【正文】 口電路3．蜂鳴報(bào)警電路本設(shè)計(jì)中，蜂鳴報(bào)警電路采用一片時(shí)基電路555（）R、C是定時(shí)元件；8155的PC5口是輸入觸發(fā)信號(hào)，下降沿有效，加在555的TR端（2腳）；u0是輸出信號(hào)其中，輸出脈沖寬度=。(2) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口電路，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有的8個(gè)筆畫段的同名端連在一起，而每個(gè)顯示器的公共極COM是各自獨(dú)立地接受I\O線控制。所以本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。2．?dāng)?shù)碼管顯示電路顯示電路的顯示器主要有發(fā)光二極管LED和液晶顯示器LCD。常用去抖動(dòng)的方法有兩種，硬件去抖動(dòng)，軟件去抖動(dòng)。（b）為中斷方式的獨(dú)立式鍵盤電路。非編碼鍵盤有獨(dú)立式連接的和矩陣式連接的，一般矩陣式連接的非編碼鍵盤只適合鍵盤數(shù)目多的情況，由于本系統(tǒng)的按鍵比較少，所以采用獨(dú)立式非編碼鍵盤。而鍵盤輸入接口也采用掃描方式來進(jìn)行按鍵處理，同時(shí)采用555報(bào)警器蜂鳴報(bào)警。 人機(jī)通道設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中除了與生產(chǎn)過程進(jìn)行信息傳遞的過程輸入、輸出通道與接口處，還有與操作人員進(jìn)行信息交換的輸入、輸出設(shè)備或器件，這種人機(jī)聯(lián)系的設(shè)備或器件稱為人機(jī)接口。該電路采用過零觸發(fā)技術(shù)，具有電壓過零時(shí)開啟，負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷的特性，在負(fù)載上可以得到一個(gè)完整的正弦波形，因此電路的射頻干擾很小。固體繼電器是一種四端器件，兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端。這種控制方式與相位控制相比，電路簡(jiǎn)單，功率因素高，適用于有較大的時(shí)間常數(shù)的負(fù)載。1．雙向晶閘管當(dāng)雙向晶閘管陽極電流大于掣住電流，管子就導(dǎo)通；當(dāng)陽極電流小于維持電流則管子關(guān)斷。 E2PROM24C02 用于存儲(chǔ)控制參數(shù),以免掉電丟失。 MAX6675引腳圖 MAX6675輸出時(shí)序圖(2) MAX6675在單片機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 MAX6675 處理 K 型熱電偶信號(hào)的單片機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)原理圖。 MAX6675 引腳排列圖,采用8腳 SO 形式封裝,T+接K型熱電偶的正極(鎳鉻合金),T接K型熱電偶的負(fù)極(鎳硅合金或鎳鋁合金)，片選信號(hào)端 CS 為高電平時(shí)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換,低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)輸出。6．集成形式以往的熱電偶測(cè)溫電路比較復(fù)雜、成本高、精度低,而且容易遭受干擾。根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的原理不同，可以分為雙積分型、逐次逼近型、電壓頻率型等。為使系統(tǒng)具有極高的可靠性，所以前置放大電路一般都采用具有性能優(yōu)異體積小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)的 AD 公司生產(chǎn)的高性能儀表專用運(yùn)放 AD521 。只有將冷端的溫度恒定，熱電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單位函數(shù)。(3) 鎳鉻鎳硅 熱電偶 它是廉價(jià)金屬，使用溫度在200～1300℃。1．常用形式采用性能較好的熱電偶測(cè)溫裝置，采用查表法處理熱電偶電勢(shì)與溫度值間的非線性。溫度信號(hào)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、溫度給定、溫度顯示、越限報(bào)警及參數(shù)模糊自整定PID控制算法等功能的實(shí)現(xiàn)均由各子程序完成。(5) 給出必要的程序說明，便于后期程序維護(hù)。(3) 具有一定的保護(hù)措施和容錯(cuò)功能。2．軟件設(shè)計(jì)的基本原則(1) 結(jié)構(gòu)合理。要注意對(duì)交流市電以及電火花等的隔離。因?yàn)橄到y(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后，主要的成本便集中在硬件方面，當(dāng)然也成為產(chǎn)品爭(zhēng)取市場(chǎng)關(guān)鍵因素之一。若用軟件代替硬件功能，可以增加系統(tǒng)的靈活性，降低成本，但系統(tǒng)的工作速度也降低。如產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合、面向的客戶類型等。這些廠家生產(chǎn)的與 MCS51 系列單片機(jī)兼容的各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型單片機(jī)，已成為世界上8位單片機(jī)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。4PID溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 第二章 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第二章 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 溫控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，已對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用自適應(yīng)的方法，具有很強(qiáng)的魯棒性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，缺點(diǎn)是容易陷入局部最優(yōu)，采用遺傳算法來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的快速全局尋優(yōu)。該系統(tǒng)能使溫度隨外界干擾條件的變化，實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和控制規(guī)律，具有良好的溫度跟蹤性能和抗干擾能力。