【正文】 程序\ 掃 描 模 式 置 初 值 07H R3R3 825A口顯 示 數(shù) 據(jù) 825B口延 遲 5m顯 示 緩 沖 器 指 針 R0加 1顯 示 緩 沖 區(qū) 置 初 值 79H R0（ R3） .5=1？R3左 移 一 位RETY開 始）42 數(shù)字濾波子程序 數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn)一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入信號(hào)中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測(cè)信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等。，為了保證運(yùn)算精度把單字節(jié) 8 位的輸入采樣值 U(1)和給定值Umax及 Umin都變成雙字節(jié) 16 位進(jìn)行計(jì)算，最后將運(yùn)算結(jié)果取成 8 位有效值輸出。則 （）轉(zhuǎn)變?yōu)槲恢檬剿惴椋? ()()(1)()()(1)(2)(1){[]}ipiiiiiiiUKeeeU? ?????（）因此，該 PID 算法只需整定一個(gè)參數(shù) KP，改變 Kp，觀察控制效果，直到滿意為止。本系統(tǒng)是對(duì)電阻爐溫度控制，電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程:比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，再去調(diào)節(jié)爐子的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制?？刂扑惴ǔ绦蚴俏⑿蜋C(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的核心 [15]。位選控制 I/O 決定哪個(gè)數(shù)碼管工作，從而完成數(shù)據(jù)的顯示。與其相連的電阻，用于限制其工作電流。在本系統(tǒng)中字位是由 8255 的 PA0PA3控制的， 。方波正邊沿和負(fù)邊沿分別作為兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的兩個(gè)窄脈沖經(jīng)二極管或門混合后就可得到對(duì)應(yīng)于交流 220V 市電得過零同步脈沖，此脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到溫度控制電路，另一方面還作為計(jì)數(shù)脈沖加到 8051 的 T0 和 T1 端 [1]。溫度控制電路采用可控硅調(diào)功率方式。當(dāng) 8051 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn)8051，然后再將低 4 位讀進(jìn) 8051。 　A0 轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號(hào)。 R／ ：讀出或轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，用于控制 ADC574A 是轉(zhuǎn)換還是讀出。? 需三組電源：177。5V 或177。1LSB；AD574AK 為177。所以如果將放大器的增益由電位器調(diào)整為 412 倍，則 0℃時(shí)的輸出為 0V，1000℃時(shí)的輸出為 10V，這樣，溫度信號(hào)就由毫伏級(jí)變到我們常用的級(jí)別，輸出電壓就是 0～10V 的電壓信號(hào)。）24 8051 單片機(jī)的引腳圖圖 33 單片機(jī)引腳圖 前向通道的設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，前向通道是指單片機(jī)對(duì)被控參數(shù)的輸入通道。單片機(jī)檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)后在第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一系列片內(nèi)復(fù)位操作，并且在 RST 變低前的每一個(gè)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。因此，在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。MCS51 單片機(jī)的工作頻率為 212MHz，當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 1us,這個(gè)速度應(yīng)該說是比較快的。此外，MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個(gè)模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。C 口的PC7～PC0 應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線是在設(shè)計(jì) 8255A 時(shí)規(guī)定的。在方式 0 下，MCS51 單片機(jī)可對(duì) 8255A 進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)的無條件傳送，因此 8255A 是方式 0 屬于基本輸入/輸出方式。⑶數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個(gè)三態(tài)雙向 8 位緩沖器，作為 8255A 與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。3)PC 口：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器；一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。各部分功能如下：⑴端口 A、B、C8255A 有三個(gè) 8 位并行口，PA、PB 和 PC。PC7～PC0：C 口輸入/輸出線。RD：寫入信號(hào)線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。 接口芯片 8255A8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O口，三種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用方便靈活，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。在單片機(jī)串行口方式 0 應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如 7 段顯示器a、b、c、d、e、f 導(dǎo)通，g 截止，顯示 0。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，）16abgdp… abgdp…＋ 5V當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)兩端。 