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(cè)控系統(tǒng)

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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 1 1 系統(tǒng)方案的選擇 2 1.1溫度變送器的選擇 2 1.2 鍵盤顯示部分 2 1.3 控制電路部分 2 1.4 PID過程控制部分 3 1.4.1過程控制的基本概念 3 1.4.2 模擬PID控制系統(tǒng)組成 4 1.4.3 數(shù)字PID控制器 5 2 總體方案的分析 5 2.1系統(tǒng)總模塊 5 2.2 系統(tǒng)模塊關(guān)系圖 6 3 硬件電路設(shè)計(jì) 6 3.1 繼電器控制電路 6 3.2 顯示電路 7 3.3 鍵盤輸入電路 8 3.4 溫度變送器電路 8 3.5 單片機(jī)AT89C52最小系統(tǒng) 8 3.5.1

2、 單片機(jī)簡介 8 3.5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路簡介 9 3.6 總電路硬件圖 11 4 軟件程序設(shè)計(jì) 11 4.1 主程序流程圖 11 4.2 程序結(jié)構(gòu)圖 13 5 相關(guān)器件測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)整定 13 5.1 繼電器測(cè)試 13 5.2 PID參數(shù)整定 14 5.3 系統(tǒng)調(diào)試 15 6 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)

3、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)不靈敏，存在較大誤差，因此需要更好的測(cè)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(cè)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

4、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(cè)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(cè)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(cè)控系統(tǒng) 自動(dòng)控制 溫度變送器 計(jì)算機(jī)溫度測(cè)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

5、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引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)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)

6、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8279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，

7、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，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

8、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(cè)，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)律使操作變量變化，以使偏差

9、趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程。 控制規(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

10、控制系統(tǒng)DDC DDC(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(cè)，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(cè)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)

11、 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)器立即產(chǎn)生控制作用以

12、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(shì)(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

13、.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，DS18B20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(cè)溫度，單片機(jī)讀值 圖4

14、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，SSR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(cè)

15、，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

16、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。

17、 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

18、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

19、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

20、地址，保證指令順序執(zhí)行。 概括的講：一塊芯片就成了一臺(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

21、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XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器?？梢愿鶕?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

22、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

23、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

24、 N 鍵值處理 是否有有采樣數(shù)據(jù)處理 Y AD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

25、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(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)整

26、定 5.1 繼電器測(cè)試 （1）測(cè)觸點(diǎn)電阻 用萬能表的電阻檔，測(cè)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(cè)線圈電阻 可用萬能表R10Ω檔測(cè)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(cè)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，且在供電回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(cè)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

27、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10~50％，如果釋放電壓太小（小于1/10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，

28、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=0.75～0.9(對(duì)應(yīng)衰減比為4：1～10：1)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)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

29、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。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

30、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)，可參考以上參數(shù)對(duì)控制過程的影響趨勢(shì)，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

31、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)略微縮小（如縮小為原來的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

32、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(cè)量溫度值與實(shí)際溫度值，校準(zhǔn)系統(tǒng)使測(cè)量誤差在1℃ 以內(nèi)。 （2）動(dòng)態(tài)測(cè)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。

33、 （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(cè)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(shì)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)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

34、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)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

35、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。

36、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，2006 [2] 胡壽松.《自動(dòng)控制原理》.北京：科學(xué)出版社，2007 [3] 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，1999 [4] 戴焯.《傳感與檢測(cè)技術(shù)》.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003.8 [5]

37、陳宇.《單片機(jī)原理及其應(yīng)用》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7 [6] 何立民.《單片機(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，2000 [7] 朱定華.《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》.電子工業(yè)出版社，2006 [8] 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，2003 [9] 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，2008 [10] Prestige Lecture delivered to IEE,Cambridge,on 5 February 2004 [11] Richard Carley, James A. Bain, Ga

38、ry K. Fedder. Single-chip computer-s with microelectromechanical systems-based magnetic memory.Physics.2000,5:87 [12] ST.LlashFlex51MCU PDF.SST Components Industries,2008:1~10,78~79 [13] Kaminsky, W.J.Davidson, E.S.Special Feature: Developing a Multiple-In-structon-Stream Single-Chip Processor.Com

39、puter.1979, 12(12) : 66~76 附錄 附錄1 參考程序 （1）主程序 #include #include #include #include #include #include #include "1602_ds18.h" //按鍵 sbit add=P2^4; sbit sub=P2^5; sbit set=P2^6; sbit enter=P2^7; sbit start=P

