【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓值正比于濕度測(cè)量值，因此可由測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)隔離和提高帶負(fù)載能力。然后信號(hào)送A／D轉(zhuǎn)換器ADC0804經(jīng)轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)I/O口。在該設(shè)計(jì)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(diǎn)：●低成本，大批量OEM設(shè)計(jì)●精度2%，激光修正互換性至5%●線性電壓輸出對(duì)應(yīng)%RH●低功耗設(shè)計(jì)：200μA驅(qū)動(dòng)電流●快速反應(yīng)：15秒●穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學(xué)腐蝕性能●HIH3610有許多性能指標(biāo)，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(fù)性177。%RHRH反應(yīng)時(shí)間1/e@25℃5秒，慢流動(dòng)的空氣中RH穩(wěn)定性177。1%RH(典型值)，在50%RH環(huán)境，（5年時(shí)間內(nèi)）供電電源供電電壓消耗電源，傳感器在5VDC下標(biāo)定@5VDC輸出電壓供電電壓=5VDC驅(qū)動(dòng)限制Vout=Vsupply[(Sensor RH)+],典型值@25℃(所附的工廠標(biāo)定數(shù)據(jù)提供類似的、每個(gè)傳感器單獨(dú)標(biāo)定的數(shù)據(jù)@25℃）@25℃典型值對(duì)稱的拉/推：50μA典型值，20μA最小值，100μA最大值開(kāi)啟溫度補(bǔ)償效應(yīng)@0%RH效應(yīng)@100%RH真實(shí)RH=(Sensor RH)/（），T為華氏度真實(shí)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(chǔ)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(chǔ)存40～+85℃51～+125℃操作對(duì)靜電干擾敏感，二級(jí)管最大保護(hù)至15KV注： 長(zhǎng)時(shí)間處于90%RH時(shí)，將引起177。3%RH的漂移當(dāng)供電電壓處于5V時(shí)，上限可提高傳感器對(duì)光敏感，為得到最好的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)避免傳感器接收亮光。 HIH3610性能指標(biāo) 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中單片機(jī)的外圍電路較多，可分為以下幾部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小電路、溫濕度傳感器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路、LED顯示電路、鍵盤(pán)輸入及報(bào)警電路等。 單片機(jī)最小電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。單片機(jī)最小系統(tǒng)是在以51單片機(jī)為基礎(chǔ)上擴(kuò)展，使其能更方便地運(yùn)用于測(cè)試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)試的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，稱為在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)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(lái)越大。 振蕩電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并在這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST 引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1μs，則只需2μs 以上時(shí)間的高電平，在RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。本設(shè)計(jì)中采用的復(fù)位電路，該電路是采用上電和按鍵都有效地復(fù)位電路，此電路能實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)和單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)的復(fù)位，開(kāi)機(jī)復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，開(kāi)機(jī)瞬間單片機(jī)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(shí)間，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。除上電復(fù)位外，若要在單片機(jī)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)復(fù)位，只需按圖中的RESET 鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。 所示: 復(fù)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(chǎng)隔離和提高帶負(fù)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(shí)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(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)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(gè)數(shù)碼管用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示溫度與濕度值。 圖 LED顯示電路 執(zhí)行機(jī)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(dòng)器，也屬于光耦合器的一種，用來(lái)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(mén)極電阻，為防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力，從而U2導(dǎo)通，觸發(fā)高溫電磁閥導(dǎo)通，接通交流負(fù)載。高溫電磁閥工作方式：常閉：當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打開(kāi)，主活塞由介質(zhì)壓力推動(dòng)，打開(kāi)主閥口，介質(zhì)流通。當(dāng)線圈斷電時(shí)，主閥口關(guān)閉，介質(zhì)截止。常開(kāi)：當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵芯吸合，卸壓孔關(guān)閉，主活塞由介質(zhì)壓力推動(dòng)，關(guān)閉主閥口，介質(zhì)截止。當(dāng)線圈斷電時(shí)，主閥口打開(kāi)，介質(zhì)流通。單片機(jī)的按鍵輸入一般可分為簡(jiǎn)單的獨(dú)立式按鍵輸入及行列式鍵盤(pán)輸入兩種。獨(dú)立式鍵盤(pán)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(xiě)簡(jiǎn)單容易等特點(diǎn)。通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開(kāi)關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開(kāi)的，當(dāng)我們按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。本設(shè)計(jì)中輸入按鍵只有5個(gè)，一個(gè)為“輸入使能鍵”，一個(gè)為“模式設(shè)定鍵”，一個(gè)為“左移鍵”，另兩個(gè)為“加法鍵”、“減法鍵”。欲輸入設(shè)定值時(shí)，按一下“輸入使能鍵”， 程序進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)，再按“模式設(shè)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(gè)位數(shù)進(jìn)行輸入；再按下“加法鍵”或“減法鍵”，即可輸入對(duì)應(yīng)位的值；點(diǎn)按一下“左移鍵”，輸入輸入另一位……這樣可完成各個(gè)環(huán)境參數(shù)的設(shè)定。完成輸入后，再按一下“輸入使能鍵”，程序即退出設(shè)定狀態(tài)，進(jìn)入工作運(yùn)行。