課程設(shè)計-- 恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、課程設(shè)計 題 目：恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計 院 （系）： 電氣與信息工程學(xué)院 班 級：電氣08－13班 姓 名：申偉偉 學(xué) 號： 13號 摘 要 進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，其優(yōu)勢及特點(diǎn)得到了越來越多的好評。飛思卡爾(Freescale)半導(dǎo)體公司S08系列的單片機(jī)是受到關(guān)注的諸多優(yōu)異微控制器之一。S08AW系列是Freescale公司推出的新一代S08系列微控制器中的一款增強(qiáng)型8位微控制器，它不僅集成度高、片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM 等，還具有很寬的工作

2、溫度范圍：-40℃～+125℃。在本系統(tǒng)的溫度控制中，采用的是S08AW60微控制器。隨著單片機(jī)的廣泛使用，溫度的自動控制已經(jīng)變成了可能。在本系統(tǒng)中，主要是通過控制電機(jī)來達(dá)到控制溫度的目的，當(dāng)然在一些高級或者要求更高的場合還可以通過控制空調(diào)來實(shí)現(xiàn)調(diào)溫。要控溫就要先進(jìn)行測溫，再轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能讀懂的數(shù)字信號，進(jìn)行處理后得出控制電機(jī)的控制值，也就是PWM控制中說的占空比，通過改變占空比就可以達(dá)到調(diào)速的目的。 關(guān)鍵詞：自動控制系統(tǒng)、S08AW60微控制器、溫度、傳感器 目錄 1 引言4 2 總體方案設(shè)計8 2.1 硬件方案論證8 2.1.1 微控制器的選擇8 2.1.2 溫度傳感器的選擇

3、9 2.1.3 顯示器的選擇10 2.1.4 鍵盤的選擇10 2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的方框圖11 2.3 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計12 3 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計12 3.1 檢測電路設(shè)計13 3.2 微控制器的工作電路設(shè)計14 3.3 顯示電路設(shè)計14 3.4 電機(jī)的驅(qū)動電路16 3.5 鍵盤電路設(shè)計16 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計17 4.1 鍵盤子程序17 4.2顯示子程序18 4.3 溫度值判斷子程序19 4.4調(diào)速子程序20 總結(jié)21 參考文獻(xiàn)23 附錄：24 1 引言 自動控制系統(tǒng)可以從不同的角度來進(jìn)行分類，按其結(jié)構(gòu)及控制方式可將其分為三種：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉

4、環(huán)控制系統(tǒng)和混合控制系統(tǒng)。 1．開環(huán)控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸出量不被引回來（反饋）對系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-3所示。 例如，數(shù)控機(jī)床。它由預(yù)先設(shè)定的指令程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，經(jīng)脈沖放大器放大后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，通過精密傳動機(jī)構(gòu)再帶動工作臺對工件進(jìn)行加工就是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。家用電器中的洗衣機(jī)也是開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本低。缺點(diǎn)則為：受擾動因素的影響大，從而影響輸出量的穩(wěn)定。 若擾動因素已知，并能直接或間接地檢測出，那么也可以利用擾動信號來產(chǎn)生一種補(bǔ)償，以抵消擾動的影響。這種控制方式稱為擾動控制。擾動控制原理如圖1-

5、4所示。 圖1-4 擾動控制系統(tǒng)框圖 在這種系統(tǒng)中，輸出量對系統(tǒng)的控制作用無影響，影響控制的是擾動量，因此仍屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。 2．閉環(huán)控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸出量通過反饋環(huán)節(jié)作用于控制部分，形成閉合環(huán)路，這樣的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。 如圖1-5所示的由晶閘管可控整流裝置供電的直流電動機(jī)調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)，控制對象是電機(jī)M、被控量是轉(zhuǎn)速n，Ug是給定量。測速電機(jī)TG將輸出量n轉(zhuǎn)換成電壓Ufn反饋到輸入端去，形成一個閉環(huán)。系統(tǒng)的調(diào)速穩(wěn)速原理可用下列順序表示： n↓→Ufn↓→△u=Ug- Ufn↑→α↓→Ud↑→n↑(補(bǔ)償了n↓) 這種系統(tǒng)的輸出量參與控制，直接影響

