《學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算機(jī)溫度測控系統(tǒng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書計(jì)算機(jī)溫度測控系統(tǒng)（35頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書目錄摘要11系統(tǒng)方案的選擇21.1溫度變送器的選擇21.2 鍵盤顯示部分21.3控制電路部分21.4PID過程控制部分31.4.1過程控制的基本概念31.4.2 模擬PID控制系統(tǒng)組成41.4.3 數(shù)字PID控制器52總體方案的分析52.1系統(tǒng)總模塊52.2 系統(tǒng)模塊關(guān)系圖63硬件電路設(shè)計(jì)63.1 繼電器控制電路63.2 顯示電路73.3 鍵盤輸入電路83.4 溫度變送器電路83.5 單片機(jī)AT89C52最小系統(tǒng)83.5.1 單片機(jī)簡介83.5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路簡介93.6 總電路硬件圖114 軟件程序設(shè)計(jì)114.1 主程序流程圖114.2 程序結(jié)構(gòu)

2、圖135 相關(guān)器件測試、系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)整定135.1 繼電器測試135.2 PID參數(shù)整定145.3 系統(tǒng)調(diào)試156 小結(jié)和心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)18附錄19附錄1 參考程序19附錄2 總硬件電路圖32摘要在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部和外界的熱量交換是很難控制的，而且其他干擾因素也是無法去精確計(jì)算的，因此溫度量的變化往往受到不可精確預(yù)計(jì)的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。但是正常工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)生產(chǎn)中的溫度要求又是相對(duì)精確和苛刻的，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要保持反應(yīng)爐中保持一定的溫度，來促進(jìn)反應(yīng)的持續(xù)快速進(jìn)行，同時(shí)，以前的溫度控制大多是人工通過儀表的顯示來調(diào)節(jié)溫度的模式，然而人工控制溫度的精確度不高，而且反應(yīng)

3、不靈敏，存在較大誤差，因此需要更好的測溫控溫方法。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)測量控制技術(shù)擁有操作簡單、控制靈活、使用便捷以及性價(jià)比較高的優(yōu)點(diǎn)從而得到了廣泛應(yīng)用。單片機(jī)是一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制，因此，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。此控制具有重量輕、體積小、價(jià)格低、可靠性高、耗電低和操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此利用單片機(jī)進(jìn)行溫度測量控制會(huì)大大提高其可靠性和準(zhǔn)確性。單片機(jī)對(duì)溫度的測量控制是基于傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器以及擴(kuò)展接口和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來進(jìn)行的。在閉環(huán)過程控制系統(tǒng)中，過程的實(shí)時(shí)參數(shù)由傳感器和A/D

4、轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并由單片機(jī)自動(dòng)記錄、處理并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。因此需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展和開發(fā)，來形成一個(gè)完整的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 溫度測控系統(tǒng) 自動(dòng)控制 溫度變送器計(jì)算機(jī)溫度測控系統(tǒng)1 系統(tǒng)方案的選擇1.1溫度變送器的選擇目前市場上溫度傳感器較多，主要有以下幾種方案： 方案一：選用鉑電阻溫度傳感器。此類溫度傳感器線性度、穩(wěn)定性等方面性能都很好,但其成本較高。 方案二：采用熱敏電阻。選用此類元器件有價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但由于熱敏電阻的非線性特性會(huì)影響系統(tǒng)的精度。 方案三：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引

5、腳TO92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出遠(yuǎn)端引入。此器件具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 比較以上三種方案，方案三具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此選用方案三。1.2 鍵盤顯示部分控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電路的好壞。 方案一：采用可編程控制器8279與數(shù)碼管及地址譯碼器74LS138組成，可編程/顯示器件8279實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的掃描、消除抖動(dòng)、提供LED的顯示信號(hào)，并對(duì)LED顯示控制。用82

6、79和鍵盤組成的人機(jī)控制平臺(tái)，能夠方便的進(jìn)行控制單片機(jī)的輸出。方案二：采用單片機(jī)AT89C52與4X4矩陣組成控制和掃描系統(tǒng)，并用89C52的P1口對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并用總線的方式在P0口接1602液晶來顯示水溫和設(shè)定值，這種方案既能很好的控制鍵盤及顯示，又為主單片機(jī)大大的減少了程序的復(fù)雜性，而且具有體積小，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。 對(duì)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，我們采用方案二。1.3 控制電路部分方案一：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

