【正文】 LCALL MULTS ； KI e(n) ADD A， R4 MOV R4， A MOV A， B ADDC A， R3 MOV R3， A ； R3R4= KP [e(n)e(n1)]+ KI e(n) RET MULTS： CLR F0 ；置 e(n)符號標志位 正 JNB ， MUL1 SETB F0 ；置 e(n)符號標 志位 負 CPL A INC A ；取絕對值 哈爾濱理工大學學士學位論文 23 MUL1： MUL AB JNB F0， MUL2 CPL A ADD A， 1 MOV R2， A MOV A， B CPL A ADDC A， 0 MOV B， A MOV A， R2 ；還原為補碼 MUL2： RET 本章小結 本章首先描述了控溫器的系統(tǒng)結構，然都詳細設計了各主要部分的功能。本章將就上位機的軟件進行詳細設計。放大后的信號在 A/D 轉換芯片對模擬小信號進行模數(shù)轉換，然后存入中央處理器。處理后的數(shù)據(jù)在上位機軟件上顯示并存儲在上位機中?？販胤秶菧囟缺O(jiān)控必須要達到的溫度范圍?！?作為控制器控制溫度的目標范圍；若控溫范圍為一個溫度范圍如 45℃ ~55℃ ，則取 ~ 作為控制器控制溫度的目標范圍。所謂查表法是指事先根據(jù)熱電偶的溫度特性， 制作相應的溫度 — 熱電勢關系表格，在軟件設計時將該表格事先存入內(nèi)存中供實時查表使用。當所測電壓量在節(jié)點上時，可以直接查表求出溫度值；當電壓值在兩個節(jié)點之間時，可以過這兩個相鄰節(jié)點做一條直線，并認為此電壓值是直線 上某點的函數(shù)值，通過求解函數(shù)曲線，進而求解溫度值。 數(shù)字濾波 數(shù)字濾波 （ digital filtering） 是指 用數(shù)字設備，通過一定的算法，對信號進行處理，將某個頻段的信號進行濾除，得到新的信號的這一過程。 哈爾濱理工大學學士學位論文 27 這種方法的原理是將采集到的若干個周期的變量值進行排序，然后取排好順序的值得中間的值，這種方法可以有效的防止受到突發(fā)性脈沖干擾的數(shù)據(jù)進入。來自線現(xiàn)場的的往往是 420mA信號，它的變化一般比較緩慢，而干擾一般帶有突發(fā)性的特點，變化頻率較高，而低通濾波器就可以濾除這種干擾，這就是低通濾波的原理?；瑒訛V波法的公式是： Yn=Q1Xn+Q2Xn1+Q3Xn2，其中 Q1 + Q2+ Q3 =1 且 Q1 Q2 Q3。這一開拓性的工作標志著模糊控制論的誕生。近 20 多年來，模糊控制不論從理論上還是技術上都有了長足的進步，成為自動控制領域中一個非?；钴S而又碩果累累的分支。 ，使得操作人員易于使用自然語言自然語言進行人機對話。若要提高精度則必然增加量化級數(shù)，從而導致規(guī)則搜索范圍 擴大，降低決策速度，甚至不能實時控制； 和魯棒性問題。 哈爾濱理工大學學士學位論文 30 結論 本文通過對熱電偶測量溫度 的基礎理論基礎原理出發(fā)，以單片機AT89S52 芯片為核心元件，設計了測溫控溫電路，討論了控溫系統(tǒng)的總體結構及流程，在抗電磁干擾方面，也做了詳細的闡述與說明。接著對控溫器軟件設計中的幾個關鍵問題進行了詳細設計。 而其缺點是： ，這對復雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。 其原理圖如下圖 42 所示 哈爾濱理工大學學士學位論文 28 知 識 庫模 糊 化去 模 糊 化A / D模 糊 推 理D / A調(diào) 節(jié) 環(huán) 節(jié)被 控 過 程敏 感 環(huán) 節(jié)設 定 值r測 量 值 feEUu 圖 42 模糊控制系統(tǒng)原理圖 模糊控制算法具有以下優(yōu)點： ，特別適用于非線性、時變、模型不完全的系統(tǒng)上。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應用背景。 1965 年，美國的 創(chuàng)立了模糊集合論； 1973 年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關的定理。 滑動濾波法是從一階低通濾 波法推廣過來的，原理是信號不會出現(xiàn)突變，這種方法也有其局限性，所有的信號的突變都看作干擾。 公式為 Yk =QXk+(1Q)Yk1 截止頻率為 f=K/2πT。經(jīng)典濾波器就是假定輸入信號 x(n)中的有用成分 和希望濾除成分分別位于不同的頻帶，因而我們通過一個線性系統(tǒng)就可以對噪聲進行濾除，如果噪聲和信號的頻 然后求其平均值，這種方法可以有效的消除周期性的干擾。 