【文章內(nèi)容簡介】 壓值正比于濕度測量值，因此可由測試現(xiàn)場的溫度值決定。送LM258，在此處LM258起電壓跟隨作用，以與采集現(xiàn)場隔離和提高帶負載能力。然后信號送A／D轉(zhuǎn)換器ADC0804經(jīng)轉(zhuǎn)換后送單片機I/O口。在該設計中溫度的極限參數(shù)為：5O℃≤T≤7O℃；濕度的極限參數(shù)為l％≤H≤99％；溫度的顯示分度為0．1℃；濕度的顯示分度為0．5％；芯片特點：●低成本，大批量OEM設計●精度2%，激光修正互換性至5%●線性電壓輸出對應%RH●低功耗設計：200μA驅(qū)動電流●快速反應：15秒●穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學腐蝕性能●HIH3610有許多性能指標，RH精度（1）177。2%RH，0100%RH非凝結(jié)，25℃，供電電壓=5VDCRH互換性177。5%RH，060%RH；177。8%@90%RHRH線性177。%RH典型值RH遲滯177。%RH滿量程(最大值)RH重復性177。%RHRH反應時間1/e@25℃5秒，慢流動的空氣中RH穩(wěn)定性177。1%RH(典型值)，在50%RH環(huán)境，（5年時間內(nèi)）供電電源供電電壓消耗電源，傳感器在5VDC下標定@5VDC輸出電壓供電電壓=5VDC驅(qū)動限制Vout=Vsupply[(Sensor RH)+],典型值@25℃(所附的工廠標定數(shù)據(jù)提供類似的、每個傳感器單獨標定的數(shù)據(jù)@25℃）@25℃典型值對稱的拉/推：50μA典型值，20μA最小值，100μA最大值開啟溫度補償效應@0%RH效應@100%RH真實RH=(Sensor RH)/（），T為華氏度真實RH=(Sensor RH)/（），T為攝氏度177。%RH/℃（可忽略）%RH/℃（一般小于1%RH典型，固定環(huán)境，15℃以上）濕度范圍工作儲存0到100%RH，非凝結(jié)(1)0到90%RH，非凝結(jié)溫度范圍工作儲存40～+85℃51～+125℃操作對靜電干擾敏感，二級管最大保護至15KV注： 長時間處于90%RH時，將引起177。3%RH的漂移當供電電壓處于5V時，上限可提高傳感器對光敏感，為得到最好的測量結(jié)果，應避免傳感器接收亮光。 HIH3610性能指標 單片機外圍電路設計在本系統(tǒng)中單片機的外圍電路較多，可分為以下幾部分：單片機最小電路、溫濕度傳感器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、執(zhí)行機構(gòu)電路、LED顯示電路、鍵盤輸入及報警電路等。 單片機最小電路、時鐘電路和復位電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊。單片機最小系統(tǒng)是在以51單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測試的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為在實時檢測和自動控制領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。 振蕩電路單片機復位是使CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并在這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位，所以我們必須弄清單片機復位的條件、復位電路和復位后狀態(tài)。單片機復位的條件是：必須使RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期（24 個振蕩周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1μs，則只需2μs 以上時間的高電平，在RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。本設計中采用的復位電路，該電路是采用上電和按鍵都有效地復位電路，此電路能實現(xiàn)開機和單片機在運行時的復位，開機復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作，開機瞬間單片機的RESET 引腳獲得高電平，隨著電容的充電RESET 的高電平將逐漸下降，RESET 引腳的高電平只要能保持足夠的時間，單片機就可以進行復位操作。除上電復位外，若要在單片機運行期間實現(xiàn)復位，只需按圖中的RESET 鍵實現(xiàn)手動復位。 所示: 復位電路 溫度傳感器電路。 溫度傳感器電路 濕度傳感器電路，在此處LM258起電壓跟隨作用，以與采集現(xiàn)場隔離和提高帶負載能力。圖中電容103即10000皮法。 濕度傳感器電路 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時間100μs，輸入電壓范圍為0~5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當與計算機連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。. A/D轉(zhuǎn)換電路 LED顯示電路本系統(tǒng)采用74HC573鎖存器控制6個數(shù)碼管用動態(tài)掃描方式顯示溫度與濕度值。 