恒溫控制系統(tǒng)及設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-12 15:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖35 按鍵模塊接口電路 顯示接口電路的設(shè)計顯示電路采用字符型液晶顯示模塊，它是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式的LCD[2]，本設(shè)計采用的是SMC1602A LCM,其顯示容量162個字符。模塊電路如下圖36：圖36 顯示接口電路的設(shè)計液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，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)計用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制，被控對象為加熱片，采用對加在電熱片兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實現(xiàn)對水是否加熱的調(diào)整，從而達(dá)到對水溫控制的目的。對加熱片通斷的控制采用MOSFET管控制，它的使用非常簡單，只要在控制端TTL電平，即可實現(xiàn)對MOS管的開關(guān)。，電阻驅(qū)動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 電源及報警指示電路的設(shè)計在本系統(tǒng)中我設(shè)計了越線報警裝置，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，需用聲音的形式提醒使用者，此時報警器開始發(fā)出報警聲。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)溫度時報警器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。，三極管導(dǎo)通，報警器工作發(fā)出報警聲。，報警器不工作。當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低溫度時，溫度傳感器檢測到實時溫度，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，D5為降溫指示燈。D1為檢測到電源和液晶顯示器共同的顯示燈，高電平有效；D6為檢測到DS18B20的指示燈，低電平有效；指示燈電路如下圖39所示：圖39 電源指示燈和報警指示燈電路 總電路的設(shè)計恒溫控制的總電路圖如圖310：圖310 總電路圖的設(shè)計4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(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現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機(jī)通過循環(huán)對外部溫度進(jìn)行實時顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷0，以便能對數(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)溫模塊對采集的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理開溫控調(diào)液晶顯示子程序是否設(shè)計溫度處理后的設(shè)溫=實溫？處理后的設(shè)溫＞實溫？處理后的設(shè)溫＜實溫？關(guān)加熱器開加熱器亮綠燈設(shè)溫=實溫報警提示是否越上限？是否越下線？報警報警開溫控調(diào)設(shè)溫模塊對采集的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理調(diào)液晶顯示子程序比較溫度開始YYYNYNNYYNY圖41 主程序流程圖 功能實現(xiàn)模塊以用來執(zhí)行對MOSFET及加熱片的控制。功能實現(xiàn)模塊主要由溫度比較處理子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序、報警子程序等部分組成。鍵盤顯示及程序流程圖如下圖42：保護(hù)存儲內(nèi)容調(diào)鍵掃子程序調(diào)鍵處理子程序開 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、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)字信號線送來的溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)在處理標(biāo)度轉(zhuǎn)換時是通過把DS18B20的信號線送回的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，同時考慮到水溫控制系統(tǒng)本身有一個大滯后的特點，故本系統(tǒng)選用了目前國際上較流行的從能量控制的觀點出發(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)生攝動時仍可使品質(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)計學(xué)中的一個專門術(shù)語，70年代初開始在控制理論的研究中流行起來,用以表征控制系統(tǒng)對特性或參數(shù)攝動的不敏感性。在實際問題中，系統(tǒng)特性或參數(shù)的攝動常常是不可避免的。產(chǎn)生攝動的原因主要有兩個方面，一個是由于測量的不精確使特性或參數(shù)的實際值會偏離它的設(shè)定值（標(biāo)稱值），另一個是系統(tǒng)運(yùn)行過程中受環(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重要的研究課題，也是一切類型的控制系統(tǒng)的設(shè)計中所必需考
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