利用以下兩個公式 (1) (2) 其中 NAt、 NBt 為材料 A、 B 的自由電子密度，它們都是溫度 t 的函數(shù)。為此，本設計中采用線性插值法相結合的方法來求解溫度值。 控溫器軟件總體方案如圖 41 所示。例如，若控溫范圍為某一溫度值如 50℃177。在上位機的顯示數(shù)據(jù)中亦可將超出范圍的數(shù)據(jù)進行相應的顏色標示，以方便工作人員發(fā)現(xiàn)異常。數(shù)字信號處理的內(nèi)容包括數(shù)字濾波和插值法求解溫 度值。 軟件總體方案設計 對設備供電后，系統(tǒng)進行初始化設置。 此外，本章還對電磁干擾源的分類做了簡單說明，最后討論并設計了幾種常用的抗電磁干擾的方法。根據(jù)輸出控制增量△ un，可求出本次控制輸出為 un= un1+ △ un= un1+ Pp+P1+PD。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很 多 ， 設計 采用 PID 歸一整定法把對控制臺三個參數(shù) (K、 T、 T )轉換為哈爾濱理工大學學士學位論文 21 一個參數(shù) ， 使問題明顯簡化 。三極管的基極連接單片機的 P13， 當單片機的 P13 為高點平時 ,三極管驅(qū)動固態(tài)繼電器工作接通加熱器工作 ,當單片機 的 Pl3 為低電平時固態(tài)繼電器關斷 ,加熱器不工作 。 下圖是 PID 自動控制電路 哈爾濱理工大學學士學位論文 19 圖 310 PID 自動控制電路 PID 調(diào)節(jié)的溫度控制系統(tǒng)的框圖如圖 311 所示 。 RS485 實體圖如下圖 38 所示 圖 38 RS485 實體圖 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 RS485 串口通信 及外圍 電路如下圖所示。 由于 PC 機默認的只帶有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC上位機 的 RS485 電路： RS232/RS485 轉換電路將 PC 機串口 RS232 信號轉換成 RS485 信號，對于情況比較復雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因： ： RS485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。 哈爾濱理工大學學士學位論文 17 RS485 采用差分信號負邏輯， +～ +6V 表示 “0”， 6V～ 表示 “1”。 RS422 的實體圖如下圖 37 所示 圖 37 RS422 實體圖 智能儀表是隨著 80 年代初單片機技術的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟 斷。 RS422 需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。 RS422 的 最大傳輸距離為 4000英尺（約 1219 米），最大傳輸速率為 10Mb/s。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送 驅(qū)動器 比 RS232 更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收 節(jié)點 ，最多可接 10 個節(jié)點。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問 題 因此一般用于 20m 以內(nèi)的 通信。 在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 串行通信的結構圖如下圖 35 所示 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 圖 35 串行數(shù)據(jù)通信結構圖 到目前，串行通信標準有 RS232， RS422 和 RS485 三個標準。顯然，為了實現(xiàn)雙工傳輸，兩個傳輸方向的資源必須完全獨立，即 A 和 B 必須具有獨立的接受器和發(fā)送器。另一時刻， B 作為發(fā)送器， A 作為接受器，數(shù)據(jù)流則由 B 流向 A。數(shù)據(jù)可以從設備 A 傳送到設備 B，反之亦然。 串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個站之間進行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工 3 種形式： 它僅能進行一個方向的數(shù)據(jù)傳送。