【正文】 他敏銳的洞察力和孜孜不倦的教誨使我受益終身，無論是現(xiàn)在還是將來，都將激勵我奮發(fā)向上。 這樣的設計使系統(tǒng)不需要使用 A/D 轉換芯片，使 整個系統(tǒng)結 構緊湊、所用芯片少。 圖 SimLink中搭建的系統(tǒng) 模型圖 32 假設當前溫度和設定溫度的溫差為 50℃。 2）用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。 整定 PID參數(shù)的有很多，歸納起來可分為兩大類，即理論計算整定法和簡易工程整定法。 PID運算的輸出是一個 0255的值，這里我們假設每個單位輸出對應 半個周期正弦波的導通，即 10對應 5個周期正弦波，那么 255就對應 ，而每個正弦波的周期為 20ms。溫度高字節(jié)（ MS Byte）高 5位是用來保存溫度的正負（標志為 S的 bit11~bit15），高字節(jié)29 （ MS Byte）低 3位和低字節(jié)來保存溫度值（ bit0 ~ bit10）。 DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。 NOT2:MOV A,24H。移入顯示數(shù)據(jù)的地址 LOOPDIS:MOV A,R0。 其他子程序介紹 顯示子程序 由于采用單片機的串口外接串入并出移位寄存器驅動顯示，越早寫入串口的數(shù)據(jù)移到離單片機越遠的顯示器。雖然計算機控制是離散的，但對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化。 PID調(diào)節(jié)之所以不衰，而且在數(shù)字化計算機時代仍能得到廣泛應用，主要有以下幾方面的有點： 1) 技術成熟。特別是在工業(yè)過程控制中由于控制對象的精確數(shù)學模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費很大代價進行模型辨識。 EXIT:POP PSW。溫度為基準，進行加減的 MOV KEY_BUF_S,DIS_BUF_S MOV KEY_BUF_B,DIS_BUF_B JB ENTER_FLAG,EXIT 。 鍵盤中斷服務子程序流程圖如圖 。 在 AT89S51單片機系統(tǒng)中，高級中斷能夠打斷低級中斷 以形成中斷嵌套；同級中斷之間，或低級對高級中斷則不能形成中斷嵌套。 (B8H) IP PS PT1 PX1 PT0 PX0 (A8H) IE EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 23 PT1： T1中斷優(yōu)先級控制位。 EX1：外部中斷 1允許 位。此外，在 TCON中另有 4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標志位。電磁閥開通，加水 SJMP SHUIWEI。低水位，跳轉 SJMP SHUIWEI。采樣周期 4S SHUIWEI:JNB ,L1。 MOV ERR1,00H。 LJMP MAIN。鍵盤中斷服務程序對鍵盤中斷進行響應，然后掃描鍵盤，轉入對應的鍵值程序。 Flash 存儲器編程時 ,該引腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。 表 P3口的第二功能 端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（ ） 串行輸入口 T0（ ） 定時 /計數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時 /計數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復位輸入。在訪問外程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在 Flash編程時， P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。它集 Flash程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于單片機輸出的控制信號無法直接控制電磁閥的通斷，所以使用一個繼電器 對電磁閥進行控制。因此通過水面的上升與下降來控制電信號的接通與斷開：當水位上升到電極位置時14 接通電信號；水位低于電極位置時斷開電信號。固態(tài)繼電器選用歐姆龍公司的 G3NB240B型。 固態(tài)繼電器有三部分組成 :輸入電路，隔離 (耦合 )和輸出電路。具體的電路如圖 所示。在執(zhí)行鍵功能程序時， CPU 不再響應鍵輸入的要求。當 列 線通過上拉電阻接 +5V 時，被定位在高電平狀態(tài)。本設計中要應用 16 位按鍵，10 故采用此方法。 利用該方法設計的顯示系統(tǒng)具有硬件結構簡單，軟件編程方便，價格低廉的特點。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸出。 圖 DS18B20字節(jié)定義 圖中，前 2 個字節(jié)包含 測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，是易失的每次上電復位時被刷新。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。 很顯然，該方案較其它相比無論在經(jīng)濟上和實現(xiàn)容易程度上都要好。 然后根 據(jù)課題任務的要求設計出實現(xiàn)控制任務的硬件原理圖和軟件，并進行仿真 調(diào)試。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。 （ 4） 體積小，重量輕，占地面積小。因此在人口密集的居民 區(qū)、 旅館、醫(yī)院和學校，電加熱鍋爐完全能替代燃煤、燃油、燃氣鍋爐。 本 文介紹了 以 AT89S51 單片機為核心的溫度 和液位 控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，以數(shù)字信號的形式傳送給單片機；水位信號 由 電接點水位計采集，以開關量形式傳送給單片機。 電加熱鍋爐采用全新加熱方式，無污染，完全可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。由于本體結構簡單，使得電熱鍋爐體積可以做的很小，簡單的結構更加便于布置，占地面積也就減小。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。 5 2 硬件電路設計 系統(tǒng)方案概述 系統(tǒng)的框圖如 圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 如框圖所示，系統(tǒng)總體上分為兩部分，即溫度控制單元和液位控制單元。在進行數(shù)據(jù)采集時，使用了合適的傳感器，這樣就不需要使用 A/D 轉換電路。在 0— 100攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。兩個輸入端或者連接在一起，或者把 不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 本顯示電路共設了四位，分別用于顯示溫度的百、十、個、小數(shù)位。行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列電平?jīng)Q定。鍵盤中有無按鍵按下是由 行 線送入全掃描字、用行線讀行線狀態(tài)來判斷的。 