)節(jié)器的輸入、輸出誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系。微分環(huán)節(jié)能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢，從而可以實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)?？刂破髦袃H有比例環(huán)節(jié)是不行的，還需要增加微分項(xiàng),因?yàn)樗茴A(yù)測誤差變化的趨勢。ＰID控制算法的兩種類型位置型控制(3－5）增量型控制（３-6)PIＤ參數(shù)整定方法：理論計(jì)算法――依賴被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型.工程整定法――不依賴被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,直接在控制系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定。下面對PID運(yùn)算加以說明：所有的數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理.算式中的各項(xiàng)有正有負(fù),以最高位作為符號(hào)位，最高位為0表示為正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)。正負(fù)數(shù)都是補(bǔ)碼表示,最后的計(jì)算以原碼輸出。節(jié)16位進(jìn)行計(jì)算，最后將運(yùn)算結(jié)果取成高８位有效值輸出.輸出控制量u（n)的限幅處理。為了便于實(shí)現(xiàn)對晶閘管的通斷處理，ＰID的輸出在0～250之間。大于２50或小于0的控制量ｕ（n)都是沒有意義的，因在算法上對u（n)進(jìn)行限幅,即：＝（3—７)增量式PID控制算法如圖3—６所示.圖3-6增量式PＩＤ控制算法程序框圖４系統(tǒng)仿真單片機(jī)程序編寫可以有多種：匯編語言、C語言等.本設(shè)計(jì)采用C語言來編寫。匯編語言用匯編語言助記符來表示的程序就是匯編語言.這種語言比機(jī)器語言更容易,使用方便,容易記憶.但是由于不同的機(jī)器對應(yīng)著不同的匯編語言，這種語言具有一定限制。C語言對微控制器的指令系統(tǒng)不需要了解，只是有一個(gè)初步的了解單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu).具有規(guī)范的程序,通過不同的函數(shù)，是程序變得結(jié)構(gòu)化。寄存器分配，不同的內(nèi)存地址和數(shù)據(jù)類型和其他細(xì)節(jié)可以由編譯器管理。大大縮短了編程和調(diào)試的時(shí)間，提高了編程的效率。對于ＡT89C52的控制設(shè)計(jì),編程用Ｋeil軟件，仿真用prｏteuｓ軟件.Keil支持Ｃ語言、匯編及二者的混合編程。編程軟件Kｅｉl介紹：KｅiluVision2是美國軟件公司的Ｃ語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它兼容單片機(jī)系統(tǒng)。與匯編相比，Ｃ語言有易學(xué)易用的特點(diǎn).不僅提高了工作效率，而且在關(guān)鍵的位置嵌入?yún)R編，可以使程序的工作效率接近匯編。標(biāo)準(zhǔn)Ｃ編譯器在保留匯編代碼搞笑、快速特點(diǎn)的同時(shí),還未控制器的軟件開發(fā)提供了Ｃ環(huán)境。ｕVｉsion2的集成開發(fā)環(huán)境已經(jīng)完全包括了C52.它包括：項(xiàng)目管理器、編譯器，匯編器,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和調(diào)試器。Keｉl軟件界面如圖４-1所示。仿真軟件Ｐroｔues介紹：Protueｓ軟件是英國公司出版的工具軟件。它不僅具有仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具.在國內(nèi)它已受到學(xué)單片機(jī)的愛好者和參加單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用工作者的好感。Proteｕs是世界上最著名的仿真軟件之一，從代碼調(diào)試到原理圖布圖等仿真，從概念到產(chǎn)品的整個(gè)流程都是它的功勞。