【正文】 抗兩方面入手，能把干擾消除在外圍。 圖 39 移相觸發(fā)方式的電壓波形 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 310 過零觸發(fā)方式的電壓波形 通過比較發(fā)現(xiàn)：移相觸發(fā)方式下的輸出電壓波形正負(fù)半周對(duì)稱，但不規(guī)整，無直流分，可直接用于電感負(fù)載。 SEGA～ SEGF 是 7 段驅(qū)動(dòng)輸出端，與 LED 對(duì)應(yīng)的 7 個(gè)段 a， b， c， d， e， f 和 g 連接， SEGDP 為小數(shù)點(diǎn) dp 驅(qū)動(dòng)輸出端。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 人機(jī)交互接口電路設(shè)計(jì) 鍵盤電路 鍵盤接口按不同標(biāo)準(zhǔn)可有不同分類方法，按鍵盤排布方式可分為獨(dú)立方式和行列方式；按 CPU 響應(yīng)方式可分成中斷方式和查詢方式；按讀入鍵值的方式可分為直讀方式和掃描方式；按是否進(jìn)行硬件編碼可分成非編碼方式和硬件編碼方式。 (4)MAX6675 完成溫度的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及 SIP 輸出等一系列過程要一個(gè)最小轉(zhuǎn)換時(shí)間，約 ～ 秒，所以一般應(yīng)使系統(tǒng)的采樣周期大于 250 毫秒。 MAX6675 的特性和引腳功能 MAX6675 的性能特點(diǎn)如下： (1)對(duì) K 型熱電偶輸出直接 進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換； (2)內(nèi)部集成有冷端補(bǔ)償電路； (3)簡單的 SPI 串行口溫度值輸出； (4)0 度～ 度的測(cè)溫范圍，溫度分辨率為 度； (5)內(nèi)含熱電偶斷線檢測(cè)電路； (6)高阻抗差動(dòng)輸入，低功耗； MAX6675 采用 SO8 封裝形式，長 ，寬 5mm，高 ，引腳功能如表 33 所列。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第三章 溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電烤箱是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)烤箱門、環(huán)境溫度、加熱材料以及電網(wǎng)等都影響控制過程，基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以保證加熱要求。微分部分的作用強(qiáng)弱由長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 微分時(shí)間 DT 決定。在獲得對(duì)象的飛升曲線后可用 CohnCoon 公式求對(duì)象參數(shù)。目前國內(nèi)成熟的溫控產(chǎn)品主要以 “點(diǎn)位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制為主，商品化的智能控制系統(tǒng)少，在智能控制技術(shù)研究方面投入的人力、物力還不夠。同時(shí)，現(xiàn) 代控制理論的發(fā)展，人工智能技術(shù)的深入研究，也為控制系統(tǒng)的理論領(lǐng)域增加了新的內(nèi)容。通過串口通信將下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)送至上位機(jī) 。 關(guān)鍵詞：溫度測(cè)控 PID 控制 單片機(jī) 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract In this paper the advantages and disadvantages of PID control andfuzzy control is analyzed and the method of bining them together is presented. Thefuzzy selftuning PID control method, which involves fuzzy control rules, is employed toachieve realtime adjustments to the threeparameters kP kD and kI of the PID. The simulation results show that the controller based on fuzzy selftuning PID control algorithm is the best one, because the regulating time is short, the overshoot and the steadyerror is very little. It can meet the control demands and it’s antiinterference ability is very strong. The designing method and realization of the system are discussed in detail. The MCU is the singlechip microprocessor AT89S52, Ktype thermocouple is used as temperature sensor, and MAX6675 is used as A/D converter. When getting the input orders, MCU works out the control value and gives pulse signal to drive the performance unit which is posed of photoelectrical coupler MOC3061 and TRIACS BT136. Host puter collects the data through serial munication and uses a modular design approach. Key words: Temperature Measurement and Control。