并行通信則是數(shù)據(jù)的各位在多條并行 1 位寬的傳輸線上同時傳送。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址 字節(jié) 和一些 控制信號 。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 程序 校驗時，需要外部上拉電阻。對 P0 端口寫 “1”時， 引腳 用作高阻抗輸入。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工哈爾濱理工大學學士學位論文 13 作停止，直到下一個中斷或硬 件復位為止。 AT89S52 的引腳如下圖 34 所示 。 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。我們 采用 16位的AD7715芯片來實現(xiàn) A/D 轉換功能，其中 AD780提供 高精基準電壓 。 在設計 HI546 選通電路是要注意， HI546 為 16 路選通器，如果設計中的有用信號不足 16 路，例如只用到了 12 路 K 型熱電偶，則 HI546 的 16路輸入電路中只有 12 路選通輸入。比較實用的方法是在各路信號放大后通過一個選通器選擇其中一路信號進行 A/D 轉換處理，處理完成后再選通處理下一路。 熱電偶控溫器電路結構大致包括熱電偶傳感器、冷端補償與放大電路、信號選通電路、 A/D 轉換電路、單片機、電源電路、溫度控制電路以及實現(xiàn)具體控溫功能的相應開關電路等。 控溫器系統(tǒng)結構 在熱電偶控溫器的控溫過程中，必須首先對由溫差產(chǎn)生的熱電動勢信號進行一系列處理。構造簡單 ,使用方便 ,熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成 ,而且不受大小和開頭的限制 ,外有保護套管 ,用起來非常方便。當冷端溫度升高時，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢將減小，兒此時串聯(lián)電橋中的熱電阻阻值A B T1 T2 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 會增大，是電橋兩端電壓升高，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢歲溫度變化而變化的量相等，整個熱電阻測量回路的總輸出電壓正好真是反映了所測量的測量值。熱電偶的熱電勢隨溫度的升高而增大 ,其熱電勢的大小與熱電偶的材料和熱電偶兩端的溫度值有關 ,而與熱電極的長度、直徑無關。任意兩種材質(zhì)不同的金屬導體或半導體 A 和 B 首尾連接成閉合回路，只要兩接點 T1 和 T2 的溫度不同 ,就會產(chǎn)生熱電勢，電流，熱電偶就是利用這一效應來工作的。熱電偶產(chǎn)生熱電勢的條件：一是要有接觸電位差，就是“庫伯爾貼”接觸點位要高，不能同一種材質(zhì)的的兩條金屬接觸在一起，這不叫偶，比如銅和鋁接觸電位就比銅和鐵接觸電位高；二是要有溫度差，溫差越高熱電勢越大。 熱電效應與熱電勢 所謂熱電效應 （ thermoelectric effect） ，是當受熱物體中的電子，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動時，所產(chǎn)生電 流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。 其中 K 型熱電偶（鎳鉻 鎳硅熱電偶 ）是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。標準熱電偶是指國家規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端。 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 第 2章 熱電偶測量溫 度原理 熱電偶控溫器的主要核心元件就是熱電偶傳感器，本章主要闡述熱電偶的分類及測量原理。在系統(tǒng)的信號選通電路， A/D 轉換電路，單片機 ,串行數(shù)據(jù)通信，溫度控制電路等方面做了詳細闡述和設計。 本設計技術指標 溫度控制范圍： 0℃ ~150℃ 溫度穩(wěn)定性：達到 ℃ 系統(tǒng)最小分度： 1℃ 溫度控制靜態(tài)誤差：不超過 ℃ 模擬輸入量： 16路 精度： ％ t 響應時間： 20μs 產(chǎn)生的電動勢： 41μV/℃ 本文主要研究內(nèi)容