【正文】 利用典型二階的方法確定 Pk 、 dT 、 iT 參數(shù) 二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)一般形式為 2211 1)( sTsTs ???? (47) 將 s 換成 jω得： 12211)( TjTj ??? ???? ）（ (48) 它的模為： 212221(1)()( ）（） ???? TTjA ????? (49) 根據(jù)控制理論可知，要使二階系統(tǒng)獲得理想動態(tài)品質(zhì)，應(yīng)滿足以下條件： 1)( ??A ； 0)( ??? (410) 可得 21 2TT ? (411) 將（ 411）代入（ 47）可得 222211)( sTsTs ???? (412) φ (s)為該系統(tǒng) 的開環(huán)傳遞函數(shù)根據(jù) )(1 )()( 00 sss ????? (413) 可算出 共 42 頁 第 28 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ? ?sTsTs 22120 212 1)( ??? (414) 而被控對象屬于一階對象和帶純滯后，其數(shù)學模型可近似寫成： )1)(1()( ssT KsG D D ???? (415) 在溫度控制系統(tǒng)中，滿足 DT ≥τ，所以式（ 415）是一個兩時間常數(shù)相差 較大的二階環(huán)節(jié)。 因為式（ 41）表示的是調(diào)節(jié)器的輸入函數(shù)及輸出函均為模擬量，所以計算機是無法對其進行運算的，必須將連續(xù)形式的微分方程化為離散形式的差分方程，取 T 為采樣周期。本系統(tǒng)采用單頻音報警實現(xiàn)的，接口電路簡單。 系統(tǒng)采用 繼電器 應(yīng)用過零觸發(fā)方式，在一個溫度控制周 期內(nèi)由輸出口控制 繼電器 的通斷率 。 DS1302 是由 DS1202 改進而，來增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)， Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。這樣做的好處是 I/O 線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換其間總保持高電平。首先，讀溫度，并從讀得的值截去 ℃位 (最低有效位 )。 此計算在 DS18b20 內(nèi)部完成以提供 ℃的分辯率。計數(shù)器予置對應(yīng)于 55℃的基數(shù)，如果在門開通期結(jié)束前計數(shù)器達到零，那么溫度寄存器它也被予置到 55℃的數(shù)值將 — 增量，指示溫度高于 55℃。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤，當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米膠合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。等效的華氏溫度范圍是 67176。所以本次設(shè)計的電源是自己購買，只要滿足系統(tǒng)要求。 復(fù)位電路一般有兩種 ， 上電復(fù)位和上電與開關(guān)復(fù)合復(fù)位。振蕩器的等效電路如圖所示。 表 34：中斷控制寄存器 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 相應(yīng) bit=1，打開中斷。 這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址亦不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。 ? EA/VPP：外部訪問允許。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1／ 6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 P3 口寫入“ l”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 Flash 編程和程序校驗期間， Pl 接收低 8 位地址。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 自 1976 年 9 月， INTEL 推出 MCS48 系列單片機之后，單片機飛速發(fā)展，許多公司都推出自己的單片機產(chǎn)品，目前單片機產(chǎn)品已多達五十多個系列， 300多種型號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與 當前 數(shù)字化后的給定值進行比較，即可得到實際 室溫 和給定 室溫 的偏差及溫度的變化率。 系統(tǒng)總體框圖 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來設(shè)計通用室溫控制系統(tǒng)，其總體設(shè)計，采用單片機作為控制中心，配有時鐘電路、液晶（ LCD）顯示電路等。 （ 4）完成了硬件電路的設(shè)計，包含 AT89S51 單片 機， DS1302 時鐘芯片電路， DS18b20 等芯片的接口電路 及溫控電路 ；鍵盤接口和 LCD 顯示電路。它們主要具有如下的特點：一是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；二是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；三是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制；四是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應(yīng)的范圍廣泛；五是溫控器普 遍具有參數(shù)自整定功能。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但 從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比有著較大差距。 以上述問題為出發(fā)點，設(shè)計實現(xiàn)了溫度實時測量、顯示、控制系統(tǒng)。 在工業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療、家庭等多方面均有應(yīng)用。