基于PID控制算法的熱水器智能控制

緒論1.1器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究意義與目的隨著世界科技的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)能源問(wèn)題越來(lái)越受重視，熱水器已成為成為我們的生活必不可少的。儲(chǔ)水式電熱水器.以其無(wú)污染、儲(chǔ)水量多等特點(diǎn)在眾多替代能源中受到青睞。儲(chǔ)水式工作時(shí)候用環(huán)保節(jié)能且功率小，對(duì)于各方面的要求也低，所以在我國(guó)大部分家庭均可使用。儲(chǔ)水式電熱水器在發(fā)達(dá)國(guó)家早已經(jīng)普遍了。在我國(guó)這個(gè)情況并沒(méi)有發(fā)生很大改變?nèi)缃穸鄶?shù)人在使用著太陽(yáng)能熱水器?？墒墙裉祀S著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，儲(chǔ)水式熱水器將會(huì)在我國(guó)大面積的使用。可是由于我國(guó)各地區(qū)的水壓情況的不一樣，以及加熱的不及時(shí)。造成了我們所使用熱水器時(shí)造成的不好影響比如溫度調(diào)節(jié)不及時(shí)，水溫?zé)o法達(dá)到，給我們消費(fèi)者帶了不少麻煩因此本課題將以此為研究對(duì)象，通過(guò)使用PID控制算法的熱水器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使儲(chǔ)水式熱水器這一問(wèn)題得到較好的改善。1.2國(guó)內(nèi)外熱水器系統(tǒng)控制研究與現(xiàn)狀電熱水器有即熱式，儲(chǔ)水式。而我們大多數(shù)家用使用的是儲(chǔ)水式熱水器，與即熱式熱水器對(duì)比有以下特點(diǎn)：1、需預(yù)熱，儲(chǔ)水量大。2、安全性好，一般家庭線路都可負(fù)載3、內(nèi)部相對(duì)于較為簡(jiǎn)單，維修時(shí)較為方便4、同樣的容積，價(jià)格對(duì)比十分低廉。5、預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，加熱相對(duì)較為慢。熱水器在國(guó)外多數(shù)是用豎式，而國(guó)內(nèi)大多使用橫式。而豎式則加熱速度快，出水率高，其下層是冷水這樣的設(shè)計(jì)能減少冷水對(duì)熱水的沖擊，符合國(guó)外的一個(gè)生活習(xí)慣。相比之下橫式熱水器儲(chǔ)水量大，洗澡時(shí)舒適感能得到大大加強(qiáng)。在熱水器的控制上面基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛所以在基礎(chǔ)上國(guó)內(nèi)外對(duì)對(duì)電熱水器的溫度有了基本的測(cè)量，自動(dòng)檢測(cè)和但是對(duì)于溫度的把控不夠精準(zhǔn)。溫度控制技術(shù)機(jī)械式：通過(guò)多種不同的的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功率的切換擁有顯示溫度和水位功能,但是不是達(dá)到溫度水位的自動(dòng)控制功能。，然后通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量大小來(lái)決定控制溫度，但是由于調(diào)節(jié)的時(shí)候有流量以及功率不同的相互內(nèi)在的約束，造成調(diào)節(jié)溫度的方法不簡(jiǎn)便，并存此方式一般為手動(dòng)控制。雖然在有的熱水器產(chǎn)品中添加電加熱輔助裝置,但是在功能和智能上存在了很多的缺陷，給用戶體驗(yàn)帶來(lái)不好的感覺(jué)。例如我們經(jīng)常使用熱水器中有設(shè)置2-3個(gè)不同功率的加熱管對(duì)水進(jìn)行加熱，在溫度控制的過(guò)程中通過(guò)對(duì)水流量的控制對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，但是流量調(diào)節(jié)及溫度調(diào)節(jié)之間存在的影響以及誤差，并且我們?cè)谄涫褂玫臅r(shí)候無(wú)法在溫度及流量上同時(shí)獲得滿足，并且溫度無(wú)法做隨流量變化做到微小調(diào)整。因此該技術(shù)存在不足。電子式：與機(jī)械式不同之處在于其有完整的控制結(jié)構(gòu)，如溫度傳感器，流量傳感器，以及在設(shè)置了幾個(gè)不同大功率的加熱體然后通過(guò)控制芯片及其相關(guān)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制。并且在此方式上解決了流量調(diào)節(jié)及溫度調(diào)節(jié)之間存在的影響以及誤差使流量的改變不會(huì)對(duì)水溫產(chǎn)生很大的變化，因此完成了對(duì)流量和溫度的不同控制。解決了機(jī)械方式的缺點(diǎn)，所以在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上被認(rèn)可使用。PID控制是比例，積分和微分控制，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性極佳，可靠且易于配置，通常是無(wú)法完全理解和掌握被控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，或者無(wú)法建立精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)檢測(cè)時(shí)獲得的結(jié)果當(dāng)時(shí)，通用控制理論及其計(jì)算難以接受，因此，目前使用PID控制技術(shù)最為簡(jiǎn)便。當(dāng)今的底盤(pán)溫度控制系統(tǒng)廣泛用于化學(xué)，機(jī)械工程，機(jī)械工程，制藥和其他行業(yè)。在試運(yùn)行及調(diào)試過(guò)程中，化工產(chǎn)品符合生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，為了控制可行性，對(duì)當(dāng)前溫度值，當(dāng)前溫度趨勢(shì)和總能量進(jìn)行采樣，以方便控制系統(tǒng)快速識(shí)別，提高響應(yīng)速度并減少溫度穩(wěn)定時(shí)間。所以根據(jù)以上的優(yōu)缺點(diǎn)選擇使用pid溫度控制系統(tǒng)，使水溫穩(wěn)定在一定的設(shè)計(jì)誤差內(nèi)并提供合適的熱水器解決方案。本課題將重點(diǎn)研究?jī)?chǔ)水式電熱水器1.3研究?jī)?nèi)容通過(guò)對(duì)上面的描述以及對(duì)儲(chǔ)水式熱水器優(yōu)缺點(diǎn)以及分析了國(guó)內(nèi)的溫度控制情況了解現(xiàn)有儲(chǔ)水式熱水器的一些缺陷，最大的問(wèn)題就是溫度控制精準(zhǔn)性不高，穩(wěn)定性一般，無(wú)法快速加熱滿足人們的日常需求。所以通過(guò)使用PID控制算法的熱水器溫控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其相關(guān)影響參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速升溫以及時(shí)刻保證溫度的恒定。后續(xù)會(huì)通過(guò)對(duì)于材料的選擇已經(jīng)對(duì)于電路的分析在pid上的一些參數(shù)調(diào)整進(jìn)一步的使這個(gè)溫控系統(tǒng)更加智能化，簡(jiǎn)單化。

