【正文】 2R 4 3R 4 2V C C8765V C CABG N DRR ED EDR 4 4R 4 5R 4 5R 4 8R 4 74 8 5 AV 1V 2V 3V 44 8 5 B 圖 39 RS485 串口通信 及外圍 電路 圖 溫度控制電路 由于本設(shè)計系統(tǒng)純滯后時間較小，故我們采用 PID（比例、積分、微分）控制算法來實現(xiàn)溫度的控制。 圖 312 溫度控制電路 PID 調(diào)節(jié)器控制原理 系統(tǒng)由 PID 控制器和被控對象組成。 由于電阻爐一般是屬于一階對象和滯后的一階對象，式中 Kp KD K1 的選擇取決于電熱絲的階躍響應(yīng)曲線和實際經(jīng)驗 ， 設(shè)計采用 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 Ziegler— Nichols 提出的 PID 歸一調(diào)整法 ， 調(diào)整參數(shù) ， 主要是減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，人為假定約束條件 ， 以減少獨立變量的個數(shù) ， 令 ：T1=， TD= 式中 TU 稱為臨界周期。確定了溫度控制范圍后，通過軟件控制選通電路，使第一路熱電信號處于選通狀態(tài)，即開始對第一路采集到的溫度信號電壓值進行信號調(diào)理放大處理。 系統(tǒng)初始化后，即開始確定控溫范圍。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 開 始設(shè) 置 控 溫范 圍信 號 采 樣A / D 轉(zhuǎn) 換單 片 機數(shù) 字 濾 波求 解 溫 度值信 號 選 通是 否 超出 范 圍數(shù) 據(jù) 顯 示數(shù) 據(jù) 儲 存是 否 結(jié)束結(jié) 束模 糊 控 制下 一 循 環(huán)溫 度 測 量是是否否 圖 41 控溫器軟件總體結(jié)圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 查表法和插值法相結(jié)合求解溫度值 在工程實踐中，通常采用查表法和線性插值法相結(jié)合的方法求解溫值。熱電勢是溫度函數(shù)的差，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，在冷端溫度固定的情況下，熱電勢和工作端的溫度關(guān)系呈現(xiàn)一定的正比例關(guān)系，但并不是完全線性的，因此不能利用線性函數(shù)求解溫度值，必須進行線性化處理 . 熱電勢是溫度函數(shù)的差，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，在冷端溫度固定的情況下，熱電勢和工作端的溫度關(guān)系呈現(xiàn)一定的正比例關(guān)系，但并不是完全線性的，因此不能利用線性函數(shù)求解溫度值，必須進行線性化處理。這種濾波方式相當(dāng)于使采集到的數(shù)據(jù)通過一次低通濾波器。 1974 年，英國的 首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功。 ，模糊控制器不必對被控制對象建立完整的數(shù)學(xué)模式。利用數(shù)字濾波技哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 術(shù)進一步濾除濾波硬件電路沒有濾掉的干擾信號；利用查表法和插值法相結(jié)合的方法求解溫度值；利用模糊控制算法實現(xiàn)對環(huán)境溫度的控制。所以如何建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論，以解決模糊控制的機理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計方法等一系列問題； ，這完全憑經(jīng)驗進行； 。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是在日本，卻得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。但這種方式可以應(yīng)用在一些比較特殊的場合，使用時相 應(yīng)的 數(shù)據(jù)處理 過程也要做變化，比如 PID 的參數(shù)。同樣，這種方法還可以推廣成為連續(xù)幾個周期進行平均。此方法同樣是采用查表法的工作原理，將整個溫度區(qū)間等分成若干段，每段端點的值查表求出，兩相鄰端點間的曲線用直線擬合。1℃則取 50℃ 177。將求得的溫度值與控溫范圍進行比較，判斷測量的環(huán)境溫度是否超出允許范圍，超出允許范圍則控制控溫電路對溫度進行控制并控制報警電路進行報警 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 第 4 章 熱電偶溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 上位機作為整個控溫器的控制中心，其軟件設(shè)計也將是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的核心。 以達到控制器的特性與被控過程 的特性相 匹配，滿足某種反映控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo)。 由按鍵模塊設(shè)定溫度值 ， 單片機對設(shè)定溫度值進行查表計算后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓數(shù)字值，通過 l6 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到與之精確對應(yīng)的電壓信號 ， 此電壓值于溫度傳感器測量的電壓值進行比較產(chǎn)生一個誤差信號，經(jīng)過 PID 電路后，獲得一個控制量給加熱電路 ， 構(gòu)成實時閉環(huán)系統(tǒng) ， 同時實際測量電壓值并顯示在顯示模塊 上 輸出控制 D／ A 轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)換成電壓信號來控制可控硅觸發(fā)電路 ， 從而控制可控硅通斷率通過調(diào)節(jié)加熱功率即可達到控制溫度恒定的目的。 PCI多串口卡 ，可以直接選用輸出信號為 RS485 類型的擴展卡。 RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn) 點對點 的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為 總線 式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32 個結(jié)點。在短距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻。即一個主設(shè)備（ Master），其余為從設(shè)備（ Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以 RS422 支持點對多的雙向通信。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率 為 50、 7 100、 150、 300、 600、 1200、 2400、 4800、9600、 19200、 38400波特 。從 A 到 B 的數(shù)據(jù)通路必須完全與從 B 到 A 的數(shù)據(jù)通路分開。但是兩設(shè)備之間僅有一根傳輸線。并行通信速度快，實時性好，但由于占用較多的單片機口線，不適合作為小型化產(chǎn)品和分布式、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方式。