【正文】 波動也太大了，如果堅持用 PID 的話耐心調(diào)整參數(shù)會好的。而在微機控制系統(tǒng)中采用數(shù)字控制器，即用軟件來實現(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)點是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，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?；谏鲜隹紤]，我們認為：在實際的系統(tǒng)開發(fā)工作中，要在系統(tǒng)的軟件設(shè)計上花費較大的力氣。本設(shè)計用打印機打印兩個節(jié)點的溫度值，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 的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用 。 ● 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E及 ITU 推薦標準 。 該器件符合 TIA/EIA232F 標準，每一個接收器將 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．指令時序 （ 1） 純指令時序：微處理器發(fā)出 8個 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)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿 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)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿 可 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (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的一種電 —— 光 —— 電轉(zhuǎn)換器件。對于一般 TTL 電路，如 54/7 54H/74H 和54S/74S 等系列的門輸出可直接驅(qū)動，而對 CMOS 電路邏輯信號則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動器， SSR 通常都采用邏輯 1輸入驅(qū)動。但在使用時考慮其應(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，是一種沒有 機械、不含運動零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同功能。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。 ROM 中的 64 位序列號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 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。但在 PCB設(shè)計時最好保留這個空位，以便以后升級 AVR 內(nèi)的軟件。 圖 33 晶振電路設(shè)計 (3)JTAG 仿真接口設(shè)計 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)用子程序時返回地址的程序計數(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)和邏輯運算。程序存儲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，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 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 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于 AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 3 章 硬件設(shè)計 主控單元的設(shè)計 ATmega16 單片機介紹 ATmega16 是基于增強的 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 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 驅(qū)動 8 位共陰極 數(shù)碼管或 64只獨立 LED。 （ 4）電磁干擾小 ， 固態(tài)繼電器沒有輸入 線圈 ，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。 綜上我選擇方案一。 AVR 單片機可組成零外設(shè)元件單片機系統(tǒng)，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，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，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。基于模糊控制技術(shù)的單片機控制的電熱水器 , 是對傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)控制的改造 , 具有達到設(shè)定溫度的時間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力 強、節(jié)省電能等優(yōu)點，將成為以后發(fā)展的主流。對于多變量、非線性和時變的大系統(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)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(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合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度、節(jié)約能源，要求對加熱爐爐溫進行測、顯示、控制，使之達到工藝標準，以單片機為核心設(shè)計的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機進 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)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。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 ................................................ 29 ISP 端口 .................................................. 29 打印電路 ................................................. 30 第 4章 軟件設(shè)計 .................................................... 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 ............................................................ 40 附錄 1............................................................... 42 附錄 2............................................................... 43 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 第 1 章 概 述 課題研究目的和意義 溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過 低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費。 溫度控制系統(tǒng)的研 究 現(xiàn)狀 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度 控制器來講總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本美國德國等先進國家相比仍然有著較大的差距目前我國在這方面總體技術(shù)水平處 于 20世紀 80年代中后期水平成熟 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 產(chǎn)品主要以 “ 點位 ” 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)雜時變溫度系統(tǒng)控制，即是說適應(yīng)于較高控制場合的智能化自適應(yīng)控制儀表國內(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)理論建立模型的問題。 模糊控制比傳統(tǒng)的 PID 控制等方法 , 在強時變、大時滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢。 。工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流 (灌電流 )10～ 40mA， 可直接驅(qū)動可控硅SCR 或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動器件。 89C51 工作頻率范圍最高只支持到 24M。 功率輸出單元的論證 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 方案一 ：采用固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器的優(yōu)點： （ 1）高壽命，高可靠 ， SSR 沒有機械零部件，有固體器件完成觸點功 能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(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，可靠性高。從晶閘管的電路符號 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 :16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的 定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門 狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。 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 8 位通用工作寄存器 16MHz 時性能高達 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稱的驅(qū)動特性，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)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。 寄存器文件里有 6 個寄存器可以用作 3 個 16 位的間接尋址寄存器指針 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。 程序存儲器空間分為兩個區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū) (Boot 區(qū) ) 和應(yīng)用程序區(qū)。 AVR 存儲器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 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：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，將 R1(10K)電阻短路，讓 C0 快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的 復(fù)位。不過為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。由于沒有外圍零件，故（ MOSI）、（ MISO）、（ SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受 ISP 的干擾。以上特點使 DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 測溫操作 長春工業(yè)大學(xué)人文信