【正文】 以采用模擬電路或計算機軟件方法來實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。前者稱為模擬 PID 調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。其中數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個 PID 參數(shù)（即比例值、積分值、微分值） 。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。但是，它的不足也恰恰在于此，當對象特性一旦發(fā)生改變，三個控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。 (3) 智能溫度控制法為了克服 PID 線性控溫法的弱點，人們相繼提出了一系列自動調(diào)整 PI 參數(shù)的方法，如 PID 參數(shù)的自學習，自整定等等。并通過將智能控制與 PID 控制相結(jié)合，從而實現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學為理論基礎(chǔ)，并適當加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以更好的模擬人的操作經(jīng)驗來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng) PID 算法的溫度控制儀表。 目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的溫控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。 單片機的發(fā)展概況1970 年微型計算機研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機（即單片微型計算機）— 美國 Intel 公司 1971 年生產(chǎn)的 4 位單片機 4004 和 1972 年生產(chǎn)的雛形 8 位單片機8008，這也算是單片機的第一次公眾亮相。1976 年 Intel 公司首先推出能稱為單片機的MCS48 系列單片微型計算機。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機。1978 年下半年 Motorola 公司推出 M6800 系列單片機，Zilog 公司相繼推出 Z8 單片機系列。1980 年 Intel 公司在MCS48 系列基礎(chǔ)上又推出高性能的 MCS51 系列單片機。這類單片機均帶有串行 I/O口，定時器/計數(shù)器為 16 位，片內(nèi)存儲容量（RAM ，ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機的功能、尋址范圍都比早期的擴大了，它們是當時單片機應(yīng)用的主流產(chǎn)品。 1982 年 Mostek 公司和 Intel 公司先后又推出了性能更高的 16 位單片機MK68200 和 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也分別在原有 8 位單片機的基礎(chǔ)上推出了 16 位單片機 HPC16040 和 181。PD783系列。1987 年 Intel 公司又宣布了性能比8096 高兩倍的 CMOS 型 80C196，1988 年推出帶 EPROM 的 87C196 單片機。由于 16位單片機推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而 8 位單片機已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出 16 位單片機的同時，高性能的新型 8 位單片機也不斷問世。 縱觀這短短的 20 年，經(jīng)歷了 4 次更新?lián)Q代，單片機正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴大存儲容量和加強 I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。新一代的 80C51 系列單片機除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)微控制器（microcontroller）完善的控制功能為己任。這一系列單片機為外部提供了相當完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。由于 80C51 系列單片機所具有的一系列優(yōu)越的特點，獲得廣泛使用指日可待。 AT89S52 單片機簡介AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。功能強大的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 鑒于以上優(yōu)點，并結(jié)合設(shè)計目標，特選用此款單片機。AT89S52 主要功能特性： （1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng)（2）32 個雙向 I/O 口線（3）3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷（4）2 個串行中斷口 （5）2 個外部中斷源（6）2 個讀寫中斷口線（7）低功耗空閑和掉電模式（8）8k 可反復(fù)擦寫(1000 次)Flash ROM（9）256x8 bit 內(nèi)部 RAM（10）時鐘頻率 024MHz（11）可編程 UART 串行通道（12）共 6 個中斷源（13）3 級加密位（14）軟件設(shè)置睡眠和喚醒功 AT89S52 單片機引腳簡介圖 AT89S52 封裝引腳圖圖 是 AT89S52 封裝結(jié)構(gòu)圖，按照功能，AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能 I/O 口、控制和復(fù)位等。輸入輸出口線～ 口 8 ～ 口 8 ～ 口 8 ～ 口 8 ALE 地址鎖存控制信號在系統(tǒng)擴展時,ALE 用于控制把 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來 ,以實0P現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖,因此可作為外部定時脈沖使用。 外部程序存儲器讀選通信號PSEN在讀外部 ROM 時, 有效(低電平),以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。PSEN 訪問程序存儲趨控制信號A當 信號為低電平時,對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；而當 信號為E EA高電平時,則對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始,并可延續(xù)至外部程序存儲器。RST 復(fù)位信號當輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位操作。和 外接晶體引線端1XTAL2當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用語外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 地線SV +5V 電源C 溫度傳感器目前市場上溫度傳感器較多，有以下幾種： 1)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， 其成本較高。 2)采用熱敏電阻，選用此類元器件有價格便宜的優(yōu)點，但由于熱敏電阻的非線性特性會影響系統(tǒng)的精度。 3)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；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃ ,可編程為 9 位～12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃。此器件具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計要求。 比較以上三種方案，方案三具有明顯的優(yōu)點，因此選用方案三。 DS18B20 是 Dallas 半導(dǎo)體公司推出的一線總線數(shù)字化溫度傳感器件，它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。DS18B20 支持“ 一線總線”接口，測量溫度的范圍為55176。C ～ +125176。C，現(xiàn)場溫度直接以 “一線總線”的數(shù)字式傳輸，大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20 為 3 引腳， DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD 為外接供電電源輸入端。 溫度采集電路模塊如圖 所示。DSB8B20 的 3 腳接系統(tǒng)中單片機的 口線，用于將采集到的溫度送入單片機中處理，2 腳和 3 腳之間接一個 上拉電阻，即可完成溫度采集部分硬件電路。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。圖 溫度采樣電路DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例:用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃/LSB 形式表達，其中 S 為符號位。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如下表 。表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LS Byte23 22 21 20 21 22 23 24Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MS ByteS S S S S 26 25 24這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加1 再乘于 即可得到實際溫度。第二章 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2．1 硬件系統(tǒng)框圖PC機鍵盤顯示器RS