【正文】 空調(diào)機(jī)的溫度控制系統(tǒng)空調(diào)機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Ⅱ摘要本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)串口通訊電路和一些接口電路 。單片機(jī)通過對信號進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報(bào)警程序。空調(diào)機(jī)的溫度控制對于工業(yè)和日常生活等工程都具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將傳統(tǒng)控制理論與智能控制理論相結(jié)合應(yīng)用于溫度控制的實(shí)際工程中。首先，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，然后，從熱力學(xué)的角度對溫度對象的特性做了較深入的分析，從理論上推導(dǎo)出溫度對象的常用的一階帶純滯后的近似數(shù)學(xué)模型，并給出了數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)的含義。在此基拙上，本文分析了現(xiàn)有空調(diào)機(jī)控制方法的利弊，并針對它們各自的優(yōu)、缺點(diǎn)，對具有純滯后特性的溫度對象提出一種改進(jìn)的模糊控制方法。該方法將模糊控制、PID控制結(jié)合起來。通過數(shù)字仿真表明該方法對空調(diào)機(jī)溫度的控制具有超調(diào)小(可達(dá)到無超調(diào))、調(diào)節(jié)時(shí)間短、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。在此基拙上，用階躍信號做激勵(lì)，辨識出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。本文的最后，通過對實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文所提出的改進(jìn)的模糊控制算法對非線性、具純滯后環(huán)節(jié)對象的控制是很有效的。溫度控制系統(tǒng)的軟件采用匯編語言編制，控制算法部分采用C與匯編混合編程。該軟件基于Windows20000/xp平臺，人機(jī)界面友好，易于用戶操作。具有在線修改采樣時(shí)間、控制算法、控制參數(shù)、圖形顯示及數(shù)據(jù)保存和打印功能。設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)溫度控制的精確性，使用方便，功能齊全。關(guān)鍵詞:PWM控制 模型辨識 模糊控制 PID控制Ⅲ AbstractThe thesis studies the Plant of temperature. Firstly，the systeml5 designed and realized. Then the characteristics of temperature of Plant are analyzed inall details from thermodynamics. The approximate mathematics model of temperature plant with one order and dead time is reduced and the meaning of every parameter of this model are expressed, Which is used often and practically in the paper. In addition tot his, we identify the model of the system and the result demonstrated the method is effective for it.Secondly we analyzed advantages and disadvantages of present control method of temperature. One kind of improved FuzzDahlin control method is presented for Temperature Plant with long dead time and nonlinearity. The Dahlin control method, The fuzzy control method are bined in this improved method It is demon strated By digital simulation that the improved FuzzyDahlin makes the extraregulation more small(even zero), the regulation time more short, and the robustness better for the temperature controlled Plant. It is demonstrated by physical experimentation that improved FuzzyDahlin method presented in this Paper is effective for temperature plant with dead time and nonlinearity.The control software is piled with visualc++ and matlab .It39。s easy to use and friendly to the interface of person and machine on the basis of window2000/ are some functions as modify sample time or modify controller39。s parameters online, display and copy data of temperature curve, and so on. The control hardware is easy to use and its functions are self contained.Keywords: Intelligent control, model identify, Dahlin control, Fuzzy control, PID control2目錄摘要 IAbstract 2 目錄 3 前言 4 1 MCS51單片機(jī)簡介 8 8 MSC51單片機(jī)中央處理器 11 2 溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 13 13 14 14 16 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 18 A/D轉(zhuǎn)換的常用方法 18 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 19 ADC0809的主要特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 19 ADC0809管腳功能及定義 20 ADC0809與8031的接口電路 22 22 23 25 3 控制算法的研究 27 PID算法的研究 27 27 28 29 30 總結(jié) 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 37 前言 控制菌種生長環(huán)境的設(shè)施和設(shè)備由功能簡單、單一的氣候箱發(fā)展成現(xiàn)在控制復(fù)的人工氣候室，這對于研究在人工模擬自然生態(tài)環(huán)境中生長因素對菌種生長的提供了必要的條件和能夠繼續(xù)深入研究的基礎(chǔ)。目前，大多數(shù)菌種培養(yǎng)車間都采取通過控制水加熱機(jī)組和水制冷機(jī)組進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，這使得整個(gè)控制設(shè)備占于龐大，控制復(fù)雜，能耗大，投資高。部分氣候室采用中央空調(diào)控制溫度，但中央空調(diào)同樣存在成本高低精度的問題，且存在不同氣候室同時(shí)向主機(jī)提出兩種不同運(yùn)行式請求，導(dǎo)致系統(tǒng)失控的可能，因此，此種車間的控溫方法也存在缺陷。