7、，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。 比較這三種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用方案三。1.4 PID過程控制部分1.4.1過程控制的基本概念過程控制：對(duì)生產(chǎn)過程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制。（1） 模擬控制系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器給定值 偏差 操作變量 被控變量控制規(guī)律 執(zhí)行器 過程 溫度變送器圖1基本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來檢測，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模擬調(diào)節(jié)器依一定控制規(guī)律

8、使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程?？刂埔?guī)律用對(duì)應(yīng)的模擬硬件來實(shí)現(xiàn)，控制規(guī)律的修改需要更換模擬硬件。（2） 微機(jī)過程控制系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)作為控制器?？刂埔?guī)律的實(shí)現(xiàn)，是通過軟件來完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應(yīng)的程序即可。微型計(jì)算機(jī)給定值 偏差 被控變量控制器 D/A 執(zhí)行器 過程 A/D 溫度變送器 圖2微機(jī)過程控制系統(tǒng)基本框圖（3）數(shù)字控制系統(tǒng)DDCDDC(Direct Digital Congtrol)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于過程控制的最典型的一種系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)通過過程輸入通道對(duì)一個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行檢測，并根據(jù)確定的控制規(guī)律(算法)進(jìn)行計(jì)算，通過輸出通道直接去控制執(zhí)行

9、機(jī)構(gòu)，使各被控量達(dá)到預(yù)定的要求。由于計(jì)算機(jī)的決策直接作用于過程，故稱為直接數(shù)字控制。DDC系統(tǒng)也是計(jì)算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中最普遍的一種形式。工業(yè)對(duì)象執(zhí)行器檢測元件輸入通道輸入通道接口接口顯示給定值微型計(jì)算機(jī) 圖3 DDC系統(tǒng)構(gòu)成框圖 1.4.2 模擬PID控制系統(tǒng)組成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)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。(1) PID調(diào)節(jié)器的微分方程 式中 （3） PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù) PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用：（1）比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即

10、產(chǎn)生控制作用以減小偏差。（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。（3）微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。1.4.3 數(shù)字PID控制器（1）模擬PID控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式（2）數(shù)字PID控制器的差分方程式中 稱為比例項(xiàng) 稱為積分項(xiàng) 稱為微分項(xiàng)2 總體方案的分析2.1系統(tǒng)總模塊系統(tǒng)模塊分為：AT89C52DS18B20模塊，1602液晶顯示模塊，繼電器模塊，鍵盤輸入模塊，DS18B

11、20可以被編程，所以箭頭是雙向的，CPU（89C52）首先寫入命令給DS18B20，然后DS18B20開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后通89C52來處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到1602液晶上。2.2 系統(tǒng)模塊關(guān)系圖繼電器（是否加熱）模塊鍵盤掃描（有無回車鍵按下）模塊1602模塊顯示溫度值初始化模塊單片機(jī)將溫度值送至1602顯示溫度變送器測溫度，單片機(jī)讀值 圖4 系統(tǒng)木塊關(guān)系圖 3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 繼電器控制電路此部份用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為烘箱內(nèi)的加熱絲，采用對(duì)加在加熱絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)整。對(duì)加熱絲通斷的控制采用SSR固態(tài)繼電器，S

12、SR是半導(dǎo)體繼電器，所以較小的驅(qū)動(dòng)功率即可使SSR工作。它的使用非常簡單，只要在控制臺(tái)端加上一TTL、CMOS電平或一晶體管，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開關(guān)。圖5為通過三極管PNP來控制繼電器的開關(guān)的，繼電器采用的是帶光電隔離的過零型雙向可控硅AC-SSR常開式（常閉式）固態(tài)繼電器，為使其實(shí)現(xiàn)過零控制，就是要實(shí)現(xiàn)工頻電壓的過零檢測，并給出脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制雙向可控硅過零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端加入（撤離）控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通（斷開），從而控制加熱絲與電源的通斷，來達(dá)到加熱或冷卻加熱絲的目的，最終實(shí)現(xiàn)烘箱中溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。圖5 繼電器控制電路3.2 顯示電路 圖6 顯示電路部分用AT89C52的

