【正文】 劉教授是一位難得的良師益友。 這次設(shè)計綜合了我們大學(xué)四年的知識，也是我們的一次演習(xí)。 表 51 實驗數(shù)據(jù)記錄表 時間 /s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 330 溫度 /度 20 時間 /s 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 溫度 /度 85 84 時間 /s 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 960 溫度 /度 85 圖 52 溫度實時變化曲線圖 從表 51 的數(shù)據(jù)和圖 52 的曲線圖上可以得知：系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間較短，約 200S 左右；系統(tǒng)超調(diào)量 %；靜態(tài)誤差小于 2℃。由于系統(tǒng)程 序比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改，系統(tǒng)程序的編寫采用模塊化的設(shè)計思想，將控制單元中需要的一系列功能編成相應(yīng)的子模塊，整個系統(tǒng)包括主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤輸入模塊、 LED 顯示模塊、中斷服務(wù)模塊、控制算法模塊、輸出控制模塊等部分組成。在本課題設(shè)計的系統(tǒng)中，外圍硬件設(shè)備主要有 K 型熱電偶、模數(shù)變換器 MAX667 AT89S52 單片機、MAX7219 驅(qū)動 LED 顯示、控制電路等，詳細介紹了各硬件選型的依據(jù)、結(jié)構(gòu)原理及相關(guān)注意事項，給出了電路圖，并對系統(tǒng)的可靠性方面的設(shè)計進行了討 論，給出了一些常用的抗干擾措施。為解決這一問 題，設(shè)計時在芯片的電源線端和地線端加接去耦電容，并且使這些電容的引線盡可能短。 圖 312 單片機與 PC 機串口通信電路 硬件抗干擾設(shè)計 溫度測控系統(tǒng)中含有微弱的模擬信號、高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換、大功率驅(qū)動電路，抗 干擾是必須考慮的問題，否則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集信號誤差大、輸出誤差大、系統(tǒng)失控、硬件損壞等狀況。 具體調(diào)節(jié)過程為 ：在給定周期內(nèi)控制可控硅的導(dǎo)通時間，從而改變加熱功率，來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。移相觸發(fā)方式調(diào)功實際上是通過改變交流電壓每周期內(nèi)電壓波形的導(dǎo) 通角，使負載端電壓有效值得以調(diào)節(jié)，達到調(diào)節(jié)功率的目的，又稱相位控制調(diào)功；過零觸發(fā)方式調(diào)功實際上是電壓波形不變，通過改變電壓周波在控制周期內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)達到調(diào)功的目的，又稱通斷控制調(diào)功。 圖 38 MAX7219 與 AT89S52 的接口電路 在 MAX7219 的電源 (V+)與地 (GND)間并接一個 去耦電容和一個 10uF/16V電解電容，可以有效提高其工作可靠性。 MAX7219 與單片機之間的數(shù)據(jù)傳送最快最有效的方法是串行外設(shè)接口 SPI，對不帶 SPI 接口能力的單片機，需要軟件合成 SPI 操作與 MAX7219 接口。在判斷電路是否有鍵按下時，讀 端口值 ，若值不是 00001111，則說明電路中有鍵按下，然后根據(jù)程序進行去抖動處理和計算鍵值。通過調(diào)節(jié)電阻值，合理地選擇分壓比，電源正常時，確保 R2 上的電壓高于 V，即保證 MAX813L 的 PFI 輸入端電平高于 V。為了提高單片機系統(tǒng)的可靠性，在本課題采用專門的監(jiān)控芯片 MAX813L。只有當(dāng)熱電偶的長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 冷端和芯片溫度相等時，才可獲得最佳的測量精度，所以在進行 PCB 設(shè)計時，要盡量避免在 MAX6675 附近放置易發(fā)熱元件或器件 。 圖 34 MAX6675 SPI 接口時序圖 MAX6675 與單片機的接口電路 MAX6675 與單片機的接口電路如圖 35 所示，單片機的 、 、 口分別接到 MAX6675 的 SCK、 CS 、 SO 端。 本文設(shè)計中選用了由 Maxim 公司生產(chǎn)的 K 型熱電偶專用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 MAX6675，來完成熱電偶電勢至溫度的轉(zhuǎn)換。 K 型熱電偶的穩(wěn)定性較高，可在氧化性和中性介質(zhì)中長期測 900 度以下溫度，其回復(fù)性較好，產(chǎn)生熱電勢較大，線性好，價格便宜，測量精度較高，是工業(yè)中最常用的一種熱電偶。 本章小結(jié) 本章通過實驗數(shù)據(jù)，建立了 以電烤箱為對象的數(shù)學(xué)模型，分析了 PID 控制、和模糊自整定 PID 控制的原理及優(yōu)缺點，確定了模糊自整定 PID 控制為電烤箱的控制策略。概括地講， PID 控制的優(yōu)點主要有以下兩點： （ 1）原理簡單、實現(xiàn)方便，是一種能夠滿足大多數(shù)實際需要的基本控制器。反之隨著 iT 減小，靜差也減小，但過小的 iT 會加劇系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。因此本文被控對象的傳遞函數(shù)為： sSG 30e11 7 )s( ??? （ 25） 控制策略研究 PID 控制的基本理論 PID 控制在生產(chǎn)過程中是一種被普遍采用的控制方法，是一種建立在經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)上的控制策略，對于線性定常系統(tǒng)的控制是非常有效的，其調(diào)節(jié)品質(zhì)取決于 PID 控制 器的各個參數(shù)的確定。 電烤箱模型參數(shù)的辨識常用的方法是階躍響應(yīng)法。 第四章：智能溫度測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計，給出了各 主控模塊的子程序流程圖 ,對整個系統(tǒng)進行了調(diào)試和實驗，對實驗結(jié)果進行了分析。目前，國外已研制出智能化、精度高、小型化的智能溫度控制器，開發(fā)出成熟的智能控制算法和控 制軟件。1974 年， Mamdani 首次將模糊邏輯和模糊推理用于鍋爐和蒸汽機的控制，標(biāo)志著人們用模糊邏輯進行工業(yè)控制的開始。虛擬儀器為人們建立檢測系統(tǒng)、自動測量系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。 