【正文】 ； KI e(n) ADD A， R4 MOV R4， A MOV A， B ADDC A， R3 MOV R3， A ； R3R4= KP [e(n)e(n1)]+ KI e(n) RET MULTS： CLR F0 ；置 e(n)符號(hào)標(biāo)志位 正 JNB ， MUL1 SETB F0 ；置 e(n)符號(hào)標(biāo) 志位 負(fù) CPL A INC A ；取絕對(duì)值 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 MUL1： MUL AB JNB F0， MUL2 CPL A ADD A， 1 MOV R2， A MOV A， B CPL A ADDC A， 0 MOV B， A MOV A， R2 ；還原為補(bǔ)碼 MUL2： RET 本章小結(jié) 本章首先描述了控溫器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然都詳細(xì)設(shè)計(jì)了各主要部分的功能。 PID 控制就是對(duì)偏差信 號(hào)進(jìn)行 比例 ， 積分 ， 微分運(yùn)算后 ， 形成一種控制規(guī)律即控制器的輸出為 ： 或者表示為傳遞函數(shù)形式： K 為比例系數(shù) ， 為積分時(shí)間常數(shù) ， T 為微分時(shí)間常數(shù)。 PID 電路 PID 是相當(dāng)于一個(gè)放 大倍數(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié) 放大器，動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)低，而靜態(tài)時(shí)放大倍數(shù)高 。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。最初是數(shù)據(jù) 模擬信號(hào) 輸出簡單過程量，后來儀表接口是 RS232 接口 ，這種接口可以實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。 RS422 標(biāo)準(zhǔn)全稱是 “平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性 ”，它定義了接口電路的特性。 RS 是 英文 “推薦標(biāo)準(zhǔn) ”的縮寫， 232 為標(biāo)識(shí)號(hào)， C 表示修改次數(shù)。 A、 B 均可以既是發(fā)送器，又是接收器，兩者之間有兩根傳輸線。數(shù)據(jù)只能由 A 傳送到 B。 P3 口 亦作為 AT89S52 特殊功能在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些 控制信 號(hào)。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 表 32 AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。如果在設(shè)計(jì)中的熱電偶路數(shù)多余 16 路，就需要 用到信號(hào)的二次選通電路，可以將 n 個(gè)HI546 的輸入端接入待選通的各信號(hào)端并將這 n 個(gè) HI546 芯片的輸出作為下一級(jí) HI546 芯片的輸入，即可實(shí)現(xiàn)最多 n 16 路信號(hào)的選通。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。 本章小結(jié) 本章先對(duì)各型號(hào)熱電偶傳感器做了簡單介紹， 并說明了為什么要選用K 型熱電偶 作為測溫元件， 接著討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，然后詳細(xì)闡釋了熱電偶測溫的基本原理并給出了熱電偶測溫原理示意圖，最后討論了熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ约盁犭娕紲y溫的優(yōu)缺點(diǎn)。 電橋補(bǔ)償法通常采用在冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電橋。組成熱電偶的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極 ,被焊接的一端插入測溫場所，稱為工作端 ,另一端稱冷端。 因此我們選用 K 型熱電偶作為測溫元件。 熱電偶實(shí)體圖如下圖 21 所示。 第四章對(duì)熱電偶控溫系統(tǒng)的軟件 進(jìn)行 了總體設(shè)計(jì)，運(yùn)用查表法和插值法相結(jié)合的方法求解環(huán)境溫度，采用模糊控制法對(duì)監(jiān)控點(diǎn)溫度進(jìn)行控制。結(jié)果表明， PID 控制無論是在精度和控制性能方面都優(yōu)于 ONOFF 控制。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。因此進(jìn)入七十年代以后，魯棒性問題得到了人們更多的關(guān)注。這種經(jīng)典設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)一種反饋補(bǔ)償器，以獲得一定量的穩(wěn)定裕度，重點(diǎn)考慮了模型的不確定性，并利用反饋來減少系統(tǒng)對(duì)干擾和模型誤差的靈敏度。例如，在本研究所曾經(jīng)研制和使用的熱電偶測溫、控溫設(shè)備，總是存在抗電磁干擾能力差的問題。從 分子運(yùn)動(dòng)論 觀點(diǎn)看，溫度是物體分子運(yùn)動(dòng)平均 動(dòng)能 的標(biāo)志。 關(guān)鍵詞 熱電偶；冷端補(bǔ)償；控溫器；抗干擾 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III A Design of Thermocouple Based Temperature Controller Abstract Thermocouple (thermocouple) is a monly used temperature sensor temperature measurement instrument, It measure the temperature directly, and the temperature signal is converted into the thermal electromotive force shape of the thermocouple is not the same because the different needs. but their basic structure are roughly the same, and usually pose of a hot electrode, insulating sleeve tube protector and the junction box and other main parts . This research is about the research of an antidisturbed temperature controller with thermocouple as its thermal order to make the temperature controller work stably and reliably in a plicated electromagic environment,different methods are used in the design methods cover different stages of the