【正文】 Teb ?? , ?/2 1 Teb ??? , 則有 )1()1()1()()( 2110 Lkubkubkeakeaku ???????? （ 46） 式中 )(ke —— 第 k 次采樣時(shí)的偏差； )1( ?ke —— 第 1?k 次采樣時(shí)的偏差； )1( ?ku —— 第 1?k 次采樣時(shí)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(shí)現(xiàn)，增量 PID 控制算法的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快。則增量式 PID 控制算法為：)]2()1(2)([ )()1()([)(u ????? ????? kekekekd kki ekekekpk (2)當(dāng) | e(k)|≥ M 時(shí)，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(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過(guò)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(hào)，應(yīng) 答 信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，是一 幀 一 幀 地發(fā)送的。 ③ 數(shù)據(jù) 幀：當(dāng) PC讀數(shù)據(jù)時(shí)， AT89C51向 PC發(fā)送的 內(nèi)含 數(shù)據(jù)信 息 的信號(hào)。 長(zhǎng)度 (1Byte): 一 次命令 所轉(zhuǎn)輸?shù)?數(shù)據(jù) 長(zhǎng)度。 ④ 正 響 應(yīng) 幀 幀頭 標(biāo) 志 幀 類(lèi) 型 空 校驗(yàn)字 幀尾 標(biāo) 志 空無(wú) 意 義 :為了 PIC16F877A編 程的方 便 而 加入。還有，這次設(shè)計(jì)深化了我對(duì) PID 控制技術(shù)的理解，特別是改進(jìn)算法，同時(shí)提高了我獨(dú)立思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的習(xí)慣與能力。 基于單片機(jī)生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 44 頁(yè) 共 52 頁(yè) 7 附錄 本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)程序 include include sbit ST=P2^0。 unsigned char SavedDat[6]。 TMOD=0x02。//啟動(dòng)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(shí)，他還提供給我們專(zhuān)門(mén)的各種設(shè)備及場(chǎng)所，在調(diào)試過(guò)程中能夠有充足的時(shí)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(yīng)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(fǎng) 問(wèn)的 外部 器件的地 址 即是 哪 一 個(gè)外部 器件。 通信協(xié)議說(shuō)明 (1)信號(hào) 幀 分類(lèi) ① 讀 命令幀：當(dāng) PC讀數(shù)據(jù)時(shí)， PC向 AT89C51發(fā)送的 命令 信號(hào)。采用這種通信協(xié)議較 雙 方 互 為 主 控者時(shí)簡(jiǎn)單。這樣即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)，又可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)節(jié)約了成本。鍵盤(pán)接口與鍵盤(pán)程序的根本任務(wù)是要檢測(cè)有沒(méi)有鍵按下，按下的是哪個(gè)鍵，鍵值多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。 啟動(dòng) ADC0809 的工作過(guò)程是：先送通道號(hào)地址到 ADDA， ADDB， ADDC，由 ALE 信號(hào)鎖存通 道號(hào)地址，后讓 ATART 有效，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一道“ MOVX DPTR,A”指令產(chǎn)生 WR信號(hào)，使 ALE， ATART 有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， A/D轉(zhuǎn)換完畢后， EOC 端發(fā)出一正脈沖，申請(qǐng)中斷。溫度設(shè)定上限 第 35 頁(yè) 共 52 頁(yè) 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(shè)計(jì)要求 對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)資源分配、參數(shù)的設(shè)置以及定義。 (3)溫度檢測(cè)及溫度值變換。偏差小，說(shuō)明系統(tǒng)溫度已經(jīng)接近設(shè)定值，此時(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)?！?1”， 5~15V；邏輯“ 0” +5~ +15V 。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。當(dāng)然時(shí)間可以也設(shè)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(yáng)極的ＬＥＤ七段數(shù)碼管。使列線(xiàn)從低位至高位逐位變低電平輸出，每次均讀入行線(xiàn)的 狀態(tài)，以確定那條列線(xiàn)為 “0” 狀態(tài)。 單片微機(jī)在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，取決于鍵盤(pán)的工作方式。 鍵盤(pán)接口的工作原理鍵盤(pán)可分為兩類(lèi)：獨(dú)立式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)。 基于單片機(jī)生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 11 報(bào)警電路 鍵盤(pán)電路 在過(guò)程控制和智能化儀表中，通常是用單片微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理的，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，鍵盤(pán)是個(gè)必不可少的功能配置。在 檢測(cè)到的溫度比設(shè)定的溫度偏低時(shí)， 管腳輸出高電平，從而 NPN管道通，驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)，從而為半導(dǎo)體制冷片通電是培養(yǎng)液達(dá)到制冷的目的。其優(yōu)點(diǎn)是 是無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可靠性也比較高 ，且無(wú)污染。電路正常工作時(shí)，過(guò)電流繼電器不 會(huì) 動(dòng)作，當(dāng)電路電流超過(guò)某一整定值時(shí)，過(guò)電流繼電器吸合，對(duì)電路起過(guò)電流保護(hù)。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(diǎn)對(duì)數(shù)多、觸點(diǎn)容量較大、動(dòng)作靈敏度較高?？刂评^電器種類(lèi)繁多。 變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信號(hào)放大以便轉(zhuǎn)送或啟動(dòng)控制元件。當(dāng) ALE 線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A，B， C 三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 ALE 為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。因此，本系統(tǒng)選用 ADC0809 作為 ADC，來(lái)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 177。 177。 177。 177。 ℃ TA=?10℃ 177。 目前，已有兩種型號(hào)的 LM35 可以提供使用。 即： VoutLM35(T)=10mv/176。通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線(xiàn)而非直線(xiàn)。 按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)，可分為：輸出為開(kāi)關(guān)量的開(kāi)關(guān)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(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2個(gè)機(jī)器周期以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí) 鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET； /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） 基于單片機(jī)生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 52 頁(yè) /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一 些控制信號(hào)。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P0 口 ： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 128 8位內(nèi)部 RAM 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。顯示部分則用來(lái)顯示生物培養(yǎng)液微的溫度以及設(shè)定時(shí)設(shè)置的溫度值。 方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(dòng)。由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng) 控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線(xiàn)性等影響因素。因此，了解并掌握各類(lèi)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(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)量與與控制，操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)試過(guò)程復(fù)雜，成本較高。半導(dǎo)體制冷片用來(lái)降溫，高阻抗加熱絲用來(lái)加溫。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 第 5 頁(yè) 共 52 頁(yè) GND：接地。 P2口 ： P2口為一個(gè)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(gè)TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí) ，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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一 個(gè) ALE 脈沖。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ： 8位 CPU； 片內(nèi)振蕩器和 時(shí)鐘電路 ； 32 根 I/O 線(xiàn)； 外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K； 2 個(gè) 16 位的 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè) 中斷源 ，兩個(gè) 中斷優(yōu)先級(jí) ； 全雙工 串行口 ； 布爾處理器； 圖 2 （ 1）復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類(lèi)方法，但比較常用的有如下三種：１、按傳感器的物理量分類(lèi)，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(lèi)，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(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào) 分為 階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)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(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場(chǎng)合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無(wú)需校準(zhǔn)。 177。 ℃ 基于單片機(jī)生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 52 頁(yè) TA=TMIN 177。 ℃ Sensor Gain傳感器增益(Average Slope)平均斜率 TMIN≤TA≤TMAX + +, + + mV/℃ + + Load Regulation 負(fù)載調(diào)節(jié) (注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ 177。 mV/mA Line Regulation 線(xiàn)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(yè) 共 52 頁(yè) 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(zhǎng)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(mǎn)足精度要求。 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)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(hào)，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高