【正文】 片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 31 致謝 首先要衷心感謝的是我的導(dǎo)師 ——``老師。本應(yīng) 把兩種方法都嘗試做一下，通過響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定度等等方面考慮，選擇一個(gè)更貼近實(shí)際生產(chǎn)生活需要的方法，這里為了實(shí)現(xiàn)方便，只采用了調(diào)節(jié)加溫時(shí)間的方法。對(duì)單片機(jī)燒寫成功后，將單片機(jī)放入系統(tǒng)版中，對(duì)系統(tǒng)上電后單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)用戶想要實(shí)現(xiàn)的功能。面向不同的控制對(duì)象參數(shù)都不 一樣 ，所以 無法提供參考數(shù)值，但是 可以根據(jù)這些參數(shù)在整個(gè) PID 過程中的作用原理 來討論對(duì)策 ： ，但是溫度過沖很大： (1) 比例系數(shù)太大，致使在未達(dá)到設(shè)定溫度前加溫比例過高； (2) 微分系數(shù)過小，致使對(duì)對(duì)象反應(yīng)不敏感； ，小于目標(biāo)值的時(shí)間較多 ： (1) 比例系數(shù)過小，加溫比例不夠； (2) 積分系數(shù)過小，對(duì)恒偏差補(bǔ)償不足； ，但上下偏差偏大，經(jīng)常波動(dòng) ： (1) 微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，反映措施不力； (2) 積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被淹沒鈍化； (3) 設(shè)定的基本定時(shí)周期過短，加熱沒有來得及傳到測(cè)溫點(diǎn)； ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 26 ，在稍有變動(dòng)時(shí)就會(huì)引起溫度的波動(dòng)： (1) 微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，不能及時(shí)反映； (2) 設(shè)定的基本定時(shí)周期過長(zhǎng)，不能及時(shí)得到修正 。這樣 就完成了一個(gè)控制比例 outT /200,這個(gè) outT 是計(jì)算獲得的原始數(shù)據(jù)。 主程序有 更重要的任務(wù)要處理，溫度控制運(yùn)算部分就只能委托系統(tǒng)定時(shí)器來承擔(dān) ， 這時(shí)有可能出現(xiàn) 時(shí)間不夠用 的情況。測(cè)溫工作和 PID 計(jì)算一般安排在上一個(gè)輸出周 期的最后階段就提前進(jìn)行，測(cè)溫次數(shù)一般在 7－ 13 次，去掉 超過上限和下限的值 以后 進(jìn)行 運(yùn)算，均值運(yùn)算的累加部分將安排在每一次測(cè)溫以后逐步進(jìn)行，不會(huì)過多占用系統(tǒng)時(shí)間。這一部分將作為 控制輸出的基本量，上面的計(jì)算是對(duì)應(yīng)于 4?pK 的，再加入微分和積分項(xiàng)，這時(shí) pK 可以基本保持不變。 但同時(shí)為了減輕單片機(jī)的運(yùn)算量，通常采用 2 的整 數(shù)倍 放大的辦法確定這些參數(shù)，在運(yùn)算結(jié)果中再除以 2 的整數(shù)倍，因?yàn)閱纹瑱C(jī)運(yùn)算中可以用移位來完成，速度比較快。在每一個(gè)定時(shí)中斷發(fā)生時(shí) 對(duì) templT 計(jì)數(shù)。 全速加溫就是連續(xù)整個(gè)周期（ 兩 分鐘）都加溫，當(dāng)然停止加溫就是完全不輸出。 第二種是增量式 PID 算法。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組 成 PD 或 PID 控制器。反之 iT 大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn) 定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 作為快速反應(yīng)的重要依據(jù)，這是面向微分項(xiàng)的一個(gè)變 動(dòng)數(shù)據(jù)。由它可推出 增量式 算法： ? ??????? ??????? ??? 211 2 iiidiiiiieeeTTeTTeeKu （ 43） 在本設(shè)計(jì)中 采用了增量式算法，這是由于增量式算法只需保持以前三``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 16 個(gè)時(shí)刻的偏差即可，既節(jié)省了資源又不會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差。 數(shù)字濾波程序 設(shè)計(jì) 圖 43 數(shù)字濾波程序軟件流程圖 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：系統(tǒng)首先初始化濾波程序的上限和下限，設(shè)定濾波范圍，然后讀入系統(tǒng)采樣獲得的溫度值，通過程序分別去除超過上限和開 始 初始化濾波上限和下限 讀取采樣值 是否大于上限 是否小于下限 求平均值 獲取有效值 返 回 去除超限值 去除超限值 N N Y Y `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 13 低于下限的溫度值，然后求出濾波后獲得的有效溫度值的平均值，并反饋到相關(guān)程序。 //鍵盤掃描 if(fOut=0) turn_off_timerB()。 turn_off_relay()。 SPY0030 作為一款語音放大芯片 ,可以直接接收來自于單片機(jī)輸出的模擬信號(hào)并進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)采用的是去脈沖干擾滑動(dòng)平均值濾波，具體做法如下： 將本次采樣值和過去的若干次采樣一起去除最大值和最小值后，求平均 值 ，得到本次 測(cè)量 的有效值。而該延長(zhǎng)線上的引線電阻及接觸電阻，都將造成不同 程度的影響， 因此 必須設(shè)法消除引線電阻所造成的誤差。這有效的減少了對(duì)單片機(jī)資源的占用。 溫度采集 ：將電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換 成溫度值。 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 4 PID 控制 簡(jiǎn)介 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。因此， 18B20 適合硬件資源較少，測(cè)量溫度要求不高的情況。采用 PID 算法進(jìn)行溫度的控制，有效的將溫度控制在設(shè)定值附近，``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 2 LED 的實(shí)時(shí)顯示和打印機(jī)的輸出使本系統(tǒng)更加的實(shí)用。 PID。