【正文】 Teb ?? , ?/2 1 Teb ??? , 則有 )1()1()1()()( 2110 Lkubkubkeakeaku ???????? （ 46） 式中 )(ke —— 第 k 次采樣時的偏差； )1( ?ke —— 第 1?k 次采樣時的偏差； )1( ?ku —— 第 1?k 次采樣時的偏差； 本生物培養(yǎng)液溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字 PID 算法由軟件實現(xiàn)，增量 PID 控制算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。則增量式 PID 控制算法為：)]2()1(2)([ )()1()([)(u ????? ????? kekekekd kki ekekekpk (2)當 | e(k)|≥ M 時，用 PD 控制。 (4)溫度控制。A/D 端口地址 LEDBUF EQU 30H 。A/D 255 SETTEMP EQU 50H 。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖 18 所示。采用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms。 邏輯 0 電平 規(guī)定 為 +5~+15V之間 ，邏輯 1是電平為 5 ~15V 之間。即在 向 RS232串 口 發(fā)送 命令 信號，應 答 信號及數(shù)據(jù)信號時，是一 幀 一 幀 地發(fā)送的。 ③ 數(shù)據(jù) 幀：當 PC讀數(shù)據(jù)時， AT89C51向 PC發(fā)送的 內(nèi)含 數(shù)據(jù)信 息 的信號。 長度 (1Byte): 一 次命令 所轉(zhuǎn)輸?shù)?數(shù)據(jù) 長度。 ④ 正 響 應 幀 幀頭 標 志 幀 類 型 空 校驗字 幀尾 標 志 空無 意 義 :為了 PIC16F877A編 程的方 便 而 加入。還有，這次設計深化了我對 PID 控制技術(shù)的理解，特別是改進算法，同時提高了我獨立思考問題，解決問題的習慣與能力。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 44 頁 共 52 頁 7 附錄 本設計使用的單片機程序 include include sbit ST=P2^0。 unsigned char SavedDat[6]。 TMOD=0x02。//啟動轉(zhuǎn)換 _nop_()。 _nop_()。 // channel=ChannelSel。break。break。 P3=SavedDat[Channel]。break。 //掃描第 2 列鍵 switch(KEY) { case 0xde:t。break。 } ReadDat()。 ChannelSelB=1。 ChannelSelB=0。 _nop_()。 OE=0。 _nop_()。 ET0=1。 //列掃描控制字 uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}。同時，他還提供給我們專門的各種設備及場所，在調(diào)試過程中能夠有充足的時間。在接收 端， 分 幀 的數(shù)據(jù) 去掉幀頭重新組合 到接收 緩沖區(qū) 中，交給應用程序處 理 。 數(shù)據(jù) 區(qū) :所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)信 息。 器件地 址 (1Byte): PC所 要訪 問的 外部 器件的地 址 即是 哪 一 個外部 器件。 通信協(xié)議說明 (1)信號 幀 分類 ① 讀 命令幀：當 PC讀數(shù)據(jù)時， PC向 AT89C51發(fā)送的 命令 信號。采用這種通信協(xié)議較 雙 方 互 為 主 控者時簡單。這樣即可以實現(xiàn)預定的任務，又可以簡化電路設計節(jié)約了成本。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務是要檢測有沒有鍵按下，按下的是哪個鍵，鍵值多少？在本次設計中采用了軟件掃描的方法。 啟動 ADC0809 的工作過程是：先送通道號地址到 ADDA， ADDB， ADDC，由 ALE 信號鎖存通 道號地址，后讓 ATART 有效，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一道“ MOVX DPTR,A”指令產(chǎn)生 WR信號，使 ALE， ATART 有效，鎖存通道號并啟動 A/D 轉(zhuǎn)換， A/D轉(zhuǎn)換完畢后， EOC 端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。溫度設定上限 第 35 頁 共 52 頁 LOWTEMP EQU 21 。 程序初始化 程序初始化部分根據(jù)系統(tǒng)硬件原理圖及設計要求 對單片機系統(tǒng)進行系統(tǒng)資源分配、參數(shù)的設置以及定義。 (3)溫度檢測及溫度值變換。偏差小，說明系統(tǒng)溫度已經(jīng)接近設定值，此時加入了積分作用，可以消除系統(tǒng)靜差，保證系 統(tǒng)的控制精度。其中數(shù)字控制器的功能由單片機實現(xiàn)?！?1”， 5~15V；邏輯“ 0” +5~ +15V 。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。當然時間可以也設得短一些，比如 5ms或 1ms 也可以。因此，本系統(tǒng)采用了四位共陽極的ＬＥＤ七段數(shù)碼管。使列線從低位至高位逐位變低電平輸出，每次均讀入行線的 狀態(tài)，以確定那條列線為 “0” 狀態(tài)。 單片微機在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。 鍵盤接口的工作原理鍵盤可分為兩類：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 22 頁 共 52 頁 圖 11 報警電路 鍵盤電路 在過程控制和智能化儀表中，通常是用單片微機進行實時控制和數(shù)據(jù)處理的，為實現(xiàn)人機對話，鍵盤是個必不可少的功能配置。在 檢測到的溫度比設定的溫度偏低時， 管腳輸出高電平，從而 NPN管道通，驅(qū)動繼電器啟動，從而為半導體制冷片通電是培養(yǎng)液達到制冷的目的。其優(yōu)點是 是無運動部件，可靠性也比較高 ，且無污染。電路正常工作時，過電流繼電器不 會 動作，當電路電流超過某一整定值時，過電流繼電器吸合，對電路起過電流保護。中間繼電器也是一種電壓繼電器，是控制電路使用最多的繼電器，它的觸點對數(shù)多、觸點容量較大、動作靈敏度較高?？刂评^電器種類繁多。 變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信號放大以便轉(zhuǎn)送或啟動控制元件。