基于大林算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(完整資料)

基于大林算法的溫度控制系統(tǒng)

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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)2015/2016學(xué)年第二學(xué)期設(shè)計(jì)課題：基于大林算法的電路溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：班級(jí)：___學(xué)號(hào)：—姓名：2016年5月目錄第一章課題簡(jiǎn)介11。1課題的目的11.1.1本機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能11。1。2擴(kuò)展功能:1課題的任務(wù)及要求1第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22。1水溫控制系統(tǒng)的總體介紹22.2系統(tǒng)框圖22。3閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理2第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33。1系統(tǒng)原理圖33。2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3第四章大林控制算法設(shè)計(jì)54。1大林控制算法原理：5控制器的設(shè)計(jì)及公式推導(dǎo)過(guò)程64。3采樣周期的選擇:7第五章水溫控制系統(tǒng)的仿真75.1振鈴現(xiàn)象75.2Matlab仿真95。2大林算法控制系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)：10各模塊子程序設(shè)計(jì)115.3。1主程序設(shè)計(jì)115。3.2讀出溫度子程序125。5。3數(shù)碼管顯示模塊135.5。4溫度處理程序14第六章小結(jié)與體會(huì)15第七章參考文獻(xiàn)16第八章附錄17第一章課題簡(jiǎn)介1.1課題的目的1。1。1本機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能利用溫度傳感器采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，最后通過(guò)LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示.可以通過(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度。將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟加熱設(shè)備，進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí)，自動(dòng)蜂鳴報(bào)警。1。1.2擴(kuò)展功能：具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。溫度控制的靜態(tài)誤差。1。2課題的任務(wù)及要求一升水由800W的電熱設(shè)備加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(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。溫度測(cè)量范圍：10~100°C，最小區(qū)分度不大于1°C?？刂凭仍?.2C以內(nèi)，溫度控制的靜態(tài)誤差小于1C。用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示實(shí)際水溫。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1水溫控制系統(tǒng)的總體介紹本次設(shè)計(jì)采用采樣值和鍵盤(pán)設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算的方法來(lái)簡(jiǎn)單精確地控制溫度。先通過(guò)鍵盤(pán)輸入設(shè)定溫度，保存在AT89S52單片機(jī)的指定單元中，再利用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行信號(hào)的采集,送入單片機(jī)中，保存在采樣值單元。然后把采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，得出控制量,從而調(diào)節(jié)繼電器觸發(fā)端的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)將水溫控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)水溫超出單片機(jī)預(yù)存溫度時(shí),蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。單片機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)完整的智能化的集數(shù)據(jù)采集、顯示、處理、控制于一體的系統(tǒng)。由傳感器、LED顯示單片機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制部分等組成.2。2系統(tǒng)框圖閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集與控制.溫度信號(hào)由模擬溫度傳感器DS18B20采集輸入AT89S52，利用溫度傳感器采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，最后通過(guò)LED數(shù)碼管以串行口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。可以通過(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度。將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí),開(kāi)啟加熱設(shè)備,進(jìn)行加熱;當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí),自動(dòng)蜂鳴報(bào)警.用單片機(jī)控制水溫可以在一定范圍內(nèi)設(shè)定，并能在環(huán)境溫度變化時(shí)保持溫度不變。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)原理圖在溫度測(cè)量控制系統(tǒng)中，實(shí)際溫度值由PT100恒流工作調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)量。為了克服PT100線性度不好的缺點(diǎn),在信號(hào)調(diào)理電路中加入負(fù)反饋非線性校正網(wǎng)絡(luò)；調(diào)理電路的輸出電壓經(jīng)ADC0808轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89S51；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及標(biāo)定處理后，由3位7段數(shù)碼管顯示。輸入的設(shè)定值由4位獨(dú)立按鍵電路進(jìn)行設(shè)定，可分別對(duì)設(shè)定值的十位和個(gè)位進(jìn)行加1、減1操作?設(shè)定值送入單片機(jī)后，由另外一組3位7段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的段碼由74HC05驅(qū)動(dòng)，位碼由三極管2N2222A驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制方案.將預(yù)置初值與溫度傳感器反饋信號(hào)比較得到偏差(e)進(jìn)行PID運(yùn)算處理得到控制量(u),通過(guò)此量來(lái)控制加熱器的加熱時(shí)間，從而控制加熱功率。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須對(duì)水溫的變化趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，并且根據(jù)需要及時(shí)反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調(diào)量的波動(dòng)。在PID控制中，積分環(huán)節(jié)(I)具有很強(qiáng)的滯后效應(yīng)，而微分環(huán)節(jié)(D)具有預(yù)見(jiàn)性，所以該方案最終采用PD算法，能夠很好的控制超調(diào)，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小.圖3-1系統(tǒng)原理圖3。2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本的AVR硬件線路，包括以下幾部分：復(fù)位線路的設(shè)計(jì)AT89S52已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外

時(shí)間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只10K的電

阻到VCC即可(R6)。為了可靠，再加上一只O.luF的電容(CO)以消除干擾、雜波。D3(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R1(10K)電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位.當(dāng)AVR在工作時(shí)，按下S0開(kāi)關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位.重要說(shuō)明:實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要復(fù)位按鈕復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作?即這部分不需要任何的外圍零件。圖3—2復(fù)位電路設(shè)計(jì)晶振電路的設(shè)計(jì)Megal6已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生IM、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過(guò)，內(nèi)置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場(chǎng)合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時(shí),建議使用外部的晶振線路.早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。不過(guò)為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要太高精度的頻率,可以使用內(nèi)部RC振蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。圖3-3晶振電路設(shè)計(jì)（3）電源設(shè)計(jì)AVR單片機(jī)最常用的是5V與3。3V兩種電壓。本線路以轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，電路需要變壓器把220交流電壓轉(zhuǎn)換成28V交流電，再通過(guò)整流器，把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，通過(guò)7809和7805三端正電源穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成直流5V.電源如圖3-4。丄圖3-4電源電路設(shè)計(jì)圖第四章大林控制算法設(shè)計(jì)4。1大林控制算法原理：在許多工業(yè)過(guò)程中，被控對(duì)象一般都有純滯后特性，而且經(jīng)常遇到純滯后較大的對(duì)象。美國(guó)IBM公司的大林，在1968年提出了一種針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，含有純滯后對(duì)象的控制算法，具有較好的效果。假設(shè)帶有純滯后的一階、二階慣性環(huán)節(jié)的對(duì)象為：G(G(s)CKe-tsTs+11G(s)二G(s)二c(Ts+1)(Ts+1)12式中，為純滯后時(shí)間,、為時(shí)間常數(shù)，K為放大系數(shù)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)二NT,N為正整數(shù)。大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)合適的數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為具有時(shí)間純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于對(duì)象的純滯后時(shí)間.4.2控制器的設(shè)計(jì)及公式推導(dǎo)過(guò)程()10()10被控對(duì)象的傳遞函數(shù)：Gks丿二—Cs+1010s+10系統(tǒng)廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為:G(z)=Z1-e-11010s+10系統(tǒng)廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為:G(z)=Z1-e-110S+10z(n+1)Q—e-T/\1—e-T/\z-i)-=Z-31—e-1=0.632z-31—e-1z-11-0.368zt系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：①C)=z數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為：D(z)1-e-1s1--e-2s4s+1=0.221z-3s1-0.779z-11①(z)0.221G(z)?1-①C)1-0.779z-1-0.291z-3采樣周期T=1s，期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)：T=4sT設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)為：①C)=二-e-2s4s+1系統(tǒng)的廣義對(duì)象傳遞函數(shù)：gQ=弓-gc◎=f當(dāng)輸入為單位階躍時(shí)，輸出為：0.221z—3Y(z)二①(z)R(z)==0.221z-3-0.124z-4+0.284z-5+...(1-0.779z—1)(1-z-1)控制量的輸出為：