13、P1口作為數(shù)據(jù)線，用P2.2、P2.1、P2.0分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)，連接P2.2，R/W是讀寫信號(hào)，連接P2.1，RS是寄存器選擇信號(hào)，連接P2.0。VEE用連接一阻值為10K的電阻，主要用于調(diào)節(jié)對(duì)比度的調(diào)整。接正電源時(shí)對(duì)比度最落，接地電源時(shí)，對(duì)比度最高。對(duì)比度過高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“鬼影”。因此連接一10K的電阻用以調(diào)整。當(dāng)P0口作為I/O用時(shí)需要上拉電阻。3.3 鍵盤輸入電路鍵盤輸入電路采用4個(gè)按鍵開關(guān)接單片機(jī)P2口。S1：接在P2.4，用于增大溫度個(gè)位和十位上的數(shù)值。S2：接在P2.5，用于減小溫度個(gè)位和十位上的數(shù)值。S3：接在P2.6，用于改變要設(shè)置

14、溫度的個(gè)位還是十位。S4：接在P2.7，用于對(duì)已設(shè)置好的溫度輸入到單片機(jī)中。 圖7 鍵盤輸入電路3.4 溫度變送器電路溫度變送器電路使用DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行采樣和傳送。 圖8 溫度變送器電路3.5 單片機(jī)AT89C52最小系統(tǒng)3.5.1 單片機(jī)簡介單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序

15、的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房

16、間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。概括的講：一塊芯片就成了一

17、臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)的主要功能是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，不承擔(dān)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)通常選用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52（S系列芯片支持ISP功能）等型號(hào)的8位單片機(jī)作為MCU。 一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外RAM、片外ROM、按鍵、數(shù)碼管、液晶顯示器、外部擴(kuò)展接口等部分組成。3.5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路簡介（1）時(shí)鐘源電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XT

18、AL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器。可以根據(jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。 （2）復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如圖2 中R24、R26、C18和K17。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C18充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R26與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。（3）地址譯碼電路最小系統(tǒng)上的全部硬件除EEPROM以外均是采用總線方式進(jìn)行擴(kuò)展的，每一個(gè)硬件均占

19、用特定的物理地址。圖9 本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)最小系統(tǒng)3.6 總電路硬件圖本次設(shè)計(jì)的總電路硬件圖，是由單片機(jī)AT89C52最小系統(tǒng)電路、液晶顯示電路、按鍵輸入電路、繼電器控制電路和DS18B20溫度變送器電路組成。 圖10 總電路硬件圖4 軟件程序設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖程序流程圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術(shù)，它是進(jìn)行流程程序分析過程中最基本的工具。流程程序圖是方法研究改進(jìn)工作方法的有用工具。不論作業(yè)研究過程中運(yùn)用何種技術(shù)，流程程序圖總是必經(jīng)的一步，它是應(yīng)用最普遍的一種工具。從以下主程序圖中可以看出，在進(jìn)行一系列程序調(diào)用之前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后再對(duì)鍵盤程序有所反應(yīng)。進(jìn)而判斷是否有溫度采集

20、到，有就進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和PID計(jì)算，將其結(jié)果用來控制繼電器。 開始系統(tǒng)初始化鍵盤掃描取鍵值 N鍵值處理 是否有有采樣數(shù)據(jù)處理 YAD轉(zhuǎn)換處理PID計(jì)算繼電器控制 結(jié)束 圖11 主程序流程圖主控程序模塊在整個(gè)結(jié)構(gòu)中充當(dāng)管理者，管理所有子程序的調(diào)用，就相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。它主要負(fù)責(zé)初始化各個(gè)I/O口，等待鍵盤事件的發(fā)生，并作出相應(yīng)的處理。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用數(shù)據(jù)采樣程序，并將采樣到的數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定值比較。再通過PID計(jì)算后用以控制繼電器的開斷，從而控制加熱絲的輸出功率，來達(dá)到烘箱內(nèi)溫度的調(diào)整。4.2 程序結(jié)構(gòu)圖任何一個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)都離不開硬件電路的連接，所以本課題硬件設(shè)計(jì)的高度模塊化決定了

21、軟件設(shè)計(jì)的模塊化。程序結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：主控程序模塊、鍵盤掃描及處理子程序、采樣數(shù)據(jù)處理子程序、PID算法子程序及顯示等子程序幾個(gè)部分。主程序模塊AD采樣及上傳液晶顯示鍵值處理鍵盤掃描PID計(jì)算繼電器控制 圖12 主程序結(jié)構(gòu)圖5 相關(guān)器件測試、系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)整定5.1 繼電器測試（1）測觸點(diǎn)電阻用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0；而常開觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開觸點(diǎn)。（2）測線圈電阻可用萬能表R10檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。（3）測量吸合電壓和吸合電流找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電

