【正文】 后轉換為對應的電壓數字值，通過 16 位的數模轉 換器得到與之精確對應的電壓信號，此電壓值于熱敏電阻實際測量的電壓值進行比較產生一個誤差信號，經過 PID 電路后，獲得一個控制量給制冷元件構成實時閉環(huán)系統，同時實際測量的電壓值并顯示在液晶屏上。 綜合考慮，本設計控制 方式 采用方案一。這樣， 1 個 89S52，承擔了 3 個專用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結構和軟件設計，給用戶帶來許多方便。 1XTAL 和 2XTAL 外接晶體引線端 當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用語外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 （ a） 上電復位： 在加電之后通過外部復位電路的電容充電來實現的。傳統的溫度測量方法是：例如 AD590，將測量的溫度轉換成模擬電信號，再經過 A/D 轉換器把模擬信號轉換成數字信號，單片機再對采集的數字信號進行處理 。 DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 整流濾波電路 整流電路 將交流電壓變成單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。 表 按鍵功能 按鍵 鍵名 功能 REST 復位鍵 使系統復位 SET 設置鍵 使系統產生中斷，進入設置狀態(tài) 90 ~SS 數字鍵 設置用戶需要的溫度 YES 確認鍵 用戶設定目標溫度后 進行確認 NO 清除鍵 用戶設定溫度錯誤或誤按了 YES 鍵后使用 圖 鍵盤接口電路 顯示采用 3 位共陽 LED 動態(tài)顯示方式 ,顯示內容有溫度值的十位、個位及小數點后一位。 第 11 頁 圖 加熱控制電路 4 控制系統軟件設計 PID調節(jié)器控制原理 在控制系統中 ,控制器最常用的控制規(guī)律是 PID 控制。 積分控制： Gc(s) = Kp/T is （ 3） 微分環(huán)節(jié)：反偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節(jié)時間。 （ 1）根據 香農采樣定理，系統采樣頻率的下限為 fs=2fmax，此時系統可真實地恢復到原來的連續(xù)信號。實 際上生產過程千差萬別，經驗數據不一定就合適，可用試探法逐步調試確定。 算式中的各項有正有負，以最高位作為符號位，最高位為 0 表示為正數，為 1表示負數。因此本設計做的是恒溫檢測 控制系統。實驗對于設計，思路是實施操作的 扎實基石，一個良好的設計思路，是 設計 的生命。為了便于實現對晶閘管的通斷處理， PID 的輸出現在在 0～ 250 之間。本設計采用 ZieglerNichols 提出 的 PID 歸一調整法，調整參 數，主要是為了減少在線整定參數的數目，常常人為假定約束條件，以減少獨立變量的個數，令： UTT ? UI TT ? UD TT ? 式中 UT 稱為臨界周期。 （ 4）從微機的工作量和每個調節(jié)回路的計算來看，一般要求采樣周期大些。 位置式 PID 控制算法的缺點：當前采樣時刻的輸出與過去的各個狀態(tài)有關，計算時要對 e(k)進行累加，運算量大；而且控制器的輸出 u(k)對應的是執(zhí)行機構的實際位置，如果計算機出現故障， u(k)的大幅度變化會引起執(zhí)行機構位置的大幅度變化。即，控制器的輸出為： ???????? ??? ? t Dp dt tde r r orTdtte r r orTte r r orktu 01 )()(1)()( （ ） 或寫 成傳遞函數的形式： ???????? ???? sTsTksE sUsG Dp 111)( )()( （ ） 其 中， kp—— 比例系數； Ti—— 積分時間常數； T d—— 微分時間常數。 用于在閉環(huán)控制系統中對被控對象實施控制，假若 被控對象為電熱杯，采用對加 在電熱杯兩端的電壓進行通斷的方 法進行控制，以實現 對水加熱功率的調整，從而達到對水溫控制的目的。集成穩(wěn)壓器、使用方便、性能穩(wěn)定、更重要的是考慮到它的價格低廉。 電源電路 電源電路可分為三大塊：變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分 。 C，現場溫度直接以“一線總線”的數字式傳輸，大大的提高了系統的抗干擾性。 RST 引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效。震蕩電路產生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經分頻后再為系統所用，震蕩脈沖經過二分頻后才作為系統的時鐘信號。 此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖 ,因此可作為外部定時脈沖使用 。 下面對硬件電路作具體的設計。 數字控制 器具有靈活性。以此控制量 控制固態(tài)繼電器 開通和關斷 ，決定加熱電路的工作狀態(tài)，使溫 度 逐步穩(wěn)定于用戶設定的目標值。 同時 ， 只需要更換不同輸出功率的固態(tài)繼電器，就可滿足不同功率加熱系統的需要 。控制器的輸出經過輸出接口、執(zhí)行機構加在被控系統上，控制系統的被控量經過傳感器、變送器通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統，其傳感器、變送器和執(zhí)行機構都不一樣。 由于設計的 系統 對溫度動、靜態(tài)指標要求要求不高 ，且 允許有一定的溫度偏差和允許調節(jié)的時間較長時，最流行控制方法還是繼電接觸器控制系統。 在溫度到達設定的目標溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時，單片機通過采樣 得到 的溫度與設置的目標溫度比較， 做出 相應的控制，開啟加熱器。起控制規(guī)律可靈活多樣，可用一臺計算機對不同的回路實現不同的控制方式，并且修改控制參數或控制方式一般只可改變控制程序即可，使用起來簡單方便，可改善調節(jié)品質，提高產品的產量和質量。 AT89S52 單片機 AT89S52單片機 功能 簡介 AT89S52 的結構如圖 。 PSEN 外部程序存儲器讀選通信號 在讀外部 ROM 時 , PSEN 有效 (低電平 ),以實現外部 ROM 單元的讀操作 。在設計電路板時，振蕩器和電容應盡量 靠近單片機，以避免干擾。按鍵復位又分按鍵脈沖復位 （ 圖 ） 和按鍵電平復位。 DS18B20為 3引腳， DQ為數字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地 ； VDD 為外接供電電源輸入端。 電源電路如圖 所示。 鍵盤和顯示電路 模塊電路 如 圖 。對電爐絲通斷的控制采用 SSR40DA 固態(tài)繼電器。 簡單說來， PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： （ 1） 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統的偏差信號 error(t),偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減小偏差。 數字 PID 參數整定