【正文】 , and usually pose of a hot electrode, insulating sleeve tube protector and the junction box and other main parts . This research is about the research of an antidisturbed temperature controller with thermocouple as its thermal order to make the temperature controller work stably and reliably in a plicated electromagic environment,different methods are used in the design methods cover different stages of the design,including the design of the hardware circuit,the layout of the printed circuit board(PCB),and the software design. In the design of the hardware circuit,in order to improve the accuracy of the temperature controller,it’s necessary to do some work on the cold junction the thermocouple is usually work with its cold junc tion in the room temperature rather than in the standard of 0℃ .In the PCB design stage,three design hierarchies are used to make the temperature controller immune to the disturbance of the electromagic environment,these hierarchies include:powersupply,electric cable,and the printed circuit the software design,the digital filter is used to finally filter the disturb signal,and the Fuzzy algorithmic approach is used to realize the thermal control. Keywords Thermocouple。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái) 間接測(cè)量 ，而用來(lái)量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫 溫標(biāo) 。從 分子運(yùn)動(dòng)論 觀點(diǎn)看，溫度是物體分子運(yùn)動(dòng)平均 動(dòng)能 的標(biāo)志。在這些實(shí)驗(yàn)中有些是與溫 度密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)溫度進(jìn)行密切監(jiān)控。例如，在本研究所曾經(jīng)研制和使用的熱電偶測(cè)溫、控溫設(shè)備，總是存在抗電磁干擾能力差的問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PID 發(fā)展現(xiàn)狀 1922 年美國(guó)的 Minorsky 在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（ PID， Proportional Integral Differential）控制器的設(shè)計(jì)方法，標(biāo)志了 PID 控制的誕生。這種經(jīng)典設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)一種反饋補(bǔ)償器，以獲得一定量的穩(wěn)定裕度，重點(diǎn)考慮了模型的不確定性，并利用反饋來(lái)減少系統(tǒng)對(duì)干擾和模型誤差的靈敏度。 20 世紀(jì) 50 年代中期，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，用差分方程來(lái)描述控制系統(tǒng)模型的方法得到了應(yīng)用。因此進(jìn)入七十年代以后，魯棒性問(wèn)題得到了人們更多的關(guān)注。其具體電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿意的。在溫控過(guò)程中，由于難以建立控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，所以可以用 PID 技術(shù)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制 規(guī)律不停地自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量以使被控系統(tǒng)朝著設(shè)定的平衡狀態(tài)過(guò)渡，最后達(dá)到控制范圍精度內(nèi)穩(wěn)定動(dòng) 數(shù)字 PID 控制則是一種是以微處理器為基礎(chǔ) ,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)等高新技術(shù)的智能控制。結(jié)果表明， PID 控制無(wú)論是在精度和控制性能方面都優(yōu)于 ONOFF 控制。 第二章 簡(jiǎn)要介紹了各種型號(hào)的熱電偶傳感器，討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，詳細(xì)闡述了熱電偶測(cè)溫的基本原理，最后設(shè)計(jì) 了熱電偶冷端補(bǔ)償方法。 第四章對(duì)熱電偶控溫系統(tǒng)的軟件 進(jìn)行 了總體設(shè)計(jì)，運(yùn)用查表法和插值法相結(jié)合的方法求解環(huán)境溫度，采用模糊控制法對(duì)監(jiān)控點(diǎn)溫度進(jìn)行控制。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。 熱電偶實(shí)體圖如下圖 21 所示。 熱電偶的選取 我國(guó)從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱 電偶。 因此我們選用 K 型熱電偶作為測(cè)溫元件。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。組成熱電偶的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極 ,被焊接的一端插入測(cè)溫場(chǎng)所，稱為工作端 ,另一端稱冷端。 圖 22 熱電偶測(cè)溫原理圖 熱電勢(shì)的大小與材質(zhì)有關(guān) ,與熱電偶兩端的溫差有關(guān)。 電橋補(bǔ)償法通常采用在冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電橋。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一 ,為接觸式測(cè)溫 ,其優(yōu)點(diǎn)有 :測(cè)量精度高 ,因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸 ,不受中間介質(zhì)的影響 。 本章小結(jié) 本章先對(duì)各型號(hào)熱電偶傳感器做了簡(jiǎn)單介紹， 并說(shuō)明了為什么要選用K 型熱電偶 作為測(cè)溫元件， 接著討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，然后詳細(xì)闡釋了熱電偶測(cè)溫的基本原理并給出了熱電偶測(cè)溫原理示意圖，最后討論了熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ约盁犭娕紲y(cè)溫的優(yōu)缺點(diǎn)。