【正文】 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 38 case 2: if(status == system_temperature_set){ guiLED_Value[1]++。i11。 // 設(shè)置 PID 比例值 = 。 adc_data = adc_data_cmp()。 //清看門狗 System_ServiceLoop()。 void temperature_speech_play(void)。 // 微分常數(shù) Derivative Const int LastError。 ``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。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。 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 。 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。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)。 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。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。 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)。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。 turn_on_relay()。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。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。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。 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。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 。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。 ``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。這有效的減少了對(duì)單片機(jī)資源的占用。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。 turn_off_relay()。 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。 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)。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。 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。 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。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)。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。 ``基于單片機(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。 // Error[1] int PrevError。 unsigned int giADC_DataSave[11] 。 //鍵盤掃描 if(fOut=0) turn_off_timerB()。 adc_data /= SET_ADC_TIME。 // 設(shè)置 PID 積分值 = 。i++){ if(giADC_DataSave[i]max) max = giADC_DataSave[i]。 if(guiLED_Value[1]==10) guiLED_Value[1] = 0。 } break。 for(i=1。 } = 。 if(G_ADC_flag){ //判斷是否有溫度采樣 1，有 0，無 G_ADC_flag = 0。 //測(cè)量 溫度顯示、溫度播報(bào)、PID 計(jì)算 Clear_WatchDog()。 void temperature_speech_index(unsigned int * p_speech)。 // 積分常數(shù) Integral Const float Derivative。這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)皆來之不易，必將為日后的工作和學(xué)習(xí)打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。 下圖為主程序調(diào)試結(jié)果： 圖 51 主 程序調(diào)試結(jié)果 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 28 軟 件 安裝 全部源 代碼 調(diào)試無誤后，對(duì) 其 進(jìn)行編譯，生成可執(zhí)行代碼， 然后 導(dǎo)出可執(zhí)行代碼的 .hex 文件。 PID 的輸出部分可以放到系統(tǒng)定時(shí)中斷 程序 里處理，這部分占用的時(shí)間不長(zhǎng)，可以附帶完成。 例如當(dāng)計(jì)算結(jié)果大于 200 時(shí)按 200 輸出，計(jì)算結(jié)果小于零時(shí)按零輸出。 PID 的三個(gè)基本參數(shù) pK , iK , dK 一般由試驗(yàn)確定：根據(jù) 實(shí)際工作對(duì)象去初步確定，然后在實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到相對(duì)理想的效果。為了敘述方便， 采用控制時(shí)間比例的方法 ： 設(shè)定一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期，例如 兩 分鐘。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 3．累計(jì)偏差 ： ? ? ? ? ? ? ? ?121 etetetee ???????? ?,這是 每一 次測(cè)量得到的偏差值的總和，是考慮它的正負(fù)符號(hào)運(yùn)算的代數(shù)和， 是面向積分項(xiàng)所需 的一個(gè)變動(dòng)數(shù)據(jù)。 溫度測(cè)量 程序 設(shè)計(jì) 圖 42 溫度測(cè)量部分軟件流程圖 開 始 允許轉(zhuǎn)化為溫度 允許 濾波 允許顯 示溫度 允許溫 度采集 啟動(dòng)溫度采集 將溫度隊(duì)列求平均值得到溫度值 將采集值 轉(zhuǎn)化為溫度值 LED 刷新 顯示溫度值 Y Y Y Y 返 回 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 12 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)測(cè)溫確認(rèn)鍵 KEY3 按下時(shí)，通過程序命令對(duì)單片機(jī)相應(yīng)端口進(jìn)行初始化，系統(tǒng)開始測(cè)溫。 System_Initial()。 2． 數(shù)字濾波 可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。 SPCE061A 16Bit CPU 數(shù)據(jù)顯示 串口打印 溫度采集 語音播報(bào) 電 熱絲 繼電器 鍵盤設(shè)定 ``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 6 顯示部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)使用數(shù)碼管作為顯示單元，通過 DIS_CLK 提供串行移位時(shí)鐘，DIS_DATA 提供串行數(shù)據(jù)， 可以方便的控制數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。 SPCE061A 單片機(jī) SPCE061A 作為凌陽公司推出的一款較為智能 的 16 位單片機(jī)，與 51單片機(jī)相比，最主要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是該單片機(jī)內(nèi)置 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器和 2 個(gè) 10 位 DAC 輸出通道，在外部信號(hào)傳入單片機(jī)時(shí)，不再需要外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路。再 編程對(duì) 單片機(jī)及 其 外圍 電路進(jìn)行較為準(zhǔn)確的控制， 以實(shí)現(xiàn)通過鍵盤就可以方便的對(duì)水溫進(jìn)行 控制?？筛鶕?jù)提前設(shè)定的溫度，自動(dòng) 使用PID算法進(jìn)行 溫度 控制 。本課題的研究與實(shí)現(xiàn)，在工控領(lǐng)域有著重要的 理論 指導(dǎo)意義，同時(shí)如果將其用于實(shí)際應(yīng)用，有著廣泛的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì) 效益 。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。 溫度采集 部分 設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用鉑電阻作為溫度傳感器，鉑熱電阻是一種精確、靈敏、性能穩(wěn)定的溫度傳感器。 溫 控部分設(shè)計(jì) 溫度控制系統(tǒng)是在單片機(jī)處理完測(cè)量到的溫度 值 之后，按照 PID 算法，自動(dòng)地 通過控制可控硅或者繼電器的開合來實(shí)現(xiàn)的。 PIDinit()。 溫度控制程序 設(shè)計(jì) 圖 44 溫度控制程序的實(shí)現(xiàn) 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：根據(jù)溫度測(cè)量的結(jié)果，調(diào)用 PID 算法，通過 PID算法求出控制量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 5． 三個(gè)基本參數(shù)： pK , iK , dK ,這是做好一個(gè)控制器的關(guān) 鍵常數(shù)，分別稱為比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)，不同的控制對(duì)象 需要選擇不同的`基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 17 數(shù)值，還需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)制才能獲得較好的結(jié)果。 數(shù)字 PID 控制算法，是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制規(guī)律為基礎(chǔ)，再將其數(shù)字化得到的。根據(jù) 計(jì)算可以讓加溫時(shí)間在 02 分鐘內(nèi)變化，比如計(jì)算所得 在這一個(gè)周期內(nèi)應(yīng)該加溫 1 分 30 秒，經(jīng)過兩分鐘以后再測(cè)量被加溫物體的 溫度，通過計(jì)算 應(yīng)該加溫 1 分 28 秒，等等。 常用的是 8 倍或 16 倍放大， 同時(shí)，需要特別 注意 的是， 這三個(gè)參數(shù) 應(yīng) 采用相同的放大比例， 編程的過程中 要 對(duì)運(yùn)算結(jié)果還原。只要系統(tǒng)的時(shí)間允許，盡可能的 多測(cè) 幾次，``畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 24 所得到的結(jié)果也 將 相對(duì)精確 。 `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 25 運(yùn)算中往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出的情況 ，所以一般在運(yùn)算中都要求對(duì)數(shù)據(jù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成 int 型， 這里 需要考慮符號(hào)。 `基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 29 第 6 章 結(jié)束語 在現(xiàn)在的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)過程中， 溫度的測(cè)定、控制是一項(xiàng)經(jīng)常要進(jìn)行的工作。本文是在 ``老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。 // Error[2] int SumError。 //ADC 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) unsigned int guiLED_Value[3] ={0,0,0}。 } } //================================================