2熱水器智能控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1實(shí)時(shí)溫控系統(tǒng)的控制原理能量守恒定律設(shè)置流量傳感器及溫度傳感器放入在儲(chǔ)水熱水器的進(jìn)水端，隨后用通過(guò)單片機(jī)去獲取水溫度及流量的值，然后算出一個(gè)能量值是溫度提升所需要的數(shù)值，通過(guò)公式將這個(gè)得出加熱這個(gè)溫度時(shí)候所需要的功率，在通過(guò)單片機(jī)的控制引腳將功率轉(zhuǎn)換到加熱器上。Q=Cm△TM=pv（式2.1）表2.1公式的定義C比熱容焦/千克?攝氏度M水的質(zhì)量kg△t水溫變化量°Cp水的密度kg/m3根據(jù)流量的定義可知最后推出P=4200×流量X△T／60(流量單位L／min)（式2.2）系統(tǒng)中將水溫到達(dá)所要求的溫度，根據(jù)上述公式計(jì)算所需功率大小，以達(dá)到所需要的溫度值，而且為了減少程序中單片機(jī)的工作量，把事先算好的記升高一攝氏度所需要的能量，然后羅列好各種數(shù)據(jù)，當(dāng)工作的時(shí)候單片機(jī)檢測(cè)到的流量后可以直接得系統(tǒng)需要的基礎(chǔ)功率，然后提供所需的的功率PID控制原理pid控制基本原理介紹比例環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)比例環(huán)節(jié)缺點(diǎn)為較容易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的誤差；積分環(huán)節(jié)：消除穩(wěn)態(tài)的誤差缺點(diǎn)就是增加了超調(diào)量微分環(huán)節(jié)：加大慣性響應(yīng)的速度，減弱超調(diào)的趨勢(shì)圖2.1典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(S)R在完美的情況下，R（s）和C（s）的傳遞函數(shù)是為1?？墒沁^(guò)程的消息的得到的處理都需要一定的時(shí)間，這個(gè)傳遞函數(shù)為：c(s)RS=2.2總體方案設(shè)計(jì)圖2.2結(jié)構(gòu)系統(tǒng)原理圖表2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作用1開(kāi)關(guān)閥門(mén)（流量調(diào)節(jié)及關(guān)斷）2安全閥3接地導(dǎo)體4溫度傳感器5流量傳感器6隔離水電阻7加熱絲8加熱罐9高溫保護(hù)器10繼電器11控制中心12電流互感器2.2.1加熱控制系統(tǒng)加熱系統(tǒng)由以下單位所組合：溫度傳感器：基于控制精確的溫度以及快速響應(yīng)的特點(diǎn)，不采取集成芯片。使用普通的電阻型塑封NTC即可且成本低廉。鎳金加熱絲：為了使熱交換效率高得以實(shí)現(xiàn)。采取體積小。鐐金加熱絲并且其自身的儲(chǔ)備熱能很小可以無(wú)視，因此在突發(fā)斷水的情況下不會(huì)發(fā)生溫度過(guò)沖繼電器：繼電器用于接收控制中心的控制信號(hào)，決定是否對(duì)加熱絲進(jìn)行通斷2.2.2水路系統(tǒng)開(kāi)關(guān)閥設(shè)置在水路系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)閥在此起著重要的作用。它不僅可以打開(kāi)和關(guān)閉水路，還可以用作流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器，還可以用作自動(dòng)觸發(fā)控制中心工作的輸入端口。只要用戶打開(kāi)此開(kāi)關(guān)，整個(gè)機(jī)器就會(huì)啟動(dòng)并進(jìn)入工作狀態(tài)，無(wú)需任何操作即可獲得預(yù)先設(shè)定的水溫。2.2.3安全系統(tǒng)隔電墻：用于出水進(jìn)水進(jìn)隔離水電阻，才能在工作220V降至安全電壓。接地導(dǎo)體：當(dāng)水中電壓還是存在的適合，用接地導(dǎo)體可以保證電壓為0.保證了安全。防干燒：當(dāng)溫度過(guò)高或者在局部高溫的時(shí)候手動(dòng)控制器將斷開(kāi)電路起到保護(hù)作用防燙傷：設(shè)置溫度傳感器，來(lái)檢測(cè)是否達(dá)到了溫度上限。若是檢測(cè)溫度過(guò)高停止加熱，保證溫度在需要的范圍內(nèi)。防止溫度過(guò)高燙傷。2.2.4加熱技術(shù)圖2.3從左到右為鎧裝、鍍膜、鎳金（1）電熱管加熱（鎧裝式）工作原理：其耐高溫的材質(zhì)放在又合金構(gòu)成的無(wú)縫管中均勻的排放這。致密分布的結(jié)晶氧化鎂粉末填充了間隙。施加電流后，電流流經(jīng)電阻線并產(chǎn)生熱量，隨后金屬管的溫度開(kāi)始升高，熱量通過(guò)在其表面加熱，然后熱量轉(zhuǎn)移到水中達(dá)到預(yù)想的溫度值。優(yōu)點(diǎn)：能量傳遞效率高，發(fā)熱均勻，生產(chǎn)的工藝不復(fù)雜，成本相對(duì)低；缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生污垢，管子極易被腐蝕，（2）石英加熱管（鍍膜）工作原理：加熱器采用乳白色石英玻璃管和經(jīng)過(guò)特殊處理的耐腐蝕合成材料。由其自身的特點(diǎn)可以進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)換，吸收和升高管中的溫度會(huì)產(chǎn)生純硅-氧鍵的分子振動(dòng)，從而使95％的可見(jiàn)光和近紅外光轉(zhuǎn)換成熱能并轉(zhuǎn)移到水中以實(shí)現(xiàn)加熱。優(yōu)點(diǎn)分析：傳遞能量的效率高，對(duì)于物體的增溫均勻，并且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單且成本較低；缺點(diǎn)：耐快速冷卻和耐熱性差，容易破裂，泄漏，耐壓性，長(zhǎng)期使用會(huì)衰減（3）鎳金加熱工作原理：自身鎳含量極高是普通加熱絲的無(wú)法達(dá)到的，將其放入水中進(jìn)行加溫，工作的環(huán)境無(wú)隔離層和絕緣層中間。優(yōu)點(diǎn)：可以將能量幾乎達(dá)到99以上的傳遞效率，而且不會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，適合各種不同的水環(huán)境；劣點(diǎn)：價(jià)格過(guò)高，且工作的適合需要添加隔電墻以防止強(qiáng)電。2.3本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)熱水器的加熱方式，安全技術(shù)，溫控方面的研究，對(duì)熱水器進(jìn)行了初步的了解，對(duì)后面的實(shí)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)做好鋪墊，特別對(duì)于整個(gè)的系統(tǒng)以及智能控制做好了準(zhǔn)備。