圖 LED顯示電路 執(zhí)行機構(gòu)電路恒溫恒濕控制系統(tǒng)包括:①加熱系統(tǒng)②降溫系統(tǒng)③加濕系統(tǒng)④降濕系統(tǒng)由于其電路圖相似，僅示加熱系統(tǒng)的電路，： 加熱系統(tǒng)電路，U2為光耦合雙向可控硅驅(qū)動器，也屬于光耦合器的一種，用來驅(qū)高溫電磁閥并且起到隔離作用。R23為出發(fā)限電阻，R25為BCR門極電阻，為防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力，從而U2導通，觸發(fā)高溫電磁閥導通，接通交流負載。高溫電磁閥工作方式：常閉：當線圈通電時，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打開，主活塞由介質(zhì)壓力推動，打開主閥口，介質(zhì)流通。當線圈斷電時，主閥口關閉，介質(zhì)截止。常開：當線圈通電時，電磁鐵芯吸合，卸壓孔關閉，主活塞由介質(zhì)壓力推動，關閉主閥口，介質(zhì)截止。當線圈斷電時，主閥口打開，介質(zhì)流通。單片機的按鍵輸入一般可分為簡單的獨立式按鍵輸入及行列式鍵盤輸入兩種。獨立式鍵盤輸入適合于按鍵輸入不多的情況，具有占用口線較少、軟件編寫簡單容易等特點。通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。本設計中輸入按鍵只有5個，一個為“輸入使能鍵”，一個為“模式設定鍵”，一個為“左移鍵”，另兩個為“加法鍵”、“減法鍵”。欲輸入設定值時，按一下“輸入使能鍵”， 程序進入設定狀態(tài)，再按“模式設定鍵”，可選擇不同的參數(shù)，即可以選擇輸入溫度值、濕度值、CO2濃度值；按下“左移鍵”可以選擇各值的各個位數(shù)進行輸入；再按下“加法鍵”或“減法鍵”，即可輸入對應位的值；點按一下“左移鍵”，輸入輸入另一位……這樣可完成各個環(huán)境參數(shù)的設定。完成輸入后，再按一下“輸入使能鍵”，程序即退出設定狀態(tài)，進入工作運行。報警采用單片機外接一個三極管驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)。 鍵盤輸入電路 報警電路系統(tǒng)電路總圖（執(zhí)行機構(gòu)僅顯示加熱系統(tǒng)）：4 軟件設計為使系統(tǒng)容易維護，擴充，軟件系統(tǒng)設計采用模塊化設計。主程序是整個測控系統(tǒng)中最重要的程序，各個子程序都在主程序的協(xié)調(diào)指揮下運行，是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序，可以被任何優(yōu)先級的中斷請求所打斷。各個環(huán)境參數(shù)的測試和控制指令的判斷都在各個測控子程序中進行，主程序的主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、實現(xiàn)系統(tǒng)自檢、響應中斷請求進而調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序。圖 系統(tǒng)主流程如圖 系統(tǒng)軟件設計 軟件控制系統(tǒng)的設計采用模塊化設計，包括系統(tǒng)初始化、鍵盤顯示管理、信號采樣、溫度（濕度）調(diào)控、故障保護等?？刂葡到y(tǒng)軟件具有以下特點：（1）由實時室溫/濕值、箱溫/濕值、設定值及動態(tài)溫/濕升速率作為基本參數(shù)，建立相應的溫/濕控制數(shù)學模型，通過相應的算法，確定動態(tài)調(diào)整溫/濕參數(shù)以及控制方式，實現(xiàn)溫/濕控制的智能化。（2） 對溫度、濕度采樣數(shù)據(jù)進行軟件數(shù)字濾波,提高采樣數(shù)據(jù)的可靠性。（3）由軟件實施動態(tài)故障實時自我診斷,并把故障識別定位到傳感器、繼電器等關鍵器件。人腦的發(fā)達程度應當是人類相對于地球上的其它生命之所以如此優(yōu)越的生活的一個最本質(zhì)的原因。同樣，對于一個控制系統(tǒng)，其控制算法的好壞對于整個系統(tǒng)控制性能的好壞也將起著至關重要的作用。對于此次恒溫、恒濕控制箱的溫度在10度一140度之間按任意給定曲線跟隨，其控制精度均在正負0. 2度之間，抖坡函數(shù)和階躍函數(shù)的拐點處無尖峰，也即無超調(diào)。同時，無欠調(diào)。因此采用智能PID控制。此次設計，濕度控制相對于溫度控制精度不是很高，但是，濕度和溫度一起拉制難免受溫度影響，尤其在高溫高濕的控制條件下。因此，要嚴格遵守相關的國家標準，從每個環(huán)節(jié)著手，盡量減小誤差。 PID控制在大多數(shù)情況下，為了控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能滿足工程上的要求，往往在系統(tǒng)中加進一些校正裝置，以改善系統(tǒng)的特性，滿足工程的要求。這種措施稱為校正。為此目的加入的裝置稱為校正裝置。在控制系統(tǒng)中，進行校正的方式有很多，串聯(lián)校正采用的比較普遍。