0.350x(1-0.368z-i)(1-0.779z-i)(1-z-1)=0.350x(1-0.368z-i)(1-0.779z-i)(1-z-1)=0.350+0.i29z-i+...U(z)二=G(z)(1—0.779加)(1-z-i)0.632z-34。3采樣周期的選擇:在本實(shí)驗(yàn)中，定時(shí)中斷間隔選取100ms，采樣周期T要求既是采樣中斷間隔的整數(shù)倍,又要滿足，而由被控對(duì)象的表達(dá)式可知,所以取N=1,=T,=1s，取T=1s。因?yàn)?，yT因?yàn)椋瑈T(k)=m(k)-m(k_N)=m(k)=m(k-1),因?yàn)椴蓸又芷赥=1s，定時(shí)中斷為1s,就是說(shuō)1個(gè)定時(shí)中斷后進(jìn)行采樣。第五章水溫控制系統(tǒng)的仿真5.1振鈴現(xiàn)象直接用上述控制算法構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字控制器輸出U(z)會(huì)以1/2采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。振鈴現(xiàn)象與被控對(duì)象的特性、閉環(huán)時(shí)間常數(shù)、采樣周期、純滯后時(shí)間的大小等都有關(guān)系。振鈴現(xiàn)象中的振蕩是衰減的，并且于由被控對(duì)象中慣性環(huán)節(jié)的低通特性，使得這種振蕩對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎無(wú)任何影響，但是振鈴現(xiàn)象卻會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損。在交互作用的多參數(shù)控制系統(tǒng)中，振鈴現(xiàn)象還有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象。就是說(shuō)1個(gè)定時(shí)中斷后進(jìn)行采樣。第五章水溫控制系統(tǒng)的仿真5.1振鈴現(xiàn)象直接用上述控制算法構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字控制器輸出U(z)會(huì)以1/2采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。振鈴現(xiàn)象與被控對(duì)象的特性、閉環(huán)時(shí)間常數(shù)、采樣周期、純滯后時(shí)間的大小等都有關(guān)系。振鈴現(xiàn)象中的振蕩是衰減的，并且于由被控對(duì)象中慣性環(huán)節(jié)的低通特性，使得這種振蕩對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎無(wú)任何影響，但是振鈴現(xiàn)象卻會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損。在交互作用的多參數(shù)控制系統(tǒng)中，振鈴現(xiàn)象還有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象?？梢胝疋彿萊A來(lái)衡量振蕩的強(qiáng)烈程度.振鈴幅度RA的定義為：在單位階躍信號(hào)的作用下，數(shù)字控制器D(z)的第0次輸出與第1次輸出之差值。設(shè)數(shù)字控制器D(z)可以表示為：1+bz-1+bz-2+…D(z)=kz-n12=kz-nQ(z)1+az-1+az-2d—125-1)其中Q(z)1+bz-1+bz-2d—121+az-1+az-2d—125-2)那么，數(shù)字控制器D(z)輸出幅度的變化完全取決于Q(z),則在單位階躍信號(hào)的作用下的輸出為:Q(z)1-z-i1+bz-i+Q(z)1-z-i12(5-3)1+(a—1)z-1+(a—a)z-2+.…(5-3)121二1+(b—a+1)z-1+(b—a+a)z—2+—11221根據(jù)振鈴的定義，可得：RA=1—(b—a+1)=a—b/r1111(5—4)上述表明，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象的原因是數(shù)字控制器D(z)在z平面上位于z=—l附近有極點(diǎn)。當(dāng)z=—1時(shí),振鈴現(xiàn)象最嚴(yán)重.在單位圓內(nèi)離z=-1越遠(yuǎn),振鈴現(xiàn)象越弱。在單位圓內(nèi)右半平面的極點(diǎn)會(huì)減弱振鈴現(xiàn)象，而在單位圓內(nèi)右半平面的零點(diǎn)會(huì)加劇振鈴現(xiàn)象.由于振鈴現(xiàn)象容易損壞系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),因此，應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象。大林提出了一個(gè)消除振鈴的簡(jiǎn)單可行的方法，就是先找造成振鈴現(xiàn)象的因子，然后令該因子中的z=1.這樣就相當(dāng)于取消了該因子產(chǎn)生振鈴的可能性。根據(jù)終值定理，這樣處理后不會(huì)影響輸出的穩(wěn)態(tài)值。本設(shè)計(jì)的被控對(duì)象是含有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié),大林算法求得的數(shù)字控制器為式:(1—e-T/t)(1—e-T/rz-1)D(z)一k(1—e—T/t1)[1—e—T/tz—1—(1—e—T/t)z—(N+1)](5-5)有可表示為式3—14所示：(1—e—T/t)(1—e—T/t1z—1)D(z)一k(1—e-T/t])[1+(1—e-t/t)(z-1+z-2+…+z—N)](1—z-1)(5—6)可能引起振鈴現(xiàn)象的因子是式3—15所示：1+(1-e-T/t)(z-1+z-2+…+z-N)(5-7)其振鈴的幅度為：RA一e-T/t1-e-T/t(5—8)根據(jù)r值的不同，有一下幾種情況：(1)當(dāng)r=0時(shí)，不存在振鈴極點(diǎn)因子，此時(shí)不產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象(2)當(dāng)r=1時(shí)，存在一個(gè)極點(diǎn)z=—(1-e-T/t)當(dāng)T<=時(shí)，z~-l，存在嚴(yán)重的振鈴。11當(dāng)r=2時(shí)，存在極點(diǎn)Z=一2(1-e-T/t)土j2當(dāng)工〈〈當(dāng)工〈〈T時(shí)，z~—Z~1時(shí)，存在振鈴現(xiàn)象。對(duì)于r=2時(shí)的振鈴極點(diǎn)，令Z=1代入式中可得:(1一4e-t/tt)(1一4e-t/tiz-1)4(1一e-T/T1)(1一z-1)[1+(1一e-T/T)(z-1+z-2+z-r)]

(1—e-t/t)(1—e-t/\z-i)=4(1—e-t/t1)(3—2e-t/t)(1—z-1)此時(shí)就求得的消除振鈴的數(shù)字控制器D(z)表達(dá)式為D(z)(1—e—t/t)(1—e—t/t1zD(z)4(1—e-t/t1)(3—2e-t/t)(1—z-1)(1-0)(1-e—1Z—1)4(1—0)(3—2e-1)(1—z-1)5.2Matlab仿真Matlab仿真圖Matlab仿真圖（無(wú)振鈴現(xiàn)象）5。2大林算法控制系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤(pán)設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。本部分詳細(xì)介紹了基于AT89S52單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。艮據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如溫度采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、執(zhí)行子程序。采用KeiluVision3集成編譯環(huán)境和C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).本章從設(shè)計(jì)思路、軟件系統(tǒng)框圖出發(fā)，先介紹整體的思路后,再逐一分析各模塊程序算法的實(shí)現(xiàn)，最終編寫(xiě)出滿足任務(wù)需求的程序。采集到當(dāng)前的溫度，通過(guò)LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過(guò)按鍵任意設(shè)定一個(gè)恒定的溫度將水環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較.當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟加熱設(shè)備，進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，超出控制溫度范圍時(shí)，自動(dòng)蜂鳴報(bào)警并對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示?采用C語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，鑒于篇幅限制及DS18B20的應(yīng)用已經(jīng)規(guī)范和成熟，本文僅就主程序流程圖和顯示子程序流程圖及其代碼進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)定時(shí)器TOP3。4口的定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述有關(guān)DS18B20的讀寫(xiě)程序，編程時(shí)序分析等請(qǐng)見(jiàn)附錄三。功能主程序流程圖主程序通過(guò)調(diào)用溫度采集子程序完成溫度數(shù)據(jù)采集，然后調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)據(jù)，調(diào)用顯示子程序進(jìn)行溫度顯示和判斷溫度數(shù)據(jù)。主程序（見(jiàn)附錄二）調(diào)用四個(gè)子程序，分別是溫度采集程序、數(shù)碼管顯示程序、溫度處理程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序。溫度采集程序:對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示.數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分.溫度處理程序：對(duì)采集到的溫度和設(shè)置的上、下限進(jìn)行比較，做出判斷，向繼電器輸出關(guān)斷或閉合指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序：對(duì)鍵盤(pán)的設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ).

