【正文】 本系統(tǒng)就采用了去極值平均濾波法。 (2)中值濾波法對目標(biāo)參數(shù)連續(xù)進(jìn)行若干次采樣，然后將這些采樣進(jìn)行排序，選取中間位置的采樣值為有效值。 數(shù)字濾波 模擬信號都必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能為單片機(jī)接受，如果模擬信號受到擾動影響，將使 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實(shí)值。為了系統(tǒng)正常工作， T1 中斷服務(wù)程序的 執(zhí)行時(shí)間必須滿足 T0 的制一時(shí)間要求，因?yàn)?T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之中的。合理布置地線使電流局限在盡可能小的范圍內(nèi)，并根據(jù)地電流的大小和頻率設(shè)計(jì)相應(yīng)寬度的印刷電路和接地方式。 硬件抗干擾措施 硬件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)最基本和最主要的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。 (d)根據(jù)控制度，即可以求出 T , PK ,IT 和 DT 的值。這一步可以反復(fù)進(jìn)行，以期得到滿意的效果 。 PID 參數(shù)的整定有以下常用的方法 : (1)試湊法 這種方法是通過仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確 定 PID參數(shù)。 其控制規(guī)律為 )11()( sTsTKsG DIP ??? （ 32） 式中 PK :比例系數(shù) IT :積分時(shí)間常數(shù) DT :微分時(shí)間常數(shù) 比 例微 分積 分y ( t )e ( t )u ( t ) 圖 37 PID 控制原理圖 PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下 : (1)比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 )(te ，偏差一旦 產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差 。 PID 控制 PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，現(xiàn)今使用的 PID 控制器產(chǎn)生并發(fā)展于 19151940年期間。 1 2 . 5 %2 5 %5 0 %1 0 0 %ttttu ( t )u ( t )u ( t )u ( t )圖 36 可控硅功輸出與通斷時(shí)間關(guān)系 雙向可控硅管和加熱絲串聯(lián)接在交流 220V， 50Hz 交流試點(diǎn)回路。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出 EOC 信號。 目前有很多類型的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn) 換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，其中大多數(shù)積分型或逐次比較型的 A/D 轉(zhuǎn)換器對于高精度測量，其轉(zhuǎn)換效果不夠理想。當(dāng) ＝ 0且 =0 時(shí)，選中 8155 的 RAM 工作；在 =1 和 =0 時(shí)， 8155 選中片內(nèi)三個(gè) I/O 端口。 圖 34 帶有 I/O 接口和計(jì)時(shí)器的靜態(tài) RAM8155 8155 用作鍵盤 LED 顯示器接口電路，當(dāng) IO/M 為高電平時(shí)， 8155 選通片基于單片機(jī)的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 15 內(nèi)的 I/O 端口。 8155 用作 鍵盤 /LED 顯示器接口電路。鎳鉻 /鎳鋁熱電偶適用于 0 Co 1000 Co 的溫度檢測范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV 。 C：控制總線： PSEN— 片外程序存儲器取指令控制信號，接 EPROM 的“ OE”。 基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)的開發(fā) 10 圖 22 三總線 芯片的擴(kuò)展設(shè)計(jì) 1）程序存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì) [7] (A) 程序存儲器簡介 常見的 EPROM 有： 2716（容量 2K 8 位）、 2732（容量 4K 8位）、 2764（容量 8K 8位）、 27128（容量 16K 8位）、 27256（容量 32K 8 位）、 27512（容量 64K 8 位）。若 PC 值超出 4KB 地址時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)的目的。 2） XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18腳）：接外部晶振的兩個(gè)引腳。 P1 口：每一位均可獨(dú)立作為 I/O 口。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如 圖 21所示。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)，依靠經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)的方法在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)確定 PID 參數(shù) PK , IK , DK ，然后用代碼實(shí)現(xiàn)了算法。從降低成本，器件供貨渠道充足的角度看，應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。 基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)的開發(fā) 5 系統(tǒng)硬件方案分析 單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。 該 系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式，其基本控制原理為 :將溫度設(shè)定值 (即基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)的開發(fā) 4 輸入控制量 )和溫度反饋值同時(shí)送入控制電路部分，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到輸出控制量，輸出控制量控制驅(qū)動電路得到控制電壓施加到被控對象上，設(shè)備因此達(dá)到一定的溫度。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。前者稱為 模擬 PID 控制器，后者稱為數(shù)字 PID 控制器。 從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種 : 定值開關(guān)控溫法 所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對系統(tǒng)加熱裝置 (或冷卻裝置 )進(jìn)行通斷控制。但由于檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)時(shí)間較長，對熱容量小的物體難以實(shí)現(xiàn)精確的測量，并且該方 法不適宜于對腐蝕性介質(zhì)測溫，不能用于超高溫測量，難于測量運(yùn)動物體的溫度。特別是隔熱效果很好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，將難以很快把溫度降下來。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。 黑龍江大學(xué) 學(xué)生畢業(yè)論文 論文題目： 基于單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 年 級： 2020 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名： 穆玉偉 學(xué) 號： 20202569 指導(dǎo)教師： 趙月容 2020 年 5 月 19 日 I 摘 要 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們需要對各 種 加熱爐中溫度進(jìn) 行監(jiān)測和控制。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。這是因?yàn)楹芏鄳?yīng)用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒有冷卻的裝置。非接觸式測溫方法是通過對輻射能量的檢測來實(shí)現(xiàn)溫度測量的方 法，其優(yōu)點(diǎn)是不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運(yùn)動物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置 ； 若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。