【正文】 畢業(yè)論文 VII Abstract Temperature indicators are an important indicator of many work core is SPCE061A， through the integrated temperature sensor PT100 constitute a temperature control and accuracy of automatic measurement and control system calibration. The system uses Sunplus 16bit MCU SPCE061A send temperature data collected to PC through the UART, through the curves display software showed by software. This design has the features of high accuracy, wide measurement range,and it is the ideal solution for temperature measurement and control system. Key words MCU temperature measurement and control upper puter curves show 畢業(yè)論文 VIII 目 錄 第 1章 緒論 ............................................................... 1 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 ............................................. 1 信號(hào)采集與溫度控制 ................................................... 2 課題的建立以及本文完成的主要工作 ..................................... 2 第 2章 系統(tǒng)總體方案介紹 ................................................... 3 SPCE061A 簡(jiǎn)介 ......................................................... 3 PT100 溫度傳感器簡(jiǎn)介 .................................................. 4 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 5 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ....................................................... 7 傳感器電路 ........................................................... 7 按鍵和顯示電路 ....................................................... 8 UART 轉(zhuǎn)換模塊電路 ..................................................... 9 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................................... 11 軟件總體設(shè)計(jì) ........................................................ 11 子程序設(shè)計(jì) .......................................................... 13 溫度轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn) .................................................... 13 PID 控制的實(shí)現(xiàn) ................................................... 14 溫度控制 PID 算法設(shè)計(jì) ............................................ 16 溫度控制實(shí)現(xiàn) .................................................... 17 上下位機(jī)通信程序設(shè)計(jì) ............................................. 18 第 5章 結(jié)論 .............................................................. 24 致 謝 .................................................................. 25 參考文獻(xiàn) .................................................................. 26 畢業(yè)論文 1 溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì) 第 1 章 緒論 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。采用 SPCE061A單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。 溫度測(cè)控在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，隨著傳感器技術(shù)微電子技術(shù)單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能溫度測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控功能的完善測(cè)控精度的提高和抗干擾能力的增強(qiáng)等提供了條件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，美國(guó)國(guó)家儀器公司率先提出了虛擬儀器的概念，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式，使測(cè)控儀器發(fā)生了巨大變革。在一個(gè)完善的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，首先要檢測(cè)被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，必須對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)信息（比如常見(jiàn)的溫度、流量、速度、液位等信息）進(jìn)行采集，并能夠?qū)⒉杉?的數(shù)據(jù)還原為實(shí)際的狀態(tài)信息，并以此作為控制的出發(fā)點(diǎn)，控制結(jié)果與目標(biāo)的一致性也必須通過(guò)信號(hào)采集來(lái)衡量，只有采集當(dāng)前的狀態(tài)信息，并與設(shè)置的目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比才能了解控制過(guò)程的好壞，所以說(shuō)信號(hào)采集在系統(tǒng)控制中起著至關(guān)重要的作用。 