具體實(shí)現(xiàn)：將3個(gè) PID 參數(shù)串接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的染色體，從而構(gòu)成遺傳空間中的個(gè)體，通過繁殖交叉和變異遺傳操作生成新一代群體，經(jīng)過多次搜索獲得最大適應(yīng)度值的個(gè)體即所求。5．遺傳算法遺傳算法(Genetic Algorithms簡(jiǎn)稱 GA )是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程的全局優(yōu)化搜索算法。4．模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合溫控系統(tǒng)由于被控過程常常具有嚴(yán)重的非線性時(shí)變性以及種類繁多的干擾，使得基于精確數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制方案很難獲得滿意的動(dòng)靜態(tài)控制效果。主要的問題是合理地獲得 PID 參數(shù)的模糊校正規(guī)則，其實(shí)質(zhì)是一種以模糊規(guī)則調(diào)節(jié) PID 參數(shù)的自適應(yīng)控制，即在一般 PID 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)。然而，模糊控制的局限性在于模糊規(guī)則庫的建立缺乏完整性，沒有明確的控制結(jié)構(gòu)，存在較大穩(wěn)態(tài)誤差等。(3) 對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理輸入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應(yīng)的控制量，變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度，使之穩(wěn)定的目的。 PID 控制雖然簡(jiǎn)單、方便，但難以解決非線性和參數(shù)變化等問題。 MNN (Memory neuron network)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增加了記憶神經(jīng)元，在學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)非線性系統(tǒng)時(shí)，不需知道實(shí)際系統(tǒng)太多的結(jié)構(gòu)知識(shí)，當(dāng)系統(tǒng)滯后比較大時(shí)也不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)龐大難以訓(xùn)練。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其高度的非線性映射、自組織、自學(xué)習(xí)和聯(lián)想記憶等功能，可對(duì)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)建模。 當(dāng)代溫控系統(tǒng)及智能算法智能控制算法廣泛應(yīng)用于各種溫度控制器的設(shè)計(jì)之中，這里就最近幾年快速發(fā)展的幾種智能控制算法做一個(gè)綜述[[] 丁輝, 張莉莉編譯. 國(guó)外模糊控制理論和技術(shù)的發(fā)展概況[R], 國(guó)外情況報(bào)道, 34]。也有部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，如線切割機(jī)等。另一方面也是基于控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的需求，將其用于對(duì)實(shí)驗(yàn)電烤箱溫度進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)量為零且穩(wěn)態(tài)誤差較小的技術(shù)要求。另外在各高等院校的實(shí)驗(yàn)室中，無不將溫度作為被控參數(shù)，構(gòu)成微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，供學(xué)生作綜合實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)。PID溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II第一章 緒論 1 課題的提出及意義 1 控制系統(tǒng)背景介紹 1 當(dāng)代溫控系統(tǒng)及智能算法 2第二章 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 溫控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 5 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 5 溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 6 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 前向通道設(shè)計(jì) 7 后向通道設(shè)計(jì) 10 人機(jī)通道設(shè)計(jì) 11小 結(jié) 15第三章 系統(tǒng)控制方案 16 PID 控制 16 PID的概述 16 PID 控制的基本理論及特點(diǎn) 16 模糊控制 18 模糊控制的概述 18 模糊控制的基本原理及特點(diǎn) 18 模糊 PID 控制 19小 結(jié) 21第四章 仿真研究 22 MATLAB及其模糊邏輯工具箱和仿真環(huán)境 simulink 22 仿真和優(yōu)選 23 控制對(duì)象模型 23 仿真和方案選擇 25小 結(jié) 32第五章 總結(jié)與展望 33 主要工作內(nèi)容 33 工作小結(jié) 33 存在的問題及未來的方向 34結(jié)束語 35參考文獻(xiàn) 36IPID溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 第一章 緒論第一章 緒論 課題的提出及意義溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍而又十分重要的物理參數(shù)。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電烤箱、電熱水器、空調(diào)等家用電器，溫度與我們息息相關(guān)。在關(guān)于溫度控制的絕大部分文獻(xiàn)資料中，控制結(jié)果都是有超調(diào)的，而且很多時(shí)候超調(diào)量較大，本論文是基于這一特點(diǎn)，研究一種控制方案，將其用于大部分溫控場(chǎng)合，都能達(dá)到零超調(diào)，且調(diào)節(jié)時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)誤差也非常小的理想效果。