22、回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時(shí)，記下該吸合電壓和吸合電流。（4）測量釋放電壓和釋放電流當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的1050，如果釋放電壓太?。ㄐ∮?/10的吸合電壓），則不能正常使用了，這樣會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。5.2 PID參數(shù)整定控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量與被控制對(duì)象的特性、干擾信號(hào)的形式和幅值、控制方案及控制器的參數(shù)等因素有著密切的關(guān)系。對(duì)象的特性和干擾情況是受工藝操作和設(shè)備的特性限制的，不可能隨

23、意改變，這樣，一旦控制方案確定了，對(duì)象各個(gè)通道的特性就成定局，這時(shí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量就只取決于控制器的參數(shù)。因此，參數(shù)的整定是過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。所謂控制器的參數(shù)整定，就是通過一定的方法和步驟，確定系統(tǒng)處于最佳過渡過程時(shí)控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間的具體數(shù)值。所謂最佳過渡過程，就是在某質(zhì)量指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳調(diào)整狀態(tài)，此時(shí)的控制器參數(shù)就是所謂的最佳整定參數(shù)。在簡單過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率=0.750.9(對(duì)應(yīng)衰減比為4：110：1)為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量（對(duì)于大多數(shù)過程控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)過渡過程的瞬態(tài)響應(yīng)曲線達(dá)到4：1的衰減比狀態(tài)

24、時(shí)，則為最佳的過程曲線）。此外，在滿足主要指標(biāo)的條件下，還應(yīng)盡量滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（又稱靜差、余差）、最大動(dòng)態(tài)偏差（超調(diào)）和過渡過程時(shí)間等其它指標(biāo)。由于不同的過程控制系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重點(diǎn)，也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差積分（ISE）、絕對(duì)誤差積分（IAE）、時(shí)間乘以絕對(duì)誤差的積分（ITAE）分別取極小作為指標(biāo)來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法很多，概括起來可以分為兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法，頻率特性法等，經(jīng)過理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。二是工程整定方法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握

25、。由于本系統(tǒng)有別于工業(yè)實(shí)際系統(tǒng)因此對(duì)于參數(shù)整定來說，使用工程參數(shù)整定法效果不是很好，該系統(tǒng)參數(shù)整定采用經(jīng)驗(yàn)湊試法。經(jīng)驗(yàn)湊試法是通過模擬或閉環(huán)運(yùn)行觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致辭影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)，從而確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)。增大比例系數(shù)，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。增大微分時(shí)間，亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使用權(quán)超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。在湊試時(shí)

26、，可參考以上參數(shù)對(duì)控制過程的影響趨勢，對(duì)參數(shù)實(shí)行下述比例、后積分、再微分的整定步驟：（1）整定比例部分將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。（2）加入積分環(huán)節(jié)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)首先置積分時(shí)間為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮?。ㄈ缈s小為原來的0.8倍），然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與保持時(shí)間，以期

27、得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。（3）加入微分環(huán)節(jié)若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間為零。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。5.3 系統(tǒng)調(diào)試（1）分別使烘箱穩(wěn)定在60、65 、70、 75 、80觀察系統(tǒng)測量溫度值與實(shí)際溫度值，校準(zhǔn)系統(tǒng)使測量誤差在1 以內(nèi)。（2）動(dòng)態(tài)測試：設(shè)定溫度為70，系統(tǒng)由低溫開始進(jìn)入升溫狀態(tài)。開始記錄數(shù)據(jù)，觀察超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差；系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，用電風(fēng)扇吹涼，觀察系統(tǒng)的抗擾能力。設(shè)定溫度為80系統(tǒng)由低

28、溫開始進(jìn)入升溫狀態(tài)。開始記錄數(shù)據(jù)，觀察超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差；系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，用電風(fēng)扇吹涼，觀察系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力。（3）采用了PID控制，當(dāng)設(shè)定溫度突變（由60提高到80）時(shí)，經(jīng)過多次調(diào)試，測出P,I,D分別為多少時(shí)系統(tǒng)具有最小的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。6 小結(jié)和心得體會(huì)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求為，首先系統(tǒng)要有良好的控制效果；其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡單實(shí)用；實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。因此我選取了AT89C52單片機(jī)來設(shè)計(jì)，使用AT89C52單片機(jī)的優(yōu)勢在于其完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強(qiáng)大的中斷處理能力，決定了該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單、程序簡短、系統(tǒng)可靠性高等。本次設(shè)計(jì)還充分利用了AT89C52單片機(jī)