6、系統(tǒng)的控制過程，所以是閉環(huán)控制系統(tǒng)。 由于輸出信號要返回輸入端參與控制，所以信號傳遞有兩個通道：主通道將控制信號送至被控對象；反饋通道將輸出信號反饋到輸入端。 閉環(huán)控制系統(tǒng)一般采用差值控制。差值所產(chǎn)生的控制作用是使系統(tǒng)向減少或消除偏差的方向變化，所以有利于克服慣性和干擾而維持給定的控制，因此也稱這種控制為偏差控制。 反饋控制系統(tǒng)無論采取哪種量反饋，包圍在反饋環(huán)內(nèi)的各種干擾量所引起的輸出量變化都能被減小或消除，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)控制精度，所以獲得了廣泛應(yīng)用。 3．復(fù)合控制系統(tǒng) 將閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，構(gòu)成開環(huán)-閉環(huán)相結(jié)合的控制系統(tǒng)稱為復(fù)合控制系統(tǒng)，也稱為混合控制

7、系統(tǒng)。例如，可以將擾動控制(開環(huán))和偏差控制(閉環(huán)控制)相結(jié)合而形成復(fù)合控制系統(tǒng)。 復(fù)合控制系統(tǒng)兼有閉環(huán)和開環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，控制精度高，控制反應(yīng)快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)與其所控制的生產(chǎn)對象密切相關(guān)，控制對象不同，控制系統(tǒng)也不同。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制方案、控制目標(biāo)和系統(tǒng)構(gòu)成，微型計算機(jī)控制系統(tǒng)大體上可分為以下幾種類型：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）、計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。下面分別進(jìn)行介紹。 1．操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)如圖1-6所示。所謂操作指導(dǎo)是指計算機(jī)只對系統(tǒng)過程

8、參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理，然后輸出數(shù)據(jù)，但輸出的數(shù)據(jù)不直接用來控制生產(chǎn)對象，操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作。 在這種系統(tǒng)中，計算機(jī)每隔一定的時間進(jìn)行一次采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)進(jìn)行加工處理。然后再進(jìn)行顯示、打印或報警。操作人員據(jù)此改變設(shè)定值或進(jìn)行必要的操作。這種系統(tǒng)突出的特點(diǎn)是簡單、安全可靠，對于控制規(guī)律不太確定的系統(tǒng)更為適用。它的缺點(diǎn)是仍要人工進(jìn)行操作，所以響應(yīng)速度不可能太快。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動與半自動工作方式。主要用于計算機(jī)控制的初級階段，或用于試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型和調(diào)試新的控制程序等。 2 總體方案設(shè)計 2.1 硬件方案論證 該系統(tǒng)的硬件方案的設(shè)計包括微控制器的選

9、擇、溫度傳感器的選擇、顯示器的選擇和鍵盤的選擇，至于電機(jī)是要控制的對象，24V直流電源作為功率電源進(jìn)行加溫所以在該微型計算機(jī)系統(tǒng)中我們只對上述的幾個硬件部分進(jìn)行選擇。 2.1.1 微控制器的選擇 方案一： 8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴(kuò)程序存儲器,由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購買其他的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時/計數(shù)器（PWM）等芯片，從而造成成本較高，性價比低。 方案二： 89C51芯片內(nèi)部有ROM，且片內(nèi)ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低壓工作，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，但是其不具備ISP在線編程技術(shù)， 需把程序編寫好以后再放到編程

10、器中燒寫，才可以進(jìn)行硬件電路的調(diào)試，倘若程序編寫出現(xiàn)問題，調(diào)試電路就比較麻煩，而且其芯片內(nèi)存也只有4KB。 方案三： 基于前兩種方案的比較,我們考慮到S08AW60，該芯片擁有62KB片上在線可編程FLASH存儲器和2KB片上RAM，具有模塊保護(hù)與安全選項(xiàng)功能。該芯片還可以通過BDM進(jìn)行在線編程及調(diào)試，無需頻繁的插拔單片機(jī)，可避免損壞芯片。且其內(nèi)部資源豐富，本身就含有A/D轉(zhuǎn)換模塊和定時/計數(shù)器（PWM）模塊，使用方便簡單。 綜觀上述三種方案的論證與比較,我們采用S08AW60作為主控模塊芯片。 2.1.2 溫度傳感器的選擇 方案一： 熱電偶主要是利用兩種不同金屬的熱電效應(yīng)，測溫范

