【正文】 、掌握的較理想的非線性控制器，具有較佳的適應(yīng)性及強(qiáng)健性 (Robustness)、較佳的容錯(cuò)性 (Fault Tolerance)。實(shí)際使用時(shí)要選擇合理的 Q 值，過高過低都不能達(dá)到目的。在電路工作中，通過查表得出對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)下的溫度值，這樣求解 溫度有一個(gè) 明顯的缺點(diǎn)，當(dāng)溫度范圍較大或者溫度分點(diǎn)較密時(shí)，將占用較大的內(nèi)存空間。等待中央處理器與上位機(jī)的定時(shí)通信，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一并送入上位機(jī)，在上位機(jī)完成數(shù)字信號(hào)的處理。 PID 控制器 的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容 ， 根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間 和微分時(shí)間的大小。 問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè) 總線 就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。一般 100 米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。 RS232C 總線 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。 它能交替地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，即 A 可以作為發(fā)送 器，也可以作為接收器，設(shè)備 B 也是如此。對(duì) P2 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 圖 31 熱電偶控溫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的信號(hào)選通及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 熱電偶測(cè)溫，控溫電路一般是多通道的，不可能對(duì)每一路分別處理顯 AT89S 52 上位機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器 液氮回路 電源電路 選通電路 加熱控制 加熱器 制冷控制 熱電偶 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 示。電橋的三個(gè)橋臂為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻，另外一個(gè)橋臂是由（銅）熱電阻組成。 K 型熱電偶偶絲為鎳鉻 鎳硅，型號(hào)為 wrn，分度號(hào)為 K，基本誤差限為 ％ t（ t 是感溫元件實(shí)測(cè)溫度值） 。構(gòu)建了熱電偶控溫器的測(cè)溫，控溫的總體軟件設(shè)計(jì)方案。 國內(nèi)外實(shí)例 甘肅大學(xué)的趙紫靜研究了一種基于 PID 溫度控制技術(shù)的 X 射線發(fā)生器。 進(jìn)入 50 年代以后，發(fā)展較快的是解析法，并且定義了一些瞬態(tài)性能指標(biāo)。溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。 本文研究開發(fā)的抗干擾熱電偶控溫器，從電路設(shè)計(jì)、 PCB 電路板布局布線、到軟件設(shè)計(jì)等方面，對(duì)熱電偶工作的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波處理，使這一熱電偶控溫器能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定、可靠地工作。如鹽霧實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器的抗腐蝕性要求較高，交變濕熱實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器及其外圍電路的絕緣性要求較高，而力學(xué)實(shí)驗(yàn)則對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌性提出要求。 20 世紀(jì) 60 年代，基于最優(yōu)化技術(shù)的控制器設(shè)計(jì)方法在解決各種不同設(shè)計(jì)問題上顯示出了其優(yōu)勢(shì)。 昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院的王清海等在鍋爐溫度控制研究中將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 與 LabVIEW 人及交互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集、控制和現(xiàn)實(shí)，提高了鍋 爐溫控系統(tǒng)的效率。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端。熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件：一是要有接觸電位差，就是“庫伯爾貼”接觸點(diǎn)位要高，不能同一種材質(zhì)的的兩條金屬接觸在一起，這不叫偶，比如銅和鋁接觸電位就比銅和鐵接觸電位高；二是要有溫度差，溫差越高熱電勢(shì)越大。構(gòu)造簡單 ,使用方便 ,熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成 ,而且不受大小 和開頭的限制 ,外有保護(hù)套管 ,用起來非常方便。 在設(shè)計(jì) HI546 選通電路是要注意， HI546 為 16 路選通器，如果設(shè)計(jì)中的有用信號(hào)不足 16 路，例如只用到了 12 路 K 型熱電偶，則 HI546 的 16路輸入電路中只有 12 路選通輸入。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址 字節(jié) 和一些 控制信號(hào) 。另一時(shí)刻， B 作為發(fā)送器， A 作為接受器，數(shù)據(jù)流則由 B 流向 A。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問 題 因此一般用于 20m 以內(nèi)的 通信。 RS422 的實(shí)體圖如下圖 37 所示 圖 37 RS422 實(shí)體圖 智能儀表是隨著 80 年代初單片機(jī) 技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟 斷。 RS485 實(shí)體圖如下圖 38 所示 圖 38 RS485 實(shí)體圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 RS485 串口通信 及外圍 電路如下圖所示。根據(jù)輸出控制增量△ un， 可求出本次控制輸出為 un= un1+ △ un= un1+ Pp+P1+PD。在上位機(jī)的顯示數(shù)據(jù)中亦可將超出范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的顏色標(biāo)示，以方便工作人員發(fā)現(xiàn)異常。 利用以下兩個(gè)公式 (1) (2) 其中 NAt、 NBt 為材料 A、 B 的自由電子密度，它們都是溫度 t 的函數(shù)。 1965 年，美國的 創(chuàng)立了模糊集合論； 1973 年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。接著對(duì)控溫器軟件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。近 20 多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都 有了長足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 這種方法的原理是將采集到的若干個(gè)周期的變量值進(jìn)行排序，然后取排好順序的值得中間的值，這種方法可以有效的防止受到突發(fā)性脈沖干擾的數(shù)據(jù)進(jìn)入?！?