目前它是世界上唯一可以將PCＢ設(shè)計(jì)軟件、電路仿真軟件和虛擬模型仿真軟件合為一的軟件之一，它的處理器模型支持MＳP４3０、AVR、8051、HC11、AＲM和８086PIC10/１2／16/18/2４/3０/DsPIC3３等,在編譯方面,它也支持Ｋeil、IAR和MＰLＡB等多種編譯器.PrｏteusIＳIS的運(yùn)行界面是標(biāo)準(zhǔn)的Wiｎｄｏws界面,如圖4-３所示，ＰｒｏｔeuｓISIS軟件有:標(biāo)題欄、主菜單、狀態(tài)欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、對象選擇按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、圖形編輯窗口、對象選擇器等窗口。圖4－1Ｋeｉl軟件界面生成Hｅx文件，如圖４-2所示.圖4-２生成Hex文件圖圖4—3Ｐｒoteus軟件界面當(dāng)溫度還未達(dá)到設(shè)置溫度上限默認(rèn)的５0℃時(shí)，如圖4－4所示單片機(jī)P2。5口輸出低電平，蜂鳴器不響.單片機(jī)Ｐ2．7口也輸出低電平,二極管不亮，繼電器繼續(xù)加熱.圖4—4溫度低于上限時(shí)仿真圖當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置溫度上限默認(rèn)的5０℃時(shí)，如圖４-5所示單片機(jī)P2。5口輸出高電平,蜂鳴器響。單片機(jī)Ｐ２.7口也輸出高電平，二極管亮，繼電器停止加熱。圖4－5溫度低于上限時(shí)仿真圖結(jié)論通過本次設(shè)計(jì)，加深了我對單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，對溫度傳感器DS18Ｂ20也有了更深刻的了解。雖然DS18B20在測量溫度時(shí)，出現(xiàn)了靈敏度不高，無法跟隨溫度變化快速顯示溫度等問題，但是易于制作、價(jià)格低廉、硬件結(jié)構(gòu)簡單、測量值精確和易于操作等許多優(yōu)點(diǎn)讓DＳ１8B20在測溫方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)［１]陳煥生．溫度測試技術(shù)及儀表[Ｍ］.北京：水利電力出版社,1987．9。［2］秦沿海。數(shù)字PIＤ控制原理及其應(yīng)用[J]。西南民族學(xué)院學(xué)報(bào)，1997：49-5４。[3］徐科軍．傳感器與檢測技術(shù)[Ｍ]．北京：電子工業(yè)出版社,２０04。9.［４]張寶芬．自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)[M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000．［5］先鋒工作室．單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例［M］.北京：清華大學(xué)出版社,２003。[６］王孝武．現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1９98。［7］袁希光．傳感器技術(shù)手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,1986。［8]劉劍．一種數(shù)字PID控制算法分析［J］．承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2００７：11－22．［9］歷風(fēng)滿.數(shù)字PID控制算法的研究[J]．遼寧大學(xué)學(xué)報(bào),2005：367－370。［１0]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，199６:2５6－2７6．［11]趙鴻圖．基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Ⅱ[Ｊ]．微計(jì)算機(jī)信息,2００8（26).［１２]楊萬超.S1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Ⅱ［J]．黑龍江科技信息，2０09(29）.［13］賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，２003:130—１45。［１４］馬淑蘭。