2) 定時掃描工作方式： 定時掃描工作方式是利用單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生的定時中斷（例如 10ms）， CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時轉入鍵功能處理程序，則可以實現(xiàn)定時掃描。 12 圖 指示及報警電路 功率驅動電路 固態(tài)繼電器簡介 固態(tài)繼電器（ Solid State Relay,縮寫 SSR） ,是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。 它帶有過零觸發(fā)功能，所以能實現(xiàn)過零觸發(fā)交流調(diào)功。根據(jù)電極輸出的電信號就 能確定水位的位置，將電極輸出的電信號當作輸入信號經(jīng)處理后送入單片機。另外再使用一只光耦，隔離單片機 5V 和電磁閥 24V 電源。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。 AT89S51提供以下標準功能 ： 40個引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器 及時鐘電路。 P1口： P1口時一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出） 4個 TTL邏輯門電路。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口線上的內(nèi)容（即特殊功能寄存器 SFR區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。當振蕩工 作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期 以 上高電平將使單片機復位。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 無效。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 T0中斷子程序用來進行采樣、數(shù)據(jù)轉換、 PID運算和控制輸出。 ORG 1000H。 MOV ERR2,00H。水位過高，跳轉 SETB 。 L1:LCALL SOUND。 T0中斷 服務 子程序 中斷系統(tǒng)簡介 AT89S51單片機的中斷系統(tǒng)的基本特點是：有 5個固定的可屏蔽中斷源， 3個在片內(nèi)， 2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務程序； 5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套； 2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設置的編程 [5]。 1） 中斷允許寄存器 IE IE在特殊功能寄存 器中，字節(jié)地址為 A8H，位地址（由低位到高位）分別是 A8HAFH。 EX1=1，允許外部中斷 1中斷； EX1=0，禁止外部中斷 1中斷。 PT1=1，設定定時器 T1為高優(yōu)先級中斷； PT1=0，為低優(yōu)先級。若幾個同級中斷同時向 CPU請求中斷響應，則 CPU按如下順序確定響應的先后順序： INT0T0INT1T1RI/TI。程序如下： KEY_SCAN： PUSH PSW；保護現(xiàn)場 LCALL K_DELAY。如果輸入完成， ENTER_FLAG 則為 1，退出鍵盤程序 CLR 。 RETI。模型辨識，是通過對系統(tǒng)輸入 /輸出數(shù)據(jù)的測量與處理，從而建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。 PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術最成熟，且應用最廣泛的一種控制方法。因此，用數(shù)字 PID完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，而且可以得到比較滿意的效果。這樣顯示碼的存儲順序和顯示器的順序剛好相反 [11]。移入 A MOVC A,A+DPTR。 DD:MOV SBUF ,A。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。其中低字節(jié)（ LS Byte）的低 4 位來保存溫度的小數(shù)位（ bit0 ~ bit 3）。通過這樣的關系我們就能建立起 PID的輸出 u(k)與導通時間的關系： )(*255 )()(20**255 )( skumskut d ?? () 而導通時間 td 與定時器 T1的初值關系為 ： 50**)( 102 616 ??? Xt d () 通過以上兩式可編寫將 PID輸出 u(k)轉換為定時器 T1定時初值的子程序 U(K)_TO_T1。理論計算整定法要求已知過程的數(shù)學模型，且計算繁瑣、工作量大、可靠性不高，因此在現(xiàn)場使用中，尚需反復修正。這時，去掉積分作用和微分作用，只保留比31 例作用。 經(jīng)過調(diào)試，確定 PID參數(shù)為： Kp=，Ki=， Kd=1。 在軟件 部分 ， 有以下一些特點： （ 1） 溫度控制部分采用了經(jīng)典的 PID 算法，方法簡單，且控制效果良好； （ 2） 同時采用過零觸發(fā)直接使用 PID 的控制輸出去控制加熱的時間，免去了一級 D/A 轉換器，減小了成本，且簡單易行 ； （ 3） 采用定時器中斷對采樣時間進行控制，使每一次的采樣時間基本相同 。值此論文完成之際，謹向魯老師致以衷心感謝和崇高敬意。他淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，鞭策我不斷努力探索。 （ 4） 電源電路雖未采用流行的開關穩(wěn)壓電源，但也經(jīng)濟實惠，性能穩(wěn)定。首先在 SIMLINK中搭建系統(tǒng)的 模型圖 ，如圖 。這里將介紹擴充臨界比例度法，其整定的步驟為： 1）選擇一個足夠短 的采樣周期，具體說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時候的十分之一以下。首先我們要了解三個參數(shù)對系統(tǒng)的影響：增加比例系數(shù) Kp一般將加快系統(tǒng)的響應，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞；增大積分時間 Ti有利于減小超調(diào)，減小振蕩，是系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)的靜差的消除將隨之減慢；增大微分時間 Td亦有利于加快系統(tǒng)響應，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，單系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應。簡單的說，就是假設最大功率加熱時導通 100個周期的正弦波，那導通 50個周期正弦波時加熱功率就變?yōu)?50%，以此類推。 由于 DS18B20 轉換后的代碼并不是實際的溫 度值，所以要進行計算轉換。0~9的字形碼 DS18B20相關子程序 由于 DS18B20是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有 著嚴格的時序要求。判斷是否為個位 ,如是則點亮小數(shù)點 AJMP DD。數(shù)字字型碼地址