目前，溫度測控系統(tǒng)一般使用的還是傳統(tǒng)儀器，以單臺儀器獨立工作、手工操作、人工記錄和分析判斷信息為主要設(shè)計思想，其功能和規(guī)格一般被廠家所固定，使用時需要通過硬件或者固化的軟件來實現(xiàn)，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能，不具有通用性。 本論文設(shè)計了一種基于模糊自整定 PID 算法的控制器，詳細地介紹了系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。 3．在畢業(yè)設(shè)計中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。MCU 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I 目 錄 摘 要 ..................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第一章 緒 論 ........................................................................................................ 1 課題的研究背景及意義 ......................................................................... 1 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................................................... 2 課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................. 3 第二章 被控對象及控制策略 .............................................................................. 4 系統(tǒng)模型的建立 ..................................................................................... 4 控制策略研究 ......................................................................................... 6 仿真分析 ................................................................................................. 8 本章小結(jié) ................................................................................................. 9 第三章 溫度測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .................................................................... 10 溫度測控系統(tǒng)的硬件組成 .................................................................... 10 溫度檢測電路的設(shè)計 ........................................................................... 10 AT89S52 單片機及其最小系統(tǒng) .......................................................... 14 人機交互接口電路設(shè)計 ....................................................................... 16 鍵盤電路 .................................................................................... 16 顯示電路 .................................................................................... 16 報警電路的設(shè)計 ........................................................................ 18 溫度控制電路的設(shè)計 ........................................................................... 18 串口通信電路 ....................................................................................... 20 硬件抗干擾設(shè)計 ................................................................................... 20 本章小結(jié) ............................................................................................... 21 第四章 溫度測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計及實驗結(jié)果 ................................................ 22 系統(tǒng)下位機軟件設(shè)計 ........................................................................... 22 軟件設(shè)計概述 ............................................................................ 22 主控模塊 .................................................................................... 22 數(shù)據(jù)采集子模塊 ........................................................................ 23 控制算法子模塊 ........................................................................ 24 實驗數(shù)據(jù)分析 ........................................................................................ 25 本章小結(jié) ...................................................................