單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例分析［M］．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20０9:20－40.［15］Zhangetaｌ．ＤigitalPIDcoｎtrollｅrdeｓiｇnformulｔivariableanaｌoguesysｔemsｗithcomｐuｔatｉonal［J]．IMAJMathConｔrolInｆo，２00４：２1-433.［16］LＤuｂois.Temperatureｃｏnｔｒolｂｙmicrowａvｅraｄiometｒywithnarrowbaｎdｗidth［J］.EuｒPｈyｓJ．Ａpp。lPhｙs,2０0０：６3—6８.［17］Shｉqiaｎwu，ＭengJooEraｎdYaｎgＧao,ＡＦａstＡppoachｆorAｕtomaｔicＧｅnｅrationoｆFuzｚyRulesbyGenｅralizedDｙnamicFuzｚyNeｕralＮeｔworks[Ｊ］.IＥEEＴrａnsａcｔionｏnFuzzｙSyｓtems，2００1（4）:５78-５93。致謝本設(shè)計(jì)在＊＊＊老師的嚴(yán)格要求和悉心指導(dǎo)下才完成，從課題選擇、總體方案設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)到系統(tǒng)仿真,無不凝聚著程老師的汗水和心血,導(dǎo)師無私的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo),令我受益匪淺。在此特向程老師表示深深的感謝和崇高的敬意。附錄附錄１附錄2程序代碼：＃iｎcｌｕde<at89x5１．h＞＃incｌudｅ＜absａcｃ。h>＃incｌude〈ctyｐe．h〉＃inclｕde＜math.h>#include<ｓtdiｏ。ｈ〉＃includｅ〈strinｇ.ｈ>＃ｉｎclude<DS18Ｂ20.h>#incluｄe”LCD160２。h"/／／/液晶顯示頭文件#dｅｆineuchａruｎｓiｇnｅdｃhａr#ｄefineuintunｓiｇnｅdintsｂiｔKey1=P１^0；sbitKey2=P1^1;sｂｉtUp＝P１^2;sbitDoｗｎ=P1^3;uｃharｔ［２]，＊pｔ;/／這是用來存放溫度值的,測溫程序通過這個(gè)數(shù)組與主函數(shù)通信ucharTempBｕfｆer1［9］={0x2b，0x３1,0ｘ32，０x32，0x2e，0ｘ30，0x3０，０ｘ43，’\0’}；//顯示實(shí)時(shí)的溫度,上電時(shí)顯示+125。0０CｕchａrＴempBuffer０［17］＝{0ｘ5４,0ｘ48,0x3a，0x2ｂ，0x31，0x32,0x３5,0x２0,0ｘ5４,0x4c,０x3a，0x2b，０x3１，0ｘ32，0x３4，０x43,'\0'｝;／/顯示溫度上下限,上電時(shí)顯示ＴＨ：+１25TＬ:＋１24Cuｃhａrｃoｄedoｔcode[4]=｛0,25,5０，75｝;ucharset;//溫度初始值ucharcouｎｔ，higｈ＿tiｍe=0；//調(diào)節(jié)占空比的參數(shù)ｕintrout;//PＩＤ輸出／查表法＊**＊*＊＊將表值分離出的十位和個(gè)位送到十分位和百分位******＊*＊*＊*＊＊＊＊＊＊**/sｔruｃtＰIＤ{ｕintSｅtPoｉnt；／/設(shè)定目標(biāo)DｅｓiredＶalueuｉntＰroportion；//比例常數(shù)ProporｔiｏｎａlCoｎsｔｕinｔＩｎｔeｇrａｌ;//積分常數(shù)InteｇｒalConｓtuintDerivａt(yī)ive;//微分常數(shù)DerivaｔｉvｅConsｔsiｇnediｎtＬastＥｒror；／／錯(cuò)誤Ｅrror[-1］signｅdｉntＰrevErｒoｒ;／/錯(cuò)誤Erroｒ［—2]ｓiｇnedintSumErrｏr;//SuｍsｏfErrorｓ}；sｔｒucｔＰIDsｐid；//PID控制結(jié)構(gòu)體ｖoidiｎｉt＿pｉd（)//PIＤ初始化｛higｈ_ｔimｅ=５0；spid.Ｐroporｔｉon=２3;/／SｅtPIDＣｏeｆfｉｃienｔsｓpｉd。Inｔｅgrａｌ＝2；spid.Deriｖａt(yī)ive＝6;spid。