超過(guò)設(shè)定1°c是否否低于設(shè)定1C是報(bào)警報(bào)警顯示當(dāng)前溫度超過(guò)設(shè)定1°c是否否低于設(shè)定1C是報(bào)警報(bào)警顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值設(shè)定溫度值圖1系統(tǒng)總流程圖5。3各模塊子程序設(shè)計(jì)5。3。1主程序設(shè)計(jì)主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值,溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖2所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開(kāi)存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。

圖2主程序流程圖5。3。2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是通過(guò)時(shí)序處理位來(lái)確認(rèn)信息交換的。當(dāng)總線控制器發(fā)起讀時(shí)序時(shí),DS18B20僅被用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)給控制器。因此，總線控制器在發(fā)出讀暫存器指令［BEh］或讀電源模式指令［B4H］后必須立刻開(kāi)始讀時(shí)序，DS18B20可以提供請(qǐng)求信息。所有讀時(shí)序必須最少60us,包括兩個(gè)讀周期間至少lus的恢復(fù)時(shí)間。當(dāng)總線控制器把數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時(shí)，讀時(shí)序開(kāi)始，數(shù)據(jù)線必須至少保持lus，然后總線被釋放在總線控制器發(fā)出讀時(shí)序后,DS18B20通過(guò)拉高或拉低總線上來(lái)傳輸1或0。當(dāng)傳輸邏輯0結(jié)束后，總線將被釋放，通過(guò)上拉電阻回到上升沿狀態(tài)。從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)序的下降沿出現(xiàn)后15us內(nèi)有效。因此，總線控制器在讀時(shí)序開(kāi)始后必須停止把I/O腳驅(qū)動(dòng)為低電平15us,以讀取I/O腳狀態(tài)。5。5.3數(shù)碼管顯示模塊圖3讀出溫度子程序本系統(tǒng)采用八位共陽(yáng)極數(shù)碼管，用模擬串口的動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)。其流程圖如圖4所示：5。5.4溫度處理程序基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)通過(guò)DS18B20溫度傳感器采集到的溫度和設(shè)置的溫度上、下限進(jìn)行比較得出結(jié)果。如果低于下限溫度或是高于上限溫度，則報(bào)警器進(jìn)行進(jìn)行報(bào)警。第六章小結(jié)與體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)分配到兩個(gè)人一組完成，雖然只有短短的兩周時(shí)間,但是通過(guò)這些天的學(xué)習(xí)使我收獲巨大,讓我更加深刻的復(fù)習(xí)了課本知識(shí)，使得自己在專業(yè)技能和動(dòng)手能力方面有了很大的提高，為以后自己進(jìn)入社會(huì)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我與周航一組，我很感謝老師對(duì)我的指導(dǎo)及同學(xué)的幫助，我主要負(fù)責(zé)軟件的仿真，周航負(fù)責(zé)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在大林控制算法的設(shè)計(jì)中，遇到了許多的難題，對(duì)于原理概念十分模糊，一些公式也忘了如何去使用，拿出了以前的課本對(duì)遺忘的知識(shí)進(jìn)行了回顧，在同學(xué)的幫助下，與周航的討論中一步一步的完成了控制器的設(shè)計(jì)和大林算法公式的推導(dǎo).使得我能夠順利的完成此次的課程設(shè)計(jì)，通過(guò)完成這次的課程設(shè)計(jì)，使我深刻的體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)的重要性，這次的課程設(shè)計(jì)很，但兩人一組的團(tuán)隊(duì)的合作使課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單了許多，每個(gè)人都有明確的分工，這樣,再加上自己的努力終能取得成功.感謝此次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲良多！第七章參考文獻(xiàn)于海生主編，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M],北京:清華大學(xué)出版社，2009李小堅(jiān)，趙山林，馮曉軍，龍懷冰.ProtelDXP電路設(shè)計(jì)與制版實(shí)用教程（第2版）.北京：人民郵電出版社。2009全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì).全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（第一屆—第五屆）.北京：北京理工大學(xué)出版社。2004張琳娜，劉武發(fā)。傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用。北京：中國(guó)計(jì)量出版社。1999沈德金，陳粵初MCS—51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京:北京航空航天大學(xué)出版社。1990周立功等。增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)戰(zhàn)。北京:北京航空航天大學(xué)出版社。2003。7馬忠梅等。單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)?北京：北京航空航天大學(xué)出版社社。1998.10胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社社。1996李志全等.智能儀表設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用。北京：國(guó)防工業(yè)出版社。1998.6何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1990。1第八章附錄附錄一：系統(tǒng)程序#include<reg52。h〉〃52系列頭文件#include〈stdio.h〉#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitds=P3A4；//定義蜂鳴器//定義整型的溫度數(shù)據(jù)//定義蜂鳴器//定義整型的溫度數(shù)據(jù)sbitbeep=P1A4;sbitled=P1A1；sbitjdq=P1A0;uinttemp，t，w；ucharflag;uinthigh；sbitled1=P1A0；//定義溫度的上限值//控制發(fā)光二極管//定義浮點(diǎn)型的溫度數(shù)據(jù)uintlow；uinthigh；sbitled1=P1A0；//定義溫度的上限值//控制發(fā)光二極管//定義浮點(diǎn)型的溫度數(shù)據(jù)uintlow；//定義溫度下限值是溫度乘以10后的結(jié)果sbitled2=P1A1;//控制發(fā)光二極管sbits3=P3A7;ucharflag1,flag2，flag3，flag4，s1num，qian，bai，shi，ge;ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0，0x99，0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90，0xc6}；//共陽(yáng)數(shù)碼管段碼表ucharcodetable1[]={0x40，0x79,0x24，0x30，0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};〃帶小數(shù)點(diǎn)的編碼voiddelay（ucharz）//延時(shí)函數(shù){uchara,b；for（a=z；a>0;a—-）for（b=100；b>0；b——）；}voidinit（）{EA=1；ET1=1TR1=1{{{{TMOD=0x10;TH1=(65536—4000)/256TL1=(65536-4000)%256;flag=0；high=100;jdq=1；}voiddidi(){beep=0；led=0;delay(500);beep=1;led=1；delay(500)；}voiddsreset(void){uinti;ds=0；i=103;while(i>0)i-—;ds=1；i=4;while(i>0)i-—；}bittempreadbit(void){uinti；bitdat；ds=0;i++;ds=1；i++；i++；dat=ds；i=8；while(i〉0)i--；return(dat);}uchartempread(void){uinti，j，dat;dat=0;for(i=1；i〈=8;i++)//DS18b20復(fù)位，初始化函數(shù)//延時(shí)最短480us//等待16—60us，收到低電平//讀1位數(shù)據(jù)函數(shù)〃i++起到延時(shí)作用//讀1字節(jié)的數(shù)據(jù)函數(shù)j=tempreadbit();個(gè)約60-240us則復(fù)位成功{{{{dat=(j＜〈7)|(dat〉＞1);〃讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在dat里}return(dat);}voidtempwritebyte(uchardat)//向DS18B20寫(xiě)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)函數(shù){uinti;ucharj;bittestb;for(j=1;j<=8；j++){testb=dat＆0x01;dat=dat>>1;if(testb)//寫(xiě)1{ds=0;i++;i++;ds=1;i=8；while(i〉0)i—-;}else//寫(xiě)0{ds=0;i=8;while(i>0)i—-；ds=1；i++；i++；}}}voidtempchange(void)//DS18B20開(kāi)始獲取溫度并轉(zhuǎn)換{dsreset()；delay(1)；tempwritebyte(0xcc);//寫(xiě)跳過(guò)讀ROM指令tempwritebyte(0x44)；//寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令}uintget_temp()//讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)uchara，b；dsreset();////溫度在寄存器中為12位，分辨率為0.0625//乘以10表示小數(shù)點(diǎn)后面只取一位//temp是整型delay(1)；tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a=tempread()；b=tempread();temp=256＊b+a;f_temp=temp*O。0625；temp=f_temp*10+0.5；returntemp;}voidkeyscan(){if(s1==0){P2=0xff;delay(5)；if(s1==0){while(！s1)；s1num++；if(s1num==1){flag=1；}//寫(xiě)跳過(guò)讀ROM指令//寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令//讀低8位//讀高8位if(s1num==2){s1num=0;flag=0；}}}if(s1num==1){flag=1；if(s2==0){delay(5);if(s2==0){while(！s2)；high+=10；if(high==1000)high=100;}if(s3==0){delay(5);if(s3==0){while(！s3)；high—=10；if(high==0)high=100;}}}}voidmain()//主函數(shù){init();while(1){tempchange()；//溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)if(temp〈high-10){jdq=0;didi()；}if((temp〉=high—10)＆&(temp<=high)){jdq=0；beep=1;}if((temp>high)＆&(temp<=high+10)){jdq=1;beep=1;}if(temp〉high+10){jdq=1；didi()；}}}voidtime1()interrupt3{TH1=(65536—4000)/256;TL1=(65536-4000)%256;t++;keyscan()；if(flag==0){if(t==4)t=0;switch(t){case1：P0=table[get_temp()/100];P2=0xfd；breakcase2:P0=table1[get_temp()％100/10]；P2=0xfb；break;case3:P0=table[get_temp()％10]；P2=0xf7；break}}if(flag==1){if(t==4)t=0；switch(t){case0：P0=0xff;P2=0xfe；break；case1：P0=0xff；P2=0xfd;break;case2：P0=table[high/100];P2=0xfb;break；case3：P0=table[high%100/10]；P2=0xf7;break；}}}班級(jí)班級(jí):姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)班級(jí):姓名：學(xué)號(hào)：1。簡(jiǎn)要敘述系統(tǒng)的工作原理。2。簡(jiǎn)述復(fù)位電路設(shè)計(jì)原理。系統(tǒng)如何產(chǎn)生報(bào)警？4。簡(jiǎn)述大林算法的原理。采樣周期如何確立？合卒轡FtHefeiUniversity基于大林算法的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程名稱計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任課教師丁健班級(jí)10級(jí)自動(dòng)化1班姓名學(xué)號(hào)日期2013/06/20論文基于大林算法的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)型導(dǎo)師丁健題目類型姓名2010級(jí)自動(dòng)化專業(yè)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