40、3^0; sbit stop=P3^1; //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 st_s,st_g; int count=0; unsigned char setbuffe

41、r[3]={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;i

42、lag=0; unsigned int i=0; sub=1; add=1; set=1; enter=1; stop=1; start=1; lcd_init();//初始化顯示 wr_com(0x80); display("SET-TEMP:"); show_set(); wr_com(0xc0); display("NOW-TEMP:"); while(1) { if(set==0) { delay2(300); if(set==1) {st_s=set_temp/10;

43、st_g=set_temp%10; wr_com(0x0f);//顯示光 while(1)//設(shè)置溫度高位 { wr_com(0x8b); if(add==0) { delay2(300); if(add==1) {st_s++;if(st_s>8)st_s=6;wr_dat(st_s+0); } } if(sub==0) { delay2(300); if(sub==1) {st_s--;if(st

44、_s<6)st_s=8;wr_dat(st_s+0);} } if(set==0) { if(set==0) {s_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;s_flag=1;break;} } } while(1)//設(shè)置溫度低位

45、 { wr_com(0x8c); if(add==0) { delay2(300); if(add==1) {st_g++;if(st_g>9)st_g=0;wr_dat(st_g+0); } } if(sub==0) { delay2(300); if(sub==1) {st_g--;if(st_g<0)st_g=9;wr_dat(st_g+0);} } if(set==0) { if(se

46、t==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;i<40;i++) {read_temp(); ds18

47、20disp();} if(tvalue / 10 ==set_temp) {start=1;stop=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b[i] void show_set() { unsigned char i; setbuffer[0]=set_temp/10+0; setbuffer[1]=set_temp%10+0; setbuffer[2]=0+0; wr_com(0x8b); for(i=0;i<2;i++)

48、 { wr_dat(setbuffer[i]); } wr_com(0x8d); wr_dat(0x2e);//顯示小數(shù)點(diǎn) wr_com(0x8e); wr_dat(setbuffer[2]);//顯示小數(shù)位 } （2）延時(shí)程序 #ifndef __delay_H__ #define __delay_H__ void delay(unsigned int i) { while(i--); } void delay1(unsigned int n) { unsigned int i; for(i=0;i

49、 #endif （3）按鍵程序 #ifndef __keyscan_H__ #define __keyscan_H__ #include "delay.h" unsigned 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:key=0;break; case 0xde:key=1;break; case

50、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

51、;break; 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 int sbit DQ=P2^3;//ds18b20與單片機(jī)連接口 sbit RS=P2^0;//液晶接

52、口 sbit RW=P2^1; sbit EN=P2^2; uchar data disdata[5]; //分解后的數(shù)位 百十個(gè)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;i

53、); } void wr_com(unsigned char com)//寫指令// { delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P1=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; } void wr_dat(unsigned char dat)//寫數(shù)據(jù)// { delay1ms(1);; RS=1; RW=0; EN=0; P1=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; } void lcd_

54、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); } void display(unsigned char *p)//顯示字符串 { while(*p!=\0) { wr_dat(*p); p++; delay1ms(1); } } /***************

55、***************ds1820程序***************************************/ void delay_18B20(unsigned int i)//延時(shí)1微秒 { while(i--); } void ds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/ { unsigned char x=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

56、; //拉高 delay_18B20(40); } uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/ { unsigned char i=0; unsigned char dat = 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); } void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/ {

57、 unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { 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

58、號(hào)*/ ds1820wr(0xbe);//*讀取溫度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0x0fff) 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(tva

59、lue); } /*******************************************************************/ void ds1820disp()//溫度值顯示 { uchar flagdat; disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位數(shù) disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位數(shù) disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//個(gè)位數(shù) disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小數(shù)位 if(tflag==0) flagdat

60、=0x20;//正溫度不顯示符號(hào) else flagdat=0x2d;//負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):- if(disdata[0]==0x30) { disdata[0]=0x20;//如果百位為0，不顯示 if(disdata[1]==0x30) {disdata[1]=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(disdata[0]);//顯示百位 wr_com(0xcb); wr_dat(disdata[1]);//顯示十位 wr_com(0xcc); wr_dat(disdata[2]);//顯示個(gè)位 wr_com(0xcd); wr_dat(0x2e);//顯示小數(shù)點(diǎn) wr_com(0xce); wr_dat(disdata[3]);//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