29、成熟的語音處理技術(shù)，且系統(tǒng)控制部分程序設(shè)計(jì)在Keil uVision4和Proteus7.7開發(fā)環(huán)境中編輯、編譯、鏈接、調(diào)試以及仿真的。使用軟件編程既減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量，又提高了系統(tǒng)開發(fā)的速度，使用軟件還可以提高所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了因個(gè)人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足而產(chǎn)生過多的系統(tǒng)缺陷。在這次課程設(shè)計(jì)中獲得了難得的理論聯(lián)系實(shí)踐的機(jī)會(huì)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)過程中，對(duì)理論知識(shí)進(jìn)一步的加深了理解，使得我對(duì)過程控制規(guī)律有了更深層次了概念，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中多次方案論證和修改，使得自己逐步建立了工程設(shè)計(jì)的思想，對(duì)今后進(jìn)入工作崗位奠定了一定的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的缺陷，以及對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念性的錯(cuò)誤等等。通過對(duì)本設(shè)

30、計(jì)的思考，更加加深了我們對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，熟練了對(duì)單片機(jī)的控制，更對(duì)當(dāng)前的溫度傳感器有了更深刻的認(rèn)識(shí)與了解，但是由于此系統(tǒng)依賴溫度傳感器，因而對(duì)溫度傳感器的穩(wěn)定性，線性等諸多方面有著嚴(yán)格的要求，但是傳感器的性能越好，相對(duì)而言其價(jià)格也就越高。通過這次的課程設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多東西，讓我更對(duì)課堂上學(xué)到的單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行了鞏固和加深。特別是對(duì)AT89C52的C語言指令有了更深刻的認(rèn)識(shí)。我了解到理論聯(lián)系實(shí)際是多么重要，同時(shí)又是多么的困難，還有平時(shí)學(xué)習(xí)一定要認(rèn)真踏實(shí)，把理論知識(shí)要弄懂要理解消化為自己的知識(shí)，同時(shí)要學(xué)會(huì)在理論學(xué)習(xí)時(shí)善于思考，多得一些自己的想法和思路，并且多讀一些課外書，開闊視野增長一些課外知識(shí)。感

31、謝這次課設(shè)過程中給予我?guī)椭瑢W(xué)和老師，并且感謝學(xué)校給予我們這次機(jī)會(huì)提高自己的實(shí)踐能力。這次的課設(shè)終于結(jié)束了，我感到什么事都不應(yīng)該輕易放棄，只要努力就會(huì)有結(jié)果。再次深深的感謝老師對(duì)于我的幫助與指導(dǎo)，使我學(xué)到這么多東西，也再次感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們！參考文獻(xiàn)1 馬德駿、張建宏、湯練兵.計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)C語言程序設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，20062 胡壽松.自動(dòng)控制原理.北京：科學(xué)出版社，20073 于海生.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，19994 戴焯.傳感與檢測技術(shù).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003.85 陳宇.單片機(jī)原理及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.76 何立民.單片

32、機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用設(shè)計(jì).北京，北京航空航天大學(xué)出版社，20007 朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，20068 劉瑞新.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20039 馬建偉，李銀伢.PID控制設(shè)計(jì)理論與方法.北京：科學(xué)出版社，200810 Prestige Lecture delivered to IEE,Cambridge,on 5 February 200411 Richard Carley, James A. Bain, Gary K. Fedder. Single-chip computer-s with microelectromechanical systems

33、-based magnetic memory.Physics.2000,5:8712 ST.LlashFlex51MCU PDF.SST Components Industries,2008:110,787913 Kaminsky, W.J.Davidson, E.S.Special Feature: Developing a Multiple-In-structon-Stream Single-Chip Processor.Computer.1979, 12(12) : 6676附錄附錄1 參考程序（1）主程序#include#include #include #include #inclu

34、de #include #include 1602_ds18.h/按鍵 sbit add=P24;sbit sub=P25;sbit set=P26;sbit enter=P27;sbit start=P30;sbit stop=P31;/函數(shù)聲明extern void delay(unsigned int i);void show_set(); /顯示設(shè)置溫度void lcd_set() ;/顯示輸入溫度unsigned char code str1=AAture: ;unsigned char code str2= ; int temp,set_temp=60; /初始設(shè)置溫度60 int