I `` 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書 題 目： 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) （軟件部分設(shè)計(jì)） 系 別： `` 專業(yè)班級(jí)： `` 學(xué)生姓名： XXX`` 指導(dǎo)教師： `` 教 研 室： `` 提交時(shí)間： `` `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) I 摘 要 本系統(tǒng)以單片機(jī) SPCE061A為核心，采用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集，利用 SPY0030進(jìn)行 語音放大 。 Temperature control。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了溫度控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)， 正常工作狀態(tài)下 不需要人為控制，只有 在 需要 改變溫度控制范圍時(shí)才 進(jìn)行人工調(diào)節(jié) ，方便了用戶。其硬件操作比較簡(jiǎn)單，用戶只 需 對(duì)其進(jìn)行軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)控制。此外該單片機(jī)還具有豐富的外部擴(kuò)展功能，在很大程度上可以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置， 使系統(tǒng)更加完善、更具人性化。 `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 5 第 3 章 硬件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)總體電路框 圖 圖 系統(tǒng)總 體電路框圖 鍵盤設(shè)定：用于溫度 的 設(shè) 置、重新設(shè)置和語音播報(bào)。且本設(shè)計(jì)為靜態(tài)數(shù)碼管顯示，不需要 實(shí) 時(shí)更新，只是在需要改變顯示內(nèi)容時(shí)才刷新一次。當(dāng)待測(cè)溫度的地點(diǎn)和測(cè)試系統(tǒng)之間 有相當(dāng)?shù)木嚯x 時(shí)，必須通 過長(zhǎng)線連接。數(shù)字濾波的靈活性好，可以有很多方法實(shí)現(xiàn) ， 如中值濾波、算術(shù)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波等。 語音播報(bào)部分 設(shè)計(jì) 語音播報(bào)功能通過 SPY0030 芯片實(shí)現(xiàn)。 turn_on_relay()。 //清看門狗 System_ServiceLoop()。外部溫度信號(hào)通過傳感器送至 單片機(jī)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后，換算成溫度值，然后再進(jìn)行濾波處理得到平穩(wěn)的電流信號(hào)， 經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路的處理轉(zhuǎn)換后， 在十進(jìn)制數(shù)碼管上將所測(cè)溫顯示出來。 以上公式稱為 位置式 算法。 4．基本偏差的相對(duì)偏差 ： ? ? ? ?1?? tete ,意即 用本 次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當(dāng)前控制的對(duì)象的趨勢(shì)。積分作用的強(qiáng)弱取決于 積分時(shí)間常數(shù) iT , iT 越小，積分作用就越強(qiáng)。此外，微分``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 18 反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。 數(shù)字 PID 的輸出跟過去的狀態(tài)有關(guān)，需要對(duì)偏差進(jìn)行積累。 在這個(gè)兩分鐘周期內(nèi)對(duì)輸出進(jìn)行控制，也就是說在這個(gè)兩 分鐘內(nèi)加溫多少時(shí)間。 為了顯示 、鍵盤等的處理 ， 一般 定時(shí)在 510ms,所以就需要另外設(shè)定一個(gè)變量 templT 。為了達(dá)到 較好的控制效果，這三個(gè)參數(shù)一般不采用整數(shù)。當(dāng)然這里還沒有考慮超溫的情況，計(jì)算產(chǎn)生了負(fù)數(shù)。 處理上的一些常用方法 ： 為了提高測(cè)溫的準(zhǔn)確性，往往需要進(jìn)行多次測(cè)溫，然后剔除測(cè)得結(jié)果中 超過程序所設(shè)定的上限和下限的值 ，把剩余的數(shù)值相加 再 計(jì)算平均值，這樣 比較有利于抗干擾，或者由于其他原因引起的測(cè)量值波動(dòng)，所以初期的處理是 很必要的。如果溫度控制僅僅作為系統(tǒng)中的一部分 ，那就需要認(rèn)真考慮程序的布局了 。 前面 講到將時(shí)間作 200 等分記作 setT ,也 就是將一個(gè)約定時(shí)間作 200 級(jí)不同的輸出時(shí)間比例，通過 計(jì)算得到一個(gè)介于 0－ 200 之間的數(shù) outT ，然后每次在 PID 基本定時(shí)時(shí)間中對(duì) setT 減 1，當(dāng)?shù)确钟?jì)數(shù)器 setT 也達(dá)到 0 時(shí) 再進(jìn)行下一輪控制循環(huán)，重新計(jì)算 outT 。 參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整 ： 編程時(shí)只 能預(yù)先 設(shè)定參數(shù) 的大概數(shù)值，然后通過反復(fù)的調(diào)試才能找到相對(duì) 理想的參數(shù)值。將可執(zhí)行代碼的 .hex 文件導(dǎo)入到對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序燒寫的應(yīng)用程序中，執(zhí)行應(yīng)用程序的程序燒寫功能，將可執(zhí)行代碼的 .hex 文件寫入單片機(jī)中。調(diào)壓法控制的原理是通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)相位的相位角達(dá)到對(duì)電壓的調(diào)節(jié) ，這個(gè)電壓是指有效電壓，直觀上就是對(duì)一 個(gè)正弦波形的前邊切掉一塊，用不同的切割位 置 以 保 留剩余的面積。 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 30 由于水平有限，在 此次 設(shè)計(jì)中 存在不完善的地方，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！ ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 32 參考文獻(xiàn) [1] 郝鴻安 . 常用模擬集成電路應(yīng)用手冊(cè) . 北京：人民郵電出版社， 1991. 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