【導(dǎo)讀】統(tǒng)》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文章以明確方式注明。本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。我國(guó)是一個(gè)四季分明的國(guó)度，溫度變化非常明顯。而溫度控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)。過高或過低的溫度都會(huì)使水資源。數(shù)去應(yīng)有的作用，從而造成水資源浪費(fèi)。為了更合理的利用水資源，提出一個(gè)智能水。溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很有必要的。該系統(tǒng)主要是以單片機(jī)AT89S51為控制核心，傳感器。模塊、鍵盤電路、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、顯示電路、報(bào)警電路組成外圍電路。先設(shè)定數(shù)值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。在proteus環(huán)境中完成仿真，仿真結(jié)果顯示，達(dá)到預(yù)期控制

　　

【正文】 ，然后在實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便達(dá)到相對(duì)比較理想的效果。本系統(tǒng)以比例調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，微分、積分為輔，我們所設(shè)定得 PID 三個(gè)參數(shù)是根據(jù)參考書籍上的“常見控制系數(shù) PID 參數(shù)經(jīng)驗(yàn)選擇范圍”中的溫度參數(shù)，其中 Kp 為 ～5， Ti 為 3～ 10， Td（分）為 ～ 3。 （ 5） PID 程序的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī) PID 算法是用差分方程實(shí)現(xiàn)的 .用微分方程表示的 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律的理想算式為： dttdeTdtteT1teKU t0 dipt ）（）（）（ ? ??? () 式中 e(t)=r(t)y(t)為偏差信號(hào) ,是調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào) ,r(t)是給定值 , y(t)為被控變量 ,u(t)為調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào) ,Kp 為比例系數(shù) ,Ti 為積分時(shí)間常 數(shù) ,Td 為微分常數(shù)。 計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào) ,若采樣周期為 T,第 n 次采樣輸入偏差為 en,輸出為un,PID算法中的微分 de/dt用差分 (enen1)/T代替 ,積分∫ e(t)dt用Σ ekT代替 ,于是得到： ??????????? ?? ????n0k T1nndkinpn eeTTeT1eKU ）（ () 寫成遞推形式 : Un＝ Un1+Kp[enen1+T/Ti en+Td/T(en2en1+en2)] () 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 寫成 : Un＝ U(n1)+Kp[E(n)E(n1)+KiE(n) +Kd(E(n)2E(n1)+E(n2)] =U(n1)+Pp+Pi+Pd () 從上面的計(jì)算公式可知 ,計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行四則運(yùn)算 .因?yàn)閰⑴c運(yùn)算的數(shù)可能式小數(shù) ,整數(shù) ,混和數(shù) ,還可能是負(fù)數(shù) ,必須變成計(jì)算機(jī)易于處理的形式。 下面對(duì)數(shù)據(jù)的處理加以說明 : (1)把所有的整數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。 (2)算式中的各項(xiàng)有正有負(fù) ,以最高位作為 符號(hào)位 ,最高位為 0表示正數(shù) ,為 1表示負(fù)數(shù) ,正 負(fù)數(shù)都用補(bǔ)碼表示 ,最后的計(jì)算結(jié)果以原碼輸出。 (3)雙精度運(yùn)算 ,為了保證運(yùn)算精度把單字節(jié) 8 位的輸入采樣值 ui(k)和給定值Umax 和 Umin 都變成雙字節(jié) 16 位進(jìn)行運(yùn)算 .最后將運(yùn)算結(jié)果取成 8位有效值輸出。 系統(tǒng)控制程序說明：讀入采樣數(shù)據(jù) ,進(jìn)行數(shù)字濾波 , PID 計(jì)算 ,然后輸出控制脈沖信號(hào)。 PID 計(jì)算采用位置式算法 ,計(jì)算公式 : P(K)=P(K1)+KP[E(K)E(K1)]+KIE(K)+KD[E(K)2E(K1)+E(K2)] () 程序流程圖如圖 所示： 在 PID 計(jì)算程序 中用到的子程序有 :雙字節(jié)加法子程序 DSUM,雙字節(jié)求補(bǔ)子程序。 （ 6） 抗干擾的設(shè)計(jì) 因干擾而出現(xiàn)系統(tǒng)失控的原因很多，但大都可以歸結(jié)為程序計(jì)數(shù)器 PC的內(nèi)容發(fā)生了變化，引起程序“跑飛 ” ， CPU 執(zhí)行一系列錯(cuò)誤的指令從而導(dǎo)致系統(tǒng)失控。由于干擾的隨機(jī)性， PC的值被改變后可能，指向 64KB 空間中的任意位置。根據(jù) PC“跑飛”后的不同運(yùn)動(dòng)軌跡，可將其分為：（ 1） PC 可能指向系統(tǒng)未使用的存貯器空間；（ 2） PC可能指向程序區(qū)或數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng) PC 指向系統(tǒng)未使用的存貯器空間時(shí)， CPU 將把該地址處的隨機(jī)數(shù)據(jù)當(dāng)作指令，導(dǎo)致 CPU 執(zhí)行錯(cuò)誤 的指令；當(dāng) PC 指向程序區(qū)時(shí)，即使指向某一指令的操作碼，也不是本應(yīng)執(zhí)行的哪條指令的操作碼；如果 PC指向數(shù)據(jù)區(qū)和程序區(qū)的操作碼時(shí)， CPU 就會(huì)把數(shù)據(jù)或操作數(shù)誤以為是操作碼?？梢?，一旦 PC“跑飛” ,在其錯(cuò)誤的引導(dǎo)下， CPU 可能會(huì)一錯(cuò)再錯(cuò)，執(zhí)行一系列的錯(cuò)誤指令，發(fā)出錯(cuò)誤的控制命令，導(dǎo)致系統(tǒng)失控， CPU 在執(zhí)行錯(cuò)誤的指令的過程中，可能會(huì)破壞數(shù)據(jù)區(qū)、專用寄存器內(nèi)容、堆棧指針等等。在應(yīng)用中，因 PC“跑飛”而引起系統(tǒng)失控的后果是嚴(yán)重的，針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言， S51 芯片自帶看門狗電路，可以將跑飛的 PC 指針拉回。 另外也采用其他的 一些措施 : 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 （ 1） 利用指令冗余技術(shù)的軟件抗干擾措施 圖 PID 算法程序流程圖 PC 受干擾而指向程序區(qū)時(shí)，可采用指令冗余技術(shù)使 PC 納入正軌。當(dāng)“跑飛”道某一條單字節(jié)指令上時(shí)，便可自動(dòng)納入正軌；當(dāng)“跑飛”道某一條雙字節(jié)指令上時(shí)，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)；當(dāng) PC“跑飛”道某一條三字節(jié)指令上時(shí)，繼續(xù)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)更大。因此，因該多用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為的插入一些單字節(jié)指令 NOP ，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫。這便是指令冗余。 方法是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令之后插入兩條 NOP 指令，可保護(hù)其后的 指令被完整地執(zhí)行而不被拆散，從而使程序走上正軌。為了不明顯降低程序正常運(yùn)行的效率，不可能在程序中加入太開 始 輸入 Ui(k) UR 計(jì)算 E(k)=Ui(k)UR 計(jì)算 P1(k)=k1[E(k)] 計(jì)算 PD(k)=KD[E(k)2E(k1)+E(k2)] 計(jì)算 PI+PP 計(jì)算 Pp(K)=KP[E(k)E(k1)] 計(jì)算 P(k)=PD+PP+Pi+P(k1) 計(jì)算 P(k) P(k1),E(k1) E(k2), E(k) E(k1) 返 回 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 多的冗余指令。因此，常在一些對(duì)程序流向其決定作用的指令（如 RET、 RETI、 LACALL、LJMP、 JC、 JNC、 DJNZ 等等）和某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)至關(guān)重要的指令（如 SETB、 EA 等等）之前插入兩條 NOP 指令，確保正確地執(zhí)行。上述插入 NOP 的方法有一個(gè)缺陷，即未對(duì)錯(cuò)誤的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、控制字等進(jìn)行修正，這有可能造成新的錯(cuò)誤。這就要求在那些對(duì)程序流向起決定作用的指令（如 RET、 RETI、 LACALL、 LJMP、 JC、 JNC、 DJNZ 等等）和和某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)至關(guān)重要的指令（如 SETB、 EA 等等）后面，在寫上同樣的指令，當(dāng)前面的指令遇到干擾而失效時(shí)，在大多數(shù)情況下，后面的指令執(zhí)行可使程序的運(yùn)行不受干擾的影響。 由以上可以看出，采用冗余技術(shù)使 PC 納入正軌的條件是：“跑飛”的 PC 必須指向程序區(qū)，且必須執(zhí)行到冗余指令，在 PC“跑飛”到納入正軌的這段時(shí)間內(nèi)， CPU 可能已經(jīng)錯(cuò)誤地改動(dòng)了數(shù)據(jù)區(qū)（如數(shù)據(jù)表格區(qū)等）。 （ 2） 數(shù)字濾波技術(shù) 數(shù)字濾波就是一種濾除或削弱隨機(jī)干擾的有效方法，它具有靈活，方便，價(jià)廉，可靠性高，濾波頻率范圍廣 等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種微機(jī)系統(tǒng)中。數(shù)字濾波技術(shù)一般以下幾種：算術(shù)平均值法，滑動(dòng)平均值法，防脈沖平均值法，低通數(shù)字濾波，等等方法。本系統(tǒng)采用中值濾波法 ,就是連續(xù)三次取樣 ,取中間值作為本次采樣值 .程序如下： MOV A, 2CH 。 CJNE A,2DH,CMP1 。 不相等轉(zhuǎn) AJMP CMP2 。 CMP1 : JNC CMP2 。 (2C)(2D)轉(zhuǎn) XCH A,2DH 。 交換 XCH A, 2CH 。 CMP2 : MOV A, 2DH 。 CJNE A, 2EH, CMP3 。 MOV 2AH, A 。 RET 。 CMP3 : JC CMP4 。 (2DH)(2EH)轉(zhuǎn) MOV 2AH, A 。 RET 。 CMP4 : MOV A, 2EH 。 CJNE A, 2CH, CMP5 。 BIV 2AH, A 。 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 RET 。 CMP5 : JC CMP6 。 XCH A, 2CH 。 CMP6 : MOV 2AH, A 。 RET 。 度報(bào)警子程序 圖 溫度報(bào)警子程 序 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit DATA = P3^7。 //DS18B20 接入口 uchar code table []={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0xq6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}。 char bai,shi,ge。 //定義變量 /***************************延時(shí)子函數(shù) ****************/ void delay(uint num) { 初始化 DS18B20 發(fā)報(bào)警搜索指令 告警標(biāo)志置位？ 返 回 將 P13 置 0 Y N 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 while(num) 。 } /*************DS18b20 溫度傳感器函數(shù) *******************/ Init_DS18B20(void) //傳感器初始化 { uchar x=0。 DATA = 1。 //DQ 復(fù)位 delay(10)。 //稍做延時(shí) DATA = 0。 //單片機(jī)將 DQ 拉低 delay(80)。 //精確延時(shí) 大于 480us //450 DATA = 1。 //拉高總線 delay(20)。 x=DATA。 //稍做延時(shí)后 如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay(30)。 } //讀一個(gè)字節(jié) ReadOneChar(void) { uchar i=0。 uchar dat = 0。 for (i=8。i0。i) { DATA = 0。 // 給脈沖 信號(hào) dat=1。 DATA = 1。 // 給脈沖信號(hào) if(DATA) dat|=0x80。 delay(8)。 } return(dat)。 } //寫一個(gè)字節(jié) WriteOneChar(unsigned char dat) 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 { uchar i=0。 for (i=8。 i0。 i) { DATA = 0。 DATA = datamp。0x01。 delay(10)。 DATA = 1。 dat=1。 } delay(8)。 } //讀取溫度 int ReadTemperature(void) { uchar a=0。 uchar b=0。 int t=0。 float tt=0。 Init_DS18B20()。 WriteOneChar(0xCC)。 // 跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0x44)。 // 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20()。 WriteOneChar(0xCC)。 //跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0xBE)。 //讀取溫度寄存器等（共可讀 9 個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是溫度 a=ReadOneChar()。//低位 b=ReadOneChar()。//高位 t=b。 t=8。 t=t|a。 tt=t*。 t= tt*10+。 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 return(t)。 } /*顯示子函數(shù) */ void display(int bai,int shi,int ge) { P2=0XFB。 //顯示小數(shù)點(diǎn) P0=0X80。 //顯示小數(shù)點(diǎn) delay(50)。//顯示小數(shù)點(diǎn) P2=0xf7。 P0=table[bai]。//顯示千位 delay(50)。//一小段延時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 P2=0xfb。 P0=table[shi]。//顯示百位 delay(50)。 P2=0xfd。 P0=table[ge]。//顯示十位 delay(100)。 P2=0xfe。 P0=table[0]。//顯示個(gè)位 delay(50)。 } void main() { int temp。 while(1) { temp=ReadTemperature()。//讀溫度 bai=temp%1000/100。//顯示百位 shi=temp%100/10。//顯示十位 ge=temp%10。//顯示個(gè)位 display(bai,s