圖 23 鍵閉合時(shí)行線電壓波形）15在圖 22 中，若 Y0 為低電平，0 號(hào)鍵閉合一次，X0 的電壓波形如圖 23 所示，圖中 t1 和 t3 分別為健的閉合和斷開過程中的抖動(dòng)期(呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖)，抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短和開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～10ms，t2 為穩(wěn)定的閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，t0、t4 為斷開期。所以，行線處于低電平只能得出某行有鍵被按下的結(jié)論。下面以圖 22 中 3 號(hào)鍵被按下為例，來說明此鍵是如何被識(shí)別出來的。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線的電平亦為高。本系統(tǒng)中，采用 44 鍵盤。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。 鍵盤的設(shè)計(jì)）13012345678910112131415+4Y0 1 Y2 3在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話或某種操作，需要一個(gè)人機(jī)接口，通過設(shè)計(jì)一個(gè)過程運(yùn)作操作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。AD574A 是美國模擬器件公司（Analog Devices） 生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。在精確度和精密度要求高，速度要求快的場(chǎng)合下，采用一般的 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)就有許多不便，這時(shí)可使用 V/F 轉(zhuǎn)換器代替 A/D 轉(zhuǎn)換器。其特點(diǎn)是精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。集成運(yùn)放，就是用集成電路工藝制造的一種具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路，給它配以適當(dāng)?shù)妮斎刖W(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)，便可以完成信號(hào)的運(yùn)算、處理和變換，以及各種波形的產(chǎn)生等功能。集成電路實(shí)現(xiàn)了材料、元器件、電路三者的有機(jī)結(jié)合。 采用差分放大電路差分放大電路是由典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路演變而來的，它是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的基本單元電路，但是差分放大電路應(yīng)用的元件小而多，會(huì)把電路復(fù)雜化，因此應(yīng)選用集成度更高的，精度也更高的元件,所以不予采用。本設(shè)計(jì)要求的測(cè)溫范圍在 0℃～1000℃，溫度較高，因此選擇熱電偶中的 K 型熱電偶來測(cè)溫，可以滿足設(shè)計(jì)要求，所以溫度傳感器選擇熱電偶 [10]。（2）熱點(diǎn)偶的冷端補(bǔ)償）10由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。 2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 （1）熱電偶的種類 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。其優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)量精度高。這種傳感器輸出信號(hào)大，與溫度有較好的線性關(guān)系、小型）9化、成本低、使用方便、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。只能根據(jù)不同的溫度范圍和不同的被測(cè)對(duì)象，適當(dāng)選擇不同的傳感器。8051 是 MCS51 系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央PID調(diào) 節(jié) 被 控 過 程執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)溫 度 檢 測(cè) 與 變 送eWY+ 溫 度）8處理器，包含了硬件乘除法器、21 個(gè)專用控制寄存器、4kB 的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4 組 8 位的并行口、兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器 [3]。采用 RS232 接）7口，通信速率為 1200b/s, 2400b/s. 4800b/s 和 9600b/s 等四種波特率，由用戶通過鍵盤自行按需要選擇。，如 400℃～1000℃，這就涉及到測(cè)溫元件、電爐功率等的選擇。）6 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)1. 測(cè)溫范圍：0℃~1000℃2. 控制精度：177。溫度檢測(cè)主要由溫度傳感器構(gòu)成，根據(jù)精度及測(cè)量范圍的要求選擇也不同，可以是熱電偶式的，也可以是熱電阻式的，還可以是熱敏電阻或集成溫度傳感器器件的等等。采用單片微型計(jì)算機(jī)、雙向可控硅調(diào)功、動(dòng)態(tài)給定和變參數(shù)的 PID 控制系統(tǒng)，與以前常用的模擬控制系統(tǒng)比較，不但控制精確(本系統(tǒng)恒溫期間溫度波動(dòng)可不大于177。此方法存在某些固有的缺點(diǎn)，如溫度與儀表值不符，溫度延遲等問題。而且當(dāng)對(duì)象特性變化時(shí)，又要重新整定，并且在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，許多被控對(duì)象機(jī)理復(fù)雜，具有多輸入多輸出的強(qiáng)耦合性、參數(shù)時(shí)變性、嚴(yán)重的非線性特性、滯后性等特點(diǎn)。在模擬控制系統(tǒng)中，其過程控制是將被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、成分、液位等由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進(jìn)行比較，再把比較出的差值經(jīng) PID 運(yùn)算后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變進(jìn)給量，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。PID 控制器把設(shè)定值與實(shí)際輸出值相減,得到控制偏差，偏差值經(jīng)過比例、積分、微分運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成控制量,然后對(duì)對(duì)象進(jìn)行控制。