電阻加熱爐用于合金鋼產(chǎn)品熱力特性實(shí)驗(yàn)，電加熱爐用電爐絲提供功率，使其在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定到給定的溫度值?在本控制對(duì)象電阻加熱爐功率為8KW,有220V交流電源供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫區(qū)進(jìn)行控制，要求控制溫度范圍50~350°C，保溫階段溫度控制精度為±1°C。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后e~Ts通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓，其對(duì)象溫控?cái)?shù)學(xué)模型為：G(s)-一-Ts+1d其中：時(shí)間常數(shù)=350秒，放大系數(shù)=50,滯后時(shí)間t=10秒，控制算法選用大林算法。條件1.PC機(jī)一臺(tái)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；3人：明確課題功能.：把復(fù)雜問(wèn)題分解為若干模塊，確定各模塊處理方法，畫(huà)出流程圖。:存儲(chǔ)器資源分配：編制程序，根據(jù)流程圖來(lái)編制源程序(5)：對(duì)程序進(jìn)行匯編，調(diào)試和修改，直到程序運(yùn)行結(jié)果正確為止.計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程一、總體方案設(shè)計(jì)二、控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì)三、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1、選擇計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)(選用51內(nèi)核的單片機(jī))2、設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路(EPROM、RAM、I/O端口、鍵盤(pán)、顯示接口電路等)；3、設(shè)計(jì)輸入信號(hào)接口電路；4、設(shè)計(jì)DA轉(zhuǎn)換和電流驅(qū)動(dòng)接口電路；5、其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案(電源、通信等)。四、軟件設(shè)計(jì)1、分配系統(tǒng)資源，編寫(xiě)系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖；2、編寫(xiě)AD轉(zhuǎn)換和溫度檢測(cè)子程序框圖；3、編寫(xiě)控制程序和DA轉(zhuǎn)換控制子程序模塊框圖；4、其它程序模塊(顯示與鍵盤(pán)等處理程序)框圖。五、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制完整的系統(tǒng)電路圖(A3幅面).任務(wù)分工：針對(duì)本次設(shè)計(jì)課題,我們明確了各自的分工,顧勝池主要負(fù)責(zé)軟件程序的編寫(xiě)、連接和調(diào)試,黃安福主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊硬件的仿真和調(diào)試和部分模塊程序的編寫(xiě),柴文峰負(fù)責(zé)報(bào)告的整理。摘要電加熱爐在化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛,因此溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。其控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié),具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、控制精度低。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制,具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn),對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點(diǎn)，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控:低于設(shè)定值就加熱,反之就停止或降溫。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低,但控制效果不理想,控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長(zhǎng)，因此，只能用在精度要求不高的場(chǎng)合。電加熱爐是典型的工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象,在我國(guó)應(yīng)用廣泛。電加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性，大滯后，時(shí)變性等特點(diǎn)。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無(wú)法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的模型和確定參數(shù),應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論和方法難以達(dá)到理想的控制效果。本設(shè)計(jì)采用大林算法進(jìn)行溫度控制，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)延遲環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的較為精確的控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；a/d、d/a；達(dá)林算法；傳感器；爐溫控制目錄一、緒論錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1。2技術(shù)綜述錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2、1系統(tǒng)概述錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2、2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。三、硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3、1微處理器80C51錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3、2溫度傳感器錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3、3驅(qū)動(dòng)電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3、4鍵盤(pán)模塊錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3、5LED顯示模塊錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。四、軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4、1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4、2大林算法的系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽4、3程序控制流程圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。五、調(diào)試運(yùn)行錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄一系統(tǒng)原理圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄二程序錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。緒論1．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景近年來(lái),加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制系統(tǒng),溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控參數(shù)之一，冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，對(duì)工件的處理均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。因此，在工業(yè)生產(chǎn)和家居生活過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。由于許多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度的影響是多方面的,使得溫度的控制比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的加熱爐電氣控制系統(tǒng)普遍采用繼電器控制技術(shù)，由于采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn).隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)必然被基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所取代。1.2技術(shù)綜述自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2、1系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)在硬件部分選擇了單片機(jī)的AT80C51芯片為核心控制部分，輸出為K型熱電偶傳感器，檢測(cè)溫度后傳回單片機(jī)系統(tǒng)，最后經(jīng)過(guò)溫度控制系統(tǒng)，從而加熱電阻，來(lái)達(dá)到控制電加熱爐的目的。2、2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖電加熱爐控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2。1

