【文章內(nèi)容簡介】 Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。電源電路可分為三大塊：變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分[1]。 電源電路 電源變壓器變壓部分其實就是一個變壓器，變壓器作用是將220V的交流電壓變換成我們所需的電壓9V。然后再送去整流和濾波。 整流濾波電路整流電路將交流電壓變成單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。濾波電路常見的有電容濾波電路、電感濾波電路。一般的整流有全波整流、單相半流整流、橋式整流、及變壓整流。 穩(wěn)壓電路在這的穩(wěn)壓電路中我使用的是“三端固定輸出集成穩(wěn)壓器”，穩(wěn)壓電路的作用是當輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。集成穩(wěn)壓器、使用方便、性能穩(wěn)定、更重要的是考慮到它的價格低廉，因而我在此使用。 鍵盤和顯示電路 。鍵盤采用行列式和外部中斷相結(jié)合的方法。其中設置鍵與單片機的腳相連，、YES、NO用四行三列接單片機P0口，REST鍵為硬件復位鍵，與R、C構(gòu)成復位電路。 按鍵功能按鍵鍵名功能REST復位鍵使系統(tǒng)復位SET設置鍵使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進入設置狀態(tài)數(shù)字鍵設置用戶需要的溫度YES確認鍵用戶設定目標溫度后進行確認NO清除鍵用戶設定溫度錯誤或誤按了YES鍵后使用 鍵盤接口電路顯示采用3位共陽LED動態(tài)顯示方式,顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個位及小數(shù)點后一位。用P2口作為段控碼輸出，并用74HC244作驅(qū)動?！?，用PNP型三極管做驅(qū)動[4]。： 顯示接口電路 加熱控制電路。用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制，被控對象為電熱杯，采用對加在電熱杯兩端的電壓進行通斷的方法進行控制，以實現(xiàn)對水加熱功率的調(diào)整，從而達到對水溫控制的目的。對電爐絲通斷的控制采用SSR40DA固態(tài)繼電器。它的使用非常簡單，只要在控制端TTL電平，即可實現(xiàn)對繼電器的開關(guān)，使用時完全可以用 NPN型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動。，三極管驅(qū)動固態(tài)繼電器工作接通加熱器工作，加熱器不工作。 加熱控制電路 由于系統(tǒng)采用計算機對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)控和顯示。所以要進行通信電路的設計。PC機內(nèi)裝有異步通信適配器板，其主要的器件為8250UART芯片，它使PC機有能力與其他具有標準RS232串行口通信接口的計算機或儀器設備通信，而MCS51單片機本身具有全雙工的串行口。因此只需要配一些驅(qū)動、隔離電路就可以構(gòu)成了洋分布式系統(tǒng)，由于MCS51單片機串行口是標準的TTL電平，為使其與RS232電平接口，在MCS51單片機串行口聯(lián)有1488和1489，以實現(xiàn)電平匹配。由于1448的輸出端不能相互并聯(lián)，故加上一個二極管進行隔離 [2]。 PC機與單片機的接口電路 在主機通信軟件中，首先根據(jù)擁護的要求和通信協(xié)議規(guī)定，對8250進行初始化。設置的8250的初始化數(shù)據(jù)是：波特率為9000b/s；8位數(shù)據(jù)位；1位奇偶校正位；1位停止位。由于從機MCS51的格式固定為四種方式，本設計采用方式3。因此這里的奇偶校正位用做發(fā)送地址/數(shù)據(jù)特征位（1表示地址），而數(shù)據(jù)通訊的校正采用累加和校驗法。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收采用查詢方式，在發(fā)送時，先用輸入指令檢查發(fā)送器的保持寄存器是否為空。若為空，則輸出指令將一個數(shù)據(jù)輸出給8250，8250會自動將數(shù)據(jù)一位一位地發(fā)送到串行口通信線上。在接收時，8250把串行口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，并送入到接收數(shù)據(jù)寄存器中，同時把“接收數(shù)據(jù)就緒”信號置于狀態(tài)寄存器中，CPU讀到這個信號后，就用輸入指令從接收器中讀入一個數(shù)據(jù)。 PC機通信軟件框圖第3章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設計 PID調(diào)節(jié)器控制原理在控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。系統(tǒng)由PID控制器和被控對象組成。 PID控制系統(tǒng)原理框圖 PID控制器是一種線性控制器,一種它根據(jù)給定值rin(t)與實際輸出值yout(t)構(gòu)成控制偏差： Error(t)=rin(t)yout(t) PID控制就是對偏差信號進行比例、積分、微分運算后，形成一種控制規(guī)律。即，控制器的輸出為： （）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式： （）左中， kp——比例系數(shù)；Ti——積分時間常數(shù)；T d——微分時間常數(shù)。簡單說來，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下[5]：（1） 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號error(t),偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。