【正文】 （）這時，y 即可滿足式()，式()即是算術(shù)平均值法的算式。因此，應(yīng)按具體情況選取 N，如對流量的測量，可取 N=8到 16:對壓力的測量，可取 N=4 等。對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速率較高的實時系統(tǒng)，該方法是無法使用的。一個N 項加權(quán)平均式為式中 C0、C ..…、C n1:均為常數(shù)項，應(yīng)滿足下列關(guān)系： 101niiC??????101niixnY）45式中 C0、C C …、C nl為各此采樣值的系數(shù)，可根據(jù)具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。為此，可采取先對平均值法的 N 個數(shù)據(jù)進行比較，并按大小順序排隊后，除掉其中最大值和最小值，然后計算余下的 N2 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，這種方法即可濾去脈沖干擾又可濾除小的隨機干擾。限幅濾波:所謂限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進行相減，求出其增量，然后有兩次采樣允許的最大差值進行比較，如果小于或等于△x，則取本次采樣值。 |x3xl|△x，則(x2+x3)/2 輸入計算機。需要說明的是，數(shù)字濾波固然是消除微機控制系統(tǒng)干擾的好方法，但一定要注意，并不是在任何一個系統(tǒng)種都需要進行數(shù)字濾波。其電阻爐的功能是對溫度進行自動控制。）48致 謝在這畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我要向我的指導(dǎo)教師謝慕君老師表示由衷的感謝。）49參 考 文 獻[1] 胡漢才編著. 單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計[J]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2022[2] 白文峰, 李霄燕編著. 自動控制原理[J。由于本人的水平有限，在設(shè)計中存在很多不足之處，比如在各個電路的選擇和方案的選擇上，沒有達到最理想的要求。三次取樣值分別放在 2CH，2DH， 2EH 中，取中間值放在累加器 A 中，同時也轉(zhuǎn)存在 2AH 單元內(nèi)，以備進行溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換用。而對于變化較快的脈沖參數(shù)，則可選用算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波方法，而且加權(quán)平均濾波方法比算術(shù)平均方法更好 [22]。| x2x1|△x，則 x2 不采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次，得 x3。若小于此偏差值，則表明本次采樣信號有效，可作為本次采樣值。干擾通常只影響個別采樣點數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點數(shù)據(jù)相差比較大。上面介紹的這兩種平均值方法，都是采用算術(shù)平均的方法，在這種方法中，對于 N 次內(nèi)的所有采樣值，在其結(jié)果中的比重是相等的。采用定點數(shù)可加快計算速度，但是必須考慮累加時是否會產(chǎn)生溢出，如數(shù)據(jù)為 14 為的二進制定點數(shù)，可采用雙字節(jié)運算，但當(dāng) N4時就可能產(chǎn)生溢出。當(dāng) N 較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結(jié)果 y 的影響小。（4）數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強的特點。噪音有兩大類:一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機性的。下面對數(shù)據(jù)的處理加以說明:。在用計算機實現(xiàn) PID 控制時，不僅僅是簡單地把 PID 控制規(guī)律數(shù)字化，而是與計算機的變成靈活性以及邏輯判斷功能結(jié)合起來，使 PID 控制得到改進和完善，更加有效方便、靈活多樣。所謂的動態(tài)顯示就是指各LED 輪流地一遍遍的顯示各自的字符，由于時間非常短，視覺上是各個 LED 燈在）33顯示不同的字符。在本設(shè)計中采用:顯示部分選用共陰極八段數(shù)碼管顯示溫度，八段中每個都是一個發(fā)光二極管 LED，LED 管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。CE CSR/ 12/8A0 工作狀態(tài)0 X X X X 禁止X 1 X X X 禁止1 0 0 X 0 啟動 12 位轉(zhuǎn)換1 0 0 X 1 啟動 8 位轉(zhuǎn)換1 0 1 接 1 腳（+5V） X 12 位并行輸出有效1 0 1 接地 0 高 8 位并行輸出有效1 0 1 接地 1 低 4 位加上尾隨 4 個 0 有效）29 后向通道的設(shè)計后向通道是指單片機把處理后的數(shù)字量進行傳遞輸出控制和調(diào)節(jié)的通道。 　12／ ：數(shù)據(jù)輸出方式控制信號。? AD574A 有兩個模擬輸入端，分別用于不同的電壓范圍。數(shù)字芯片則包括高性能比較器、逐次比較邏輯寄存器、時鐘電路、邏輯控制電路以及三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等 [1]。時鐘電路XTAL1 和 XTAL2 各為內(nèi)部放大器的輸入和輸出端，這個放大器可被配置為一個片內(nèi)振蕩器，如下圖 32 所示：圖 32 時鐘電路 選用了 6MHz 的晶振作為 8051 的時鐘電路，電容 C1=C2=30pF177。4．集成度高8051 單片機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更塊。