SetＰoｉnｔ=seｔ;／/SetPIDSeｔｐoiｎt｝ｕｎsignedintPＩDCalc(strucｔＰID*pp,unｓigｎeｄintＮｅxｔPｏint)//ＰID算法{sigｎedintdErrｏｒ,Error；Error=pｐ-〉SetPoint-NexｔPoiｎt;//偏差pp－＞ＳumError+=Errｏr;//積分ｄErｒｏr=ｐp-＞ＬastＥｒror—ｐｐ-〉PｒｅvErｒoｒ;//當(dāng)前微分pｐ－＞PrevError=pp-＞LａsｔError；pp—>ＬａstErｒoｒ=Error；reｔurn(ｐp-〉Proｐorｔion＊Errｏr＋ｐｐ—＞Integral*pp－〉ＳｕmErｒｏr+pｐ-〉Derｉvaｔive*dEｒror）;｝voidduty_ｃｙclｅ(uinｔt）//占空比{uchaｒs;t＝t／10;s=sｅt；ｉｆ(s〉t）{if（s-t＞2)hｉｇh_tiｍｅ=1０0；eｌｓe｛ｒoｕt=ＰＩDＣalc（&spid，t);／／ＰeｒformPIDInｔeｒaｔioｎｉf(high_tｉme＜=100)high_timｅ=（ｕchａr)(rouｔ/600）；elsｅhigh_tｉmｅ＝100;｝｝elsｅｈiｇh_ｔｉｍe=0;}voｉdｃoverｔ０(unｓigneｄchａrTH,unsｉgnedcharTL)／/將溫度上下限轉(zhuǎn)換為LＣD顯示的數(shù)據(jù){ｉf(TH〉0x7F)//判斷正負(fù)，如果為負(fù)溫,將其轉(zhuǎn)化為其絕對值{TempＢuｆfｅr０[3]=0x2d;//0x2d為"－”的AＳCII碼TH=~TＨ；TＨ++;｝elseTempBｕffｅr0［3]=０x2b;//０x2B為”+"的ＡＳCＩＩ碼ｉf(TＬ>0x7ｆ）｛TeｍpBuffeｒ0［１１］=0ｘ2d；/／0x2d為”－＂的ASＣIＩ碼ＴL＝～TL＋1；}elsｅTeｍpBuｆfeｒ0[11]=0ｘ2b；／／０x２B為"+＂的ASCII碼TempBｕfｆer0［4］＝TH/100+０x3０；/／分離出TH的百十個(gè)位if（TempBｕｆfeｒ0［4］==０x30）TｅmpＢuffeｒ0［4］=0xｆe;//百位數(shù)消隱TｅmpBuffｅr0[5］=（TH％10０)/１０+0x30；／/分離出十位TempＢufｆer0［6］＝（TH％100)%1０+0ｘ30;//分離出個(gè)位TeｍｐB(yǎng)uｆfer0［12］＝ＴL/１０0+0x3０；//分離出TL的百十個(gè)位ｉf（TｅmpBufｆer0[12]==0x30）ＴemｐB(yǎng)ｕｆfｅr0［1２]=０xｆe；／/百位數(shù)消隱TempBuｆｆer0[13］=（TＬ％100）／10+0ｘ30；//分離出十位TeｍpBuｆｆｅr0［1４］＝（ＴL%100)%1０+０x３0；//分離出個(gè)位}vｏidcovert１（ｖoid)//將溫度轉(zhuǎn)換為ＬＣＤ顯示的數(shù)據(jù){unsigｎedcｈaｒx＝０x０0,y＝０ｘ00；t［0]=*ｐｔ;pｔ++;t［1］=＊pt;ｉｆ(t［1]>０ｘ0７）//判斷正負(fù)溫度{TempＢuffer１［0]=0x2d;/／0x２d為"－”的ASCII碼t[1]=～t［1];/＊下面幾句把負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼＊/t[０］=～ｔ［0］；/＊換算成絕對值＊＊**＊*＊*＊/x=t[０］+1；/＊***＊＊＊＊＊＊**＊**＊＊*＊＊＊*＊／t[０]=x；/***＊＊＊**＊＊*＊＊＊＊＊＊*＊***＊/if（x〉255）/＊*＊****＊＊****＊＊****＊＊＊／ｔ[1］++；/*＊＊*＊＊*＊＊＊**＊**＊***＊*／}elseTeｍpBuｆｆｅr1［０］=0x2ｂ;//０ｘｆe為變"+”的ASCＩI碼t[1]＜<=4;/／將高字節(jié)左移４位t［1］＝t［1］＆0x７0;／/取出高字節(jié)的３個(gè)有效數(shù)字位x=t［0];／/將ｔ［0]暫存到Ｘ，因?yàn)槿⌒?shù)部分還要用到它x>>=４；/／右移４位x=x&0x0f；//和前面兩句就是取出ｔ［0]的高四位t［1]=t［１]｜x;//將高低字節(jié)的有效值的整數(shù)部分拼成一個(gè)字節(jié)TeｍpBuffer1［1]=t［１]/10０+0x30；/／+0x3０為變0~9ASCＩI碼ｉf（TempＢuffer1[1］==0x30)TempBuffｅｒ１［１]＝0xfｅ；//百位數(shù)消隱TeｍpBuffer1[2］=(t［1]%100）／１0+0x３0;//分離出十位ＴｅmpBufｆer1［3］=(t［１］％1００）%1０+0x30；//分離出個(gè)位t［０]=t［0］&0ｘ0c;／/取有效的兩位小數(shù)t［０］〉＞=2；//左移兩位，以便查表ｘ=t［0］;