3溫控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖3.1控制系統(tǒng)總體框架圖溫控系統(tǒng)控制的構(gòu)成為：溫度的檢測(cè)模塊，單片機(jī)控制系統(tǒng)，鍵盤(pán)顯示電路和引擎控制單元組成。在本設(shè)計(jì)中，以AT89C52單片機(jī)為主要控制器，形成熱水器水溫微控制系統(tǒng)。在這設(shè)計(jì)中使用該傳感器使用內(nèi)置的單級(jí)溫度敏感傳感器DS18B20，該傳感器用于確定水溫并負(fù)責(zé)將檢測(cè)到的水壓轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。另一方面，它通過(guò)LED顯示當(dāng)前的溫度和水位，而且它與設(shè)定的溫度和水位進(jìn)行比較和計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果發(fā)送適當(dāng)?shù)募訜岷屠鋮s指令。調(diào)節(jié)熱水器的溫度。3.1最小系統(tǒng)應(yīng)用電路圖3.2AT89C52外部管腳排列圖AT89C52包括40個(gè)引腳關(guān)于對(duì)于AT89C52主要外部管腳排列介紹：VCC：能提供電壓、電流的容器知，如電池，所以也叫電源。gnd：指接地一般為看作為點(diǎn)位為0的導(dǎo)線，通常來(lái)說(shuō)是防止發(fā)生觸電P0:其組成為鎖存器，輸入緩沖器，非門(mén)與門(mén)各一個(gè)，以及切換的開(kāi)關(guān)。8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口。p0有三個(gè)功能：作為數(shù)據(jù)總線，作為地址總線，不擴(kuò)展的時(shí)候可以當(dāng)作I/O端口，無(wú)法上拉電阻。當(dāng)作為外部外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)地址總線時(shí)候從p0輸入信號(hào)，然后這個(gè)信號(hào)會(huì)通過(guò)引腳進(jìn)入緩沖器從而達(dá)到內(nèi)部總線，p0端口工作的時(shí)候若是寫(xiě)入1，則這個(gè)時(shí)候高電阻會(huì)被當(dāng)作引腳。而當(dāng)作訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，此時(shí)p0則具有上拉電阻P1：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，它僅僅是作為數(shù)據(jù)輸入或者輸出端口作為使用，它與p0端口的主要的不同在于p1端口內(nèi)部的上拉電阻可替換了p0端口的場(chǎng)效應(yīng)管v1。并且內(nèi)部的總線發(fā)出輸出的信息。表3.1P1口部分引腳的第二功能表引腳號(hào)第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2端口：一共有著8個(gè)引腳，其作用可以作為：1.輸出輸入引腳，2外接存儲(chǔ)器，3地址總線高八位。其8個(gè)引腳的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)都是一樣的沒(méi)有差別。當(dāng)使用p2作為輸出時(shí)候，數(shù)據(jù)會(huì)被cpu用內(nèi)部總線送到鎖存器的去。并且會(huì)同步的給鎖存器cl送寫(xiě)信號(hào)，然后通過(guò)一些列的處理從p2端口引腳輸出.當(dāng)作為輸入端使用的時(shí)候，此時(shí)cpu首先會(huì)讓p2寫(xiě)作1。同時(shí)關(guān)閉了p2端的輸出電路，隨后讓cpu送一個(gè)讀引腳的信號(hào)，然后三態(tài)門(mén)被打開(kāi)這個(gè)數(shù)據(jù)被送到內(nèi)部總線。P3端口：一共有著8個(gè)引腳，其作用可以作為：1.輸出輸入引腳，2。第二功能其8個(gè)引腳的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)都是一樣的沒(méi)有差別。當(dāng)p3作為輸出時(shí)候cpu開(kāi)始工作首先給鎖存器的送寫(xiě)信號(hào)，然后內(nèi)部總線來(lái)的信息在通過(guò)d進(jìn)入鎖存器然后從q輸出。當(dāng)作為輸入端口的時(shí)候cpu開(kāi)始工作給鎖儲(chǔ)器寫(xiě)1，同時(shí)關(guān)閉了p3端的輸出電路，隨后讓cpu送一個(gè)讀引腳的信號(hào)，然后三態(tài)門(mén)被打開(kāi)這個(gè)數(shù)據(jù)被送到內(nèi)部總線。.作為第二功能的時(shí)候?qū)嶋H也是該端口輸入或輸出信號(hào)只不過(guò)是一些特殊功能的信號(hào)具體見(jiàn)下圖。表3.2P3口引腳第二功能表引腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2(外部中斷0)P3.3(外部中斷1)P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)RST：RESET信號(hào)通常用于帶有CPU的電路中，這意味著復(fù)位和初始化。RESET信號(hào)用于在啟動(dòng)時(shí)初始化電路，而RESET信號(hào)在電路的工作狀態(tài)異常消失時(shí)必須用于重啟電路。ALE/PROG：當(dāng)單片機(jī)需要擴(kuò)展外部的隨機(jī)存儲(chǔ)的內(nèi)存的時(shí)候，ale用于控制把用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存器來(lái)PSEN：PSEN是讀取外部程序存儲(chǔ)器的門(mén)控信號(hào)。AT89S52存儲(chǔ)器：a程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器一般來(lái)說(shuō)專門(mén)對(duì)于程序以及常熟來(lái)存放的時(shí)候使用的。當(dāng)把這些程序以及常熟放入的時(shí)候系統(tǒng)只能運(yùn)行并且無(wú)法重寫(xiě)。關(guān)閉系統(tǒng)電源后，程序不會(huì)丟失。因此，稱之為只讀存儲(chǔ)器。b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的構(gòu)成為讀寫(xiě)存儲(chǔ)器ram。作用為運(yùn)行是的中間數(shù)據(jù)結(jié)果等，at89c52的存儲(chǔ)器最大容量擴(kuò)展到64kb。AT89S52中有6個(gè)不同的中斷源：兩個(gè)外部中斷（和），定時(shí)器有3個(gè)用于三個(gè)分別得定時(shí)中斷和一個(gè)串行中斷。讓中斷源有效與無(wú)效的方法是可以用位置或者刪除特殊寄存器中的相關(guān)中斷。表3.3功能表關(guān)于中斷允許控制器符號(hào)位地址功能EAIE.7中斷總允許控制位。EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制為設(shè)定—IE.6預(yù)留ET2IE.5定時(shí)器2中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時(shí)器1中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷1允許控制位ET0IE.1定時(shí)器0中斷允許控制位EX0IE.0外部中斷1允許控制位電源和復(fù)位和振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成最小系統(tǒng)。圖3.3最小系統(tǒng)電路圖復(fù)位電路：復(fù)位的功能是重新啟動(dòng)微控制器，它可以保證當(dāng)程序出現(xiàn)了混亂失控或崩潰可以讓整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入初始化的狀態(tài)，方便后面工作的展開(kāi)也因此保證了系統(tǒng)的穩(wěn)點(diǎn)所以在電路中，只要按下復(fù)位后整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)重啟，而且恢復(fù)了其本身設(shè)定好的默認(rèn)值。每個(gè)晶振都存在與振蕩電路中，它的作為非常大可以結(jié)合單片機(jī)電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，當(dāng)這個(gè)能提供的頻率越高，那么單片機(jī)的運(yùn)行速度也是越迅速。其能得到的一切指令都是由于晶振能提供時(shí)鐘頻率晶振存在于振蕩電路單片機(jī)系統(tǒng)，晶體可以等效于一個(gè)電感，并在電容器內(nèi)部形成一個(gè)振蕩環(huán)路，能量從電感到電容緩慢，然后從電容器到電感，然后形成振蕩。正半周期是電容器的充電和放電過(guò)程，負(fù)半周期是電感器的充電和放電過(guò)程。圖3.4振蕩電路圖3.2測(cè)溫電路在本次設(shè)計(jì)中使用DS18B20溫度傳感器，因?yàn)槠湓跍y(cè)量范圍較廣－55＋125攝氏度之間合適并且線路簡(jiǎn)單而且體積小節(jié)約空間，可以應(yīng)用不同場(chǎng)合的并且改變其外觀。并且精度較為準(zhǔn)確可達(dá)到0.5℃。它具有一定簡(jiǎn)化電路的作用。我們通過(guò)讀取DS18B20數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，并通過(guò)一定的運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)前溫度的讀取。圖3.5測(cè)溫電路接線圖3.3顯示屏輸出電路表3.4顯示屏引腳說(shuō)明引腳號(hào)功能第1腳VSS為地電源。第2腳VDD接5V正電源。第3腳VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整段，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第6腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7~14腳D0~D7位8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳背光源正極第16腳背光源負(fù)極。圖3.6連接顯示電路3.4按鍵電路按鍵電路用來(lái)調(diào)整溫度上下限，圖3.7按鍵電路3.5蜂鳴器報(bào)警電路報(bào)警器與I/O口P3.3連與一個(gè)報(bào)警器形成報(bào)警電路，通過(guò)對(duì)I/O輸入高低電平來(lái)控制報(bào)警器的響鈴。P3.3位低電平時(shí)報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警電路如圖3.8(a)、(b)。圖3.8蜂鳴器報(bào)警電路(a)圖3.8蜂鳴器報(bào)警電路(b)3.6電機(jī)升降溫電路其工作機(jī)制為當(dāng)前的溫度高于設(shè)定溫度的峰值時(shí)，Moter1降溫電機(jī)工作。當(dāng)前的溫度低于設(shè)定下限時(shí)，Moter2升溫電機(jī)工作。電機(jī)升降溫電路如圖3.9所示。圖3.9電機(jī)升降溫電路4基于PID控制算法的溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程設(shè)計(jì)圖4.1工作流程首先在編寫(xiě)程序上先設(shè)定好所需要的溫度上下限定，在其工作的時(shí)候開(kāi)始溫度傳感器開(kāi)始獲取當(dāng)前的溫度，隨后把信息傳入單片機(jī)中，此時(shí)來(lái)判斷當(dāng)前的溫度是否滿足我們所需要的溫度，當(dāng)不滿足條件的時(shí)候分為兩種情況：一超過(guò)了預(yù)想溫度最高值，低于預(yù)想溫度最低值，當(dāng)超過(guò)最高值的時(shí)候，紅燈亮起，加熱的開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。當(dāng)溫度降低到正常使用范圍內(nèi)結(jié)束工作。二低于設(shè)定溫度的最低值，黃燈亮起，啟用電機(jī)升高溫度。達(dá)到所需要的溫度。若當(dāng)溫度滿足所設(shè)定的區(qū)間，則整個(gè)流程結(jié)束。 voidmain(){ Init_Display_String(); //初始化顯示 Read_Temperature(); //讀取溫度 MOTOR_control02(); //電機(jī)控制 delay1ms(1000); //延時(shí)1秒 wr_com(0x01); //LCD清屏 Display_Temperature(); //顯示溫度 Timer0_init(); while(1) { Read_Temperature(); //讀取溫度 Display_Temperature(); //顯示溫度 if(Detect==0)MOTOR_control01(); //電機(jī)控制 elseMOTOR_control02(); //電機(jī)停止 if(Adjust_TH==0) //調(diào)節(jié)TH。 { if(Key_up==0) { Temperature_H+=10; if(Temperature_H>350)Temperature_H=350; while(Key_up==0)Display_Temperature(); } if(Key_dn==0) { Temperature_H-=10; if(Temperature_H<=250)Temperature_H=250; while(Key_up==0)Display_Temperature(); } } if(Adjust_TL==0) //調(diào)節(jié)TL。 { if(Key_up==0) { Temperature_L+=10; if(Temperature_L>250)Temperature_L=250; while(Key_up==0)Display_Temperature(); } if(Key_dn==0) { Temperature_L-=10; if(Temperature_L<=150)Temperature_H=150; while(Key_up==0)Display_Temperature(); } }voidTimer1()interrupt2{TCON=0X04;IE=0X84;}}4.1.1溫度采集子程序開(kāi)始初始化命令開(kāi)始初始化命令跳過(guò)ROM命令溫度轉(zhuǎn)換命令初始化命令匹配ROM命令發(fā)送64位序列號(hào)讀取溫度值溫度數(shù)據(jù)處理結(jié)束圖4.2溫度采集子程序流程開(kāi)始對(duì)于溫度的采集，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)dsb18b20，不需要進(jìn)行匹配rom，若是多個(gè)dsb18b20則需要匹配，因?yàn)閐sb18b20轉(zhuǎn)換后的代買(mǎi)不是實(shí)際的溫度值然后開(kāi)始執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)化命令，隨后在進(jìn)行初始化，重新匹配rom發(fā)出了低字節(jié)8位產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，對(duì)于dsb18b20就是28h，接著48位是指的dsb18b20自身序列號(hào)，最后的8位是對(duì)前面56的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，隨后讀取溫度的確切值發(fā)，到達(dá)數(shù)據(jù)處整個(gè)過(guò)程結(jié)束。voidDisplay_String(u8*p) //顯示//{ while(*p!='\0') { wr_dat(*p); p++; delay1ms(10); }}voidInit_Display_String() //初始化顯示{ lcd_init(); wr_com(0x80); Display_String("Haveaniceday!"); wr_com(0xc0); Display_String("2020-03=6-25");}4.1.2溫度處理及顯示子程序DS18B20DS18B20測(cè)溫子程序讀取溫度的低位值讀取溫度的高位值對(duì)溫度值計(jì)算顯示溫度準(zhǔn)備讀取溫度值返回圖4.3溫度處理及顯示子程序流程圖Ds18b2發(fā)出了低字節(jié)8位產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，對(duì)于dsb18b20就是28h，接著48位是指的dsb18b20自身序列號(hào)，最后的8位是對(duì)前面56的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，隨后讀取溫度的確切值發(fā)，到達(dá)數(shù)據(jù)處整個(gè)過(guò)程結(jié)束。voiddelay_18B20(u8i) //延時(shí)i微秒{ for(;i>0;i--);}voidds1820rst() //*ds1820復(fù)位*/{ u8x=0; DQ=1; //DQ復(fù)位 u8i=0; u8dat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; //給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ=1; //給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); } return(dat);}voidds1820wr(u8wdata) //*寫(xiě)數(shù)據(jù)*/{ u8i=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ=1; wdata>>=1;}}voidRead_Temperature() //*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/{ u8a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc); //*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0x44); //*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc); //*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0xbe); //*讀取溫度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); Temperature=a+b*256; if(Temperature<=0x0fff)Temperature_flag=0; else { Temperature=~Temperature+1; Temperature_flag=1; } Temperature=Temperature*(0.625);//溫度值擴(kuò)大10倍，以精確到1位小數(shù) }/*******************************************************************/voidDisplay_Temperature()//溫度值顯示{ disdata[0]=Temperature/1000+0x30; //百位數(shù) disdata[1]=Temperature/100%10+0x30; //十位數(shù) disdata[2]=Temperature/10%10+0x30; //個(gè)位數(shù) disdata[3]=Temperature%10+0x30; //小數(shù)位 wr_com(0x80); Display_String(str1);; if(Temperature_flag==1)wr_dat(0x2d); //顯示符號(hào)位 if(disdata[0]!=0x30)wr_dat(disdata[0]); //顯示百位 wr_dat(disdata[1]); //顯示十位 wr_dat(disdata[2]); //顯示個(gè)位 wr_dat(0x2e); //顯示小數(shù)點(diǎn) wr_dat(disdata[3]); //顯示小數(shù)位 wr_dat('C'); if(Set_Clock==0) { Display_String("CLK:"); wr_dat(Clock_Timer/10+0x30); wr_dat(Clock_Timer%10+0x30); } wr_com(0xc0); Display_String(str2); wr_dat(Temperature_H/100+0x30); wr_dat(Temperature_H/10%10+0x30); wr_dat('C'); Display_String(str3); wr_dat(Temperature_L/100+0x30); wr_dat(Temperature_L/10%10+0x30); wr_dat('C'); }4.1.3升降溫程序及LED顯示子程序調(diào)溫及報(bào)警子程序讀取溫度子程序調(diào)溫及報(bào)警子程序讀取溫度子程序燈不亮返回返回返回降溫電機(jī)工作，紅燈亮升溫電機(jī)工作，黃燈亮在設(shè)定范圍內(nèi)嗎？是否大于最大值YesNoNoYes首先讀取了溫度數(shù)，然后判定是否在我們?cè)O(shè)定的溫度區(qū)間內(nèi)，若在溫度區(qū)間內(nèi)（yes）結(jié)束若不在溫度設(shè)定區(qū)間內(nèi)（no）折開(kāi)始判斷是否大于最大值若是大于最大值的話降溫電機(jī)工作，紅燈亮，隨后達(dá)到正常的溫度。若是沒(méi)有大于最大值的話，升溫電機(jī)工作，黃燈亮。隨后溫度到達(dá)所需要的范圍內(nèi)。停止工作返回。4.2PID參數(shù)整定KP，KI，KP在pid算法中是最為重要的三個(gè)控制參數(shù)，在已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)時(shí)，可以用臨界比例度法整定系統(tǒng)PID參數(shù)。具體過(guò)程如下所示：（1）建設(shè)閉環(huán)回路，求出穩(wěn)定極限。（2）根據(jù)公式計(jì)算參數(shù)。由本文開(kāi)環(huán)相應(yīng)曲線，我們可以求出系統(tǒng)的近似傳遞函數(shù)，其傳遞函數(shù)如下式所示：（式4.1）表4.1pid控制器特征數(shù)據(jù)控制器類型計(jì)算特征數(shù)據(jù)KpTiTdP0.5*KPD0.8*KPI0.45*K0.85*TPID0.6*K0.5*T0.12*T第一步先創(chuàng)建一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)用的是采取階躍輸入。然后不適用pid控制如下圖所示：圖4.5系統(tǒng)單閉環(huán)傳遞函數(shù)及響應(yīng)曲線首先將積分系數(shù)和微分系數(shù)設(shè)為0，即僅進(jìn)行比例控制，調(diào)整P參數(shù)，以使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定的恒定振幅振蕩，此時(shí)，可獲得下圖所示的響應(yīng)曲線：4.6系統(tǒng)臨界震蕩響應(yīng)曲線由上圖可知，臨界振蕩增益：K=1.5；臨界振蕩周期T=303.1S，詳細(xì)PID計(jì)算式參數(shù)如下：（式4.2）輸入相應(yīng)PID參數(shù)得到如下仿真輸出：圖4.7系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線4.2.1控制算法設(shè)計(jì)加熱是非線性且隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，所以在本次控制系統(tǒng)的中選擇用智能控制算法pid。該算法將給定溫度與實(shí)際溫度之間的比率，然后設(shè)定kpki這三個(gè)控制的。。所獲得的算法結(jié)果控制了執(zhí)行器的執(zhí)行狀態(tài)，從而可以顯著改善控制系統(tǒng)的控制時(shí)間，超調(diào)，滯后反應(yīng)和最終穩(wěn)定性。4.3PID參數(shù)整定通常在pid控制算法中，啟到?jīng)Q定性的作用的分別是KP，KI，KP這三個(gè)控制參數(shù)，在已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)時(shí)，可以用臨界比例度法整定系統(tǒng)PID參數(shù)。具體過(guò)程如下所示：（1）構(gòu)造一個(gè)閉環(huán)并確定穩(wěn)定性極限。（2）根據(jù)公式計(jì)算控制器參數(shù)。由開(kāi)環(huán)相應(yīng)曲線，我們可以求出系統(tǒng)的近似傳遞函數(shù)，其傳遞函數(shù)如下式所示：（式4.3）原始P決定這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的極限的，一旦這個(gè)兩個(gè)參數(shù)被確定后，使用下表確定其他參數(shù)。表4.2穩(wěn)點(diǎn)極限計(jì)算控制器類型計(jì)算特征數(shù)據(jù)KpTiTdP0.5*KPD0.8*KPI0.45*K0.85*TPID0.6*K0.5*T0.12*T第一步是先用用步進(jìn)輸入建立一個(gè)不帶PID控制器的閉環(huán)系統(tǒng)及其仿真輸出，如下圖所示：圖4.8系統(tǒng)單閉環(huán)傳遞函數(shù)及響應(yīng)曲線首先將積分系數(shù)和微分系數(shù)設(shè)為0，即僅進(jìn)行比例控制，調(diào)整P參數(shù)，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定的恒定振幅振蕩。那時(shí)，獲得如下圖所示的響應(yīng)曲線：圖4.9系統(tǒng)臨界震蕩響應(yīng)曲線由上圖可知，臨界振蕩增益：K=1.5；臨界振蕩周期T=303.1S，詳細(xì)PID計(jì)算式參數(shù)如下：輸入與之對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)得到仿真輸出：圖4.10系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線4.3.1PID參數(shù)微調(diào)從圖4-6的輸出結(jié)果可以看出，系統(tǒng)仍然存在一定量的過(guò)沖，所以在此基礎(chǔ)上減小了積分系數(shù)，并進(jìn)行了微調(diào)對(duì)比例系數(shù)和微分系數(shù)，最后得到曲線如下圖所示。。圖4.11系統(tǒng)最有PID響應(yīng)曲線由上面仿真結(jié)果可知系統(tǒng)上升時(shí)間為250S，系統(tǒng)在600S左右達(dá)到穩(wěn)定，而且超調(diào)量較小，PID調(diào)節(jié)效果較為理想。