存在單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)定時(shí)串口通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。由下表 1 可知，當(dāng) EN 為低時(shí)，不管地址信號(hào) A3 、 A2 、 A A0 的數(shù)據(jù)為何內(nèi)容，“ ON”CHANNEL 始終為“ NONE”，即 16 路中沒(méi)有任何一路被選通；當(dāng) EN 為高時(shí)，地址線 A A A A0 對(duì)應(yīng)不同的二進(jìn)制數(shù)值時(shí)即選通不同的路。如果在設(shè)計(jì)中的熱電偶路數(shù)多余 16 路，就需要 用到信號(hào)的二次選通電路，可以將 n 個(gè)HI546 的輸入端接入待選通的各信號(hào)端并將這 n 個(gè) HI546 芯片的輸出作為下一級(jí) HI546 芯片的輸入，即可實(shí)現(xiàn)最多 n 16 路信號(hào)的選通。單片機(jī)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，它負(fù)責(zé)控制著地址線數(shù)據(jù)的寫入與讀出、進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理并保持著與上位機(jī)的通信，以使得整個(gè)系統(tǒng)能在人的控制范圍內(nèi)。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。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。 表 32 AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。在這種模式下 ， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻 。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 P3 口 亦作為 AT89S52 特殊功能在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些 控制信 號(hào)。與并行通信相對(duì)比，雖然串行通信 在短距離傳輸時(shí)傳輸速度較并行通信慢，但在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)則明顯快于并行通信。數(shù)據(jù)只能由 A 傳送到 B。因此兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸不能同時(shí)進(jìn)行，而只能交替進(jìn)行。 A、 B 均可以既是發(fā)送器，又是接收器，兩者之間有兩根傳輸線。這樣，當(dāng) A 向 B 發(fā)送， B 向 A 發(fā)送時(shí)，實(shí)際上使用兩個(gè)邏輯上獨(dú)立的單向傳輸線路。 RS 是 英文 “推薦標(biāo)準(zhǔn) ”的縮寫， 232 為標(biāo)識(shí)號(hào)， C 表示修改次數(shù)。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)載，通 信距離將受此電容限制 。 RS422 標(biāo)準(zhǔn)全稱是 “平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性 ”，它定義了接口電路的特性。接收器輸入阻抗為 4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力 104k+100Ω（終接電阻）。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。最初是數(shù)據(jù) 模擬信號(hào) 輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量，后來(lái)儀表接口是 RS232 接口 ，這種接口可以實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。在 RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè) 主機(jī) 帶多個(gè)從機(jī)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 RS485 網(wǎng)絡(luò)： RS485/MODBUS 是現(xiàn)在流行的一種布網(wǎng)方式，其特點(diǎn)是實(shí)施簡(jiǎn)單方便 ，而且現(xiàn)在支持 RS485 的儀表又特多，特別是在油品行業(yè)簡(jiǎn)直是一統(tǒng)天下，現(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持 RS485/MODBUS，原因很簡(jiǎn)單，原來(lái)的 HART 儀表想買一個(gè)轉(zhuǎn)換口非常困難 而且價(jià)格昂貴，RS485 的 轉(zhuǎn)換 接口 就便 宜的多 而且 種類 繁多。 PID 電路 PID 是相當(dāng)于一個(gè)放 大倍數(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié) 放大器，動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)低，而靜態(tài)時(shí)放大倍數(shù)高 。 PID 控制器原理框圖如下圖所示 單片機(jī)顯 示 模 塊溫 度 傳 感器按 鍵 模 塊D / AA / DP I D 電 路 放 大反 饋 電 路加 熱器 圖 311 PID 系統(tǒng)原理框圖 加熱控制電路 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制 ， 被控對(duì)象為電爐絲 ，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制 ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)加熱功率的調(diào)整 ， 從而達(dá)到對(duì)恒溫溫控制的目 的。 PID 控制就是對(duì)偏差信 號(hào)進(jìn)行 比例 ， 積分 ， 微分運(yùn)算后 ， 形成一種控制規(guī)律即控制器的輸出為 ： 或者表示為傳遞函數(shù)形式： K 為比例系數(shù) ， 為積分時(shí)間常數(shù) ， T 為微分時(shí)間常數(shù)。 PID 算法的流程圖如下圖所示 輸 入計(jì) 算 en= r ( n ) C ( n )計(jì) 算 P1= K1 en計(jì) 算 Pp =Kp( en en 1)計(jì) 算 Pp+ P1計(jì) 算 PD = KD( en 2 en 1+ en 2) )計(jì) 算 un= un 1+ Pp+ P1+ PD得 到 結(jié) 果 en 1，en 2，un 1un輸 出 限 幅 隔 離 處 理返 回 圖 313 PID 算法流程圖 計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，若采樣周期為 T， 第 n 次采樣點(diǎn)的輸入誤差為en,且 en=r(n)C(n),輸出為 u(n)， PID 算法用的微分 de/dt 由差分 (enen1)/T 代替，積分 ∫ e(t)dt 由 ∑ etT 代替，于是得到 可以得到遞推公式： △ un = unun1=Pp+P1+PD(其中 Pp=Kp(enen1), P1= KPT/T1 en= K1 en， PD= KPTD/T(en2en1+en2)= KD(en2en1+en2)) PID 計(jì)算 △ un 只需要保留現(xiàn)時(shí)刻 en 以及以前的兩個(gè)偏差量 en1 和 en2。 PID 算法 的程序設(shè)計(jì) PID控制程序如下 : PI： MOV A， 29H ； e(n) CLR C SUBB A， 2AH ； e(n)e(n1) MOV B， 25H ； KP LCALL MULTS ； KP [e(n)e(n1)] MOV R4， A MOV R3， B ；暫存于 R3R4 MOV A， 29H ； e(n) MOV A， 26H ； KI LCALL MULTS ； KI e(n)