圖2。1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖加熱爐溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：首先溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后AT80C51芯片將給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)最小拍無(wú)紋波算法運(yùn)算處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱。既加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)?其中單片機(jī)的80C51系統(tǒng)為加熱爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。三、硬件設(shè)計(jì)3、1微處理器80C51本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)采用80C51或其兼容系列芯片，采用24MHZ或更高頻率晶振,以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。圖3.1單片機(jī)芯片引腳圖3、2溫度傳感器在溫度傳感器部分，選擇了K型熱電偶傳感器。K型熱電偶的測(cè)溫原理熱電傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件的參數(shù)隨溫度變化的特性，將溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電量變化輸出的裝置。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路就構(gòu)成了熱電偶,熱電偶兩端為兩個(gè)熱電極，溫度高的接點(diǎn)為熱端、測(cè)量端或自由端;溫度低的接點(diǎn)為冷端、參考端或自由端?測(cè)量時(shí)，將工作端置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，自由端恒定在某一溫度?熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。MAX6675單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其工作原理如下：K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過(guò)低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大、緩沖后，得到熱電勢(shì)信號(hào)U1,再經(jīng)過(guò)S4送至ADC。對(duì)于K型熱電偶，電壓變化率為(41uV/°C),電壓可由如下公式來(lái)近似熱電偶的特性。U1=(41uV/C)X(T—T0)上式中，U1為熱電偶輸出電壓(mV)，T是測(cè)量點(diǎn)溫度;TO是周圍溫度。在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值之前，對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0C實(shí)際參考值之間的差值。通過(guò)冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)換器.U2=(41uV/C)XT0在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1、U2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即獲得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際溫度值T。這就是MAX6675進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和測(cè)量溫度的原理如圖3-2所示。

3、3驅(qū)動(dòng)電路圖3.3驅(qū)動(dòng)電路3、4鍵盤(pán)模塊在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，輸入設(shè)備采用矩陣鍵盤(pán):圖3—4鍵盤(pán)模塊電路當(dāng)“設(shè)定”鍵按下時(shí)觸發(fā)鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序由程序程控掃描法確定那個(gè)鍵按下并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。程控掃描的任務(wù)是：(1)首先判斷是否有鍵按下。方法：使所有的行輸出均為低電平，然后從端口A讀入列值。如果沒(méi)有鍵按下，則讀人值為FFH.如果有鏈按下.貝9不為FFH.去除鍵抖動(dòng)。方法：延時(shí)10—20ms，再一次判斷有無(wú)鍵按下,如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤(pán)上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值.方法:對(duì)鍵盤(pán)逐行掃描。程序中需等閉合鍵釋放后才對(duì)其進(jìn)行處理。3、5LED顯示模塊圖3-5LMO16L液晶模塊LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能.LM016L與單片機(jī)MCU(MicrocontrollerUnit)通訊可采用8位或者4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器、指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)、忙標(biāo)志(BF)、顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)、字符發(fā)生器ROM(CGROM)、字符發(fā)生器RAM(CGRAM)、地址計(jì)數(shù)器(AC).IR用于寄存指令碼，只能寫(xiě)入不能讀出；DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫(xiě)入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù).BF為1時(shí),液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDRAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼。CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160種和5*10點(diǎn)陣字符32種,8位字符編碼和字符的應(yīng)關(guān)系。四、軟件設(shè)計(jì)4、1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件主要包括:溫度的采樣和處理、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、顯示、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用最小拍無(wú)紋波控制算法,以達(dá)到更好的控制效果?？紤]到電加熱爐是一個(gè)非線性、時(shí)變和分布參數(shù)系統(tǒng)，所以本文采用一種新型的智能控制算法?它充分吸取數(shù)學(xué)和自動(dòng)控制理論成果，與定性知識(shí)相結(jié)合，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，在實(shí)時(shí)控制中取得較好的成果。其中，系統(tǒng)的軟件流程圖如圖*調(diào)叫鍵掃描子稈序丿調(diào)用Q轉(zhuǎn)換于程序.JL調(diào)用溫度控制子程序“謝尼顯示予程序-1「轆值復(fù)匣「4.1系統(tǒng)軟件流程圖4、2大林算法的系統(tǒng)設(shè)計(jì)大林算法中D(z)的基本形式設(shè)被控對(duì)象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為其中t1為被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)冊(cè)為被控對(duì)象的純延遲時(shí)間，為了簡(jiǎn)化，設(shè)其為采

樣周期的整數(shù)倍，即N為正整數(shù)。由于大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即一?5①&）=t站十1，其中"NT由于一般控制對(duì)象均與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)所以相應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是(2-3)于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為如="=亠占（1一嚴(yán)）G（zHl—①⑵］彳刃（2一4）D（z）可由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn).由上式可知，它與被控對(duì)象有關(guān)。下面對(duì)一階純滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。由式（2-1）由式（2-1）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳-Z應(yīng)十1）皿吒［丄_二^-Kz~naZ--1_11-z-1_S環(huán)+1=后』［丄r-——t—］--Kz~naZ--1_11-z-11-異1-廠'怙T卡17）尹［宀-宀戸］1—產(chǎn)—將此式代入（2-4）,可得（1?嚴(yán)尹）（1-嚴(yán)）—疋〔1—八山〕［1—尹役（1—曠"育曲］“匚、（2一5）式中:T一一采樣周期350秒：——被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)50;閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)10秒。4、3程序控制流程圖1、程序流程基本思路:控制過(guò)程:手動(dòng)輸入一個(gè)溫度設(shè)定值，需要調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，再由傳感器檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度值，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)處理調(diào)用溫度控制子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制，調(diào)用顯示子程序?qū)⑻幚砗蟮慕Y(jié)果送LCD顯示。在使用鍵盤(pán)時(shí)，要考慮鍵盤(pán)的去抖問(wèn)題，消抖處理有硬件和軟件兩種方法：硬件消抖是利用加抖動(dòng)電路濾避免產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào);軟件消抖是利用數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)消除抖動(dòng)?我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時(shí)，則說(shuō)明是某鍵按下。2、A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖4-3所示A/D言占呆送顯不至+J圖4—3A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖3、溫度控制流程圖如圖4—4所示圖4-4溫度控制流程圖五、調(diào)試運(yùn)行通過(guò)Proteus仿真和程序調(diào)試，基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)：溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后AT80C51芯片將給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)算法處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱，使加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)：LCD1六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督?學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。"千里之行始于足下”通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)這次模具設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高?通過(guò)這次模具設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次基于達(dá)林算法的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與達(dá)林算法設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握基于達(dá)林算法的設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握達(dá)林算法設(shè)計(jì)的基本的模型，怎樣確定設(shè)計(jì)方案，提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ).在此感謝我們的丁健老師。，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度,幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^(guò)的同學(xué)們,謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤,懇請(qǐng)老師們多多指教，我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。參考文獻(xiàn)梅麗鳳，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2004:19—48,81—93周繼明，江世明.傳感技術(shù)與應(yīng)用[M],長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,2005：45-56張毅剛，單片機(jī)原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社,2003：126-135顧興源，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，北京:冶金工業(yè)出版社，1981：25-40張連華，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，北京：科學(xué)之友，2010，07:27—28樓然苗，51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，北京：北京航空航天出版社，2003.3—35李生明，單片機(jī)LED顯示接口技術(shù)，長(zhǎng)江職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，(4)：18—24袁強(qiáng)，基于單片機(jī)89C51和89C2051點(diǎn)陣LED圖文顯示，工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用2006附錄一系統(tǒng)原理圖F?P1RESPACKSICD1山心8LD2U119152QKZ□1'

