恒溫控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-12 15:28 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖35 按鍵模塊接口電路 顯示接口電路的設(shè)計(jì)顯示電路采用字符型液晶顯示模塊，它是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式的LCD[2]，本設(shè)計(jì)采用的是SMC1602A LCM,其顯示容量162個(gè)字符。模塊電路如下圖36：圖36 顯示接口電路的設(shè)計(jì)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖37是1602的內(nèi)部顯示地址。圖37 1602的內(nèi)部顯示地址 加熱控制電路的設(shè)計(jì)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)象為加熱片，采用對(duì)加在電熱片兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水是否加熱的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。對(duì)加熱片通斷的控制采用MOSFET管控制，它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端TTL電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)MOS管的開(kāi)關(guān)。，電阻驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，接通加熱片工作，加熱片停止工作?？刂齐娐穲D如下圖38：圖38 加熱控制電路 電源及報(bào)警指示電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中我設(shè)計(jì)了越線報(bào)警裝置，控制目標(biāo)溫度范圍。當(dāng)設(shè)定的目標(biāo)溫度線達(dá)到時(shí)，需用聲音的形式提醒使用者，此時(shí)報(bào)警器開(kāi)始發(fā)出報(bào)警聲。在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低目標(biāo)溫度或高于設(shè)置的最高目標(biāo)溫度時(shí)報(bào)警器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。，三極管導(dǎo)通，報(bào)警器工作發(fā)出報(bào)警聲。，報(bào)警器不工作。當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低溫度時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)到實(shí)時(shí)溫度，發(fā)送信息給單片機(jī)，D4為加熱片加熱指示燈；同理，當(dāng)溫度加熱到高于設(shè)置的最高溫度時(shí)，D5為降溫指示燈。D1為檢測(cè)到電源和液晶顯示器共同的顯示燈，高電平有效；D6為檢測(cè)到DS18B20的指示燈，低電平有效；指示燈電路如下圖39所示：圖39 電源指示燈和報(bào)警指示燈電路 總電路的設(shè)計(jì)恒溫控制的總電路圖如圖310：圖310 總電路圖的設(shè)計(jì)4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制器模塊。 主程序模塊主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實(shí)現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實(shí)際測(cè)量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)在無(wú)外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)對(duì)外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷0，以便能對(duì)數(shù)字按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。主程序流程圖如下圖41：RAM初始化按恢復(fù)鍵LCD初始化調(diào)設(shè)溫模塊對(duì)采集的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理開(kāi)溫控調(diào)液晶顯示子程序是否設(shè)計(jì)溫度處理后的設(shè)溫=實(shí)溫？處理后的設(shè)溫＞實(shí)溫？處理后的設(shè)溫＜實(shí)溫？關(guān)加熱器開(kāi)加熱器亮綠燈設(shè)溫=實(shí)溫報(bào)警提示是否越上限？是否越下線？報(bào)警報(bào)警開(kāi)溫控調(diào)設(shè)溫模塊對(duì)采集的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理調(diào)液晶顯示子程序比較溫度開(kāi)始YYYNYNNYYNY圖41 主程序流程圖 功能實(shí)現(xiàn)模塊以用來(lái)執(zhí)行對(duì)MOSFET及加熱片的控制。功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由溫度比較處理子程序、鍵盤(pán)處理子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序等部分組成。鍵盤(pán)顯示及程序流程圖如下圖42：保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容調(diào)鍵掃子程序調(diào)鍵處理子程序開(kāi) 始調(diào)液晶顯示程序調(diào)溫度處理子程序調(diào)比較子程序按恢復(fù)鍵返回NYNY有鍵按下？按確定鍵？設(shè)置溫度 圖42 鍵盤(pán)、液晶顯示子程序流程圖 運(yùn)算控制模塊該模塊由標(biāo)度轉(zhuǎn)換[3]、模糊控制算法及其中用到的乘法子程序。式中A為二進(jìn)制的溫度值，A0為DS18B20的數(shù)字信號(hào)線送來(lái)的溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)在處理標(biāo)度轉(zhuǎn)換時(shí)是通過(guò)把DS18B20的信號(hào)線送回的16位數(shù)據(jù)右移4位得到二進(jìn)制的溫度值。其小數(shù)部分通過(guò)查小數(shù)表的形式獲取。 模糊控制算法目前溫度控制系統(tǒng)中的控制算法多為PID算法，但PID算法由于微分作用導(dǎo)致高頻干擾大，易引起超調(diào)，參數(shù)調(diào)整也麻煩，同時(shí)考慮到水溫控制系統(tǒng)本身有一個(gè)大滯后的特點(diǎn)，故本系統(tǒng)選用了目前國(guó)際上較流行的從能量控制的觀點(diǎn)出發(fā)，引入模糊控制思想而提出的變參數(shù)控制算法控制。 控制系統(tǒng)在其特性或參數(shù)發(fā)生攝動(dòng)時(shí)仍可使品質(zhì)指標(biāo)保持不變的性能。魯棒性是英文robustness一詞的音譯，也可意譯為穩(wěn)健性。魯棒性原是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一個(gè)專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)，70年代初開(kāi)始在控制理論的研究中流行起來(lái),用以表征控制系統(tǒng)對(duì)特性或參數(shù)攝動(dòng)的不敏感性。在實(shí)際問(wèn)題中，系統(tǒng)特性或參數(shù)的攝動(dòng)常常是不可避免的。產(chǎn)生攝動(dòng)的原因主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是由于測(cè)量的不精確使特性或參數(shù)的實(shí)際值會(huì)偏離它的設(shè)定值（標(biāo)稱(chēng)值），另一個(gè)是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中受環(huán)境因素的影響而引起特性或參數(shù)的緩慢漂移。因此，魯棒性已成為控制理論中的一個(gè)重要的研究課題，也是一切類(lèi)型的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中所必需考
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