【文章內(nèi)容簡介】 3。19第一章 緒論空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)器(room air conditioner)，是一種調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的裝置?，F(xiàn)在得空調(diào)一般都由單片機來控制的。微型單片機系統(tǒng)以其體積小、性能價格比高，指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中，在溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。 上個世紀電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度，大大加速了工業(yè)的自動化進程。隨著微電子技術(shù)和微型計算機的迅猛發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價格比高的優(yōu)點得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它不僅在航空、航天、鐵路交通、冶金，電力、石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，而且其技術(shù)在日常生活小諸如電梯、微波爐、電冰箱、智能照相機、電動玩具、全/半自動洗衣機、智能空調(diào)、攜帶式心臟監(jiān)護機等高科技產(chǎn)品中也具有廣闊的使用前景，尤其是許多智能儀表和測控系統(tǒng)中引入電腦控制技術(shù)后，使傳統(tǒng)儀器、儀表設(shè)備發(fā)生了根本變化，為工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能化奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使資源失去應(yīng)有的作用，從而造成資源的巨大浪費。特別是在當前全球能源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對溫度的控制，把身邊的能源好好地利用起來。在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度、節(jié)約能源，要求對溫度進行測、顯示、控制，使之達到工藝標準，以單片機為核心設(shè)計的箱溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機進行顯示和控制。那么無論是哪種控制，我們都希望溫度控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，空調(diào)等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高越來越普及，一個簡單，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場。而本次設(shè)計就是要通過以MCS51系列單片機為控制核心，實現(xiàn)空調(diào)機溫度控制器的設(shè)計。系統(tǒng)CPU根據(jù)按鍵輸入的命令,對采集和設(shè)置的溫度進行智能判斷，做出空調(diào)是否制冷的命令，即是否使電動機轉(zhuǎn)動，相應(yīng)的采集和設(shè)置的溫度通過LED顯示出來告訴用戶現(xiàn)在的室溫和設(shè)置溫度。 第二章 參數(shù)計算與選型溫度PID控制原理是先求出實測溫度與設(shè)定溫度的偏差值。然后對偏差值進行比例積分與微分數(shù)值處理，得到的控制輸出信號用來控制加熱，使溫度控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法，具體算法采用的是增量式PID算法，增量PID算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快．用軟件來實現(xiàn)。所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量?u(K)，增量式PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖所示。圖14 增量式PID控制系統(tǒng)框圖通過離散化過程，可得離散的PID表達式為： 式中：k為采樣序號，k=O、……；u(k)為第k次采樣時刻的計算機輸出值；e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k1)為第k1次采樣時刻輸入的偏差值；Ki=Ts/Ti；KD=TD/Ts。 可由式(1)導(dǎo)出提供增量的PID控制算式，根據(jù)遞推原理可得：用式(1)減去式(2)，可得：可見?？刂葡到y(tǒng)的輸出僅僅與最近3次的偏差有關(guān)。在確定了Ts、Ti、TD、Kc之后，根據(jù)最近3次的偏差即可求出控制增量。PID參數(shù)的整定 PID參數(shù)的設(shè)定決定了升溫速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。面對不同的控制對象參數(shù)都不相同。根據(jù)這些參數(shù)在整個PID控制過程中的作用。根據(jù)實驗現(xiàn)象具體調(diào)節(jié)。1)溫度很迅速就能達到目標值，但是過沖很大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：比例系數(shù)太大，致使在達到設(shè)定值之前溫度上升比例過高；微分系數(shù)過小，致使對控制對象的反應(yīng)不夠靈敏。2)溫度經(jīng)常達不到目標值，小于目標值的時間較長．出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：比例系數(shù)過小，升溫比例不夠；積分系數(shù)過小，對恒定偏差補償不足。3)基本上能夠控制在目標溫度上，但上下偏差很大經(jīng)常波動．出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：微分系數(shù)過小，對即時變化反應(yīng)不夠迅速；積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被淹沒鈍化；設(shè)定的基本控制周期過短，加熱沒來得及傳到測溫點上。PID參數(shù)的調(diào)整步驟一般為先比例，后積分，再微分的整定步驟．編程時先設(shè)定他們的大概數(shù)值。然后通過反復(fù)實驗調(diào)試，根據(jù)實驗現(xiàn)象最終選定比較理想的參數(shù)值。對溫度控制系統(tǒng)，通過實驗測量，被控對象的純滯后時間為120秒。γ=120s。測得加熱爐絲的溫度相對時間的階躍響應(yīng)曲線．由階躍響應(yīng)曲線可以確定T=240s，K=O．5，對象的數(shù)學(xué)模型為一階慣帶延遲的近似環(huán)節(jié)特性： 選型 本系統(tǒng)選用的是數(shù)字式的溫度傳感器DSl8B20。DSl8B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新一代數(shù)字式溫度傳感器，采用TO一92封裝。它具有獨特的單總線接口方式，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線復(fù)用為一根信號線。輸入輸出均為數(shù)字信號。這使得其與單片機接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的AD轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DSl8B20供電電壓范圍為3．0～5．5V。測溫范圍：55℃—125℃，測量分辨率為0．0625℃，在10℃—85℃范圍內(nèi)，精度為177。0．5℃；從DSl8B20中讀取數(shù)據(jù)和向DSl8B20寫人命令僅需要一根信號線就可完成。采用單根信號線，既可以傳輸時鐘信號，又能傳輸數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的；在溫度采集的通道上省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路．可以直接讓單片機與溫度傳感器的數(shù)據(jù)引腳相連，通過指令控制傳感器測量溫度。采用這種方法簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL 配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖9所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD為外接供電電源輸人端(在寄生電源接線方式時接地)。光刻ROM 中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該