它的作用通常是對系統(tǒng)中的誤差信號進行比例、積分、微分等運算，形成適用的控制信號，其中，用以實現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律(即PID算法)的校正裝置稱為比例積分微分控制器. PID各控制環(huán)節(jié)的作用比例環(huán)節(jié)的作用是改變比例環(huán)節(jié)的系數(shù)即增大系統(tǒng)開環(huán)比例系數(shù)以提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度，降低系統(tǒng)的惰性，加快響應速度。但比例系數(shù)太大，會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。積分環(huán)節(jié)的作用是可以消除靜態(tài)殘差。在靜態(tài)下，積分拉制器的輸入信號e (t)雖然為零，但它的輸出信號u (t)仍可以維持在某一非零值?？吭搖 tt)控制信號的控制作用，使該系統(tǒng)的靜態(tài)輸出量y (t)保持與輸入量X (t)相等。這一點是比例控制器做不到的。因為對于比例控制器，不等于零的拉制信號要求有不等于零的誤差信號。也就是說，在靜態(tài)必須靠一定的誤差來維持輸出與輸入之間的比例關系然而，系統(tǒng)中加入積分單元，可以改變系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項式，從而可能使一個穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)橐粋€不穩(wěn)定的系統(tǒng)。同時，積分作用往往導致系統(tǒng)響r遲緩。微分環(huán)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。當動態(tài)過程接近于達到靜態(tài)時，誤差信號變化不大或是變化緩慢，微分作用也就微不足道。所以，微分作用不能單獨使用，它總是與比例作用結(jié)合起來使用。以比例加微分控制器為例來說明微分環(huán)節(jié)的作用。該控制器的傳遞函數(shù)：Gc (s) =Kp* (1+Td*s)如果它的輸入信號是e (t) ,輸出信號是u (t)，則有：u (t) =Kp*e (t)+Kp*Td*e (t)′可見它所產(chǎn)生的控制作用不僅反映誤差信號而且還反映誤差信號的變化率。總之，PID調(diào)解就是調(diào)整比例、積分和微分各環(huán)節(jié)參數(shù)(Kp, Ti,Td)，使系統(tǒng)相互制約的快速性，穩(wěn)定性，動態(tài)特性和靜態(tài)精度滿足主要方面，兼顧其它方面，達到最優(yōu)的控制效果。其參數(shù)的選擇，通常通過湊試法，實驗法或由試驗得來的經(jīng)驗公式來確定，是一個比較復雜的過程。 PID控制算式的數(shù)字化在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達式為: （）式中:y (t)一一調(diào)節(jié)器的輸出信號。 e (t)一一調(diào)節(jié)器的偏差信號Kp 一一調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。Ti 一一調(diào)節(jié)器的積分時間。Td 一一調(diào)節(jié)器的微分時間。 （） （） 將式（）和式（）帶入式（），則可得到離散的PID表達式： （）n 一一采樣序號，n=0, 1, 2...e (n)一一第n次采樣時的偏差?！鱰=T一一采樣周期。e (n1)一一第n1次采樣時的偏差.通常把(2. 4)式稱為位置控制算式。由式(2. 4)可以看出，要想計算Y（n），不僅需要本次與上次的偏差信號e (n)和e (n1)，而且還要在積分項把歷次的偏差信號e(j)進行相加。這樣，不僅使得計算繁瑣，且為了保留e (j)還需要占用很大的內(nèi)存。因此，進行如下改動:根據(jù)推理，可寫出第(n1)次的PID的輸出表達式: （）用式（—）可得到： 式中：由式()可知，要計算第n次輸出值Y (n)，只需知丫(n1) . e (n) .e (n1) , e (n2)即可，與式(2. 4)相比，計算要簡單得多。在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機構(gòu)是采用步進電機或多圈電位器進行控制的，因此，此時給一個增量信號即可。式(2. 6)還可以表示為下式:式(2. 7)表示第n次輸出的增量△Y (n) ,等于第n次與第n1次調(diào)節(jié)器的差值，即在第n1次的基礎之上增加(減少)的量。式(2. 7)叫做PID的增量控制式。 智能PID控制控制論的三個最為基本而又重要的概念:、反饋和控制。今天，隨著科學技術(shù)的進步。顯然，控制系統(tǒng)中的信息也不單純的僅僅是一種信號數(shù)值的大小，而且包括知識、經(jīng)驗等在內(nèi)的多種信息。反饋的概念已經(jīng)不再理解為單一的負反饋模式，根據(jù)控制的需要，可以暫時不加負反饋以開環(huán)形式運行，也可以根據(jù)特殊需要加正反饋等?？刂埔惨呀?jīng)不是單純地執(zhí)行某一單一控制規(guī)律，而是根據(jù)動態(tài)過程需要采取多