11、圍在-200℃～1800℃，產(chǎn)生接觸電勢隨溫度變化而變化，從而達(dá)到測溫的目的。測量準(zhǔn)確，價格適中溫，線性度較好。但其輸出電壓受冷端溫度影響，需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，使電路變得復(fù)雜，且測量范圍過大，在本題中并非最佳方案。 方案二： 熱敏電阻由金屬氧化物或半導(dǎo)體材料制成，測溫范圍在-50℃～300℃，靈敏度高、熱惰性小、壽命長、價格便宜。但其測量的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性差，而且線性度差，需要進(jìn)行查表線性擬合，大大浪費(fèi)控制器的資源，因此不能選用。 方案三： 熱電阻是利用金屬的電阻率隨溫度變化而變化的特性，將溫度量轉(zhuǎn)化成電阻量。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性高，性能可靠，熱慣性小、復(fù)現(xiàn)性好，價格適中。如銅熱電

12、阻，其測溫范圍在-50℃～150℃，銅容易提純，價格比鉑便宜很多，且電阻溫度關(guān)系是線形的。 根據(jù)要求，并進(jìn)行比較，最終選用熱電阻Gu100溫度傳感器。 2.1.3 顯示器的選擇 方案一: LCD數(shù)碼管液晶顯示,由單片機(jī)驅(qū)動.它主要用來顯示大量數(shù)據(jù)、文字、圖形，能夠顯示的位數(shù)多，顯示得清晰多樣、美觀，但同時液晶顯示器的編寫程序復(fù)雜，價格昂貴，從而降低了整個系統(tǒng)的性價比，故不采用此種方案。 方案二： 點(diǎn)陣顯示，是由八行八列的發(fā)光二極管集成在一塊電路上組成，主要用來顯示漢字，同時也能顯示數(shù)字和少量圖象，但它的焊接較麻煩，價格高，鑒于所設(shè)計的題目要求它不切實(shí)際。所以排除此方案。 方案三：

13、 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，電路容易理解且驅(qū)動的程序簡單，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個I/O口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊。 方案四： 采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，價格低廉，不僅減少了對I/O口的浪費(fèi)，而且能夠同時驅(qū)動多個數(shù)碼管。其驅(qū)動程序容易編寫和理解。 經(jīng)過四種方案的比較，排除了前三種方案之后，最后選擇方案四：LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。 2.1.4 鍵盤的選擇 方案一： 選取陣列式按鍵，減少了I/O口的使用,且掃描M×N個按鍵只需占用M+N個I/O口即可實(shí)現(xiàn)，但給編程帶來了一定的困難，雖然節(jié)省了很多的口線，降低

14、了成本，但在此設(shè)計中所用的按鍵要盡量少，因此排除此方案。 方案二： 獨(dú)立式按鍵，每個按鍵實(shí)現(xiàn)一個功能，易于控制且編寫程序簡單，容易理解，雖然會占用一定的單片機(jī)I/O口資源，但是題目中要求使用的按鍵要盡量少。 通過以上兩種方案比較，決定采用方案二。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的方框圖 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，再結(jié)合已經(jīng)確定下來的各硬件方案，可以得出系統(tǒng)具體工作的整體方框圖，如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)方框圖 信號檢測電路對電梯間的溫度進(jìn)行實(shí)時的獲取，并將獲得的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；S08AW60內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換模塊，把獲取的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并根據(jù)便寫好的控制程序進(jìn)行判斷，再利用片內(nèi)的定時/

15、計數(shù)（TPM）模塊對電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速；鍵盤主要是設(shè)定要保持的溫度值；顯示器對當(dāng)前溫度值或設(shè)定值進(jìn)行顯示。 2.3 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計 本系統(tǒng)主要是對測量到的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后獲得偏差值，是對溫度的反饋偏差控制。就必然用到經(jīng)典控制理論中的PID（Proportional Integral and Derivative比例積分微分）控制，采樣PID控制的基本公式如公式1 ， （1） 其中Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間，Td為微分時間，T為采樣時間。因計算中需要累加求和，不便于單片機(jī)的計算，因此算其增量式 。 由增量式PID算法獲得的控制值，