常用的溫度控制電路除了傳統(tǒng)的 PID 控制方法，近幾年來快速發(fā)展的是將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能控制方法應(yīng)用于溫控系統(tǒng)，包括智能控制與 PID 控制相結(jié)合及長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 這些智能控制之間的結(jié)合。 課題研究的主要內(nèi)容 本課題以電烤箱為研究對(duì)象，針對(duì)電烤箱升溫單向性、大慣性、大滯后的特點(diǎn)，在比較常規(guī) PID 控制、模糊控制及參數(shù)模糊自整定 PID 控制策略的基礎(chǔ)上，主要對(duì)參數(shù)模糊自整定 PID 控制的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并結(jié)合虛擬儀器巨大的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)出響應(yīng)速度快、超調(diào)量 小、穩(wěn)態(tài)誤差小的溫度測(cè)控系統(tǒng)。一階慣性純滯后對(duì)象飛升曲線如圖 21 所示 。 DT 越大，則它抑制 e (t)變化的作用越強(qiáng)， DT 越小，它抗 e (t)變化的作用越弱。因此電烤箱的 溫度控制是一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)，本章主要討論電烤箱溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 表 33 MAX6675 引腳功能 引腳 名稱 功能 1 GND 接地端 2 T K 型熱電偶負(fù)極 3 T+ K 型熱電偶正極 4 VCC 正 電源端 5 SCK 串行時(shí)鐘輸入 6 C\S\ 片選端 7 S0 串行數(shù)據(jù)輸出 8 NC 空腳 MAX6675 與單片機(jī)的通信 MAX6675 采用標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 串行外設(shè)總線與單片機(jī)接口，通信過程如下：當(dāng)單片機(jī)使 MAX6675 的 CS 引腳從低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)， MAX6675 將進(jìn)行新的轉(zhuǎn)換；當(dāng)單片機(jī)使 MAX6675 的 CS 引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， MAX6675 將停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換 ,同時(shí)在 SCK 時(shí)鐘輸入脈沖的作用下，從 SO 端輸出串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)輸出過程需要 16 個(gè) SCK 時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)的讀取約定在 SCK 的下降沿完成。 (5)盡量采用大截面積的熱電偶導(dǎo)線，長距離傳輸時(shí)，可采用雙絞線作為信號(hào)傳輸線。將以上各種方式組合可構(gòu)成很多不同的鍵盤接口方式。 DIG7～DIG0 分別接 8 個(gè) LED 顯示器的共陰極，以實(shí)現(xiàn)位選。其最大的缺點(diǎn)是：大電流的切入造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊，不規(guī)則的脈沖負(fù)載電流引起電網(wǎng)波形的畸變，當(dāng) 控制角為 90 度時(shí)，產(chǎn)生的三次諧波電流為基波電流的 50%，五次諧波也可達(dá)到基波的 1/6。常用的硬件抗干擾措施主要有：布線技術(shù)、接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、去耦技術(shù)和優(yōu)化電路等。 軟件設(shè)計(jì)概述 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化編程與控制，常用的單片機(jī)編程語言有匯編和 C 語言兩種。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 結(jié)束語 本文以電烤箱為控制對(duì)象，針對(duì)傳統(tǒng) PID 控制應(yīng)用在時(shí)滯性和非線性控制對(duì)象上難以取得很好的控制效果的現(xiàn)象，探討了如何將單片機(jī)與虛擬儀器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的參 數(shù)模糊自整定 PID 控制，給出了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件具體實(shí)現(xiàn)流程，并通過仿真比較，驗(yàn)證了模糊自整定 PID 控制器設(shè)計(jì)的實(shí)用性和合理性。