本課題以水溫控制系統(tǒng)為載體，利用 SPCE061A自帶的 A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合 Pt100傳感器完成對(duì)水溫的采樣，通過(guò)數(shù)字濾波等技術(shù)消除系統(tǒng)的干擾因素還原當(dāng)前的溫度值，并且對(duì)采集到的溫度值進(jìn)行 PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，通過(guò)串口通信傳送給上位 PC，通過(guò)曲線顯示軟件進(jìn)行顯示。較高的處理速度能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào) 。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn) C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且，提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。 C： A級(jí)177。 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)如圖 22所示，整個(gè)系統(tǒng)以 SPCE061A為核心，前向通道包括傳感器及其信號(hào)放大電路，按鍵輸入電路；后向通道包括： LED顯示電路，上位機(jī)通信電路以及控制加熱器的繼電器驅(qū)動(dòng)電路。由于水本身具有很大的熱慣性，所以必須 對(duì)水溫的變化趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，并且根據(jù)需要及時(shí)反方向抑制，以防止出現(xiàn)較大的超調(diào)量和波動(dòng)，在 PID控制中，積分環(huán)節(jié)（ I）具有很強(qiáng)的滯后效應(yīng)，而微分環(huán)節(jié)（ D）則具有預(yù)見(jiàn)性，所以該方案最終采用 PD算法，能夠很好的控制超調(diào)，并且穩(wěn)態(tài)誤差也很小。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻 R3，通過(guò)調(diào)節(jié) R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。 畢業(yè)論文 8 按鍵和顯示電路 按鍵直接使用 61板自帶的按鍵，其電路如圖 32所示，不需要連接硬件即可使用。 電路原理如圖 33所示。整體功能通過(guò)主程序和中斷程序配合實(shí)現(xiàn)。程序流程分別如圖 42， 43， 44， 45。 溫度轉(zhuǎn)換的 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)過(guò)程為： fT = (adc_data * K) – B。 PID工作基理：由于來(lái)自外界的各種擾動(dòng)不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷地進(jìn)行。比例放大系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。微分（ D）控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，人們將計(jì)算機(jī)引入到 PID控制領(lǐng)域，也就出現(xiàn)了數(shù)字式PID控制。 // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value float Proportion。 // 上次偏差 int SumError。 PID運(yùn)算的 C實(shí)現(xiàn)代碼： float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) { int dError,Error。 // 當(dāng)前微分，偏差相減 ppPrevError = ppLastError。 Error = ppSetPoint*10 － NextPoint。 return (ppProportion * Error // 比例項(xiàng) － ppDerivative * dError // 微分項(xiàng) )。 //設(shè)置 PID積分值 = 5。= 0xff7f。 IRQ2_TMB中斷一直處于允許狀態(tài)，每進(jìn)入一次 IRQ2_TMB中斷， fOut參數(shù)減 1，直到 fOut = 0，停止加熱。 //幀頭 while((*P_UART_Command2amp。0x0040)==0)。 *P_UART_Data = 0x55。 m_iComSelect = ()。 case 1: SComFreq = 9600。 case 3: SComFreq = 38400。 case 5: SComFreq = 115200。 (m_iComSelect+1)。 (1)。 } 畢業(yè)論文 20 以下為數(shù)據(jù)接收部分代碼：接收完數(shù)據(jù)首先判斷幀頭和幀尾是否正確，如果幀頭和幀尾是正確的，則將接收到的中間數(shù)據(jù)還原為溫度值并傳送給繪圖程序，如果接收到的幀頭和幀尾數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，則不進(jìn)行處理。 while(Buffer_len) { for(int i=0。 ucReciver++。RS_Buff[3]==0x55) //數(shù)據(jù)包的幀頭和幀尾都對(duì)上？ { Temperature = RS_Buff[1]*10+RS_Buff[2]。 具體實(shí)現(xiàn)為： 首先 .建立一個(gè)工程并添加相應(yīng)控件。完成以上操作，點(diǎn)擊連接即可。 我們想要達(dá)到的目標(biāo)就是：反應(yīng)速度盡可能快，超調(diào)量盡可能的小，穩(wěn)態(tài)誤差趨近于0。 畢業(yè)論文 23 圖 410 加熱曲線 3 =、 KD=（（溫升： 50℃ ~70℃））對(duì)應(yīng)的曲線如圖 47所示，由圖形觀察可知： Kd選擇適中，系統(tǒng)的超調(diào)量很小 ，而且超調(diào)維持時(shí)間很短就會(huì)恢復(fù)平衡點(diǎn)。 PID算法的應(yīng)用，使系統(tǒng)可以克服長(zhǎng)期使用和環(huán)境溫度變化引起的控制誤差。 本設(shè)計(jì)充分利用了 SPCE061A的資源，發(fā)揮了芯片的性能，是 SPCE061A在數(shù)據(jù)采集方面的典型應(yīng)用作品。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記兩位恩師對(duì)我的教誨和鼓勵(lì)，盡自己最大的努力取得更好的成績(jī)。上聯(lián)是：吃，吃盡天下美味不要浪費(fèi)，下聯(lián)是：喝，喝盡人間美酒不要喝醉，橫批是趙本山的一句至理名言：吃好喝好！那么最后呢也祝愿我們?cè)趫?chǎng)的所有來(lái)賓所有的朋友們家庭幸福，生活美滿，身體健康，萬(wàn)事如意！