【正文】 140V 有效電壓 第四章 軟件設(shè)計(jì)部分 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。主程序的任務(wù)是對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入，并控制電加熱爐的正常運(yùn)行。主程序主要由系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集及處理、智能推理等部分組成。系統(tǒng) 初始化包括設(shè)置棧底、工作寄存器組、控制量的初始值、采樣周期、中斷方式和狀態(tài)、定時(shí)器的工作方式以及 8255 的初始化、 MAX1232 的初始化等。數(shù)據(jù)采集及處理主要包括實(shí)時(shí)采集電加熱爐的爐溫信號，計(jì)算出實(shí)際爐溫與理想值的差值以及溫差的變化率，并對爐溫信號進(jìn)行濾波和限幅處理。主程序流程圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)主程序 開始 系統(tǒng)的初始化 溫度數(shù)據(jù)采集及處理 溫度值顯示 計(jì)算溫差 e（ k）和溫差變化率 智能控制算法程序 控制輸出 求出輸出控制量 ？）（ 0k ?e 結(jié)束 N Y 控制系統(tǒng)的軟件主要包括：采樣 、 標(biāo)度變換 、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法 ，并對積分項(xiàng)和微分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。 考慮到電加熱爐是一個(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)和自動控制理論成果，與定性知識相結(jié)合，做到取長補(bǔ)短，在實(shí)時(shí)控制中取得較好的成果。 A/D 轉(zhuǎn)換器程序流程圖 圖 AD 轉(zhuǎn)換程序流程圖 置位狀態(tài)位 F0 關(guān)閉報(bào)警 F0 是否等于零 調(diào) PID 控制算法程序 報(bào)警子程序 PSW 出棧并 返回 輸出控制量 啟動定時(shí)器 T1 溢出標(biāo)志 TF1 是否為零 設(shè)定值與 AD 結(jié)果比較 交流電是否過零 結(jié)果 =0 結(jié)果 or 設(shè)定值的 20% 20%結(jié)果 20% F0=0 F0=0 N Y N Y LED 顯示模塊程序流程圖 8 段 LED 顯示屏是最常用的顯示器件，分為共陽極和共陰極兩種 形式。共陽極 LED將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接高電平，某一段的發(fā)光二極管陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。共陰極 LED 將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端，當(dāng)公共端接低電平，某一段的發(fā)光二極管陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。 LED 數(shù)碼管的顯示方法 動態(tài)顯示：動態(tài)掃描，分時(shí)循環(huán)； 靜態(tài)顯示：一次輸出，結(jié)果保持 (1)動態(tài)顯示 動態(tài)顯示，就是微型機(jī)定時(shí)地對顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能一個(gè)器件顯示。但由于人視覺的暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺所有的器 件都在顯示。 (2)靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示，是由微型機(jī)一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠。 通過比較及對程序的分析，本設(shè)計(jì)當(dāng)中兩組數(shù)碼管均采用了共陰極靜態(tài)顯示。 圖 顯示子程序 子程序返回 譯碼選擇顯示位 送入 8255PA 口 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為七段碼 開始 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在保溫階段，溫度控制精度為正負(fù) 1 度，故當(dāng)溫度下降或上升 2 度時(shí)為故障狀態(tài)，需要報(bào)警提醒。所以在電路設(shè)計(jì)上應(yīng)用了蜂鳴器和發(fā)光二極管，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮并且蜂鳴器鳴叫，提醒操作人員注意。報(bào)警狀態(tài)可通過按鍵復(fù)位和系統(tǒng)恢復(fù)正常后自動復(fù)位。 圖 報(bào)警子程序 鍵盤模塊程序設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，輸入設(shè)備采用 4*4 矩陣鍵盤。當(dāng)“設(shè)定”鍵按下 時(shí)觸發(fā)鍵盤中斷服務(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。如果沒有鍵按下，則讀人值為 FFH．如果有鏈按下．則不為 FFH。 (2)去除鍵抖動。方法：延時(shí) 10— 20 ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。 (3)若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。方法：對鍵盤逐行掃描。 （ 4）程序中需等閉合鍵釋放后才對其進(jìn)行處理。 控制對象數(shù)學(xué)模型 在本控制對象電 阻加熱爐功率為 800W，由 220V 交流電供電，采用雙向可開始 置報(bào)警位 子程序返回 清除報(bào)警狀態(tài)位 F0 控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對一個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍50~350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù) 1 度。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。其對象問溫控?cái)?shù)學(xué)模型為： 1)( ???sTeKsGdsd? 其中：時(shí)間常數(shù) Td=350 秒 放大系數(shù) Kd=50 滯后時(shí)間?=10 秒 控制算法選用改 PID 控制。 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此 積分和微分項(xiàng)不能直接計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近。在采樣時(shí)刻 t=iT（ T為采樣周期），可得 PID 調(diào)節(jié)公式： ? ?100[]i di i j i ijiTTu K e e e e uTT ??? ? ? ? ?? 如果采樣周期 T 取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)控制過程十分接近，我們把這種情況稱為“準(zhǔn)連續(xù)控制”。 上式表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 ui，所以稱為位置式 PID 控制算法。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對數(shù)值，而是其增量時(shí)，由上式可導(dǎo)出提供增量的 PID 算法。 ? ?100[]i di i j i ijiTTu K e e e e uTT ??? ? ? ? ?? ? ?1 1 1 2 00[]i di i j i ijiTTu K e e e e uTT? ? ? ??? ? ? ? ?? 只 要將上述兩個(gè)公式相減可得下面的公式： ? ?1 1 1 22di i i i i i i i iiTTu u u K e e e e e eTT? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ????? 上式稱為增量式 PID 控制算法。也可進(jìn)一步改寫為： 0 1 1 2 2i i i iu d e d e d e??? ? ? ? 其中： 0 1 diTTdKTT??? ? ????? 121 dTdKT??? ? ????? 2 dTdKT? 可見增量式算法只需要保持現(xiàn)時(shí)以前三個(gè)時(shí)刻的偏差值即可。 結(jié)論 本系統(tǒng) 單片機(jī) AT89C51 為核心，它具有可靠性高、高性能價(jià)格比、控制方便簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)?？刂破鞑捎?PID 控制算法，因而系統(tǒng)升溫快，控溫精度高，穩(wěn)態(tài)誤差可達(dá) 5 攝氏溫度以內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠。 致謝 通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多知識的同時(shí)，也明白了很多道理，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè) 過程，我自己努力的同時(shí)，最重要的是因?yàn)橛写蠹业膸椭拍茼樌? 成。 在此我向默默給我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)謹(jǐn)以最誠摯的感謝 感謝我的指導(dǎo)老師 姚 老師。因?yàn)楣ぷ鲗?shí)習(xí)的原因，畢業(yè)設(shè)計(jì)初期我沒有呆在學(xué)校做畢業(yè)設(shè)計(jì)，而是在外地邊工作邊做畢業(yè)設(shè)計(jì)，在那段時(shí)間 姚 老師經(jīng)常打電話詢問我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況，同時(shí)對一些復(fù)雜的問題進(jìn)行指導(dǎo)。在從工作地返回學(xué)校后， 姚 老師經(jīng) 常對我的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。不管是工作日還是周末，只要設(shè)計(jì)情況出現(xiàn)問題， 姚 老師就會放棄休息時(shí)間認(rèn)認(rèn)真真的幫我分析問題，指出問題的癥狀，直到我弄懂為止。再次向 姚 老師表示我最大的感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 胡壽松 .自動控制原理 .4 版 .科學(xué)出版社 .2021 [2]郁有文 常健 程繼紅 .傳感器原理及工程應(yīng)用 .西安電子科技大學(xué)出版社 . 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