【正文】 件，不但能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，而且能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾。由于光電耦合器的輸入端和輸出端在電氣上是絕緣的，因而有較強(qiáng)的電氣隔離和抗干擾能力。 采用程序監(jiān)視器 系統(tǒng)局部硬件故障、現(xiàn)場(chǎng)干擾、堆棧溢出或程序“跑飛”都可能造成系統(tǒng)“死機(jī)”,本設(shè)計(jì)中加入了程序監(jiān)控芯片 MAX813L，在系統(tǒng)工作過程中監(jiān)視 CPU 的運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電源過低、掉電或程序運(yùn)行“死機(jī)”時(shí)，能及時(shí)保存數(shù)據(jù)并使單片機(jī)復(fù)位，保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作。 PCB 抗干擾設(shè)計(jì) 電路板總體布局要合理，強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)要區(qū)分布置；PCB 布線盡可能短，雙面布線時(shí)要采用垂直布線，減少寄生耦合；盡量加粗電源線和地線寬度，減少環(huán)路電阻，降低耦合噪聲；將數(shù)字地與模擬地分開布置，最后統(tǒng)一接到電源地上；晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，晶振外殼接地并固定；盡可能把干擾源與敏感元件遠(yuǎn)離，把易發(fā)熱元件置于通風(fēng)處；對(duì)于一些集成電路，在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下，閑置的管腳要接地或接電源。 本章小結(jié) 本章主要討論了溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，外圍硬件設(shè)備主要有 K 型熱電偶、模數(shù)變換器 MAX667AT89S52 單片機(jī)、MAX7219 驅(qū)動(dòng) LED 顯示、控制電路等，詳細(xì)介紹了各硬件選型的依據(jù)、結(jié)構(gòu)原理及相關(guān)注意事項(xiàng)，給出了電路圖，并對(duì)系統(tǒng)的可靠性方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，給出了一些常用的抗干擾措施。第四章 溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)能否正常工作，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，還與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開的。本節(jié)主要對(duì)下位機(jī)軟件程序模塊的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹和說明。 軟件設(shè)計(jì)概述單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化編程與控制，常用的單片機(jī)編程語言有匯編和 C 語言兩種。與匯編語言相比，C 語言中關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)近似人的思維方式，程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，編程相對(duì)容易，有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，C 語言程序本身不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以根據(jù)單片機(jī)的不同進(jìn)行較快的移植。Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟開發(fā)系統(tǒng)，是用戶開發(fā)和調(diào)試單片機(jī) C 語言源代碼的最理想的工具之一。其內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程，尤其是 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平。鑒于上述眾多優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用的是基于 Keil C51開發(fā)環(huán)境下的 C 語言進(jìn)行軟件編程的。由于系統(tǒng)程序比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改，系統(tǒng)程序的編寫采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將控制單元中需要的一系列功能編成相應(yīng)的子模塊，整個(gè)系統(tǒng)包括主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤輸入模塊、LED 顯示模塊、中斷服務(wù)模塊、控制算法模塊、輸出控制模塊等部分組成。下面介紹主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制算法模塊的設(shè)計(jì)方法和編程實(shí)現(xiàn)。 主控模塊 主控軟件設(shè)計(jì)主要包括微處理器的初始化、溫度數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際溫度與鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較并通過模糊自整定 PID 控制算法計(jì)算輸出控制量，流程圖如圖 41 所示。圖 41 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集子模塊 數(shù)據(jù)采集部分采用 K 型熱電偶轉(zhuǎn)換器 MAX6675 完成，MAX6675 集冷端補(bǔ)償、非線性校正、斷線檢測(cè)電路于一體，其內(nèi)部元器件的參數(shù)進(jìn)行過激光修正，保證了 MAX6675的轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)溫度值具有較好的線性關(guān)系。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖 42 所示。圖 42 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 控制算法子模塊本文采用的是參數(shù)模糊自整定 PID 控制算法，由于模糊控制本身比較復(fù)雜，目前在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的模糊控制大多數(shù)采用查表法，即對(duì)不同的輸入量，采用模糊控制算法，離線算出輸出量，做成一張控制表存儲(chǔ)在單片機(jī)中，單片機(jī)讀取溫度值后，一方面通過 LED 顯示出當(dāng)前溫度，另一方面將該值作為反饋信號(hào)，求取當(dāng)前溫度偏差和偏差變化率并進(jìn)行模糊量化處理，然后根據(jù)處理后的溫度偏差和偏差變化率查尋控制表，獲取控制輸出量量化值，再經(jīng)反模糊化后進(jìn)入控制算法中的 PID 控制部分，最終將運(yùn)算結(jié)果送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去。參數(shù)模糊自整定 PID 控制算法流程圖如圖 43 所示。圖 43 模糊自整定 PID 控制算法流程圖 采用設(shè)計(jì)的模糊自整定 PID 控制器對(duì)電烤箱進(jìn)行溫度控制，溫度初始值以室溫20℃算，當(dāng)設(shè)定溫度為 85℃時(shí)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 51 所示。表51 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s0306090120150180210240270330溫度/度20時(shí)間/s330360390420450480510540570600630溫度/度8584時(shí)間/s660690720750780810840870900930960溫度/度85圖 52 溫度實(shí)時(shí)變化曲線圖 從表 51 的數(shù)據(jù)和圖 52 的曲線圖上可以得知：系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間較短，約 200S 左右；系統(tǒng)超調(diào)量 %；靜態(tài)誤差小于 2℃。由于元件參數(shù)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、焊接等各方面因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真相比還存在一定差距，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已基本滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 本章小結(jié) 本章在第三章硬件基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了軟件的流程圖，并在 Keil C51 環(huán)境下用 C 語言編輯采樣、顯示、鍵盤、串口通信和模糊自適應(yīng) PID 控制算法的程序，并編譯成功，通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)可模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，基本實(shí)現(xiàn)了所需要的功能 。結(jié)束語 本文以電烤箱為控制對(duì)象，針對(duì)傳統(tǒng) PID 控制應(yīng)用在時(shí)滯性和非線性控制對(duì)象上難以取得很好的控制效果的現(xiàn)象，探討了如何將單片機(jī)與虛擬儀器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的參數(shù)模糊自整定 PID 控制，給出了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件具體實(shí)現(xiàn)流程，并通過仿真比較，驗(yàn)證了模糊自整定 PID 控制器設(shè)計(jì)的實(shí)用性和合理性。 全文的內(nèi)容和本文的主要工作概況：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到電烤箱的階躍響應(yīng)曲線，通過階躍響應(yīng)曲線法對(duì)電烤箱溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，最終確定了電烤箱的傳遞函數(shù)。（2）以單片機(jī) AT89S52 為核心控制芯片，設(shè)計(jì)了智能溫度測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)其外圍電路做了詳細(xì)說明，其中包括 K 型熱電偶及其模數(shù)變換器 MAX667LED 的顯示驅(qū)動(dòng)MAX721看門狗與電源監(jiān)控芯片 MAX813L 和可控硅的驅(qū)動(dòng)器 MOC3061 等。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)，給出了一些常用的抗干擾措施。（3）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以看出該溫度測(cè)控系統(tǒng)能夠較好地完成所需的測(cè)控任務(wù)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行溫度采集和控制，控制效果良好。這次設(shè)計(jì)綜合了我們大學(xué)四年的知識(shí)，也是我們的一次演習(xí)。它使我們?cè)谡莆哲浻布R(shí)上，都得到了很大的提高。尤其在單片機(jī)方面的，我感覺真的是收獲甚多。我們不但復(fù)習(xí)了以前的知識(shí)，也重新學(xué)習(xí)了一些新的東西，為我今后的研究生學(xué)習(xí)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，在設(shè)計(jì)中也存在很多的問題，尤其是放大器的各項(xiàng)性能和軟件的仿真，還存在著一些的問題。由于本人水平有限，在設(shè)計(jì)中可能還存在一些問題和錯(cuò)誤，希望各位老師和同學(xué)們批評(píng)指正。致 謝首先，對(duì)我的導(dǎo)師劉智教授致以我最衷心的謝意！在我臨畢業(yè)期間，從方案的選取，到論文的撰寫都得到了劉教授的悉心指導(dǎo)。 從知識(shí)的積累，到人生的定位。劉教授是一位難得的良師益友。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，對(duì)事業(yè)的執(zhí)著和奉獻(xiàn)，優(yōu)雅的談吐和師表都給我留下了深刻的印象。在長(zhǎng)春理工大學(xué)電子信息學(xué)院做論文期間，從和劉教授溝通與學(xué)習(xí)中，我受益頗多。在這里也表達(dá)我對(duì)他們深深的謝意！感謝教研室的各位老師。謝謝你們，讓我們的本科時(shí)代演繹得絢麗多彩！最后,對(duì)所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)都致以我最深深的謝意!參考文獻(xiàn)[1]姜忠良,[M].北京:清華出版社,2005.[2] PID 溫度控制方案的仿真優(yōu)選及其實(shí)現(xiàn)［碩士論文］.北京:中國(guó)科學(xué)院電工研究所,2002．[3]吳為民,[J].工業(yè)爐,2002,24(20):1820.[4][M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.[5]Isidro Sanchez, Julio R Banga, Antonio A Alonso. 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