特別用于像鍵盤、顯示終端一類外部設(shè)備，因為有時需要把鍵盤上輸入的編碼信號通過 A 口送給 CPU，有時又需要把數(shù)據(jù)通過 A口送給終端顯示 [20]。 的三種工作方式(1)方式 0方式 0 是一種基本的輸入/輸出工作方式。1)PA 口：一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PA7～PA0：A 口輸入/輸出線。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器公共極電位只需一個 I/O 口(稱為掃描口)，控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個 8 位口(稱為段數(shù)據(jù)口)。三位顯示器的接口邏輯。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號配合起來比做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置，本系統(tǒng)需要十六鍵鍵盤，矩陣式鍵盤滿足要求，所以采用矩陣式鍵盤作為輸入電路，采用 8255 芯片進行擴展。一個 33 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個有 9 個按鍵的鍵盤。如果讓所有的列線處于低電平，很明顯，按鍵所在行電平將被接成低電平，根據(jù)此行電平的變化，便能判定此行一定有鍵被按下。行線通過上拉電阻接到+5V 上。 獨立式按鍵接口獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。 采用雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433MC14433 是采用一路模擬量輸入，輸出為 3 位的轉(zhuǎn)換器，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，外接元件少，抗干擾能力強，精度稍高，但又因它的轉(zhuǎn)換速度慢，約為 200mS，而本系統(tǒng)中要求對溫度的控制速度要快，因此不予采用。他有兩個輸入端，輸入級又稱前置級，它是一個雙端輸入的高性能差分放大電路。而 Ui 變化經(jīng)過 Ur 時，比較器的輸出將從一個）11電壓跳變到另一個電平，因此電壓比較器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，即只有高電平和低電平的兩種狀態(tài)的離散信號，所以還可以作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路，但是電壓比較器的失調(diào)電壓和集成運放相比較大，共模抑制比小，計算相對麻煩不簡便，所以不予采用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 t0≠0℃時對測溫的影響。 1．熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A 和 B 的兩個執(zhí)著點之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。集成電路溫度傳感器的工作范圍是50℃ ～+150℃，低于設(shè)計要求，不予采用。熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 21 控制原理圖 單片機的選擇 在大學(xué)期間我們主要學(xué)習(xí)了 8031 和 8051 兩種單片機，他們都是 MCS51 系列單片機的代表產(chǎn)品，因為 8031 單片機片內(nèi)無程序存儲器，在使用時需要外部加擴展，而 8051 片內(nèi)有 4KB 的程序存儲器，無須外部擴展，電路設(shè)計也更簡單，所以設(shè)計選擇了 8051 單片機。圖 21 為電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖，控制過程是這樣的:單片機定時對爐溫進行檢測，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字量，再送到微機進行判斷和運算，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱功率，從而實現(xiàn)對溫度的控制。)簡單方便，大大減輕運行工人的勞動強度，而且能降低電耗(本系統(tǒng)電耗降低 10%以上)，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，使電阻爐的溫度控制提高到一個新的水平。 隨著計算機運算速度的大幅度提高和存儲信息的大量增加，PID 調(diào)節(jié)在工業(yè)過程控制、航空航天領(lǐng)域內(nèi)將得到廣泛的應(yīng)用，因此研究 PID 控制具有較高的工程實踐意義，具有廣泛的應(yīng)用前景 [13]。因此，用數(shù)字 PID 完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，而且可以得到比較滿意的效果。硬件電路選用 8051 單片機，軟件程序采用中斷查詢方式。如果查詢表構(gòu)造得不合理或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會導(dǎo)致振蕩現(xiàn)象。假如某系統(tǒng)可由一組線性微分方程很好地加以描述，那么也就沒必要使用模糊控制了。電阻爐是一類量大而廣的工業(yè)設(shè)備，利用單片機實現(xiàn)爐內(nèi)溫度的實時控制、數(shù)字顯示，對于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源等都有著積極意義。隨著電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和機械、電子和食品等工業(yè)的發(fā)展，電阻爐的比重和功能亦將不斷增加。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。本文將應(yīng)用目前性能價格比較高的 8051 單片機，對電阻爐進行溫度控制。