【正文】 本章小結(jié) 本章首先構(gòu)建了熱電偶控溫器的測溫、控溫的總體軟件設(shè)計方案。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、 自動扶梯 、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制等 。 模糊控制算法 模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制 (Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。在實際使用時，排序的周期的數(shù)量要選擇適當(dāng)，如果選擇過小，可能起不到去除干擾的作用，選擇的數(shù)量過大，會造成 采樣數(shù)據(jù) 的時延過大，造成系統(tǒng)性能變差。查表法采用對分查表法，既節(jié)省機時有無需太多要求。這樣，利用目標(biāo)控溫范圍與要求控溫范圍的差距來彌補溫度控制過程的滯后性，減小控溫誤差。然后進行下一循環(huán)溫度測量與控制，直至接到退出命令。以實現(xiàn)精確控溫的目的。初始化程序初值 en1 =en2=0 通過采樣并根據(jù)參數(shù) Kp KD K1 以及 en， en1，en2 計算 △ un。對電爐絲通斷 控制采哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 用 SSR40DA 固態(tài)繼電器 ， 使用非常簡單 ， 只要在控制端 1TTL 電平 ， 即可實現(xiàn)對繼電器的開關(guān) ， 使用時接 NPN 型三極管構(gòu)成射極輸出器電路，以提高驅(qū)動電流。 至少 在低 端市場RS485/MODBUS 還將是最主 要 的組網(wǎng)方式，近兩三年內(nèi)不會改變。很多情況下，連接 RS485 通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的 “A”、 “B”端連接起來。 RS422 是差模傳輸，抗干擾能力強，能傳 1200 米 RS232 最多傳輸15 米。 RS422 四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（ XON/XOFF 握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。 例如，采用 150pF/m 的通信電纜時，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電 容量 減小，通信距離可以增加。 但是，在實際應(yīng)用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，但一般情況下，只工作于半雙工制式下，這種用法簡單、實用。某一時刻 A 作為發(fā)送器， B 作為接收器，數(shù)據(jù)流由 A 流向 B。并且串行通信線只需一根或幾根數(shù)據(jù)傳輸線（兼做地址線、控制線），不僅可以大大降低硬件成本，同時也有利于系統(tǒng)的擴展設(shè)計，所以串行通信廣泛應(yīng)用于單片機測控中。在使用 8 位引腳號 功能 T2（定時器、計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸入 T2EX(定時器，計數(shù)器 T2 捕捉重載觸發(fā)信號和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) RXD(串行輸入 ) TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 地址（如 MOVXRI）訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器時， P2 口輸出 P2鎖存器 的內(nèi)容。 在 flash編程 時， P0 口也用來接收指令字節(jié) ；在 程序 校驗時，輸出指令字節(jié)?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在本設(shè)計中我們采用 AT89S52芯片。這樣， A A A A0 的組合即可實現(xiàn) 16 路信號中任一信號到達芯片輸出端，從而實現(xiàn)了多路信號的單路選通。 上位機在得出測量溫度值并對溫度值進行判定：若溫度值高于限定溫度值，則發(fā)送指令，使加熱器控制電路開啟加熱器；若溫度值 低于限定溫度值，則發(fā)送指令，使制冷電路開啟液氮回路。測量范圍廣 ,常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可連續(xù)測量 ,某些特殊熱電偶最低可測到 269℃ (如金鐵鎳鉻 ）， 最高可達 +2800℃ (如鎢 錸 )。對應(yīng)一定材質(zhì) ,其兩端的溫度與熱電勢間有固定的函數(shù)關(guān)系 ,利用這個關(guān)系就可以測出溫度值來。 熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題： 一是 熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 二是 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小， 當(dāng)熱電偶的材料是均勻時 ， 與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 兩端的溫差有關(guān) 。其中 S、 R、 B 屬于貴金屬熱電偶， N、 K、 E、 J、 T 屬于廉金屬熱電偶。熱 電偶 測溫 的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時，回路中會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢 ——熱電動勢，這就是所謂的 塞貝克效應(yīng) (Seebeck effect）。 第三章 描述了控溫器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，詳細說明了各主要部分的功能。海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實驗部的哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 李建海等設(shè)計了一種上位機監(jiān)控采用組態(tài)軟件，下位機采用西門子 PLC 的電路智能溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能控制、多控制功能為一體的綜合控制系統(tǒng)。前者稱為模擬 PID 調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。對人造地球衛(wèi)星的控制促進了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，最優(yōu)控制被用于去尋找非線性動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)軌跡。隨后， PID 控制器就以其結(jié)構(gòu)簡單、對模型誤差具有魯棒性以及易于操作等特點，在大多 數(shù)控制過程中能夠獲得滿意的控制性能，到了 20 世紀(jì) 40 年代就已在過程控制中得到了廣泛的哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 應(yīng)用。在溫度測量時，不同實驗條件對要選用的溫度傳感器提出了不同要求。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的 基本單位 。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由 熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成。 Temperature controller。對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。究其原因是熱電偶的微小信號受到了周圍電磁信號的干擾導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。借助于模擬計算機的幫助，能較為方便的檢測時域響應(yīng)指標(biāo)。 