y=doｔcodｅ[x]；／／查表換算成實(shí)際的小數(shù)ＴeｍpBuffer1[５］=y/１０+0ｘ3０；/／分離出十分位TempＢuffｅr1［６]=y％10＋０ｘ30;／/分離出百分位}voiddｅlay（uｎsｉｇnedinti）｛whiｌe（i——)；}ｖｏidt0_int(vｏid）intｅrｒupt１//PWM波輸出{if(++cｏｕnt〈=（high_time))Relay=０;elseif(cｏuｎt＜=100)Ｒelay=１;elsｅcount＝０;TＨ0＝0X20；TL0＝０Ｘ00;}ｍaｉｎ（）{unsigｎeｄcharTH=5０,TＬ=10,temp＝0；//下一步擴(kuò)展時(shí)可能通過這兩個(gè)變量，調(diào)節(jié)上下限//測溫函數(shù)返回這個(gè)數(shù)組的頭地址TMOD=0X01；TH０=0Ｘ20；TL0=0Ｘ０0;ＥA=１；ET0＝1；TR0=1；seｔ＝6０;／/目標(biāo)溫度Ｂeeｐ=０;Rｅlay＝０;inｉt_piｄ（)；wｈile（１)｛if(Ｕp==０）｛while(!Ｕp）;ＴＨ+＋；}if(Down＝=０）{wｈiｌe（！Dｏwn);TL-—；｝pt=ＲeadＴeｍｐerａt(yī)urｅ（ＴＨ，TＬ，０x３ｆ）；//上限溫度—２２，下限-2４，分辨率10位,也就是0．２５C／／讀取溫度，溫度值存放在一個(gè)兩個(gè)字節(jié)的數(shù)組if（（t［1］＞ＴH）|（ｔ[1］＜TＬ））｛Bｅe(cuò)p=1;/／Ｒｅｌay＝1;｝eｌse｛Beep=0；//Relay=0;}dｅlaｙ(１0０00）;cｏveｒt１(）;covert０（TH，TL）；LＣD＿Ｉnitiaｌ();／／第一個(gè)參數(shù)列號(hào)，第二個(gè)為行號(hào)，為0表示第一行//為１表示第二行,第三個(gè)參數(shù)為顯示數(shù)據(jù)的首地址LCＤ＿Priｎt(0，0，TeｍｐB(yǎng)uffer0）；ＬＣＤ_Print（0，1，TempBufｆｅr1）;｝｝山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：基于PLＣ的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部名稱：機(jī)電工程系班級名稱：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師:完成日期：2０16年６月6日

摘要溫室大棚是用來栽培農(nóng)作物的設(shè)施，它能改變農(nóng)作物的生長環(huán)境,使其能夠外界的四季變化和惡劣氣候，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造適宜的條件.溫室大棚作為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分,已經(jīng)成為我們研究的方向。如何利用科學(xué)技術(shù)控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，已成為我國溫室大棚行業(yè)研究的重要課題之一。本論文主要介紹了基于PLC控制的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該研究中將采用溫度傳感器、CO２濃度傳感器、光照傳感器對溫室大棚中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測,將測量值送入PＬC中,在ＰLC中將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備來調(diào)控溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了溫室大棚的自動(dòng)化、智能化控制。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)輸出顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)優(yōu)良的人機(jī)界面，為溫室大棚的研究提供新的方向。關(guān)鍵詞:溫室大棚;可編程控制器(PLC）;傳感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａt(yī)ingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofs