【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)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(shí)就是一個(gè)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(dòng)的直流電壓；濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)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(jiàn)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(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，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(jià)格低廉，因而我在此使用。 鍵盤(pán)和顯示電路 。鍵盤(pán)采用行列式和外部中斷相結(jié)合的方法。其中設(shè)置鍵與單片機(jī)的腳相連，、YES、NO用四行三列接單片機(jī)P0口，REST鍵為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。 按鍵功能按鍵鍵名功能REST復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位SET設(shè)置鍵使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)數(shù)字鍵設(shè)置用戶需要的溫度YES確認(rèn)鍵用戶設(shè)定目標(biāo)溫度后進(jìn)行確認(rèn)NO清除鍵用戶設(shè)定溫度錯(cuò)誤或誤按了YES鍵后使用 鍵盤(pán)接口電路顯示采用3位共陽(yáng)LED動(dòng)態(tài)顯示方式,顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)后一位。用P2口作為段控碼輸出，并用74HC244作驅(qū)動(dòng)。—，用PNP型三極管做驅(qū)動(dòng)[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(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，被控對(duì)象為電熱杯，采用對(duì)加在電熱杯兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。對(duì)電爐絲通斷的控制采用SSR40DA固態(tài)繼電器。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端TTL電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)完全可以用 NPN型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)。，三極管驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和顯示。所以要進(jìn)行通信電路的設(shè)計(jì)。PC機(jī)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(jī)有能力與其他具有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行口通信接口的計(jì)算機(jī)或儀器設(shè)備通信，而MCS51單片機(jī)本身具有全雙工的串行口。因此只需要配一些驅(qū)動(dòng)、隔離電路就可以構(gòu)成了洋分布式系統(tǒng)，由于MCS51單片機(jī)串行口是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，為使其與RS232電平接口，在MCS51單片機(jī)串行口聯(lián)有1488和1489，以實(shí)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(gè)二極管進(jìn)行隔離 [2]。 PC機(jī)與單片機(jī)的接口電路 在主機(jī)通信軟件中，首先根據(jù)擁護(hù)的要求和通信協(xié)議規(guī)定，對(duì)8250進(jìn)行初始化。設(shè)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(jī)MCS51的格式固定為四種方式，本設(shè)計(jì)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(yàn)法。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收采用查詢方式，在發(fā)送時(shí)，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(gè)數(shù)據(jù)輸出給8250，8250會(huì)自動(dòng)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(shí)，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(shí)把“接收數(shù)據(jù)就緒”信號(hào)置于狀態(tài)寄存器中，CPU讀到這個(gè)信號(hào)后，就用輸入指令從接收器中讀入一個(gè)數(shù)據(jù)。 PC機(jī)通信軟件框圖第3章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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(duì)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(shí)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(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)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(shí)間常數(shù)；T d——微分時(shí)間常數(shù)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，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(hào)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(wú)差度。積分作用的強(qiáng)盡弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。積分控制： Gc(s) = Kp/T is（3） 微分環(huán)節(jié)：反偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)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(shè)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(shí)間；Td——控制器的微分時(shí)間。設(shè)u(k)為第k次采樣時(shí)刻控制器的輸出值，可得離散的PID算式 ()式中 ， 。由于計(jì)算機(jī)的輸出u(k)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如閥門(mén)），u(k)的值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如閥門(mén)開(kāi)度）一一對(duì)應(yīng)，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(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過(guò)去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，運(yùn)算量大；而且控制器的輸出u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)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(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)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(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。本設(shè)計(jì)采用PID歸一整定法把對(duì)控制臺(tái)三個(gè)參數(shù)（Kc、Ti、Td,）轉(zhuǎn)換為一個(gè)參數(shù)， 從而使問(wèn)題明顯簡(jiǎn)化。以達(dá)到控制器的特性與被控過(guò)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(biāo)。 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(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)。 （2）從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來(lái)看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間。（3）從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來(lái)看，要求采樣周期短些。 （4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來(lái)看，一般要求采樣周期大些。 （5）從計(jì)算機(jī)的精度看，過(guò)短的采樣周期是不合適的。 （6）當(dāng)系統(tǒng)滯后占主導(dǎo)地位時(shí)，應(yīng)使滯后時(shí)間為采樣周期的整數(shù)倍。可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。實(shí)際上生產(chǎn)過(guò)程千差萬(wàn)別，經(jīng)驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)表[10]被測(cè)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(shí)間成分15～20s PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響 PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響參數(shù)圖作用缺點(diǎn)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?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，提高無(wú)差度。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。D反映系統(tǒng)偏差信號(hào)變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，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(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨(dú)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(duì)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(dòng)態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會(huì)引起震蕩太小會(huì)不穩(wěn)定，太大會(huì)影響性能太大和太小都會(huì)引起超調(diào)量大，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。 PID計(jì)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(hào)，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(hào)； 為比例系數(shù)；為積分時(shí)間常數(shù)；微分時(shí)間常數(shù)。計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，若采樣周期為T(mén)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(xiě)成遞推形式為△　　　= = = = = （）其中： （） （） （） 顯然，PID計(jì)算△只需要保留現(xiàn)時(shí)刻以及以前的兩個(gè)偏差量和。初始化程序初值通過(guò)采樣并根據(jù)參數(shù)、以及、和計(jì)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(duì)象和滯后的一階對(duì)象，所以式中、的選擇取決于電阻爐的階躍響應(yīng)曲線和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，工程上已經(jīng)積累了不少行之的參數(shù)整定方法。本設(shè)計(jì)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(dú)立變量的個(gè)數(shù)，令： （）