同時單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。以DS18B20 為 溫度 采集芯片， AT89S51 為處理器來完成設(shè)計任務(wù)提出的溫度控制要求。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主。借助計算機軟件技術(shù)，溫控器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進行自動整定的功能。 （ 5）基本完成了軟件部分設(shè)計，它包括主程序流程圖， 溫度采集流程圖， T0、T1中斷程序流程圖，數(shù)字濾波子程序流程圖，鍵處理子程序流程圖； T0、 T1中斷程序 ， 濾波子程序， DS18B20 采樣程序， 主程序清單。 考慮到減少外存儲器的擴展，本設(shè)計采用單片機 AT89S51 來實現(xiàn)。 室溫 的設(shè)定值由 鍵盤 輸入。常用的有 INTEL 公司的 MCS 系列 ,PHILIPS 公司的 80C51 系列，Microchip 公司的 PIC16 等。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 表 31 P1口第二 功能 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK （用于 ISP 編程） ? P2 ： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈 沖。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 bit=0，關(guān)閉中斷。本系統(tǒng)采用 的石英晶振 ,由于這里選用了石英晶振，所以電容的選取沒有太嚴格的要求，這里選用 30PF。這里采用開關(guān)和上電復(fù)合復(fù)位方式。 溫度采集系統(tǒng) 本系統(tǒng)的溫度 采集應(yīng)用的是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司推出的 DS18B20溫度傳感器，它是第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。 F 至257176。這種情況主要由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。 同時，計數(shù)器用鈄率累加器電路所決定的值進行予置。溫度讀數(shù)以 16 位、符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供。這個值便是 TEMP_READ。這樣轉(zhuǎn)換其間可以允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)來往，在單線總線上可以掛任意多片 DS18B20。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 數(shù)字輸出信號經(jīng)功率放大后，再驅(qū)動 繼電器 工作，用 繼電器通斷 控制的電熱絲的加熱時間， 或風扇的運轉(zhuǎn)時間， 來控制 控制電路 的輸入能量，從而達到控制溫度的目的 。其發(fā)音元件采用蜂鳴器，這 種蜂鳴器只需要在其兩條引線上加 3V— 5V直流電壓，就能產(chǎn)生 3kHz 左右的蜂鳴振蕩音響。 在采樣時刻 t=i? T(T 為采樣周期， i 為正整數(shù) )， PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式近似計算。當執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對數(shù)值，而是其增量（例如去風扇的電機）時， 可導(dǎo)出增量式的 PID 算法，由（ 42）可得 : 0211011 )]([ ueeTTeTTeKu iidij jiipi ????? ?????? ? (43) 由（ 42）與式（ 43）相減可以導(dǎo)出下面的公式 : + PID 控制 器D(S) 被控對象G(S) 共 42 頁 第 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ )]2([ 2111 ???? ????????? iiidiiiipiii eeeTTeTTeekuuu (44) 室溫溫度控制是這樣一個反饋調(diào)節(jié)過程：比較實際室溫和需要室溫得到偏差，通過對偏差的處理得到控制信號，再去調(diào)節(jié)相應(yīng)的輸出設(shè)備的功率，從而實現(xiàn)對室溫溫度加熱與制冷的控制。 如圖 312 所示，當驅(qū)動器輸入端接 AT89S51 的 ，當 輸出高電平“ 1”時， 7406 的輸出端為低電平“ 0”，使蜂鳴器引線獲得將近 5V的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音響；當 端輸出為低電平時， 7406 的輸出端升高到 +5V，蜂鳴器兩端的直流電壓降低到“ 0”，發(fā)音停止 。 共 42 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ +12~4~3U5SSRF1加熱器~220V+12~4~3U6SSRF1M制冷壓縮機R 1 01KR 1 11K+ 5 V+ 5 VP 1 . 1P 1 . 0 圖 311 溫控電路 輸出控制部分采用固態(tài) 繼電 器 SSR 調(diào)功率方式，通過在周期內(nèi)改變通斷時間的長短，就能達到改變加熱功率的目的，從而實現(xiàn)對電阻爐溫度進行控制，如圖 311 所示。 1602 芯片概述 ： 表 311 參數(shù) 顯示容量 16*2 個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 模塊最 佳工作電壓 字符尺寸 *（ W*H） mm ： G N D1V C C2VO3RS4R / W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714B L A15B L K16U41602 圖 38 1602引腳圖 共 42 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 312 引腳介紹 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 GND 電源地 9 D2 Data I/O 2 VCC 電源正極 10 D3 Data I/O 3