【正文】 波動(dòng)也太大了，如果堅(jiān)持用 PID 的話耐心調(diào)整參數(shù)會(huì)好的。而在微機(jī)控制系統(tǒng)中采用數(shù)字控制器，即用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) PID控制，因此要將模擬 PID 調(diào)節(jié)器離散化為數(shù)字 PID 控制算法。 積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。 PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法，它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種 PID 的變型，如 PI、 PD 控制及改進(jìn)的 PID 控制等。明確界定控制程序、核心算法程序、 I/O 程序、硬件初始化程序等之間的功能，以便于軟件調(diào)試與維護(hù)?；谏鲜隹紤]，我們認(rèn)為：在實(shí)際的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作中，要在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)上花費(fèi)較大的力氣。本設(shè)計(jì)用打印機(jī)打印兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度值，選擇的串行通信方式。 因此，在功耗不是很大的情況下，可以將 MAX232 的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用 。 ● 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。 編程掃描工作方式只有在 CPU 空閑時(shí)才調(diào)用鍵盤掃描子程序。而如果使用鍵盤，則電路中的 8 只 100ｋ Ω下拉電阻則不能省 略。 二．指令時(shí)序 （ 1） 純指令時(shí)序：微處理器發(fā)出 8個(gè) CLK 脈沖，向 HD7279A 傳送 8位指令。指令代碼為 A1H，其功能為將所有的顯示左移 1 位，移位后， 最右位空（無(wú)顯示），不改變消隱和閃爍屬性。 CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿 就 表示數(shù)據(jù)有效。 SA～ SG 分別為 LED 數(shù)碼管的 A段～ G段的輸出端。 CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿 可 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 表示 數(shù)據(jù)有效。 （ 3） 具有 (循環(huán) )左移 /(循環(huán) )右移指令 。 HD7279A 是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口。 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電 —— 光 —— 電轉(zhuǎn)換器件。對(duì)于一般 TTL 電路，如 54/7 54H/74H 和54S/74S 等系列的門輸出可直接驅(qū)動(dòng)，而對(duì) CMOS 電路邏輯信號(hào)則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動(dòng)器， SSR 通常都采用邏輯 1輸入驅(qū)動(dòng)。但在使用時(shí)考慮其應(yīng)用特性： （ 1）根據(jù) 產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。 固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器（ EMR）相比，是一種沒(méi)有 機(jī)械、不含運(yùn)動(dòng)零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同功能。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55℃ 的一個(gè)值。 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。但在 PCB設(shè)計(jì)時(shí)最好保留這個(gè)空位，以便以后升級(jí) AVR 內(nèi)的軟件。 圖 33 晶振電路設(shè)計(jì) (3)JTAG 仿真接口設(shè)計(jì) 仿真接口也是使用雙排 2＊ 5插座。即這部分不需要任何的外圍零件。 ● JTAG 仿真接口 。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。 在中斷和調(diào)用子程序時(shí)返回地址的程序計(jì)數(shù)器 (PC) 保存于堆棧之中。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的 FLASH。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D轉(zhuǎn)換器 的電源。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。 端口 B 也可以用做其他不同的特殊功能 。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò) ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于 AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 主控單元的設(shè)計(jì) ATmega16 單片機(jī)介紹 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 鍵盤顯示單元的論證 方案一 ： 采用 HD7279A HD7279A 是一種智能鍵盤和 LED專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時(shí) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 驅(qū)動(dòng) 8 位共陰極 數(shù)碼管或 64只獨(dú)立 LED。 （ 4）電磁干擾小 ， 固態(tài)繼電器沒(méi)有輸入 線圈 ，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。 綜上我選擇方案一。 AVR 單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無(wú)外加元器件即可工作，簡(jiǎn)單方便，成本又低。溫度的數(shù)據(jù)采集采用 DS18B20 采集，直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，不需要額外的 AD 轉(zhuǎn)換電路，完全滿足所需溫度數(shù)據(jù)精度?；谀：刂萍夹g(shù)的單片機(jī)控制的電熱水器 , 是對(duì)傳統(tǒng)的電熱水器開(kāi)關(guān)控制的改造 , 具有達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力 強(qiáng)、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)，將成為以后發(fā)展的主流。對(duì)于多變量、非線性和時(shí)變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和控 制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)加熱爐爐溫進(jìn)行測(cè)、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時(shí)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊口送至上位機(jī)進(jìn) 行顯示和控制。功率輸出部分采用 GTJ310A 固態(tài)繼電器，電路經(jīng)濟(jì)可靠，采用 PWM 控制可控性好精度高。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。設(shè)定精度 ℃ 、控溫精度 ℃ 、控溫范圍 30~100℃ 。 ........................... 28 ISP 的工作原理 ............................................ 29 ISP 的優(yōu)點(diǎn) ................................................ 29 ISP 端口 .................................................. 29 打印電路 ................................................. 30 第 4章 軟件設(shè)計(jì) .................................................... 31 PID 控制算法 .................................................. 32 PID 控制規(guī)律及其基本作用 .................................. 32 比例調(diào)節(jié)器（ P） .......................................... 33 比例積分調(diào)節(jié)器（ PI） ..................................... 33 比例積分微分調(diào)節(jié)器（ PID） ................................ 33 PWM 的控制方法 ................................................ 34 流程圖 ....................................................... 35 總 結(jié) .............................................................. 38 致 謝 .............................................................. 39 參考文獻(xiàn) ............................................................ 40 附錄 1............................................................... 42 附錄 2............................................................... 43 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第 1 章 概 述 課題研究目的和意義 溫度控制是無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過(guò) 低的溫度或過(guò)高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。 溫度控制系統(tǒng)的研 究 現(xiàn)狀 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度 控制器來(lái)講總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本美國(guó)德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距目前我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處 于 20世紀(jì) 80年代中后期水平成熟 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 產(chǎn)品主要以 “ 點(diǎn)位 ” 控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，即是說(shuō)適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少備。 模糊邏輯控制（ FLC）是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最廣的一個(gè)重要分支，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建立模型的問(wèn)題。 模糊控制比傳統(tǒng)的 PID 控制等方法 , 在強(qiáng)時(shí)變、大時(shí)滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流 (灌電流 )10～ 40mA， 可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SCR 或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。 89C51 工作頻率范圍最高只支持到 24M。 功率輸出單元的論證 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 方案一 ：采用固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）高壽命，高可靠 ， SSR 沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功 能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。從晶閘管的電路符號(hào) 可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極 G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。智能儀表。 ATmega16 有如下特點(diǎn) :16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的 定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門 狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 ATmega16 產(chǎn)品特性 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器 RISC 結(jié)構(gòu) 條指令 個(gè) 8 位通用工作寄存器 16MHz 時(shí)性能高達(dá) 16MIPS 器 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫壽命 : 10,000 次 。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。如果 JTAG 接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。 寄存器文件里有 6 個(gè)寄存器可以用作 3 個(gè) 16 位的間接尋址寄存器指針 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。 程序存儲(chǔ)器空間分為兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū) (Boot 區(qū) ) 和應(yīng)用程序區(qū)。 AVR 存儲(chǔ)器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基本的 AVR 硬件線路，包括以下幾部分： ● 復(fù)位線路 。 D3(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將 R1(10K)電阻短路，讓 C0 快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的 復(fù)位。不過(guò)為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。由于沒(méi)有外圍零件，故（ MOSI）、（ MISO）、（ SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受 ISP 的干擾。以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 測(cè)溫操作 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信