design,including the design of the hardware circuit,the layout of the printed circuit board(PCB),and the software design. In the design of the hardware circuit,in order to improve the accuracy of the temperature controller,it’s necessary to do some work on the cold junction the thermocouple is usually work with its cold junc tion in the room temperature rather than in the standard of 0℃ .In the PCB design stage,three design hierarchies are used to make the temperature controller immune to the disturbance of the electromagic environment,these hierarchies include:powersupply,electric cable,and the printed circuit the software design,the digital filter is used to finally filter the disturb signal,and the Fuzzy algorithmic approach is used to realize the thermal control. Keywords Thermocouple。 為了達(dá)到提高測溫精度的目的，需要對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，以彌補(bǔ)熱電偶冷端處于室溫環(huán)境時(shí)造成的誤差；在 PCB 電路設(shè)計(jì)中，從電源、電纜、印制板三個(gè)層次對(duì)熱電偶控溫器進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)；在軟件設(shè)計(jì)過程中，利用數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)一步對(duì)干擾信號(hào)濾波處理、并用線性插值法求解溫度值，最后用模糊算法實(shí)現(xiàn)控溫器 對(duì)環(huán)境溫度的控制。目前國際上用得較多的其他 溫標(biāo) 有 華氏溫標(biāo) 、 攝氏溫標(biāo) 和 國際 實(shí)用溫標(biāo) 。 但是，在實(shí)驗(yàn)中總會(huì)遇到或多或少的問題。較為重要的是 Nyquist 和 Bode 在穩(wěn)定性理論上所取得的重要成就?，F(xiàn)代控制理論開始應(yīng)用于實(shí)際的過程控制，但這需要對(duì)過程對(duì)象建立精確的數(shù)學(xué)模型，所以實(shí)際上往往難以得到精確的數(shù)學(xué)模型。 采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè) PID 參數(shù)（即比例值、積分值、微分值）。 英國的 Hamid 等將 PID 控制器應(yīng)用到冰箱的溫度控制中，通過使用MATLAB/Simulink 軟件仿真和誤差分析圖的方式與傳統(tǒng)的 ONOFF 控制做了細(xì)致的比較。本章還進(jìn)行了熱電偶控溫器電磁兼容性哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)計(jì)。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表； 分度表 是自由端溫 度 在 0℃ 時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。 K 型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到 1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度， 考慮到 本設(shè)計(jì)的控溫范圍是 0℃到 500℃，并且 K 型熱電偶具有以下優(yōu)點(diǎn) ： (1)高溫廉金屬熱電偶，價(jià)格便宜，使用廣泛，年產(chǎn)量幾乎占全部金屬熱電偶的一半； (2)復(fù)現(xiàn)性好，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性； (3)熱電勢(shì)大，熱電勢(shì)率高， (4)抗氧化性能較好， 可在氧化性氣氛及空氣中長期使用 ； (5)產(chǎn)生的熱電勢(shì)較大，約為 41uV/℃，因而測溫精度相對(duì)較高。 熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料 (但符合一定要求 )的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 的任意一端焊接在一起就構(gòu)成了熱電偶。 熱電偶的冷端補(bǔ)償 由于熱電偶的材料一般都比較貴重 (特別是采用貴金屬時(shí) ),而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn) ,為了節(jié)省熱電偶材料 ,降低成本 ,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端 (自由端 )延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi) ,連接到儀表端子上。熱電偶測溫的缺點(diǎn)是 :熱電偶損耗比較大 ,增大了維護(hù)量 ,備件費(fèi)用消耗大；熱響應(yīng)有一定滯后。下面分別對(duì)這些電路進(jìn)行描述和設(shè)計(jì)。剩余的 4 路，為了防止輸入端引腳懸空引起的不確定因素，故將未用的 4 路輸入端做接地處理。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 AT89S52 各引腳功能如下表 32 所示 。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。即設(shè)備 A 只能作為發(fā)送器，設(shè)備 B只能作為接收器。不可能有 A、 B 同時(shí)作為發(fā)送器或者同時(shí)作為接收器的情況。 RS232 是 美國電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 實(shí)體圖如下圖 36 所示 圖 36 RS232 實(shí)體圖 TXD RXD 單片機(jī) RXD TXD 外設(shè) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 RS422 是在 RS232 以后發(fā)展起來的，比起 RS232 的非 平衡傳送方式上在電氣指標(biāo)上有了大幅度提高。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成 反比，在 100kb/s 速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng) 通信接口 。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍， RS485 收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。 1432T X DP 1 . 0R X DC 5 1 C 5