作為控制器控制溫度的目標(biāo)范圍；若控溫范圍為一個(gè)溫度范圍如 45℃ ~55℃ ，則取 ~ 作為控制器控制溫度的 目標(biāo)范圍。本章將就上位機(jī)的軟件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 PID 控制器原理框圖如下圖所示 單片機(jī)顯 示 模 塊溫 度 傳 感器按 鍵 模 塊D / AA / DP I D 電 路 放 大反 饋 電 路加 熱器 圖 311 PID 系統(tǒng)原理框圖 加熱控制電路 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制 ， 被控對(duì)象為電爐絲 ，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制 ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)加熱功率的調(diào)整 ， 從而達(dá)到對(duì)恒溫溫控制的目 的。在 RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè) 主機(jī) 帶多個(gè)從機(jī)。接收器輸入阻抗為 4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力 104k+100Ω（終接電阻）。這樣，當(dāng) A 向 B 發(fā)送， B 向 A 發(fā)送時(shí)，實(shí)際上使用兩個(gè)邏輯上獨(dú)立的單向傳輸線路。與并行通信相對(duì)比，雖然串行通信 在短距離傳輸時(shí)傳輸速度較并行通信慢，但在長距離傳輸時(shí)則明顯快于并行通信。在這種模式下 ， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻 。單片機(jī)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，它負(fù)責(zé)控制著地址線數(shù)據(jù)的寫入與讀出、進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理并保持著與上位機(jī)的通信，以使得整個(gè)系統(tǒng)能在人的控制范圍內(nèi)。存在單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)通過定時(shí)串口通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理。 圖 22 熱電偶測(cè)溫原理圖 熱電勢(shì)的大小與材質(zhì)有關(guān) ,與熱電偶兩端的溫差有關(guān)。 熱電偶的選取 我國從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱 電偶。 第二章 簡要介紹了各種型號(hào)的熱電偶傳感器，討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，詳細(xì)闡述了熱電偶測(cè)溫的基本原理，最后設(shè)計(jì) 了熱電偶冷端補(bǔ)償方法。其具體電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PID 發(fā)展現(xiàn)狀 1922 年美國的 Minorsky 在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（ PID， Proportional Integral Differential）控制器的設(shè)計(jì)方法，標(biāo)志了 PID 控制的誕生。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來 間接測(cè)量 ，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫 溫標(biāo) 。 Antidisturb 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 目錄 摘要 ..................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景 ................................................................................................... 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................................................... 1 本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) ....................................................................................... 3 本文主要研究內(nèi)容 ................................................................................... 3 第 2 章 熱電偶測(cè)量溫度原理 ............................................................................ 5 熱電偶傳感器分類 ................................................................................... 5 熱電偶的選取 ........................................................................................... 6 熱電效應(yīng)與熱電勢(shì) ................................................................................... 6 熱電偶測(cè)溫基本原理 ............................................................................... 7 熱電偶的冷端補(bǔ)償 ................................................................................... 7 本章小結(jié) ................................................................................................... 8 第 3 章 熱電偶溫度控制 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................................................ 9 控溫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ....................................................................................... 9 系統(tǒng)的信號(hào)選通及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .......................................................... 9 單片機(jī) ..................................................................................................... 12 串行數(shù)據(jù)通信 ......................................................................................... 14 溫度控制電路 ......................................................................................... 18 本章小結(jié) ........