比例控制： Gc(s)= Kp （2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強盡弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。積分控制： Gc(s) = Kp/T is（3） 微分環(huán)節(jié)：反偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分控制： Gc(s) =KpT ds 位置式PID算法 基本PID控制器的理想算式為 () 式中u(t)——控制器(也稱調(diào)節(jié)器)的輸出；e(t)——控制器的輸入（常常是設定值與被控量之差，即e(t)=r(t)c(t)）；Kp——控制器的比例放大系數(shù)；Ti ——控制器的積分時間；Td——控制器的微分時間。設u(k)為第k次采樣時刻控制器的輸出值，可得離散的PID算式 ()式中 ， 。由于計算機的輸出u(k)直接控制執(zhí)行機構(gòu)（如閥門），u(k)的值與執(zhí)行機構(gòu)的位置（如閥門開度）一一對應，所以通常稱式(2)為位置式PID控制算法。位置式PID控制算法的缺點：當前采樣時刻的輸出與過去的各個狀態(tài)有關(guān)，計算時要對e(k)進行累加，運算量大；而且控制器的輸出u(k)對應的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化。 數(shù)字PID參數(shù)的整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。本設計采用PID歸一整定法把對控制臺三個參數(shù)（Kc、Ti、Td,）轉(zhuǎn)換為一個參數(shù)， 從而使問題明顯簡化。以達到控制器的特性與被控過程的特性相匹配,滿足某種反映控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標。 采樣周期選擇的原則（1）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率的下限為fs=2fmax，此時系統(tǒng)可真實地恢復到原來的連續(xù)信號。 （2）從執(zhí)行機構(gòu)的特性要求來看，有時需要輸出信號保持一定的寬度。采樣周期必須大于這一時間。（3）從控制系統(tǒng)的隨動和抗干擾的性能來看，要求采樣周期短些。 （4）從微機的工作量和每個調(diào)節(jié)回路的計算來看，一般要求采樣周期大些。 （5）從計算機的精度看，過短的采樣周期是不合適的。 （6）當系統(tǒng)滯后占主導地位時，應使滯后時間為采樣周期的整數(shù)倍?？晒┰O計時參考。實際上生產(chǎn)過程千差萬別，經(jīng)驗數(shù)據(jù)不一定就合適，可用試探法逐步調(diào)試確定。 采樣周期的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表[10]被測參數(shù)采用周期T（s）備注流量1～5s優(yōu)先選用1s壓力3～10s優(yōu)先選用5s液位6～8s溫度15～20s或純滯后時間成分15～20s PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響參數(shù)圖作用缺點P加快調(diào)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定I因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，提高無差度。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。D反映系統(tǒng)偏差信號變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用?？梢詼p少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)蓄料目結(jié)合，組成PD或PID控制. 綜上所述，（Kp、Ti、Td,）： Kp、Ti和Td對系統(tǒng)的影響影響KpTiTd穩(wěn)態(tài)性能可以減少靜差，但不能消除消除靜差，但不能太大配合比例控制，可以減少靜差動態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會引起震蕩太小會不穩(wěn)定，太大會影響性能太大和太小都會引起超調(diào)量大，過渡時間長。 PID計算程序 PID調(diào)節(jié)規(guī)律的基本輸入輸出關(guān)系可用微分方程表示為： （）式中為調(diào)節(jié)器的輸入誤差信號，且 （）其中：為給定值，為被控變量； 為調(diào)節(jié)器的輸出控制信號； 為比例系數(shù)；為積分時間常數(shù)；微分時間常數(shù)。計算機只能處理數(shù)字信號，若采樣周期為T第n次采樣的輸入誤差為，且，輸出為，PID算法用的微分由差分代替，積分由代替，于是得到 （）寫成遞推形式為△　　　= = = = = （）其中： （） （） （） 顯然，PID計算△只需要保留現(xiàn)時刻以及以前的兩個偏差量和。初始化程序初值通過采樣并根據(jù)參數(shù)、以及、和計算△。 根據(jù)輸出控制增量△，可求出本次控制輸出為 +△= （）由于電阻爐一般是屬于一階對象和滯后的一階對象，所以式中、的選擇取決于電阻爐的階躍響應曲線和實際經(jīng)驗，工程上已經(jīng)積累了不少行之的參數(shù)整定方法。本設計采用ZieglerNichols提出的 PID歸一調(diào)整法，調(diào)整參數(shù)，主要是為了減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，常常人為假定約束條件，以減少獨立變量的個數(shù)，令：