16、再通過PWM的調(diào)速方法來調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控溫的目的。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)需要各單元電路的正常工作才能實(shí)現(xiàn)對電梯間溫度進(jìn)行實(shí)時控制的目的，各單元電路包括檢測電路、微控制器的工作電路、顯示電路和鍵盤電路。 3.1 檢測電路設(shè)計 圖2 溫度檢測電路 熱電阻所測得的是電阻量，需要轉(zhuǎn)化為電壓量才能被控制器采集。最基本的電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路是將其與另一固定電阻串聯(lián)，但這種方法，當(dāng)溫度為量程下限時輸出不為零，這樣不利于小信號的放大和提高A/D轉(zhuǎn)換的精度。因此，本系統(tǒng)采用橋路測量，電路如圖2所示。 在溫度信號的檢測電路中，一端接12V的恒壓源，另一端接地，R11、R12和R13的阻值都

17、為100Ω，銅熱電阻傳感器在0℃時的電阻為100Ω，銅熱電阻在0℃～35℃時的電阻值隨著溫度的升高呈線性增加的趨勢，其中Gu100的分度如表1所示。 表1 Gu100分度表 溫度（℃） 電阻Rt（Ω） 溫度（℃） 阻值Rt（Ω） 0 100.00 20 108.56 5 102.14 25 110.70 10 104.28 30 112.84 15 106.42 35 114.98 在放大電路上，使用的是差分放大電路，由于溫度為35℃時傳感器的阻值為114.98Ω，可求出橋兩端的電壓差值為0.42V，則放大系數(shù)為10。 3.2 微控制器的工作電路設(shè)

18、計 圖3 AW60工作電路圖 VDD和VSS是S08MCU主要的電源引腳，工作電壓范圍是2.7V~5.5V。在電源引腳上加兩個獨(dú)立的電容器，其中一個為大容量的10μF鉭電容器，為系統(tǒng)提供大容量的電荷存儲，同時在離MCU電源管腳盡可能近的地方安裝一個0.1μF的陶瓷旁路電容器來抑制高頻噪音。RESET（復(fù)位）引腳是一個專用引腳，帶有內(nèi)置的上拉器件。它具有輸入電壓遲滯和10mA電流輸出驅(qū)動器，但沒有輸出斜率（壓擺率）控制。由于存在內(nèi)部加電復(fù)位電路和低電壓復(fù)位電路，因此在一般情況下不必使用外部復(fù)位電路。如果需要，可以增加一個到地電位的簡單開關(guān)（拉低復(fù)位管腳以強(qiáng)制進(jìn)行復(fù)位）來實(shí)現(xiàn)手動外部復(fù)位，如圖

19、3所示。 3.3 顯示電路設(shè)計 如圖4所示，S08AW60的A端口與74CHT244的八個輸入端相連，74CHT244的相對應(yīng)的八個輸出端與數(shù)碼管的八個輸入端一一相連，74CHT244具有數(shù)據(jù)緩存和驅(qū)動的功能，當(dāng)八個信號全部到齊之后再全部輸出，以足夠的電流驅(qū)動數(shù)碼管的段碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。在數(shù)碼管與74CHT244之間還要并聯(lián)上470歐姆的電阻，防止有過大的電流流過燒壞數(shù)碼管。 S08AW60的C端口的低3位分別接3個PNP型的9012三極管的基極，三極管的集電極分別與數(shù)碼管的兩COM端相連，發(fā)射極接+5V電壓，具有選通數(shù)碼管的作用。數(shù)碼管選擇的是共陽極的，所以單片機(jī)的C口PTC0～PTC

20、2中任何一個端口輸出低電平時，則與之相連的數(shù)碼管被選通。為了過大電流燒壞芯片，在S08AW60的輸出與三極管基極之間接上3個10K的電阻，在此的電阻也起到限流的作用。 顯示模塊用的是3個共陽極的數(shù)碼管，一塊74CHT244和3個9012三極管。 圖4 顯示電路圖 3.4 電機(jī)的驅(qū)動電路 PTE2 圖5 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動電路 當(dāng)PTE2輸出為低電平時，固態(tài)繼電器發(fā)光二極管發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，從而使達(dá)林頓管的基極獲得高電位，進(jìn)而驅(qū)動電機(jī)工作；反之，PTE2輸出為高電平時，固態(tài)繼電器的輸出級為截止?fàn)顟B(tài)，達(dá)林頓管不能提供驅(qū)動電流，因而電動機(jī)不工作。由于電動機(jī)電樞電流突變時產(chǎn)生的瞬間反向電壓

