【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的靜觸點(diǎn)，稱為 “ 常開觸點(diǎn) ” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 “ 常閉觸點(diǎn) ” 。 電磁繼電器 的原理圖如圖 。 8 圖 電磁繼電器 方案二：采用可控硅元件控制。 可控硅是 P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè) PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè) PNP管和一個(gè) NPN管所組成，其等效 圖解 如圖 。 當(dāng)陽(yáng)極 A 加上正向電壓時(shí)， BG1 和 BG2 管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極 G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)， BG2便有基流 ib2流過，經(jīng) BG2放大，其集電極電流 ic2=β 2ib2。因?yàn)?BG2的集電極直接與 BG1 的基極相連，所以 ib1=ic2。此時(shí)，電流 ic2 再經(jīng) BG1 放大，于是 BG1的集電極電流ic1=β 1ib1=β 1β 2ib2。這個(gè)電流又流回到 BG2的基極，表成正反饋，使 ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于 BG1和 BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以?旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極 G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化， 此條件見表 所示。 圖 可控硅等效圖解 表 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件 狀態(tài) 條件 說(shuō)明 從關(guān)斷到導(dǎo)通 陽(yáng)極電位 高于是陰極電位 控制極有足夠的正向電壓和電流 兩者缺一不可 維持導(dǎo)通 陽(yáng)極電位高于陰極電位 陽(yáng)極電流大于維持電流 兩者缺一不可 從導(dǎo)通到關(guān)斷 陽(yáng)極電位低于陰極電位 陽(yáng)極電流小于維持電流 任一條件即可 在上述兩種方案中， 繼電器的壽命比不上可控硅 ,但是可控硅的過壓過流能力遠(yuǎn)遜 于 繼電器 ,作為工控產(chǎn)品 ,可靠性應(yīng)該不單單考慮元件的理想壽命 ,還應(yīng)該考慮元?dú)饧目垢蓴_ ,過壓過流能 9 力 以及電路的簡(jiǎn)潔 ,簡(jiǎn)單 。在這些方面繼電器都要比可控硅有優(yōu)勢(shì)。且繼電器 壽命也不會(huì)很短 ,繼電器的一般壽命 (JZC22F)在 一百萬(wàn) 次以上 ,也就是可以使用十年以上 。綜上所述，選擇方案一，利用繼電器控制加熱器件的導(dǎo)通與關(guān)閉即達(dá)到水溫的控制目的。 2．單元電路設(shè)計(jì) 水溫測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 溫度傳感器置于水中，將感應(yīng)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱 的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)通過運(yùn)算放大電路的放大就可以輸入到 AD轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換。具體測(cè)量電路如圖 。運(yùn)算放大電路采用正相放大 接法，由圖可知放大倍率即運(yùn)放增益 A0 為： 10 20701RRA R??? 式中 R10=R20=2K， R7=1K ,得到 A0=5。由于 LM35的靈敏度為 10mV/℃ ,故其輸出的最大模擬電壓為 1V，經(jīng)運(yùn)放放大后最大輸出電壓為 5V，滿足 AD轉(zhuǎn)換 輸入電壓 0至 5V的范圍 要求。 圖 水溫測(cè)量電路 AD 轉(zhuǎn)換電路 經(jīng) 傳感器和運(yùn)放輸出的模擬信號(hào)必須經(jīng)過 AD轉(zhuǎn)換電路 ,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能被單片機(jī)處理。 AD轉(zhuǎn)換芯片目前用的比較多的是 ADC0809,他可以直接輸入 8個(gè)單端的模擬信號(hào)。 如圖， ADC0809的 START端是啟動(dòng)控制輸入端，由單片機(jī)控制，一個(gè)正脈沖過后 AD開始轉(zhuǎn)換； CLOCK端 是時(shí)鐘信號(hào)輸入端，當(dāng)系統(tǒng)頻率為 12MHZ時(shí)， ALE信號(hào)頻率約為 1MHZ，然后通過 74LS74 D觸發(fā)器進(jìn)行二分頻，即可符合 ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)頻率要求。 OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入 高電平有效。