在訪問外部 程序存儲器 或用 16位地址讀取 外部數(shù)據(jù) 存儲器 （例如執(zhí)行 MOVXDPTR） 時， P2 口送出高八位地址。 當(dāng)訪問外部 程序 和數(shù)據(jù) 存儲器 時 ， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 1235467891 01 11 21 31 41 61 71 81 92 01 54 03 93 83 63 73 53 43 33 23 13 02 92 82 72 52 42 32 22 12 6 ( T 2 ) P 1 . 0( T 2 E X ) P 1 . 1P 1 . 2( M I S O ) P 1 . 6( M O S I ) P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3R S TG N D( T 2 E X ) P 3 . 7X T A L 1( R D ) P 3 . 6( W R ) P 3 . 5( T 1 ) P 3 . 4( T 0 ) P 3 . 3( I N T 0 ) P 3 . 2( T X D ) P 3 . 1( R X D ) P 3 . 0( S C K ) P 1 . 7X T A L 2V C CP 2 . 0 ( A 8 )P 2 . 1 ( A 9 )P 2 . 2 ( A 1 0 )P 2 . 3 ( A 1 1 )P 2 . 4 ( A 1 2 )P 2 . 5 ( A 1 3 )P 2 . 6 ( A 1 4 )P 2 . 7 ( A 1 5 )P S E NA L E / P R O GE A N P PP 0 . 7 ( A D 7 )P 0 . 6 ( A D 6 )P 0 . 5 ( A D 5 )P 0 . 4 ( A D 4 )P 0 . 3 ( A D 3 )P 0 . 2 ( A D 2 )P 0 . 1 ( A D 1 )P 0 . 0 ( A D 0 ) 圖 34 AT89S52 引腳圖 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn) 功能 :8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 AD 工作所需的時鐘， ， DRDY,AT89S52可以通過查詢 是否可以讀取 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果， A/D 接口電路 如下圖 33所示 S C L KM C L K I NM C L K O U TC SR E S E TA V D DA i n ( + )A i n ( )D G N DD V D DD I ND O U TD R D YA G N DR e f i n ( )R e f i n ( + )N C+ V i nT E M PG N DN C / G N DN CV o u tT R I MC 31 5 p FC 41 5 p FY 11 . 0 0 0 M H ZC 20 . 0 1 u FR 61 0 0 KA DA G N DP 1 . 2P 1 . 6P 1 . 3D V + 5 VA V + 5 V0 . 1 u FC 8U 4A D 7 8 0A D 7 7 1 5U 2123456781 61 51 41 31 21 11 0912348765P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 7D G N DD V + 5 V 圖 33 A/D 轉(zhuǎn)換電路 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 單片機 信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由溫度傳感器采集得到的溫度信號被送至中央處理器單片機中。在此設(shè)計中，采用HI546選通芯片來實現(xiàn)多路熱電偶信號的選通，其選通電路如下圖 32所示 C J K 1C J K 2C J K 3C J K 4C J K 5C J K 6C J K 7C J K 8C J K 9C J K 1 0C J K 1 1C J K 1 2R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3R 1 4R 1 5R 1 6R 1 7R 1 8R 1 9R 2 0R 2 1R 2 2R 2 3R 2 41 91 81 71 61 51 41 31 21 11 0987654I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7I N 8I N 9I N 1 0I N 1 1I N 1 2I N 1 3I N 1 4I N 1 5I N 1 6O U TA 3A 2A 1A 0E NV R F FG N D V+ VI N 1 212 71 2 R 2 71 31 8+ 5 V+ 1 2 VR 2 5R 2 6C 6C 72 81 41 51 61 7P 3P 2P 1P 0 圖 32 信號選通電路 HI546 為 16 路多路模擬信號選通芯片，通過使能信號 Enable 和地址信號 A A A A0 來控制多路信號的選擇。熱電偶將電壓信號經(jīng)信號補償與放大電路放大后，通過多路選擇器選通其中一路進行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)存入AT89S52 單片機，然后多路選擇器選通下一路并對下一路信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換。這就是熱電偶的電橋冷端補償原理。熱電偶測溫原理圖如下圖 22 所示。 兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點 的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，而這種電動勢稱為熱電勢。非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指在使用哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，它一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊的場合的測量。 熱電偶傳 感器分類 熱電偶（ thermocouple）是 溫度測量儀表 中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。具體研究內(nèi)容如下： 第一章簡要說明了本課題的研究背景，以及在熱電偶測溫領(lǐng)域國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。 ℃左右，才能保證器件輸出的 X射線波長不發(fā)生超出要求的飄移，否則， X 射線波長的超范圍飄移將使整個設(shè)備難以正常使用。由于 PID 調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化及誤差積累三個因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫法。然而，與此同時對控制系統(tǒng)的魯棒性和 靈敏度的關(guān)注有所降低。本文就是基于此設(shè)計研究了新型的抗干擾熱偶控溫器設(shè)備。 在課題研制階段，為了驗證新設(shè)計產(chǎn)品的實際性能，需要對在研產(chǎn)品進行各種實驗，如溫度實驗、鹽霧實驗、交變濕熱實驗、力學(xué)實驗等實驗內(nèi)容。 Antidisturb 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 目錄 摘要 ..............................................................................................