21、會對電動機(jī)造成損害，二極管D1的作用是形成回路保護(hù)電動機(jī)。 3.5 鍵盤電路設(shè)計 根據(jù)前面鍵盤方案的確定，是使用獨(dú)立式按鍵，在該系統(tǒng)中共用到了6個按鍵，功能分別是：確定鍵、設(shè)置鍵、左移、右移、上加和下減。如圖6所示，由于AW60芯片端口內(nèi)部有上拉電阻，當(dāng)上拉使能時，在沒有鍵按下時讀入的是高電平，有鍵按下時讀入的是低電平。按鍵S1～S6分別與單片機(jī)的PTB0～PTB5相連。 圖6 鍵盤電路 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在該系統(tǒng)的軟件設(shè)計上，針對要完成的功能及對各部分硬件的使用，主要有四個部分的子程序要設(shè)計：鍵盤子程序、顯示子程序、溫度值判斷子程序、電動機(jī)的PWM調(diào)速子程序。由于該系統(tǒng)的主控芯片

22、是freecale公司生產(chǎn)的8位S08系列的AW60，故在軟件開發(fā)設(shè)計時用的是freescale公司提供的CodeWarrior IDE編程環(huán)境，使用C語言進(jìn)行編程。 4.1鍵盤子程序 鍵盤的作用主要是用來設(shè)定要保持的溫度值，總共有六個按鍵：確定、設(shè)置、上加、下減、左移和右移。由于選擇的是獨(dú)立式按鍵，所以在編程上會比較簡單。首先是判斷是否有鍵按下，再進(jìn)行延時防抖動后，針對按下的不同的鍵值系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)。在使用“上下左右”四個鍵之前，必須是先按下了“設(shè)置”鍵，否則無效；只有在按下“確定”鍵之后，才開始實(shí)時的溫度顯示與控制，如圖8所示。 圖8 鍵盤程序流程圖 4.2顯示子程序 由于在

23、數(shù)碼管的顯示上，本系統(tǒng)選擇的是動態(tài)顯示，因此在不同位數(shù)碼管的顯示之間需要延時，因考慮人眼的視覺暫留的影響，數(shù)碼管每5個采樣周期，即0.5秒刷新一次。三個數(shù)碼管的高兩位為顯示溫度的整數(shù)值，剩下一個顯示溫度的小數(shù)值。在溫度的給定值與實(shí)際值的顯示上，要使用兩套不同變量，還需要七段數(shù)碼管顯示數(shù)字的代碼，如： char dispvalue_Array[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};為顯示0～9的數(shù)組。為了把整數(shù)值與小數(shù)值區(qū)分開，中間的數(shù)碼管顯示時要把小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮。這時給中間的數(shù)碼管的顯示編寫了另一個代碼數(shù)組如： char d

24、ispvalue_Array1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; 4.3溫度值判斷子程序 在溫度檢測電路上，首先把檢測的溫度轉(zhuǎn)換成阻值，再把阻值轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的電壓值，然后單片機(jī)對獲得的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在溫度值的判斷程序里，要把得到的電壓數(shù)字信號進(jìn)行對比、運(yùn)算獲得對應(yīng)的溫度值，其中需要對A/D模塊進(jìn)行設(shè)置，確定采樣周期和轉(zhuǎn)換精度等。 在程序的編寫中采用最簡單的查表法從電壓值中查出相應(yīng)的溫度值。事先將一系列溫度與電壓值對應(yīng)值存貯到AW60微控制器程序存儲器中的一個表內(nèi)，那么給定任意一個電壓值即