5系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試過(guò)程在本次仿真中使用的是keiluVision仿真器，首先先用匯編語(yǔ)言keil的有的函數(shù)庫(kù)和c語(yǔ)言編寫(xiě)的文件放在一起，然后創(chuàng)建生成文件庫(kù)轉(zhuǎn)換為hex的文件，再將其導(dǎo)入寫(xiě)入的cpu存儲(chǔ)器當(dāng)中。電路設(shè)計(jì)制作完成后，先用keiluVision仿真器進(jìn)行調(diào)試。（1）、使用菜單“Project/NewProject”出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，然后給將要建立的工程取一個(gè)名字，單擊保存后會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)對(duì)話框選擇系統(tǒng)所使用的單片機(jī)型號(hào)，本系統(tǒng)所使用的單片機(jī)型號(hào)為AT89c52。選中后回到工程窗口的頁(yè)面打開(kāi)“Tatget”的下一層，“SourceGroup1”單機(jī)右鍵選中“Addfiletogroup‘SourceGroup1’”,出現(xiàn)對(duì)話框，選擇系統(tǒng)所用的源文件即可。（2）單擊“Project/Target1”出現(xiàn)對(duì)話框選中“Target”頁(yè)面修改單片機(jī)的頻率項(xiàng)Xtal(MHz）為12.選中“Output”頁(yè)面選中“CreateHEX”選項(xiàng)。（3）編譯連接通過(guò)“Project/RebuildallTargetFiles”來(lái)實(shí)現(xiàn)（4）在Protues上畫(huà)出電路圖，并將keil所生成的Hex文件調(diào)入到電路中的單片機(jī)內(nèi)，點(diǎn)擊運(yùn)行。5.2調(diào)試結(jié)果圖5.1仿真溫度高于設(shè)定溫度連接好電路圖將程序hex文件植入單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)我們?cè)赿s18b20設(shè)置溫度為32在其最高最低溫度設(shè)為30-20此時(shí)系統(tǒng)判定當(dāng)溫度高于設(shè)定上限時(shí)，Moter1降溫電機(jī)工作紅燈亮。直到溫度恢復(fù)工作停止。圖5.2仿真溫度低于設(shè)定溫度設(shè)置溫度為32在其最高最低溫度設(shè)為30-20此時(shí)系統(tǒng)判定當(dāng)溫度高于低于下限時(shí)，Moter1升溫電機(jī)工作黃燈亮。直到溫度恢復(fù)工作停止。