35、 st_s,st_g; int count=0;unsigned char setbuffer3=0,0,0;/設(shè)定溫度顯示緩沖區(qū)uchar Key_Value_Table=1234567890ABCDEF;/鍵盤字符extern uint tvalue;/溫度值/*主程序*/void delay2(unsigned int n)unsigned int i;for(i=0;i8)st_s=6;wr_dat(st_s+0); if(sub=0)delay2(300);if(sub=1)st_s-;if(st_s9)st_g=0;wr_dat(st_g+0); if(sub=0)delay2(3

36、00);if(sub=1)st_g-;if(st_g0)st_g=9;wr_dat(st_g+0);if(set=0)if(set=1)g_flag=1;break;/按set鍵，轉(zhuǎn)下一位設(shè)置if(enter=0) delay2(300); if(enter=1) wr_com(0x0c);set_temp=st_s*10+st_g;g_flag=1;break; if(s_flag=1 & g_flag=1)s_flag=0;g_flag=0;for(i=0;i40;i+)read_temp(); ds1820disp();if(tvalue / 10 =set_temp)start=1;s

37、top=1; else start=0; /顯示設(shè)置溫度，入口參數(shù)=set_temp；出口參數(shù)=溫度的顯示碼bivoid show_set() unsigned char i;setbuffer0=set_temp/10+0; setbuffer1=set_temp%10+0;setbuffer2=0+0;wr_com(0x8b);for(i=0;i2;i+)wr_dat(setbufferi);wr_com(0x8d);wr_dat(0x2e);/顯示小數(shù)點(diǎn) wr_com(0x8e);wr_dat(setbuffer2);/顯示小數(shù)位（2）延時(shí)程序#ifndef _delay_H_ #def

38、ine _delay_H_ void delay(unsigned int i)while(i-);void delay1(unsigned int n)unsigned int i;for(i=0;in;i+);#endif（3）按鍵程序#ifndef _keyscan_H_ #define _keyscan_H_ #include delay.hunsigned char keyscan()unsigned char key=16,a,b,c;P3=0X0F;a=P3;delay(20);P3=0XF0;b=P3;delay(20);c=a+b;switch (c)case 0xee:ke

39、y=0;break;case 0xde:key=1;break;case 0xbe:key=2;break;case 0x7e:key=3;break;case 0xed:key=4;break;case 0xdd:key=5;break;case 0xbd:key=6;break;case 0x7d:key=7;break;case 0xeb:key=8;break;case 0xdb:key=9;break;case 0xbb:key=10;break;case 0x7b:key=11;break;case 0xe7:key=12;break;case 0xd7:key=13;break;

40、case 0xb7:key=14;break;case 0x77:key=15;break;default:break;return key;#endif（4）LCD1602顯示程序和DS18B20傳感器程序#ifndef _1602_DS18_H_ #define _1602_DS18_H_ #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P23;/ds18b20與單片機(jī)連接口sbit RS=P20;/液晶接口sbit RW=P21;sbit EN=P22;uchar data disdata5; /分解后的數(shù)位 百十個(gè)

41、小數(shù)uint tvalue;/溫度值uint now_temp;uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志/*lcd1602程序*/void delay1ms(unsigned int ms)/延時(shí)1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j0;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);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-

42、) DQ = 0;DQ = wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ = 1;wdata=1;read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/uchar a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0x44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff)

43、tflag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; now_temp=(uint)(tvalue); tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);/*/void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat;disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位數(shù)disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數(shù)disdata2=tvalue%100/10+0x30;/個(gè)位數(shù)disdata3=tvalue%10+0x30;/小數(shù)位if(tflag=0)flagd

44、at=0x20;/正溫度不顯示符號(hào)elseflagdat=0x2d;/負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):-if(disdata0=0x30)disdata0=0x20;/如果百位為0，不顯示if(disdata1=0x30)disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示wr_com(0xc9);wr_dat(flagdat);/顯示符號(hào)位wr_com(0xca);wr_dat(disdata0);/顯示百位wr_com(0xcb);wr_dat(disdata1);/顯示十位 wr_com(0xcc);wr_dat(disdata2);/顯示個(gè)位 wr_com(0xcd);wr_dat(0x2e);/顯示小數(shù)點(diǎn) wr_com(0xce);wr_dat(disdata3);/顯示小數(shù)位#endif附錄2 總硬件電路圖圖12 總硬件電路圖33