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上講都是類同的，它包括計(jì)算機(jī)組成的控制器和被控對(duì)象，并且對(duì)象的輸出通過反饋回路反饋給控制器，形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。單片機(jī)是目前控制系統(tǒng)采用最多的器件和芯片，它在軍事、航空、航天、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用[[] 余永權(quán), 旺明慧, 黃英. 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003. 10. 117]。溫度控制系統(tǒng)由于負(fù)載的變化以及外界干擾因素復(fù)雜，而傳統(tǒng)的 PID 控制對(duì)于外界環(huán)境的變化只能做近似的估算，因此系統(tǒng)控制精度不高。在溫控系統(tǒng)中，將對(duì)溫度影響的因素如氣溫、外加電壓、被加熱物體性質(zhì)以及被加熱物體溫度等作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將其輸出作為PID控制器的參數(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為樣本，在微機(jī)上反復(fù)迭代，自我完善與修正，直至系統(tǒng)收斂，得到網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，達(dá)到自整定 PID 控制器參數(shù)的目的。溫度控制系統(tǒng)的模型通常是不完善的，即使模型已知，也存在參數(shù)變化的問題。(2) 根據(jù)控制查詢表，形成模糊算法。其特點(diǎn)是不需知道被控對(duì)象的精確模型，易于控制不確定對(duì)象和非線性對(duì)象，對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化有強(qiáng)魯棒性，對(duì)控制系統(tǒng)干擾有較強(qiáng)抑制能力。即用過程的運(yùn)行狀態(tài)(溫度偏差及溫度變化率)確定 PID 控制器參數(shù)，用PID控制算法確定控制作用。文獻(xiàn)[[]胡社教, 徐曉冰, 楊柳. 溫度控制儀表的模糊PID控制[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)報(bào), 1998, (10)]采用模糊自適應(yīng) PID 設(shè)計(jì)方法，根據(jù)人們要求的溫度曲線，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)模糊推理判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)任何一種模型參數(shù)的系統(tǒng)都能自動(dòng)調(diào)節(jié)其 PID 參數(shù)，使系統(tǒng)的實(shí)際溫度與要求的溫度曲線趨于一致，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)特性與超調(diào)量小的統(tǒng)一。文獻(xiàn)[[] 向文圓, 蔡寧生. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蒸汽溫度控制[J]. 自動(dòng)化儀表, 2000, (12)：4]提出三層前向模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選擇溫度采樣誤差值、誤差積分和變化值作為網(wǎng)絡(luò)輸入，用模糊控制理論賦予隱層含義，確定神經(jīng)元個(gè)數(shù)，用高斯核函數(shù)作為節(jié)點(diǎn)激勵(lì)函數(shù)，忽略遠(yuǎn)離中心的神經(jīng)元輸出，計(jì)算隱層輸出，通過在線學(xué)習(xí)，以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，使目標(biāo)函數(shù)最小?；谶z傳算法溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是將傳感器得到的溫度信號(hào)放大，數(shù)字化后送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將其與給定溫度進(jìn)行比較，用遺傳算法來優(yōu)化3個(gè) PID 參數(shù)，然后將控制量輸出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛的BP網(wǎng)絡(luò)，由于其收斂慢和存在局部最小點(diǎn)，因此將遺傳算法和BP算法結(jié)合得到的遺傳 BP (GA BP)算法作為網(wǎng)絡(luò)預(yù)估器的學(xué)習(xí)算法。綜上所述，無論是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制還是遺傳算法，都屬于人工智能領(lǐng)域同 PID 結(jié)合以調(diào)節(jié) PID 參數(shù)，適應(yīng)溫控系統(tǒng)非線性、干擾多、大時(shí)延、時(shí)變和熱分布不均勻的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合、不同的加熱對(duì)象和所要求的控制曲線和控制精度，選擇不同的系統(tǒng)方法。因此， Intel 公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換的形式把 MCS51 的內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了許多國(guó)際上著名的半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、Cygnal等公司。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)要解決的問題進(jìn)行調(diào)查研究、分析論證。 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)階段，一般來說，多采用硬件，可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)工作，并使系統(tǒng)的速度性能得到改善，但成本會(huì)增加，同時(shí)，也因接點(diǎn)數(shù)增加而增加不可靠因素。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，一定要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格，以便得到高的性能價(jià)格比，這是硬件設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的一個(gè)主要因素。要有超量程和過載保護(hù)，保證輸人、輸出通道