報(bào)警采用單片機(jī)外接一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 鍵盤(pán)輸入電路 報(bào)警電路系統(tǒng)電路總圖（執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅顯示加熱系統(tǒng)）：4 軟件設(shè)計(jì)為使系統(tǒng)容易維護(hù)，擴(kuò)充，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。主程序是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中最重要的程序，各個(gè)子程序都在主程序的協(xié)調(diào)指揮下運(yùn)行，是一個(gè)順序執(zhí)行的無(wú)限循環(huán)程序，可以被任何優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所打斷。各個(gè)環(huán)境參數(shù)的測(cè)試和控制指令的判斷都在各個(gè)測(cè)控子程序中進(jìn)行，主程序的主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢、響應(yīng)中斷請(qǐng)求進(jìn)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(shè)計(jì) 軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)顯示管理、信號(hào)采樣、溫度（濕度）調(diào)控、故障保護(hù)等?？刂葡到y(tǒng)軟件具有以下特點(diǎn)：（1）由實(shí)時(shí)室溫/濕值、箱溫/濕值、設(shè)定值及動(dòng)態(tài)溫/濕升速率作為基本參數(shù)，建立相應(yīng)的溫/濕控制數(shù)學(xué)模型，通過(guò)相應(yīng)的算法，確定動(dòng)態(tài)調(diào)整溫/濕參數(shù)以及控制方式，實(shí)現(xiàn)溫/濕控制的智能化。（2） 對(duì)溫度、濕度采樣數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)施動(dòng)態(tài)故障實(shí)時(shí)自我診斷,并把故障識(shí)別定位到傳感器、繼電器等關(guān)鍵器件。人腦的發(fā)達(dá)程度應(yīng)當(dāng)是人類相對(duì)于地球上的其它生命之所以如此優(yōu)越的生活的一個(gè)最本質(zhì)的原因。同樣，對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，其控制算法的好壞對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)控制性能的好壞也將起著至關(guān)重要的作用。對(duì)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(fù)0. 2度之間，抖坡函數(shù)和階躍函數(shù)的拐點(diǎn)處無(wú)尖峰，也即無(wú)超調(diào)。同時(shí)，無(wú)欠調(diào)。因此采用智能PID控制。此次設(shè)計(jì)，濕度控制相對(duì)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(yán)格遵守相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從每個(gè)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(dòng)態(tài)性能滿足工程上的要求，往往在系統(tǒng)中加進(jìn)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(jìn)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(duì)系統(tǒng)中的誤差信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，形成適用的控制信號(hào)，其中，用以實(shí)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(kāi)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(yīng)速度。但比例系數(shù)太大，會(huì)對(duì)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(hào)e (t)雖然為零，但它的輸出信號(hào)u (t)仍可以維持在某一非零值?？吭搖 tt)控制信號(hào)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(diǎn)是比例控制器做不到的。因?yàn)閷?duì)于比例控制器，不等于零的拉制信號(hào)要求有不等于零的誤差信號(hào)。也就是說(shuō)，在靜態(tài)必須靠一定的誤差來(lái)維持輸出與輸入之間的比例關(guān)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(xiàng)式，從而可能使一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)。同時(shí)，積分作用往往導(dǎo)致系統(tǒng)響r遲緩。微分環(huán)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程接近于達(dá)到靜態(tài)時(shí)，誤差信號(hào)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(dú)使用，它總是與比例作用結(jié)合起來(lái)使用。以比例加微分控制器為例來(lái)說(shuō)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(hào)是e (t) ,輸出信號(hào)是u (t)，則有：u (t) =Kp*e (t)+Kp*Td*e (t)′可見(jiàn)它所產(chǎn)生的控制作用不僅反映誤差信號(hào)而且還反映誤差信號(hào)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(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)精度滿足主要方面，兼顧其它方面，達(dá)到最優(yōu)的控制效果。其參數(shù)的選擇，通常通過(guò)湊試法，實(shí)驗(yàn)法或由試驗(yàn)得來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)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(dá)式為: （）式中:y (t)一一調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。 e (t)一一調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)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(shí)間。Td 一一調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 （） （） 將式（）和式（）帶入式（），則可得到離散的PID表達(dá)式： （）n 一一采樣序號(hào)，n=0, 1, 2...e (n)一一第n次采樣時(shí)的偏差?！鱰=T一一采樣周期。e (n1)一一第n1次采樣時(shí)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(jì)算Y（n），不僅需要本次與上次的偏差信號(hào)e (n)和e (n1)，而且還要在積分項(xiàng)把歷次的偏差信號(hào)e(j)進(jìn)行相加。這樣，不僅使得計(jì)算繁瑣，且為了保留e (j)還需要占用很大的內(nèi)存。因此，進(jìn)行如下改動(dòng):根據(jù)推理，可寫(xiě)出第(n1)次的PID的輸出表達(dá)式: （）用式（—）可得到： 式中：由式()可知，要計(jì)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(jì)算要簡(jiǎn)單得多。在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)行控制的，因此，此時(shí)給一個(gè)增量信號(hào)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(chǔ)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(gè)最為基本而又重要的概念:、反饋和控制。今天，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。顯然，控制系統(tǒng)中的信息也不單純的僅僅是一種信號(hào)數(shù)值的大小，而且包括知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)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(fù)反饋模式，根據(jù)控制的需要，可以暫時(shí)不加負(fù)反饋以開(kāi)環(huán)形式運(yùn)行，也可以根據(jù)特殊需要加正反饋等。控制也已經(jīng)不是單純地執(zhí)行某一單一控制規(guī)律，而是根據(jù)動(dòng)態(tài)過(guò)程需要采取多