【正文】 ........................................................... I ABSTRCT............................................................ II 第 1 章 引言 ......................................................... 1 設(shè)計(jì)背景 ...................................................... 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容及意義 .................................... 1 第 2 章 技術(shù)背景 ..................................................... 3 溫度傳感器 .................................................... 3 SPCE061A 單片機(jī) ............................................... 3 PID 控制簡介 .................................................. 4 第 3 章 硬件實(shí)現(xiàn) ..................................................... 5 系統(tǒng)總體電路框圖 .............................................. 5 鍵盤部分設(shè)計(jì) .................................................. 5 顯示部分設(shè)計(jì) .................................................. 6 溫度采集部分設(shè)計(jì) .............................................. 6 數(shù)字濾波部分設(shè)計(jì) .............................................. 7 溫控部分設(shè)計(jì) .................................................. 7 打印部分設(shè)計(jì) .................................................. 7 語音播報(bào)部分設(shè)計(jì) .............................................. 8 第 4 章 軟件實(shí)現(xiàn) ..................................................... 9 軟件總體部分設(shè)計(jì) .............................................. 9 溫度測量程序設(shè)計(jì) ............................................. 11 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) ............................................. 12 溫度控制程序設(shè)計(jì) ............................................. 13 打印控制程序設(shè)計(jì) ............................................. 14 PID 算法部分設(shè)計(jì) ............................................. 15 第 5 章 軟件調(diào)試與安裝 .............................................. 27 軟件調(diào)試 ..................................................... 27 軟件安裝 ..................................................... 28 第 6 章 結(jié)束 語 ...................................................... 29 致謝 ............................................................... 31 參考文獻(xiàn) ........................................................... 32 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 IV 附錄 ............................................................... 33 `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 1 第 1 章 引言 設(shè)計(jì)背景 隨著社會的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，越來越多地需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工具的自動化，不再需要人力的介入，有的環(huán)境甚至是人無法介入的，或者是人的干預(yù)對其的控制效果是不理想或者微乎其微的，種種情況促使人們對越來越多的設(shè)備進(jìn)行自動化的開發(fā)，使其脫離人的 直接 干預(yù)，可以獨(dú)立工作，節(jié)省了人力，同時可以高效快捷的解決問題。 關(guān)鍵詞： 自動調(diào)節(jié) ； 溫度控制 ； PID； 單片機(jī) ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 II ABSTRCT The system considers SPCE061A as the core, using the platinum resistance temperature temperature collection, and uses SPY0030 for the amplification of voice. It can be set in accordance with the temperature in advance, and can be controlled automatically by using PID algorithm for temperature. Keyboard can be set along with arbitrary changes of temperature and the temperature range, and the current temperature displayed by LED realtime to user39。可根據(jù)提前設(shè)定的溫度，自動 使用PID算法進(jìn)行 溫度 控制 。通過鍵盤可 設(shè)置一定 的溫度和溫度變化范圍，LED實(shí)時顯示當(dāng)前 溫度 以 便于用戶觀測。s observation..EEPROM is used to make the set of temperature control and the poweroff memory. If there is a new temperature control range, Change the keyboard to meet its demand. Keywords : Automatic adjustment。