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書(shū)W□7MALIKTFLIRST.D..5.6.7D.D.D.D.D.do.DppFFPPPPADDLED-丫HOLDLED-GRS1^eeeP5.ALE山Tzrr対空PIHH円円円円PI012345678DC51U4-t6vA￡：□■jPS.DyRM]F3.1.TKDP3怎麗幣P3.3/lMfiP3.4HDP3.5/HP3.Ei/WHP3.T?RDP2D/^P2.1//9pa.awt]FZ.3TAI1FZ.^A12P2.S/A10P2.^A1斗P2.7/A15TC1TCKie17D1叫?~LED-BLUEAD匚iGUDHOLD1LI11_12_12釘H228D5T-5CK50T-h65S>附錄二程序inc1udeVreg52.h>include<string.h>inc1udeVstdio°h〉^defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P3"3;sbitrw=P3A6；sbiten=P3"7;uchardis2[]={"nowT：”}；uchardis3[]={”setT:"};ucharflag=O;uchartemp；sbitS0=P3A1；sbitCS=P3^4；sbitSCK=P3A5；sbitADD=P0入5;sbitSUB=P0A6;sbitHOLD=P0八7;ucharADH,ADL；inti，z,j；voiddelay(uchara){uchari,j；for(i=0；i<a；i++)for(j=0；jV110;j++)；}voidwdata(uchardat)//寫(xiě)數(shù)據(jù){P1=dat；rs=1；rw=0;en=0；delay(4);en=1;}voidwcom(ucharcom)〃寫(xiě)命令{P1=com；rs=0;rw=0;4en=0;delay(4)；en=1；}//初始程序voidinit(void){uchari；。4wcom(0x38)；wcom(0x0c)；4wcom(0x06)；wcom(Ox01)；wcom(Ox80);whiIe(dis2[i]!='\0'){wdata(dis2[i])；bbi++；。}}voidgettemper(){binta,b,c,d,T;ADH=ADL=0;SCK=0;//bCS=0；SCK=1;bCS=0；bSCK=O；SCK=1;D11bfor(i=4；i>0;i-—)//D15D11{bSCK=0；bbADH=SO；bADH=ADH〈VI；SCK=1;}bfor(i=8;i〉0；i--)//D10?3b{SCK=0；bbADL=SO；ADL=ADL〈〈1；bSCK=1；}SCK=0；bflag=SO;SCK=1;bSCK=0;//temp=ADH；//btemp〈V=8；//btemp=temp|ADL;//bT=1023.75大temp/4095；T=ADH＊256+ADL；a=T/1O0O;b=(T/100)％10；bc=(T/10)％10;d=T%10;。wcom(0x86);。wdata(a+0x30)；wdata(b+0x30)；wdata(c+0x30)；wdata(d+0x30);wdata('')；wdata(zCz)；CS=1；}intgetkey(){uchartemp；intc；P2=0x0f;temp=P2；temp=temp&0x0f;〃屏蔽高4位，取列值if(temp==0x0e)c=0；elseif(temp==0x0d)c=1；elseif(temp==0x0b)c=2；elseif(temp==0x07)oc=3；P2=0xf0;〃給P2的高4位高電平，求行值temp=P2；temp=temp＆0xf0；//屏蔽低4位if(temp==0xe0)c=c＋0；elseif(temp==0xd0)c=c＋4;elseif(temp==0xb0)c=c+8；returnc；〃最后返回行加列的值}voidmain(){ointkey；init()；wcom(0x80+0x40);owhile(dis3[i]!='\0'){owdata(dis3[i]);oi++；