6總結(jié)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)花費(fèi)了三個(gè)月，從一開(kāi)始的迷茫不懂，到最后較為熟練的使用軟件進(jìn)行操作，這次的溫控系統(tǒng)是一個(gè)at89c52單片機(jī)為主要的核心，搭配其他的電路以及pid的算法形成的，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)水式熱水器實(shí)時(shí)溫控系統(tǒng)進(jìn)行研究。通過(guò)分析對(duì)當(dāng)前的技術(shù)方法和軟件系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用精確控制方法進(jìn)行系統(tǒng)修正不僅大大簡(jiǎn)化了程序控制，而且獲得了更快的系統(tǒng)響應(yīng)速度和精度。在本次課設(shè)上沒(méi)有采取式及高深的控制理論，通過(guò)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言去解決了遇到的問(wèn)題以及人工下無(wú)法解決的取得了良好的效果使用ds18b20對(duì)于溫度的掌控，溫度的控制利用低功耗單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度采樣，將采樣的溫度值通過(guò)送入單片機(jī)處理，然后實(shí)現(xiàn)水溫的控制,利用按鍵對(duì)水溫的值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于上限或者低于下限后蜂鳴器報(bào)警，使之保持溫度在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定。報(bào)警器與I/O口連與一個(gè)報(bào)警器形成報(bào)警電路，通過(guò)對(duì)I/O輸入高低電平來(lái)控制報(bào)警器的響鈴。位低電平時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)用led顯示水溫，正常來(lái)說(shuō)我們所需要的水的溫度不超過(guò)100因?yàn)椴扇晌伙@示溫度，其范圍0-99在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中不僅學(xué)習(xí)到了知識(shí)，更多的是方法技巧。在之前對(duì)于調(diào)試仿真畫(huà)電路圖很迷惑，浪費(fèi)了大量時(shí)間并且效率還不高，現(xiàn)在通過(guò)一系列的學(xué)校提高了效率，在這段期間內(nèi)，自己還有老師的幫助解決了工程遇到的困難，提升了自己的意志力也對(duì)于這個(gè)專業(yè)有了更深的認(rèn)識(shí)，這都都將會(huì)為我們?cè)谝院蟮牡缆反蛏蠄?jiān)定的基礎(chǔ)，積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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謝辭本論文在韓導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)法、平易近人的人格魅力對(duì)本人影響深遠(yuǎn)。不僅使本人樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫(xiě)論文的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問(wèn)題都得以解決。所以在此，再次對(duì)老師道一聲：老師，謝謝您！時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！在此我向北京理工大學(xué)珠海學(xué)院的工業(yè)自動(dòng)化的老師的感謝，謝謝你們?nèi)甑男燎谠耘?，謝謝你們?cè)诮虒W(xué)的同時(shí)更多的是傳授我們做人的道理，謝謝三年里面你們孜孜不倦的教誨！三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這三年來(lái)我遇到了如此多的良師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、生活上，還是工作上，都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在一個(gè)充滿溫馨的環(huán)境中度過(guò)三年的大學(xué)生活。感恩之情難以用言語(yǔ)量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意