所以，操作簡單，控制精度高，系統(tǒng)性能好，投資低的新型菌種培養(yǎng)車間正為人們所期待。本文提出了一種以普通壁掛式空調(diào)來調(diào)節(jié)人工氣候室溫度的新方法，加以合理智能算法可以有效地對溫度進(jìn)行高精度恒溫控制，而且成本較低，操作方便。課題的研究目的：高精度溫度控制就是實(shí)現(xiàn)溫度的更加精確化，準(zhǔn)確化。實(shí)現(xiàn)溫度恒溫化，更好的來滿足菌種的生長溫度。 當(dāng)今空調(diào)機(jī)的溫度控制是人們利用可控電路對空調(diào)機(jī)進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。它只能滿足人們一般的需求，溫控精度也不高，對更高的溫度需求不能滿足。例如菌種的培養(yǎng)車間，菌種的生長需要非常穩(wěn)定的溫度環(huán)境，對溫度的要求非常高，這就需要對空調(diào)機(jī)的溫度來實(shí)現(xiàn)高精度控制。培養(yǎng)菌種的培養(yǎng)車間需要較高的溫度精度，它的溫度控制一般是由空調(diào)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)今空調(diào)機(jī)的控溫精度不高，一般在2～3度左右，誤差比較大。這就需要對我們控溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。來實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)高精度的控制。，這首先需要非常靈敏的裝置對溫度進(jìn)行檢測，防止因檢測而帶來的錯(cuò)誤。這可以用電接水銀溫度計(jì)(WXG型)進(jìn)行測量。將測量的信號通過高靈敏度的溫度傳感1器送到微處理器中。從而用微處理器來實(shí)現(xiàn)對空調(diào)機(jī)的高精度溫度控制。這樣才能滿足培菌車間的需要。本課題的研究意義： 要使菌種培育更好，就必須有一流的生長條件和環(huán)境。傳統(tǒng)的菌種培養(yǎng)車間是育種試驗(yàn)必不可少的條件，它可以縮短試驗(yàn)周期，可以模擬各種氣候條件而不受自然氣候的制約和影響。但是溫度控制的精度還是不高，這就必須對空調(diào)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對溫度高精度控制。 本系統(tǒng)就是針對以上老系統(tǒng)存在的不足及實(shí)際要求設(shè)計(jì)開發(fā)的。只要設(shè)定運(yùn)行曲線后，就可連續(xù)自動地運(yùn)行，按照給定曲線同時(shí)調(diào)節(jié)溫度，并保存實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)和設(shè)定參數(shù)。課題的特點(diǎn)及具體要求： 菌種培養(yǎng)車間是一個(gè)多變量相互禍合的復(fù)雜系統(tǒng)，溫度具有純滯后、大慣性特性。而且外界的氣候的變化也會對室內(nèi)的溫度產(chǎn)生影響。所以按照常規(guī)的控制方法，要對溫室對象建立精確數(shù)學(xué)模型幾乎是不可能的，而且控制精度很難保證育種過程的要求。培養(yǎng)車間能夠在任意時(shí)候模擬任意的氣候條件，而且溫度要能夠嚴(yán)格按照給定曲線變化，要求具有保護(hù)功能。根據(jù)己有控制系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和不足之處，改造其老系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)如下:系統(tǒng)需采用兩級計(jì)算機(jī)控制，上位機(jī)采用工控機(jī)，下位機(jī)采用自行開發(fā)的智能控制器。 系統(tǒng)的控制算法采用智能控制算法，溫度的控制精度要求為177?！? 上位機(jī)應(yīng)用程序是在Windows98環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序，可以監(jiān)控多臺下位機(jī)，要求有參數(shù)設(shè)定計(jì)算、過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲和通信等功能。 下位機(jī)具有實(shí)時(shí)控制功能，在上位機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以實(shí)施單獨(dú)控制，并且可靠性要高。本文的主要工作 本文針對單片機(jī)對溫度控制監(jiān)測系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)展開研究工作，主要集中在以下幾個(gè)方面: 分析項(xiàng)目要求，介紹以低成本為核心指導(dǎo)思想的溫度控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，統(tǒng)的組成和工作原理，闡述多點(diǎn)校準(zhǔn)技術(shù)和線型插值技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及些技術(shù)的應(yīng)用對降低成本的作用。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，介紹主要硬件的選型及其主要特點(diǎn)，溫度傳感器Pt100采樣以及信號放大處理，信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，低壓線性穩(wěn)壓器的電路設(shè)計(jì)，片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)以及電路的總體設(shè)計(jì)等。模塊功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)介紹在溫度監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用到的各個(gè)模塊的功能和應(yīng)方法，涉及到各個(gè)模塊的功能和工作原理，各個(gè)控制寄存器的設(shè)定，模塊之間的關(guān)系協(xié)作方式等。包括基本始終模塊的應(yīng)用，E2ROM存儲器x25043/45的應(yīng)用，數(shù)碼顯示管的應(yīng)用以及按鍵等的實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和主要程序模塊，程序設(shè)計(jì)采用匯編語言和C語言模式，并將低本高精度思想融入其中，介紹的程序模塊包括:系統(tǒng)初始化程序、主循環(huán)框架、準(zhǔn)程序、LED數(shù)碼顯示程序并給出了程序的設(shè)計(jì)流程圖和部分程序源代碼。⑤總結(jié)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了使用現(xiàn)狀以及未來的改進(jìn)和發(fā)展方向。31 MCS51單片機(jī)簡介HMOS制造工藝的MCS51單片機(jī)都采用40引腳的直插封裝（DIP方式），制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳，但其中4只引腳（標(biāo)有NC的引腳1234）是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。 MCS51的邏輯符號圖如圖，是。在單片機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。 下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能。主電源引腳VCC和VSSVCC——（40腳）接+5V電壓；VSS——（20腳）接地。外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮?？刂苹蚺c其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP①RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。，與VCC引腳之間連接一個(gè)約10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