。while(1)。{gettemper();。P2=OxOf;if((P2&0xOf)!=0x0f)//延時(shí)后在判斷一次,去除抖動(dòng)影響bbbbif{bbbbif{key=getkey()；//求鍵盤(pán)值wcom(0x80+0x46);wdata(key+Ox30)；wdata(1+0x30)；wdata(4+0x30)；wdata('')；wdata('C');if(100*key+14V514){SUB=0；ADD=1;bHOLD=1;}(100*key+14>514){ADD=0；SUB=1；bbbHOLD=1；b}if(100＊key+14==514){bbHOLD=0;bbSUB=1；bADD=1;}bbb摘要本設(shè)計(jì)是一種溫度控制系統(tǒng)，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義.其控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、控制精度低。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。PID控制法最為常見(jiàn)，控制輸出采用PWM波觸發(fā)可控硅來(lái)控制加熱通斷。使系統(tǒng)具有較高的測(cè)量精度和控制精度。單片機(jī)控制部分采用AT89S51單片機(jī)為核心，采用Kei丨軟件進(jìn)行編程,同時(shí)采用分塊的模式,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，分別給出了系統(tǒng)的總體框圖、溫度檢測(cè)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換接口電路，按鍵輸入電路以及顯示電路，并對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行相關(guān)的闡述軟件采用PID算法進(jìn)行了建模和編程，在Proteus環(huán)境中進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵詞：PID；單片機(jī)；溫度扌空制；Keil;ProteusAbstractThisdesignisakindoftemperaturecontrolsystem,Thetemperaturecontro丨inindustriaIproductionandscientificresearchisofgreatsignificance.Belongstopurefirst-orderlaglink,thecontrolsystemhasthecharacteristicsofbiginertia,pureIagandnonlinear,thetraditionalcontrolovershootandadjustmenttimeisong,lowcontroIprecision．Bysinglechipmicrocomputertemperaturecontrol,hassimplecircuitdesign,highaccuracyandgoodcontroIeffect,toimprovetheproductionefficiency,promotetheprogressofscienceandtechnologyhasimportantpracticalsignificance。PIDcontrolisthemostcommon,thecontroloutputPWMwavetriggeringthyristorisusedtocontroltheheatingonandoff。Makethesystemhashighaccuracyofmeasurementandcontrolprecision.Single—chipmicrocomputercontrolpartadoptssinglechipmicrocomputerAT89S51asthecore,UsingKeilsoftwareprogramming,Usingblockpatternatthesametime,analyzesthehardwaredesignofthewholesystem,respectively,oftheoveralIsystemblockdiagramisgiven,thetemperaturedetectioncircuit,A/Dconversioninterfacecircuit,keyinputcircuitanddisplaycircuit,andthecorrespondingcircuitarerelatedinthispaper,thesoftware,thePIDalgorithmisusedformodelingandprogrammingintheProteussimulationenvironment．Keywords：PID；Singlechipmicrocomputer；Thetemperaturecontrol；Keil；Proteus目錄錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2設(shè)計(jì)方案錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3系統(tǒng)硬件仿真電路33。1溫度測(cè)量調(diào)理電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。A/D轉(zhuǎn)換電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。按鍵輸入電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。數(shù)碼管顯示電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。溫度控制電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4程序設(shè)計(jì)91程序整體設(shè)計(jì)94.2子程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽4.3源程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。95軟件調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果41結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)441緒論現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用于熱處理的加熱爐，需要消耗大量的電能,而且溫度控制是純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有企業(yè)多采用常規(guī)儀表加接觸器的斷續(xù)控制，隨著科技進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展,這類設(shè)備對(duì)溫度的控制要求越來(lái)越高，除控溫精度外，對(duì)溫度上升速度及下降速度也提出了可控要求,顯而易見(jiàn)常規(guī)控制難于滿足這些工藝要求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,采用功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低的智能化溫度控制裝置控制加熱爐已成為現(xiàn)實(shí).采用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單靈活性等優(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，比過(guò)去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好的多。微機(jī)控制系統(tǒng)的快速計(jì)算、靈活多樣的邏輯判斷和高效的信息加工能力使自動(dòng)控制進(jìn)入了更高一級(jí)的領(lǐng)域，提高了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，減少了人工干預(yù),并不斷地完善和滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防科技日益增長(zhǎng)的需要。微機(jī)控制系統(tǒng)由于具有成本低、體積小、功耗小、可靠性高和使用靈活等特點(diǎn)，因而廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)和空間技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。其控制對(duì)象已從單一的工廠流程擴(kuò)展到企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制。隨著微機(jī)和單片機(jī)的推廣使用，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化與過(guò)程控制相結(jié)合的分級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制，使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的水平發(fā)展到一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)在,許多常規(guī)的控制儀表和調(diào)節(jié)器已經(jīng)為計(jì)算機(jī)所取代。計(jì)算機(jī)不斷地監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,對(duì)生產(chǎn)中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行采樣,迅速進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，打印和顯示工藝過(guò)程的統(tǒng)計(jì)數(shù)字和參數(shù)，并發(fā)出各種控制命令。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。2設(shè)計(jì)方案在溫度測(cè)量控制系統(tǒng)中，實(shí)際溫度值由PT100恒流工作調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)量。為了克服PT100線性度不好的缺點(diǎn)，在信號(hào)調(diào)理電路中加入負(fù)反饋非線性校正網(wǎng)絡(luò)；調(diào)理電路的輸出電壓經(jīng)ADC0808轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89S51；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及標(biāo)定處理后,由3位7段數(shù)碼管顯示。輸入的設(shè)定值由4位獨(dú)立按鍵電路進(jìn)行設(shè)定，可分別對(duì)設(shè)定值的十位和個(gè)位進(jìn)行加1、減1操作。設(shè)定值送入單片機(jī)后，由另外一組3位7段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的段碼由74HC05驅(qū)動(dòng),位碼由三極管2N2222A驅(qū)動(dòng)。為了使兩組數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示，對(duì)兩組數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。整體的電路原理框圖如圖11所示。圖1一1整體電路原理框圖系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制方案。如圖1—2所示，將預(yù)置初值與溫度傳感器反饋信號(hào)比較得到偏差(e)進(jìn)行PID運(yùn)算處理得到控制量(u),通過(guò)此量來(lái)控制加熱器的加熱時(shí)間，從而控制加熱功率。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須對(duì)水溫的變化趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，并且根據(jù)需要及時(shí)反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調(diào)量的波動(dòng)。在PID控制中，積分環(huán)節(jié)(I)具有很強(qiáng)的滯后效應(yīng)，而微分環(huán)節(jié)(D)具有預(yù)見(jiàn)性，所以該方案最終采用PD算法，能夠很好的控制超調(diào)，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小。圖12系統(tǒng)控制方案3系統(tǒng)硬件仿真電路3.1溫度測(cè)量調(diào)理電路15RS.0H3.0R2.003?57k1PT100QPH7CA3o^otc■+15□P07CR1.0RS.0H3.0R2.003?57k1PT100QPH7CA3o^otc■+15□P07CR1.0圖3—1溫度測(cè)量調(diào)理電路本系統(tǒng)采用恒流工作調(diào)理電路,鉑電阻選用標(biāo)稱值為100Q的PT1OO作為溫度傳感器。A1、A2、A3采用低漂移運(yùn)放OP07C,由于有電流經(jīng)PT100傳感器，所以當(dāng)溫度為0°C時(shí)，在PT100傳感器上有電壓降，這個(gè)電壓為PT100傳感器的偏置電壓，是運(yùn)放A1輸出電壓的一部分，使恒流工作調(diào)理電路的輸出實(shí)際不為零。所以需要對(duì)這個(gè)偏置電壓調(diào)零，R3為調(diào)零電阻，其作用為當(dāng)溫度為0C時(shí)，將恒流工作調(diào)理電路的輸出調(diào)到零.又因?yàn)镻T100的電阻特性為非線性,PT100在0到100C變化范圍內(nèi)非線性誤差為0。4%(0.4C),由于本系統(tǒng)無(wú)小數(shù)顯示，0.4°C的誤差本身不會(huì)對(duì)A/D量化和數(shù)碼管顯示造成影響，但由于軟件編制中，對(duì)標(biāo)度變化程序中的變換系數(shù)做了近似處理，使得非線性誤差接近0.79%(0.79°C),就有可能對(duì)A/D量化和數(shù)碼管顯示造成影響，所以加進(jìn)了線性化電路，運(yùn)放A3及電阻R1、R4和R6—同構(gòu)成了負(fù)反饋非線性校正網(wǎng)絡(luò)。R5用于調(diào)整運(yùn)放A2的增益。電路的調(diào)整方法如下(用普通電阻代替PT100進(jìn)行調(diào)整)：接入相當(dāng)于0°C的100Q的電阻，用于R3調(diào)零。接入相當(dāng)于50C的119.70Q的電阻，用于R5調(diào)整增益。接入相當(dāng)于100C的139.10Q的電阻，用于R1或R4調(diào)整線性。反復(fù)調(diào)整多次，在0到100C溫度范圍內(nèi)適宜為止.以溫度值為橫坐標(biāo)，電壓值為縱坐標(biāo)，由表3-1分析非線性誤差可知：在50°C時(shí),存在最大偏差為0。005°C,故非線性校正后非線性誤差變?yōu)?.1%(0.1°C),A/D量化及數(shù)碼管顯示不會(huì)產(chǎn)生誤操作。表3—1顯示對(duì)照表理想溫度值010203040506070809010010107。111。11121131。13對(duì)應(yīng)電阻值1003.9985。7119.73.927.435.2139.10.501。01.502。02。3.003。504.9實(shí)際輸出電壓0。002204204505124.0014.49896顯示溫度值0102030405060708090100注釋1；溫度單位/°C；電阻值單位/Q；電壓?jiǎn)挝?V。3.2A/D轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)采用5V的電壓源，用PT100電阻傳感器組成的信號(hào)調(diào)理電路作為信號(hào)的輸入裝置，當(dāng)PT100傳感器置于溫度場(chǎng)時(shí)，調(diào)理電路將根據(jù)PT100的阻值輸出相應(yīng)的電壓值?將該輸出電壓送到ADC0808的模擬量輸入通道IN0,經(jīng)ADC0808進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,將標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為等價(jià)的數(shù)字信號(hào)?本設(shè)計(jì)選用IN0作為模擬量輸入通道，則將ADC0808的A、B、C三條地址線均置為低電平。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)START接到AT89S51的P2.0口，轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接P3.7口，輸出允許信號(hào)OE接P3.6口，地址鎖存允許信號(hào)ALE接P3.3口,由于ADC0808內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所以用AT89S51的ALE經(jīng)二分頻接ADC0808的CLK端,VREF—接地，VREF+接+5V電壓°ADC0808的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到AT89S51的P0.0到P0.7口，作為AT89S51的輸入信號(hào).A/D轉(zhuǎn)換接口電路如圖3—2所示。15J.S3_31心=3￡3+TTTrssTSTS7~Sj.：：-：7T?L1XT.?1ZP.^TFTHAL￡申pana.>wipn.ii'Hi?ipq^hhzpna'Hi-3pns'Hi-spn.&'.AMpn.TWi-7FznvcPZ.IiWP22i'A<]PSi'AHPZ.WAEP^fi'AGP3.&'A1+PS.TrAtf"5"￡嘗FinEpppMKSTAJU[;=-IJ2in>CLOCK&T?KTB：<CIMDUZflNDjnJZ3L"55715J.S3_31心=3￡3+TTTrssTSTS7~Sj.：：-：7T?L1XT.?1ZP.^TFTHAL￡申pana.>wipn.ii'Hi?ipq^hhzpna'Hi-3pns'Hi-spn.&'.AMpn.TWi-7FznvcPZ.IiWP22i'A<]PSi'AHPZ.WAEP^fi'AGP3.&'A1+PS.TrAtf"5"￡嘗FinEpppMKSTAJU[;=-IJ2in>CLOCK&T?KTB：<CIMDUZflNDjnJZ3L"557沖口再口P3.1iT；-；HF3jnrn]F33TTT口耐P35T1口頤｛pi.rnor1口