附錄一材料編號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量備注1芯片AT89C52片12液晶顯示器LCD160213輕觸開(kāi)關(guān)只34晶振12MHz只15電容33pF只36電阻只157電機(jī)200V塊28三極管PNP只29三極管NPN只110喇叭1V個(gè)111二極管2V只2附錄二程序

#include<AT89X51.H>

#defineu8unsignedchar

#defineu16unsignedint

#defineline010x80

#defineline020xc0

#defineDATA_BUSP0

sbitDQ=P2^7;

//ds18b20與單片機(jī)連接口

sbitEN=P2^0;

//lcd1602控制

sbitRS=P2^1;

//lcd1602與單片機(jī)控制接口

sbitRW=P2^2;

//lcd1602控制

sbitDetect=P3^2;

//檢測(cè)是否有人。

sbitMOTOR1=P2^4;

//電機(jī)1控制端

sbitMOTOR2=P2^5;

//電機(jī)2控制端

sbitLED0=P1^0;

//電機(jī)慢速指示

sbitLED1=P1^1;

//電機(jī)快速指示

sbitSet_Clock=P1^5;

//調(diào)定時(shí)控制

sbitAdjust_TL=P1^6;

//調(diào)TL控制

sbitAdjust_TH=P1^7;

//調(diào)TH控制

sbitKey_up=P3^6;

//+1操作鍵

sbitKey_dn=P3^7;

//-1操作鍵

u8codestr1[]={"TR:"};

u8codestr2[]={"TH:"};

u8codestr3[]={"

TL:"};

u8disdata[5];

u16Temperature;

//檢測(cè)到的溫度(擴(kuò)大了10倍）

u16Temperature_H=300;

//預(yù)設(shè)的高溫控制溫度(擴(kuò)大了10倍）

u16Temperature_L=200;

//預(yù)設(shè)的低溫控制溫度(擴(kuò)大了10倍）

u8Clock_Timer=30;

//預(yù)設(shè)定時(shí)為30分鐘；

u8Temperature_flag;

//溫度正負(fù)標(biāo)志

/*************************lcd1602程序**************************/

voiddelay1ms(u16ms)

//非精確延時(shí)1毫秒

{

u8i,j;

for(;ms>0;ms--)

for(i=2;i>0;i--)

for(j=250;j>0;j--);

}

voidwr_com(u8com)

//LCD1602寫(xiě)指令//

{

delay1ms(1);

EN=0;

RS=0;

RW=0;

DATA_BUS=com;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

voidwr_dat(u8dat)

//LCD1602寫(xiě)數(shù)據(jù)//

{

delay1ms(1);;

RS=1;

RW=0;

EN=0;

DATA_BUS=dat;

delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

voidlcd_init()

//初始化設(shè)置//

{

delay1ms(15);

wr_com(0x38);delay1ms(5);

wr_com(0x08);delay1ms(5);

wr_com(0x01);delay1ms(5);

wr_com(0x06);delay1ms(5);

wr_com(0x0c);delay1ms(5);

}

voidDisplay_String(u8*p)

//顯示//

{

while(*p!='\0')

{

wr_dat(*p);

p++;

delay1ms(10);

}

}

voidInit_Display_String()

//初始化顯示

{

lcd_init();

wr_com(0x80);

Display_String("Haveaniceday!");

wr_com(0xc0);

Display_String("

2020-03-29

");

}

/******************************ds1820程序***************************************/

voiddelay_18B20(u8i)

//延時(shí)i微秒

{

for(;i>0;i--);

}

voidds1820rst()

//*ds1820復(fù)位*/

{

u8x=0;

DQ=1;

//DQ復(fù)位

delay_18B20(4);

//延時(shí)

DQ=0;

//DQ拉低

delay_18B20(100);

//精確延時(shí)大于480us

DQ=1;

//拉高

delay_18B20(40);

}

u8ds1820rd()

//*讀數(shù)據(jù)*/

{

u8i=0;

u8dat=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

DQ=0;

//給脈沖信號(hào)

dat>>=1;

DQ=1;

//給脈沖信號(hào)

if(DQ)

dat|=0x80;

delay_18B20(10);

}

return(dat);

}

voidds1820wr(u8wdata)

//*寫(xiě)數(shù)據(jù)*/

{

u8i=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

DQ=0;

DQ=wdata&0x01;

delay_18B20(10);

DQ=1;

wdata>>=1;

}

}

voidRead_Temperature()

//*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/

{

u8a,b;

ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);

//*跳過(guò)讀序列號(hào)*/

ds1820wr(0x44);

//*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/

ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);

//*跳過(guò)讀序列號(hào)*/

ds1820wr(0xbe);

//*讀取溫度*/

a=ds1820rd();

b=ds1820rd();

Temperature=a+b*256;

if(Temperature<=0x0fff)Temperature_flag=0;

else

{

Temperature=~Temperature+1;

Temperature_flag=1;

}

Temperature=Temperature*(0.625);//溫度值擴(kuò)大10倍，以精確到1位小數(shù)

}

/*******************************************************************/

voidDisplay_Temperature()//溫度值顯示

{

disdata[0]=Temperature/1000+0x30;

//百位數(shù)

disdata[1]=Temperature/100%10+0x30;

//十位數(shù)

disdata[2]=Temperature/10%10+0x30;

//個(gè)位數(shù)

disdata[3]=Temperature%10+0x30;

//小數(shù)位

wr_com(0x80);

Display_String(str1);;

if(Temperature_flag==1)wr_dat(0x2d);

//顯示符號(hào)位

if(disdata[0]!=0x30)wr_dat(disdata[0]);

//顯示百位

wr_dat(disdata[1]);

//顯示十位

wr_dat(disdata[2]);

//顯示個(gè)位

wr_dat(0x2e);

//顯示小數(shù)點(diǎn)

wr_dat(disdata[3]);

//顯示小數(shù)位

wr_dat('C');

if(Set_Clock==0)

{

Display_String("

CLK:");

wr_dat(Clock_Timer/10+0x30);

wr_dat(Clock_Timer%10+0x30);