25、可通過查表得出所對應(yīng)的溫度值，如表2。當(dāng)表中沒有對應(yīng)的電壓值時，可找出電壓值在表中的區(qū)域，然后在區(qū)間的相鄰兩點(diǎn)經(jīng)線性插值得出對應(yīng)溫度值。 使用公式2的插值算法： （2） T為當(dāng)前溫度；AD_Value為當(dāng)前溫度的A/D轉(zhuǎn)換值；y2、y1分別為相鄰點(diǎn)的溫度值；x2、x1分別為相鄰點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換值。 表2 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與溫度值 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 A/D電壓（V） 溫度（℃） 0 0 0 32 0.63 5 64 1.26 10 96 1.88 15 128 2.51 20 160 3.14 25 192 3.77 30 22

26、4 4.39 35 255 5.00 — 4.4調(diào)速子程序 在獲得了溫度當(dāng)前值后，使其與給定值進(jìn)行相減求得偏差值，在前面的算法設(shè)計中已經(jīng)確定了運(yùn)用PID的增量式算法控制電動機(jī)，在增量型控制算法中，只需要知道當(dāng)前值及兩個歷史輸入值就可以求出當(dāng)前的控制增量，增量式的算法如公式3： （3） 式中，,,，。 程序流程圖如圖9所示： 圖9 增量式PID控制算法流程圖 軟件進(jìn)行PID運(yùn)算后判斷如果Δu>0,則輸出脈沖的占空比增加1%，反之減小1%。 5總結(jié) 這次課程設(shè)計從確定題目到現(xiàn)在的總結(jié)，感覺最難的是在硬件電路的設(shè)計上，需要用到以前所學(xué)過

27、模電數(shù)電的知識，當(dāng)正真需要時才知道它們的重要。在完成硬件設(shè)計后，就是軟件的設(shè)計了，雖然平時有些積累，但對PID控制的算法的理解還僅僅停留在課本上，根本不知道如何應(yīng)用，特別是參數(shù)的整定。經(jīng)過努力最后還是完成了任務(wù)，設(shè)計中肯定還有很多不足和問題，這些都是我下一步要改進(jìn)的。 題目確定下來后，我開始嚴(yán)格按照進(jìn)度的要求去進(jìn)一步的了解題目所要達(dá)到的功能，再針對任務(wù)要求查閱相關(guān)的技術(shù)資料。首先就是硬件方案的確定，根據(jù)題目所要達(dá)到的功能要求，針對不同的硬件我列出了多個供選擇的方案，最后從各方面的綜合考慮之后確定了各硬件：S08AW60微控制器、Gu100溫度傳感器、LED數(shù)碼管顯示器和獨(dú)立式鍵盤。接下來就是

28、對系統(tǒng)整體電路中各子模塊電路的設(shè)計，包括檢測電路、微控制器的工作電路、顯示電路和鍵盤電路。其中最難的就是檢測電路了，從信號的獲取到放大參考了很多相類似的電路圖，感覺還是檢測技術(shù)和模電沒有真正的學(xué)懂，導(dǎo)致了在此應(yīng)用知識上困難。 在軟件設(shè)計方面，該系統(tǒng)需要能夠完成A/D的轉(zhuǎn)換、溫度值的確定、數(shù)值的顯示、鍵盤動作的判斷和電動機(jī)的調(diào)速。由于之前在使用S08AW60微控制器上不是太了解，所以A/D轉(zhuǎn)換能夠在微控制器內(nèi)不太容易的完成；溫度值的確定雖然麻煩點(diǎn)，需要對部分溫度值進(jìn)行列表，剩下的溫度值要經(jīng)過線性插值法確定，但還是很好的設(shè)計好了；顯示和鍵值的程序比較簡單，之前老師講的比較多；電動機(jī)的PID增量式

29、算法和PWM控制是這里最難設(shè)計的，特別是參數(shù)的整定，我查閱了很多資料，雖然最終完成設(shè)計任務(wù)，但還是覺得不夠好。 總之，無論是在硬件還是軟件設(shè)計上，我都遇到了不少的問題，明白了自己的不足，也讓我要學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué)不到的，更是懂得了如何去發(fā)現(xiàn)問題以及怎樣去解決問題。 參考文獻(xiàn) [1]朱玉璽，崔如春，鄺小磊.計算機(jī)控制技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2005.6 [2] 祝詩平.傳感器與檢測技術(shù)[M]．北京：中國林業(yè)出版社；北京大學(xué)出版社，2006.8 [3]王威.s08微控制器原理與實(shí)踐[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 [4] 丁軻軻.自動測量技術(shù)[M]．北

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