在控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，由于 PID 控制算法簡單、可靠性高等特點，它在工業(yè)過程控制中仍然占有主導(dǎo)地位。這種發(fā)生器需要將其精度控制在177。 本 設(shè)計技術(shù)指標(biāo) 溫度控制范圍： 0℃ ~150℃ 溫度穩(wěn)定性：達到 ℃ 系統(tǒng)最小分度： 1℃ 溫度控制靜態(tài)誤差：不超過 ℃ 模擬輸入量： 16路 精度： ％ t 響應(yīng)時間： 20μs 產(chǎn)生的電動勢： 41μV/℃ 本文主要研究內(nèi)容 本文以熱電偶作為感溫元件，設(shè)計了一個溫度控制器，實現(xiàn)了溫度的測量與調(diào)節(jié)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2章 熱電偶測量溫度原理 熱電偶控溫器的主要核心元件就是熱電偶傳感器，本章主要闡述熱電偶的分類及測量原理。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。 熱電效應(yīng)與熱電勢 所謂熱電效應(yīng) （ thermoelectric effect） ，是當(dāng)受熱物體中的電子，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動時，所產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。任意兩種材質(zhì)不同的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 首尾連接成閉合回路，只要兩接點 T1 和 T2 的溫度不同 ,就會產(chǎn)生熱電勢，電流，熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。當(dāng)冷端溫度升高時，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢將減小，兒此時串聯(lián)電橋中的熱電阻阻 值A(chǔ) B T1 T2 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 會增大，是電橋兩端電壓升高，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢歲溫度變化而變化的量相等，整個熱電阻測量回路的總輸出電壓正好真是反映了所測量的測量值。 控溫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在熱電偶控溫器的控溫過程中，必須首先對由溫差產(chǎn)生的熱電動勢信號進行一系列處理。比較實用的方法是在各路信 號放大后通過一個選通器選擇其中一路信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換處理，處理完成后再選通處理下一路。我們 采用 16位的AD7715芯片來實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換功能，其中 AD780提供 高精基準(zhǔn)電壓。 AT89S52 的引腳如下圖 34 所示 。對 P0 端口寫 “1”時， 引腳 用作高阻抗輸入。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。并行通信則是數(shù)據(jù)的各位在多條并行 1 位寬的傳輸線上同時傳送。數(shù)據(jù)可以從設(shè)備 A 傳送到設(shè)備 B，反之亦然。顯然，為了實現(xiàn)雙工傳輸，兩個 傳輸方向的資源必須完全獨立，即 A 和 B 必須具有獨立的接受器和發(fā)送器。 在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送 驅(qū)動器 比 RS232 更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收 節(jié)點 ，最多可接 10 個節(jié)點。 RS422 需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 RS485 采用差分信號負邏輯， +～ +6V 表示 “0”， 6V～ 表示 “1”。 由于 PC 機默認(rèn)的只帶有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC上位機 的 RS485 電路： RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路將 PC 機串口 RS232 信號轉(zhuǎn)換成 RS485 信號，對于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。 下圖是 PID 自動控制電路 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 圖 310 PID 自動控制電路 PID 調(diào)節(jié)的溫度控制系統(tǒng)的框圖如圖 311 所示 。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很 多 ， 設(shè)計 采用 PID 歸一整定法把對控制臺三個參數(shù) (K、 T、 T )轉(zhuǎn)換為哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 一個參數(shù) ， 使問題明顯簡化 。 此外，本章還對電磁干擾源的分類做了簡單說明，最后討論并設(shè)計了幾種常用的抗電磁干擾的方法。數(shù)字信號處理的內(nèi)容包括數(shù)字濾波和插值法求解溫度值。例如，若控溫范圍為某一溫度值如 50℃177。為此，本設(shè)計中采用線性插值法相結(jié)合的方法來求解溫度值。經(jīng)典濾波器就是假定輸入信號 x(n)中的有用成分和希望濾除成分分別位于不同的頻帶，因而我們通過一個線性系統(tǒng)就可以對噪聲進行濾除，如果噪聲和信號的頻 然后求其平均值，這種方法可以有效的消除 周期性的干擾。 滑動濾波法是從一階低通濾波法推廣過來的，原理是信號不會出現(xiàn)突變，這種方法也有其局限性，所有的信號的突變都看作干擾。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應(yīng)用背景。 而其缺點是： ，這對復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 結(jié)論 本文通過對熱電偶測量溫度的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)原理出發(fā)，以單片機AT89S52 芯片為核心元件，設(shè)計了測溫控溫電路，討論了控溫系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及流程，在抗電磁干擾方面，也做了 詳細的闡述與說明。 ，使得操作人員易于使用自然語言自然語言進行人機對話。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。來自線現(xiàn)場的的往往是 420mA信號，它的變化一般比較緩慢，而干擾一般帶有突發(fā)性的特點，變化頻率較高，而低通濾波器就可以濾除這種干擾，這就是低通濾波的原理。 數(shù)字濾波 數(shù)字 濾波 （ digital filtering） 是指 用數(shù)字設(shè)備，通過一定的算法，對信號進行處理，將某個頻段的信號進行濾除，得到新的信號的這一過程。所謂查表法是指事先根據(jù)熱電偶的溫度特性，制作相應(yīng)的溫度 — 熱電勢關(guān)系表格，在軟件設(shè)計時將該表格事先存入內(nèi)存中供實時查表使用?？販胤秶菧囟缺O(jiān)控必須要達到的溫度范圍。放大后的信號在 A/D 轉(zhuǎn)換芯片對模擬小信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后存入中央處理器。 PID 算法 的程序設(shè)計 PID控制程序如下 : PI： MOV A， 29H ； e(n) CLR C SUBB A， 2AH ； e(n)e(n1) MOV B， 25H ； KP LCALL MULTS ； KP [e(n)e(n1)] MOV R4， A MOV R3， B ；暫存于 R3R4 MOV A， 29H ； e(n) MOV A， 26H ； KI LCALL MULTS