在這里也表達(dá)我對(duì)他們深深的謝意！ 感謝教研室的各位老師。 （ 2）以單片機(jī) AT89S52 為核心控制芯片，設(shè)計(jì)了智能溫度測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)其外圍電路做了詳細(xì)說明，其中包括 K 型熱電偶及其模數(shù)變換器 MAX667 LED 的顯示驅(qū)動(dòng) MAX721看門狗與電源監(jiān)控芯片 MAX813L 和可控硅的驅(qū)動(dòng)器 MOC3061 等。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟開發(fā)系統(tǒng)，是用戶開發(fā)和調(diào)試單片機(jī) C 語言源代碼的最理想的工具之一。儀表在使用時(shí)，如果附近有大型電力設(shè)備與其接于同一個(gè)交流電源上，那么電力設(shè)備的啟?；蚶纂姼袘?yīng)都將產(chǎn)生頻率很高的浪涌電壓疊加在 50Hz 的電網(wǎng)電壓上，這些干擾信號(hào)長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 沿著交流電源線進(jìn)入電子系統(tǒng)，可干擾電路。輸出的線性范圍窄而線性度又不好，只能靠反饋來改善。 MAX7219 允許一個(gè)外部電阻控制顯示亮度，外部電阻接于電源輸入 V+和段電流 Iset 端。鍵盤有 16 個(gè)鍵，其中有 0～ 9 共 10 數(shù)字鍵， 1 個(gè)功能鍵， 1 個(gè)確認(rèn)鍵，1 個(gè)取消鍵， 1 個(gè)左移鍵， 1 個(gè)右移鍵和 1 個(gè)停機(jī)鍵。本課題中運(yùn)用單片機(jī)的目的是構(gòu)成一個(gè)具有一定判斷、運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示和控制等功能的智能溫度測(cè)控儀表，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的性價(jià)比兩方面考慮。D15 位是偽標(biāo)志位，始終為 0； D14～ D3 是由高位到低位順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值； D2 用于檢測(cè)熱電偶是否斷線，當(dāng) D2 為 1 時(shí)表明熱電偶斷開； D1 為MAX6675 的標(biāo)識(shí)符，始終為 0； D0 位為三態(tài)。 圖 31 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件組成 系統(tǒng)硬件框圖如圖 32 所示，由以下幾部分組成： AT89S52 單片機(jī)及其最小系統(tǒng)模塊、溫度檢測(cè)模塊、鍵盤模塊、 LED 顯示模塊、輸出控制模塊等。 在以微處理器為硬件核心的控制系統(tǒng)中，由于是以采樣周期對(duì)輸入和輸出狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，故它是離散時(shí)間控制系統(tǒng)。 本文的被控對(duì)象是深圳市偉科達(dá)電熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 WKD298 的電烤箱，工作頻率 50Hz，溫度范圍 0250 度 ，總功率 2020W。 第二章：系統(tǒng)模型的建立及控制策略的選擇與設(shè)計(jì)，利用 Matlab 對(duì) PID 控制 、 模糊自整定 PID 控制進(jìn)行仿真比較 。 本文的研究對(duì)象 —— 電烤箱，是一種非線性、時(shí)變性、大時(shí)滯的被控對(duì)象，用精確的數(shù)學(xué)模型表示 其特性是十分困難的，用常規(guī)的 PID 控制難以達(dá)到較高的控制精度，只有在參數(shù)整定準(zhǔn)確且系統(tǒng)不發(fā)生劇烈變化的情況下才能實(shí)現(xiàn)，然而這對(duì)一般的電烤箱溫度控制系統(tǒng)來說都難以滿足，在關(guān)于溫度控制的絕大部分文獻(xiàn)資料中，控制結(jié)果都有較大的超調(diào)，本論文基于這一特點(diǎn)進(jìn)行研究，提出一種控制方案，把虛擬儀器與智能溫度控制相結(jié)合，開發(fā)一套基于模糊自整定 PID 參數(shù)算法的控制系統(tǒng)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、控制精度高、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。MCU 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 ..................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第一章 緒 論 ........................................................................................................ 1 課題的研究背景及意義 ......................................................................... 1 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................................................