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A，B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。因此，本系統(tǒng)選用 ADC0809 作為 ADC，來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 177。 177。 177。 177。 ℃ TA=?10℃ 177。 目前，已有兩種型號的 LM35 可以提供使用。 即： VoutLM35(T)=10mv/176。通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。 按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關量的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 AT89C51 的 RST 引腳為復位端，該引腳連續(xù)保持 2個機器周期以上高電平，則可使單片機復位。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時 鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET； /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 6 頁 共 52 頁 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一 些控制信號。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P0 口 ： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 128 8位內(nèi)部 RAM 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。顯示部分則用來顯示生物培養(yǎng)液微的溫度以及設定時設置的溫度值。 方案三：單片機與高精度溫度傳感器結(jié)合的方式。正常情況下，系統(tǒng)投入自動。由于傳感器能將各種物理量、化學量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，使得人們可以利用計算機實現(xiàn)自動測量、信息處理和自動 控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。溫度控制范圍為 15 ～ 25，升溫、降溫階段的溫度控制精度要求為 度，保溫階段溫度控制精度為 度 。這種方案的優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實現(xiàn)復雜的測量與與控制，操作方便；缺點是調(diào)試過程復雜，成本較高。半導體制冷片用來降溫，高阻抗加熱絲用來加溫。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。三級程序存儲器鎖定 第 5 頁 共 52 頁 GND：接地。 P2口 ： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時 ，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一 個 ALE 脈沖。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應不接。 結(jié)構(gòu)特點 ： 8位 CPU； 片內(nèi)振蕩器和 時鐘電路 ； 32 根 I/O 線； 外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K； 2 個 16 位的 定時器 /計數(shù)器； 5 個 中斷源 ，兩個 中斷優(yōu)先級 ； 全雙工 串行口 ； 布爾處理器； 圖 2 （ 1）復位使單片機處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運行。目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：１、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、 流量、氣體成份等傳感器２、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。最常用的標準輸入信號 分為 階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。C，輸出電壓增加 10mV。這么小的電流也使得該芯片在某些應用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準。 177。 ℃ 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設計 第 12 頁 共 52 頁 TA=TMIN 177。 ℃ Sensor Gain傳感器增益(Average Slope)平均斜率 TMIN≤TA≤TMAX + +, + + mV/℃ + + Load Regulation 負載調(diào)節(jié) (注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ 177。 mV/mA Line Regulation 線路調(diào)整（ 注3) TA=+25℃ 177。 mV/V Quiescent Current 靜態(tài)電流 (注 9) VS=+5V, +25℃ 56 67 56 67 μA VS=+5V 105 131 91 114 μA VS=+30V, +25℃ 68 68 μA VS=+30V 133 116 μA Change of Quiescent Current 變化靜態(tài)電流 (注3) 4V≤VS≤30V, +25℃ μA 4V≤VS≤30V μA 第 13 頁 共 52 頁 Temperature Coefficient of Quiescent Current 靜態(tài)電流 /溫度系數(shù) + + + + μA/℃ Minimum Temperature for Rated Accuracy 最低溫度 額定精度 In circuit of Figure 1,IL=0 + + + + ℃ Long Term Stability 長期穩(wěn)定性 T J=TMAX,for 1000 hours 177。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差在 攝氏度范圍內(nèi)，采用8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， ADC0809 其最大量化誤差為 1 攝氏度，能夠滿足精度要求。 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高