在控制領(lǐng)域，溫度是一個永遠(yuǎn)被人們所關(guān)注的控制對象，它的控制不僅僅出現(xiàn)在常規(guī)的工控領(lǐng)域，在生活，商業(yè)，科研，軍事的方方面面，溫度的控制簡直是無所不在，因此，對于溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究，不但有著很大的科研意 義，同時也有著現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。再 編程對 單片機(jī)及 其 外圍 電路進(jìn)行較為準(zhǔn)確的控制， 以實(shí)現(xiàn)通過鍵盤就可以方便的對水溫進(jìn)行 控制。``基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 3 第 2 章 技術(shù)背景 溫度傳感器 溫度傳感器有多種類型，常見的有：數(shù)字接口的溫度傳感器，可 以與控制器直接相連；熱電偶溫度傳感器，一般線形度較差，需要開發(fā)人員進(jìn)行線性化調(diào)節(jié)；熱電阻溫度傳感器，線形度略好于熱電偶，測溫范圍較廣，應(yīng)用場合較多?！?。在 外界 溫度作用下，鉑電阻絲的電阻值 將 隨之變而變化，可用于測量 200～800℃ 范圍內(nèi)的溫度。 SPCE061A 單片機(jī) SPCE061A 作為凌陽公司推出的一款較為智能 的 16 位單片機(jī)，與 51單片機(jī)相比，最主要的一個優(yōu)點(diǎn)就是該單片機(jī)內(nèi)置 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器和 2 個 10 位 DAC 輸出通道，在外部信號傳入單片機(jī)時，不再需要外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以簡化系統(tǒng)電路。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。 目前產(chǎn)品 有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID控制的 PC 系統(tǒng)等 。 數(shù)據(jù)顯示：顯示設(shè)置溫度和測量溫度。 SPCE061A 16Bit CPU 數(shù)據(jù)顯示 串口打印 溫度采集 語音播報(bào) 電 熱絲 繼電器 鍵盤設(shè)定 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 6 顯示部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)使用數(shù)碼管作為顯示單元，通過 DIS_CLK 提供串行移位時鐘，DIS_DATA 提供串行數(shù)據(jù)， 可以方便的控制數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。鉑熱電阻元件是用陶瓷 為保護(hù)管做成的內(nèi)繞結(jié)構(gòu)，感溫元 件 可制成各種微型溫度傳感器探頭。其準(zhǔn)確度比一般民用 品的規(guī)格嚴(yán)謹(jǐn)。 本系統(tǒng)采用的是三線式的鉑熱電阻。 2． 數(shù)字濾波 可以對頻率很低的信號實(shí)現(xiàn)濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。在本系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)時， 選擇 通過 繼電器 來控制 電熱絲 ，通過 銜鐵 和公共端 的吸合與 釋放 來控制電熱絲的加熱。 用戶 在 鍵盤上按下打印按鈕 后 ，系統(tǒng)便會調(diào)用打印機(jī)相關(guān)函數(shù)，將預(yù)設(shè)溫度值，當(dāng)前溫度值，超標(biāo)幅度等信息通過微型打印機(jī)打印出來。 SPCE061A 單片機(jī)自帶雙通道 DAC 音頻輸出， SPY0030 將其輸出 信號 放 大， 經(jīng)過濾波電容后，獲得比較平穩(wěn)的電流信號， 最 后輸出至喇叭，從而實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能。 System_Initial()。 while(1){ iKeyValue = SP_GetCh()。 //測量溫度顯示、溫度播報(bào)、 PID 計(jì)算 Clear_WatchDog()。`基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 11 如果用 戶需要設(shè)定新的溫度值則按鍵盤上的 “溫度設(shè)定 ”按鍵，如果不進(jìn)行任何操作則以上次保存的溫度為準(zhǔn)。 溫度測量 程序 設(shè)計(jì) 圖 42 溫度測量部分軟件流程圖 開 始 允許轉(zhuǎn)化為溫度 允許 濾波 允許顯 示溫度 允許溫 度采集 啟動溫度采集 將溫度隊(duì)列求平均值得到溫度值 將采集值 轉(zhuǎn)化為溫度值 LED 刷新 顯示溫度值 Y Y Y Y 返 回 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 12 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)測溫確認(rèn)鍵 KEY3 按下時，通過程序命令對單片機(jī)相應(yīng)端口進(jìn)行初始化，系統(tǒng)開始測溫。如果溫度高于設(shè)定值，則停止電熱絲加熱并且繼續(xù)測量溫度；如果發(fā)現(xiàn)溫度高于設(shè)定值較多，則打開風(fēng)扇強(qiáng)制降溫；開 始 實(shí)時采集溫度 大于設(shè)定值 小于設(shè)定值 正常值 打開風(fēng)扇 （降溫） 打開電阻絲 （升溫） 接近設(shè)定值 接近設(shè)定值 全速 降溫 全速升溫 PID 控制升溫 PID 控制降溫 實(shí)時采集 當(dāng)前溫度 返 回 N N N N Y Y Y Y ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 14 如果溫度值低于設(shè)定值，則停止風(fēng)扇并且繼續(xù)測量溫度；如果發(fā)現(xiàn)溫度低于設(shè)定值較多，則打開電熱絲強(qiáng)制升溫。離散化后的 PID 算式為： [1] ? ? 00 1 ueeTTeTTeKu ii iidiiii??????? ???? ?? ? （ 42） 上 式中 ： K ： 比例系數(shù) ； 0u ： 偏差為零時的控制作用 ； iT ： 積分時間 ； dT ： 微分時 間 ； T ： 采樣時間 。 上面 對 PID 控制算法 進(jìn)行了一個基本的介紹， 下面 進(jìn)一步 詳細(xì)的 介紹 PID 算法 ： 常用名詞： [2] 1. 直接計(jì)算法和增量計(jì)算法： 直接計(jì)算法就是計(jì)算當(dāng)前需要的控制量；增量計(jì)算 法是 計(jì)算 相對于標(biāo)準(zhǔn)算法的相鄰兩次運(yùn)算之差，得到的結(jié)果是增量，也就是 在上一次的控制量的基礎(chǔ)上需要增加（負(fù)值意味著減少）的 控制量，例如對于可控硅電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，就是可控硅的觸發(fā)相位還需要提前（或 滯后 ）的量，對于溫度控制就是需要增加（或減少） 的加熱比例。 3．累計(jì)偏差 ： ? ? ? ? ? ? ? ?121 etetetee ???????? ?,這是 每一 次測量得到的偏差值的總和，是考慮它的正負(fù)符號運(yùn)算的代數(shù)和， 是面向積分項(xiàng)所需 的一個變動數(shù)據(jù)。 6． 標(biāo)準(zhǔn)的直接計(jì)算法公式： [4] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?1????? ? teteKteKteKP diptout （ 44） 上一次的計(jì)算值 ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?21111 ???????? ?? teteKteKteKP diptout （ 45）