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JZ1731313ZLLEEppp.H.-U呂FAQUTi：CUT!QUTf0UTSQimQUT7QUTBWYVY<<<zi1?7s衛(wèi)7suuuuuUUUQQQQoQQQIM2IM3IHtIH5I肪IN7AE?D>.aACPC?.L￡:Z3zz—Il-<1侶0E[：?VF.EF(+)0EVH.EFH17圖3-2A/D轉(zhuǎn)換接口電路3?3按鍵輸入電路本系統(tǒng)采用4個(gè)按鍵搭建鍵盤(pán)電路，如圖3-3所示。第一個(gè)按鍵用來(lái)判斷是轉(zhuǎn)入控制處理程序運(yùn)行，還是轉(zhuǎn)入鍵盤(pán)處理子程序運(yùn)行；若未按下則轉(zhuǎn)入控制處理子程序運(yùn)行，按下則轉(zhuǎn)入鍵盤(pán)處理子程序運(yùn)行；若第一個(gè)按鍵按下，則第二個(gè)按鍵開(kāi)始起作用，用第二個(gè)按鍵來(lái)判斷是十位進(jìn)行加減操作。若第二個(gè)按鍵未按下，轉(zhuǎn)十位進(jìn)行加減操作，否則轉(zhuǎn)個(gè)位進(jìn)行加減操作；第三個(gè)按鍵為減一操作，第四個(gè)按鍵為加一操作。為了方便按鍵操作，將個(gè)位和十位的設(shè)定值均設(shè)置為5，如果加一操作結(jié)果等于11，給加一單元重新賦值5，如果減一操作結(jié)果等于OFFH,給減一單元重新賦值5。這樣考慮最壞情況，即用鍵盤(pán)設(shè)置離初始設(shè)定值最遠(yuǎn)的值，第三個(gè)按鍵最多按5次，第四個(gè)按鍵最多按5次.從而大大減少了按鍵次數(shù)，且更方便地給出設(shè)定值。第一個(gè)鍵和第二個(gè)鍵的加入，也充分考慮了總程序的整體調(diào)度。

>X7AL1X7AL2RSTF'O.O/ADOF0.VAD1P0.27AD2P0.3/AD3P0.-4ZAD4P0.SZAD5POLADSP0.77AD738總432FSENALEEAF2.0/A8P2.1/A9F2.2^10P2.3XAHF'2.4.iA12P2.5XA12P2.6XA14P2.7XA152122232^>X7AL1X7AL2RSTF'O.O/ADOF0.VAD1P0.27AD2P0.3/AD3P0.-4ZAD4P0.SZAD5POLADSP0.77AD738總432FSENALEEAF2.0/A8P2.1/A9F2.2^10P2.3XAHF'2.4.iA12P2.5XA12P2.6XA14P2.7XA152122232^25262728￡>STARpOP21&■F22OF23K4K2QZ.Ifl白F'1.0Fd.dF'1.2F'1.3P1.4F'1.5P1.6F'1.7F3.0/RADP2^/TXDF3.2/INTUF3.3/INT-1PS.A-'TUP3.5TT1PM血麗P3.7.W□

rt—■1213303132LEpppAmAEo--圖3—3按鍵輸入電路3。4數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用兩個(gè)4位LED顯示數(shù)碼管，共陰極接法。第一個(gè)數(shù)碼管顯示A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集的采樣值，選用3位顯示采樣值，顯示范圍為0到100；第二個(gè)數(shù)碼管顯示由鍵盤(pán)輸入的設(shè)定值，用于顯示對(duì)系統(tǒng)的溫度設(shè)定，也選用3位顯示設(shè)定值，顯示范圍為0到100.由于LED顯示電路較多選用動(dòng)態(tài)掃描方式，為了實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段的輸入外，還要對(duì)顯示器的位進(jìn)行控制，即段控和位控。所以需要用P1口輸出8條段控線；位控線由挑選的P2。1、P2。2、P2。3、P3。0、P3.1和P3.2輸出，其中P2.1、P2.2和P2。3用于驅(qū)動(dòng)鍵盤(pán)輸入的設(shè)定值和數(shù)碼管位控線,其余用于驅(qū)動(dòng)顯示A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管的數(shù)據(jù)碼位控線，位控線的數(shù)目等于數(shù)碼管顯示的位數(shù)。P1接口最多可連接8個(gè)LED顯示器。為提高顯示亮度，通常加74HC05進(jìn)行段控輸出驅(qū)動(dòng)，與7段數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)輸入端相連，由于位控的驅(qū)動(dòng)電流較大，8段全亮需40到60mA,所以用三極管9012提高驅(qū)動(dòng)能力，其集電極接到7段數(shù)碼管的位碼驅(qū)動(dòng)

輸入端，三極管的發(fā)射極接地，將AT89S51的P3.0、P3°l、P3.2分別與一個(gè)2kQ的電阻連接到三極管的基極，用于驅(qū)動(dòng)采樣值顯示數(shù)碼管，將AT89S51的P2.0、P2。1和P2。2口分別與一個(gè)2kQ的電阻連接到三極管的基極，用于驅(qū)動(dòng)設(shè)定值顯示數(shù)碼管。顯示電路如圖3—4所示。DPUd1234.?fiBCDEFCDP4234□5J-hJ-J-J-Ji!--■TEir■nr1qs-TE-iT--■in：r.:：iTH■XTM耆RATPdPi.iF-iJPi」Fl*p』p』F-i.Tt-PM」IKdttl1FtJMJP6.DPUd1234.?fiBCDEFCDP4234□5J-hJ-J-J-Ji!--■TEir■nr1qs-TE-iT--■in：r.:：iTH■XTM耆RATPdPi.iF-iJPi」Fl*p』p』F-i.Tt-PM」IKdttl1FtJMJP6.??4j.Ff-JM-D卜Ft.TrtTFJ-^-d肚超皿曲6P?JAlI覲沁2JPJjM-i?PZTM-Ii4ILe-Td^s-i-TTnT-Q2-?IT示Q3R1」TDiTlR2-■IF■:T-.R3-■HkT--圖3—4顯示電路3。5溫度控制電路系統(tǒng)的電阻絲和風(fēng)扇均采用如圖3—5所示的電路形式?此電路采用晶體管驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器?當(dāng)P3.4為低電平，繼電器RL1吸合；當(dāng)P3。4或P3。5為高電平時(shí)，繼電器RL1釋放。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機(jī)復(fù)位時(shí)不吸合。繼電器由晶體管2N2222A驅(qū)動(dòng)，它可以提供所需的驅(qū)動(dòng)電流。FF：-40FF：-40圖3-5繼電器控制電路PT100溫度測(cè)控系統(tǒng)的完整電路如圖3-6所示。1—U圖3—6溫度測(cè)控系統(tǒng)電路圖4程序設(shè)計(jì)4?1程序整體設(shè)計(jì)程序的控制思想：設(shè)置目標(biāo)溫度后,系統(tǒng)采樣水溫,并通過(guò)預(yù)設(shè)溫度、當(dāng)前溫度、歷史偏差等進(jìn)行PID運(yùn)算產(chǎn)生f輸出參數(shù)，通過(guò)該參數(shù)控制加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)加熱器out的平均功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的PID控制。整體功能通過(guò)主程序和中斷服務(wù)程序配合實(shí)現(xiàn)。主程序流程:系統(tǒng)首先初始化I/O、定時(shí)器，之后進(jìn)入主循環(huán)，進(jìn)行溫度采樣和相關(guān)處理.在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)按鍵重新設(shè)置目標(biāo)溫度值。\PT100溫度測(cè)控系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1溫度測(cè)控系統(tǒng)主程序4?2子程序設(shè)計(jì)PID控制的實(shí)現(xiàn)（1）PID簡(jiǎn)介。PID（ProportionalIntegra丨Derivative）控制是控制工程中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制算法和典型的結(jié)構(gòu)。它不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)，而且對(duì)于大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過(guò)程也可以應(yīng)用，在眾多工業(yè)過(guò)程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。（2）PID工作原理。由于來(lái)自外界的各種擾動(dòng)不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值保持恒定的目的控制作用就必須不斷地進(jìn)行.若擾動(dòng)出現(xiàn)使得現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象（以下簡(jiǎn)稱被控參數(shù)）發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件就會(huì)將這種變化采集后經(jīng)變送器送到PID控制器的輸入端,并與其給定值（以下簡(jiǎn)稱SP值）進(jìn)行比較得到偏差值（以下簡(jiǎn)稱e值），調(diào)節(jié)器按此偏差并以預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào),去改變調(diào)節(jié)器的開(kāi)度，使調(diào)節(jié)器的開(kāi)度增加或減小，從