其中數(shù)字 PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。 8 0 5 1 單 片 機(jī)晶 閘 管 驅(qū)動 電 路被 控 對 象 輸 出 值測 量 變 送 器A / D 轉(zhuǎn) 換給 定 值 圖 11 系統(tǒng)工作原理圖 系統(tǒng)性能要求及特點(diǎn) (1)系統(tǒng)性能要求 : (a)可以人為方便地通過控制面板或 PC 機(jī)設(shè)定控制期望的溫度值，系統(tǒng)應(yīng)能自動將設(shè)備 加熱至此設(shè)定溫度值并能保持，直至重新設(shè)定為另一溫度值，即能實(shí)現(xiàn)溫度的自動控制 ； (b)能夠?qū)崿F(xiàn)對 設(shè)備 溫度的測量并 且通過控制面板上的液晶 屏實(shí)時(shí)地 顯示溫度 ； (c)具有加熱保護(hù)功能的安全性要求 ； (d)模塊化設(shè)計(jì)，安裝拆卸簡單，維修方便 ； (e)系統(tǒng)可靠性高，不易出故障 ； (f)盡量采用典型、通用的器件，一旦損壞，易于在市場上買到同樣零部件進(jìn)行替換。它是把中央處理單元 CPU (Central Processing Unit)、隨機(jī)存取存儲器 RAM (Random Access Memory)、只讀存儲器 ROM (Read only Memory)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器以及 I/O (Input/Output)輸入輸出接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的特點(diǎn)是 :功能強(qiáng) 大、運(yùn)算速度快、體積小巧、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。 系統(tǒng)軟件方案分析 目前， MCS51 單片機(jī)的開發(fā)主要用到兩種語言 :匯編 語言和 C 語 言。 基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)的開發(fā) 7 第二章 單片機(jī) 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī) SCM(single chip microputer)的譯名簡稱，在國內(nèi)簡稱為“單片機(jī)”。它 包含 CPU、震蕩器和時(shí)序電路、 4KB的 ROM、 256B 的 RAM、兩個(gè) 16定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和 T 4 個(gè) 8 位 I/O 端口（ P0、P P P3）、串行口等組成， 其中震蕩時(shí)序與時(shí)鐘組成定時(shí)控制部件。 P2 口：可作為一般 I/O 口用，但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)時(shí)，它分時(shí)作為高 8位地址線。 3） RST/VPD、 ALE、 PROG、 PSEN 控制信號引腳。應(yīng)注意的是：當(dāng)訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖； ALE 端基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)的開發(fā) 9 可以驅(qū)動 8個(gè) LSET 負(fù)載。當(dāng) EA 輸入低電平時(shí)，不論片內(nèi)是否有程序存儲器，則 CPU 只能訪問片外程序存儲器。 EPROM 外引腳功能如下： A0－ A15:地址輸入線； O0O7:三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程校驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。 ALE— 接鎖存器的 G， EA 接地。 變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成。圖 33 中鍵盤有 30個(gè)按鍵，分成六行（ L0L5）五列（ R0R4），只要某 個(gè) 鍵被按下，相應(yīng)的行線和列線才會接通。 A,B,C 三個(gè)口可以作為擴(kuò)展的 I/O 口使用， MCS51 單片機(jī)的 PO口與 8155 的 AD0AD7 相連。相應(yīng)地址分配為 [10]： 0000H00FFH 8155 內(nèi)部 RAM 0100H 命令 /狀態(tài)口 0101H A 口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定時(shí)器低八位口 0105H 定時(shí)器高八位口 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。溫度控制中 A/D 轉(zhuǎn)換是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在允許輸入信號 OE 的控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。在給定的周期 T 內(nèi)， 8051只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。盡管自 1940 年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷推出，基于單片機(jī)的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 18 但由于 PID 控制方法具有結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定 P， I，D 控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時(shí)期較長，控制工程師們已經(jīng)積累了大量的 PID 控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。 (2)積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 我們知道， PID 控制器各參數(shù)對系統(tǒng)的影響是，增大開環(huán)比例系數(shù) PK ，一般將加快系統(tǒng)的影響速度，在有靜差的情況下則有利于減小靜差 。 (c)加入微分環(huán)節(jié) 在整定時(shí)，先置 DT 為零， 然后，在第 (2)步整定的基礎(chǔ)上再增大 DT ，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù) PK 和積分時(shí)間 IT ，逐步試湊以獲得比較滿意的控制效果和控制參數(shù)。 (3)擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 基于單片機(jī)的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 21 在上述的兩種方法中，不需要預(yù)先知道對象的動態(tài)特性，而是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行 PID 參數(shù)整定的。其總的原則是 :抑制或消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的藕合通道，降 低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。模擬電源和數(shù)字電源各自并接 ? 的陶瓷電容 (去 耦 電容 )。 T0 中斷服務(wù)程序 T0 中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，讀如數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波，越權(quán)溫度報(bào)警和處理， PID 計(jì)算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。因此僅僅對模擬量采樣一次，我們是無法確定該結(jié)果是否可信的，必須經(jīng)過多次采樣，得到一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，通過某種處理后，才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。對于變化較為劇烈的參數(shù)，此濾波方法不宜采用。即對目標(biāo)參數(shù)連續(xù)采樣 6次數(shù)據(jù)，然后對 6 次采樣的數(shù)據(jù)由小到大排序，分別去掉最小值和最大值，將剩余的 4個(gè)數(shù)據(jù)求其算術(shù)平均值，即得到本次 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 (5)去極值平均濾波法既采用去極值法去掉明顯的脈沖干擾，又可對采樣值進(jìn)行平滑處理，在高、低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，它都能削弱干擾，提高數(shù)據(jù)處理能力。該算法適用于變化緩慢的物理參數(shù)的采樣過程，如濕度、液位等。 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的模擬量通過A/D 轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量提供給單片機(jī)。 開 始