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 A， B，C為模擬輸入選擇端，由于在本系統(tǒng)中只需輸入一個(gè)模擬信號(hào)，故 A,B,C均接低電平表示選擇 IN0口 輸 入 模 擬 信 號(hào) 。 10 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 控制電路設(shè)計(jì) 圖 AT89C52的最小系統(tǒng)以及外圍電路 11 單片機(jī)接受 AD轉(zhuǎn)換電路輸入的數(shù)字信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處理和運(yùn)算，以控制控制電流或者控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)要求。 單片機(jī) AT89C51外接顯示電路， AD轉(zhuǎn)換電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路。具體電路如圖 。Header 8是 AD轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸出的接口， (RELAY) 為繼電器電路的接口， (POWER_OUT)接單片機(jī)工作指示燈的輸入，高電平有效。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 在本系統(tǒng) 中采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示方式驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)七段數(shù)碼管， 4 個(gè)七段數(shù)碼管用來(lái)顯示當(dāng)前的溫度。 圖 ，由于 AT89C52單片機(jī)每個(gè) I/O口的拉電流只有 1~2mV,但是在灌電流的情況下卻能達(dá)到 20mV左右， 采用共陰極需要加驅(qū)動(dòng)電路， 采用共陽(yáng)極數(shù)碼管不需要驅(qū)動(dòng)電路 ， 可以使電路得到簡(jiǎn)化。 圖中， A1,A2,A3,A4為四位數(shù)碼管的為選端， A,B,C,D,E,F,段選端。 圖 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 繼電器電路 繼電器 用于控制加熱器的導(dǎo)通與關(guān)閉，其導(dǎo)通與關(guān)閉時(shí)間由單片機(jī)控制，從而維持水溫的平衡。如圖 ，圖中 RELAY與單片機(jī)的 ，當(dāng) ，繼電器上電導(dǎo)通，開關(guān)打下，加熱器件導(dǎo)通開始加熱。 圖 繼電器電路 12 3. 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 C語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序 是在 Window XP 環(huán)境下采用 Keilu Vision 2 軟件進(jìn)行編寫的。 PID 控制算法介紹 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。 這種控制方法集比例、微分調(diào)節(jié)方法于一體，是現(xiàn)今的一種比較成熟的控制方法，也是使用比較廣泛的一種控制方法。這種控制方式具有直觀、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和性能好等一系列優(yōu)點(diǎn) 。PID 具體算法有兩種：直接計(jì)算法和增量計(jì)算法。 這里所謂的增量算法就是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)算法的相鄰兩次運(yùn)算之差，得到的結(jié)果是增量也就是說(shuō)在上一次的控制量的基礎(chǔ) 上需要增加（負(fù)值意味著減小）控制量。，對(duì)于溫度控制就是需要增加或減小加熱比例。二直接算法得到的是當(dāng)前需要的控制量，相鄰兩次控制量的差就是增量。在本系統(tǒng)中，我們采用的是增量計(jì)算法。 標(biāo)準(zhǔn)的直接計(jì)算法公式： * ( ) * ( ) ( e ( t) e ( t 1) )O U T P i dP K e t K e t K? ? ?? 上一次的計(jì)算值： p i dPou t( t 1 ) = K * ( e ( t) e ( t 1 ) ) + K e ( t) + K ( e ( t) e ( t 2 ) ) 兩式相減即可以得到增量計(jì)算的公式： p i dP dl t= K * ( e ( t) e ( t 1) ) + K e ( t) + K ( e ( t ) 2* e ( t 1) + e ( t 2) ) 式中 pK , ,idKK 分別稱為比例常數(shù)，積分常數(shù)和微分常數(shù)， e(t)為基本偏差， ()et? 為累積偏差。其中三個(gè)常數(shù)在控制中的作用為： 例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用 的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之 Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)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。 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反