反過來也就是說，模糊控制也并非是一味放之任何系統(tǒng)均有效的“萬應(yīng)藥” 。）3。 PID 控制算法本文對工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)電阻爐爐溫進行研究，設(shè)計了硬件電路和軟件程序。雖然計算機控制是離散的，但對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化。在這種情況下，采用常規(guī) PID 調(diào)節(jié)器，三個參數(shù)的整定比較困難，為此本文提出了采用歸一參數(shù)整定法，即只整定一個參數(shù)，這樣減少了許多工作量，提高了工作效率，為實現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便。1℃。1℃3. 保溫精度：℃第 2 章 方案論證系統(tǒng)的組成及工作原理：溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，如冶金、機械、食品、化工各類專業(yè)中廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對工件的處理溫度要求嚴格控制。系統(tǒng)的測量值和所有設(shè)定參數(shù)均由 LED 數(shù)碼管直接顯示，讀數(shù)清晰，直觀。 熱電阻熱電阻材料一般有兩類：貴金屬和非金屬。由于感溫元件與全部其他電器都集中在一個小芯片，所以傳感器的功耗及自然效應(yīng)，以及在工作溫度范圍內(nèi)電路元件的熱穩(wěn)定性，是影響這種傳感器性能的主要因素。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。必須指出，熱電偶補償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。 電壓比較器方案電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 和一個參iU考電壓 進行比較，在 和 兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個rUirUir不同的電平，即高電平和低電平。集成運放電路由四部分組成，包括輸入級，中間級，輸出級和偏置電路。雖然 V/F 轉(zhuǎn)換器有以上的優(yōu)點,但是 V/F 轉(zhuǎn)換器的外部接線比較復(fù)雜,本系統(tǒng)的應(yīng)用是在實際的工廠中,環(huán)境比較復(fù)雜,各種干擾比較多,所以為了保持測量的精度,本系統(tǒng)不采用 V/F 轉(zhuǎn)換器作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。鍵盤是由若干個按鍵組成的矩陣開關(guān)，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機對話 [5]。44 的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 22 所示，按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。 ）14t0 t1t2t3 t4圖 22 鍵盤結(jié)構(gòu)當(dāng) 3 號鍵按下時，與 3 號鍵相連的行線電平將由與此鍵相連的列線電平?jīng)Q定，而行線電平在無按鍵按下時處與高電平狀態(tài)。為了保證 CPU 對一次按鍵動作只確認一次按鍵有效，在軟件中必須設(shè)置去除抖動，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵的狀態(tài)，并判斷出健由閉合到釋放時，再作鍵輸入處理矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點上。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。如圖 24 所示。這種顯示方式每一位都需要有一個 8位輸出口控制。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。WVCC：+5V 電源。都可以選擇作為輸入輸出工作模式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有些差異。⑷讀/寫控制邏輯電路）20讀/寫控制邏輯電路接收 CPU 發(fā)來的控制信號 、 、RESET、地址信號RDWA1～A0 等，然后根據(jù)控制信號的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出，送往 CPU，或者將 CPU送來的數(shù)據(jù)寫入端口。(3)方式 2方式 2 只有 A 口才能設(shè)定。8051 中集成了完善的各種中斷源，用戶可十分方便地控制和使用其功能，使得它的應(yīng)用范圍加大，可以說它可以滿足絕大部分的應(yīng)用場合。下面是 8051 單片機的外圍復(fù)位電路，兩個電阻值 RR2 均為 10KΩ, 電容 C 容量為22μF。 ）26溫度/℃20010001002003004005006007008009001000K 型熱電偶/mv0圖 35 K 型熱電偶產(chǎn)生的對于基準點冷端的溫差電勢 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路AD574A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能AD574A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由模擬芯片和數(shù)字芯片二片混合集成，其中模擬芯片就是該公司生產(chǎn)的 AD565A 型快速 12 位單片集成 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片。10V。當(dāng)為低電 平時，啟動 A／D 轉(zhuǎn)換；當(dāng)為高電平時，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。這里不管 AD574A