與常規(guī) PID 三個(gè)參數(shù)調(diào)整相比，省時(shí)、高效，為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的自整定控制帶來方便。另一個(gè)問題是它的訓(xùn)練樣本如何從專家那里取來，如何表達(dá)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能接收的知識(shí)，怎么知道它們是否可靠和具有代表性，還不清楚，有用的信息是如何存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的各神經(jīng)元之中的，其機(jī)理尚不清楚，因此關(guān)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇缺乏充分的理論分析，究竟選擇幾層，每層有多少個(gè)神經(jīng)元為可行，對(duì)此目前只能憑經(jīng)驗(yàn)。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從模仿人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，試圖在模擬推理、自動(dòng)學(xué)習(xí)等方面更接近人腦的自組織和并行處理能力，它在模式識(shí)別、聚類分析和專家系統(tǒng)等方面已顯出很好的前景。這是因?yàn)槟：刂破鲗?duì)某些參數(shù)變化不敏感，只能說明具有魯棒性，而不能講具有自適應(yīng)能力。另外，量化因子和比例因子的選擇也影響著整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，這些因素致使簡(jiǎn)單模糊控制器存在一些缺陷。 控制算法 模糊控制模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗(yàn)，從而在其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場(chǎng)合，如具有純滯后、大慣性、參數(shù)漂移大的非線性不確定分布參數(shù)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)較滿意的控制，所以它至少應(yīng)是一種有效的補(bǔ)充控制手段。同時(shí)對(duì)加熱質(zhì)量較易控制和保證，可按需要進(jìn)行整體、局部或表面加熱，從而質(zhì)量高和熱效率高。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)量，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)環(huán)境，已逐步采用微機(jī)控制技術(shù)。 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)的目的和意義在工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、建材及化工等部門，都大量使用各種爐窯，如用于熱處理的加熱爐，用于熔化金屬的塔鍋電阻爐等。電阻加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性、大滯后、時(shí)變性等特點(diǎn)。電阻加熱爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的加熱設(shè)備，這樣在加熱時(shí)均溫過程的測(cè)量與控制就成為關(guān)鍵性的技術(shù)，促使人們更加積極地研究控制熱加工工藝過程的方法。電阻加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對(duì)象，在我國有著廣泛的應(yīng)用。溫度以往多采用常規(guī)儀表加接觸器式的斷續(xù)控制，存在不少固有的缺點(diǎn)。 電阻加熱爐的特點(diǎn)與展望 ）2在電力穩(wěn)定的供應(yīng)條件下，電熱爐和燃料爐相比有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是不需要燃料貯存、輸送及燃燒后灰渣和龐大的煙氣排放、凈化等裝置，從而有占地小、裝置簡(jiǎn)單、操作管理方便和無 COSO2 等污染的優(yōu)點(diǎn)。在鋼鐵工業(yè)、金屬制品和窯業(yè)等高能耗部門，隨著深度加工、高質(zhì)量產(chǎn)品和陶瓷材料等的開發(fā)，加上對(duì)節(jié)能和對(duì) CO2等的控制，電阻加熱爐比重亦將擴(kuò)大?？梢?，模糊控制應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域相對(duì)來講更為合適些。由于以上缺點(diǎn)，不采用模糊控制算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一是不依賴于控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它是通過學(xué)習(xí)，將輸入與輸出以權(quán)值的方式編碼，將它們關(guān)聯(lián)起來，但以網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)權(quán)值難以理解為代價(jià)換取的，從權(quán)值很難知道網(wǎng)絡(luò)編碼的內(nèi)容是什么。提出了一種PID 控制的方法，即只調(diào)節(jié) Kp 一個(gè)參數(shù)，來實(shí)現(xiàn) PID 控制。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以采用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種 PID的變種，如 PI、 PD 控制，不完全微分控制，積分分離式 PID 控制，帶死區(qū)的）4PID 控制，變速積分 PID 控制，比例 PID 控制等等。所以，用數(shù)字方式模擬 PID 調(diào)節(jié)器仍是目前應(yīng)用比較廣的方法之一。但是，常規(guī) PID 調(diào)節(jié)三個(gè)參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來完成，步驟繁瑣復(fù)雜，既耗時(shí)又耗力。熱電阻爐的發(fā)熱體為電阻絲，常規(guī)方式大多采用模擬儀表測(cè)量溫度，并通過控制交流接觸器的通斷時(shí)間比例來控制加熱功率。本文提出的爐溫控制系統(tǒng)采用高精度放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換器以獲得較高的測(cè)溫精度，并采用溫度傳感器對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，利用單片機(jī) 8051 實(shí)現(xiàn)控制算法，按設(shè)定值、所測(cè)溫度值、溫度變化速率，自動(dòng)進(jìn)行 P 參數(shù)自整定和運(yùn)算，按程序設(shè)定溫度曲線升溫，具有鍵盤輸入及顯示功能，使用雙向?qū)煽毓鑼?shí)現(xiàn)加熱功率的控制，顯著提高了測(cè)量精度。 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本主要由溫