}

wr_com(0xc0);

Display_String(str2);

wr_dat(Temperature_H/100+0x30);

wr_dat(Temperature_H/10%10+0x30);

wr_dat('C');

Display_String(str3);

wr_dat(Temperature_L/100+0x30);

wr_dat(Temperature_L/10%10+0x30);

wr_dat('C');

}

voidMOTOR_control01()

{

if(Temperature>=Temperature_H)

//大于TH，電機(jī)全速

{

MOTOR1=0;

MOTOR2=1;

LED0=1;

LED1=0;

}

elseif(Temperature>=Temperature_L)

//小于TH大于TL，電機(jī)半速

{

MOTOR1=1;

MOTOR2=1;

LED0=1;

LED1=0;

}

else

//小于TL，電機(jī)關(guān)閉

{

MOTOR1=1;

MOTOR2=0;

LED0=1;

LED1=1;

}

}

voidMOTOR_control02()

//關(guān)閉電機(jī)

{

MOTOR1=1;

MOTOR2=1;

LED0=1;

LED1=1;

}

voidTimer0_init(void)

{

TMOD=0x01;

TH0=(65536-10000)/256;

//在這里，10000本應(yīng)該是50000的，為了加快仿真的效果，加速了5倍。

TL0=(65536-10000)%256;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

}

/********************主程序***********************************/

voidmain()

{

Init_Display_String();

//初始化顯示

Read_Temperature();

//讀取溫度

MOTOR_control02();

//電機(jī)控制

delay1ms(1000);

//延時(shí)1秒

wr_com(0x01);

//LCD清屏

Display_Temperature();

//顯示溫度

Timer0_init();

while(1)

{

Read_Temperature();

//讀取溫度

Display_Temperature();

//顯示溫度

if(Detect==0)MOTOR_control01();

//電機(jī)控制

elseMOTOR_control02();

//電機(jī)停止

if(Adjust_TH==0)

//調(diào)節(jié)TH。

{

if(Key_up==0)

{

Temperature_H+=10;

if(Temperature_H>350)Temperature_H=350;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

}

if(Key_dn==0)

{

Temperature_H-=10;

if(Temperature_H<=250)Temperature_H=250;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

}

}

if(Adjust_TL==0)

//調(diào)節(jié)TL。

{

if(Key_up==0)

{

Temperature_L+=10;

if(Temperature_L>250)Temperature_L=250;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

}

if(Key_dn==0)

{

Temperature_L-=10;

if(Temperature_L<=150)Temperature_H=150;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

}

}

if(Set_Clock==0)

//調(diào)節(jié)定時(shí)。

{

if(Key_up==0)

{

EA=0;

Clock_Timer++;

if(Clock_Timer>90)Clock_Timer=90;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

EA=1;

}

if(Key_dn==0)

{

EA=0;

Clock_Timer--;

if(Clock_Timer>90)Clock_Timer=0;

while(Key_up==0)Display_Temperature();

EA=1;

}

if(Clock_Timer==0)MOTOR_control02();

//在定時(shí)模式下，定時(shí)到則電機(jī)停止。

}

}

}

voidTimer0()interrupt1

//定時(shí)器0用于在定時(shí)模式下，控制電機(jī)工作。

{

u8i,sec;

//Clock_Timer

TH0=(65536-10000)/256;

//在這里，10000本應(yīng)該是50000的，為了加快仿真的效果，加速了5倍。

TL0=(65536-10000)%256;

i++;

if(i>=20)

{

i=0;

sec++;

if(sec>=60)

{

sec=0;

Clock_Timer--;

if(Clock_Timer==0)Clock_Timer=0;

}

}

}

附錄三英文文獻(xiàn)附錄四英文文獻(xiàn)翻譯加熱爐溫度模型的預(yù)測(cè)模糊PID控制摘要：在傳統(tǒng)的PID控制方案中，由于自由度的限制，整體控制性能可能不理想?；谶@種背景，本文提出了一種繼承模糊PID控制和預(yù)測(cè)函數(shù)控制優(yōu)點(diǎn)的新型PID控制方法，并在加熱爐溫度模型上進(jìn)行了試驗(yàn)。在PFC框架的基礎(chǔ)上，引入模糊PID控制來(lái)獲得最優(yōu)控制律，進(jìn)而得到一種改進(jìn)的PID控制策略。最后，以加熱爐溫度模型為例，與常規(guī)PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制相比，證明了所提出的PID控制方案的有效性。關(guān)鍵詞：預(yù)測(cè)函數(shù)控制、模糊控制、PID控制、溫度調(diào)節(jié)1簡(jiǎn)介傳統(tǒng)的PID控制由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各種工業(yè)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其時(shí)變和非線性的影響，其性能可能不盡如人意。由于難以獲得精確的過(guò)程模型，采用傳統(tǒng)的PID控制很難進(jìn)一步獲得改進(jìn)的控制效果[1-2]。PID控制的研究自提出以來(lái)從未停止過(guò)，經(jīng)典的整定方法有很多[3-6]。Zhang等人。將預(yù)測(cè)函數(shù)控制（PFC）與常規(guī)PID控制相結(jié)合，提出了一種新的PID控制器，并在工業(yè)分餾塔上進(jìn)行了性能測(cè)試[7]。工業(yè)加熱爐的溫度具有非線性、時(shí)滯、時(shí)變性等特點(diǎn)，控制難度大。非線性控制方法有很多，如模糊控制、時(shí)滯控制、滑?？刂?、神經(jīng)元模型自適應(yīng)PID等。模糊控制廣泛應(yīng)用于非線性控制中，它是基于模糊集、模糊邏輯和模糊推理的復(fù)雜系統(tǒng)[12]。采用模糊控制算法的自適應(yīng)系統(tǒng)不僅使控制系統(tǒng)更加可靠，而且獲得了良好的控制性能[13]。模糊控制具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，不需要精確的被控過(guò)程模型。為了克服傳統(tǒng)PID控制的缺點(diǎn)，可以將模糊控制和PID控制結(jié)合起來(lái)。模型/設(shè)備失配的缺陷可以通過(guò)預(yù)測(cè)控制中可能出現(xiàn)的預(yù)測(cè)誤差來(lái)補(bǔ)償[14-15]。基于非線性系統(tǒng)的輸出誤差預(yù)測(cè)，時(shí)變預(yù)測(cè)PID控制器可以解決一般預(yù)測(cè)PID控制器在系統(tǒng)約束條件下的設(shè)計(jì)問(wèn)題[16]。將模糊控制與預(yù)測(cè)控制相結(jié)合，利用模糊推理對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行補(bǔ)償[17-19]。將模糊控制