【正文】 受電流大小的限制，只能控制功率較小的負(fù)載。在實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，由于繼電器控制的負(fù)載多為感性或容性負(fù)載（比如本設(shè)計(jì)中的電爐就是感性負(fù)載），如果電磁隔離不好，這些負(fù)載所產(chǎn)生的高次諧波信號便會串進(jìn)單片機(jī)控制電路產(chǎn)生各種干擾。這種干擾信號往往會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，具體表現(xiàn)有系統(tǒng)死機(jī)、CPU反復(fù)復(fù)位、控制失靈等，也就是常說的“程序的跑飛”。因此對于大功率負(fù)載的控制，信號的隔離是電路設(shè)計(jì)中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。我們可以采用光耦對電路進(jìn)行隔離。由于電磁繼電器啟動瞬間會產(chǎn)生電磁火花干擾，所以在實(shí)際應(yīng)用中如本設(shè)計(jì)類似的控制一般都選用固態(tài)繼電器SSR[10]。下面我就重點(diǎn)介紹一下固態(tài)繼電器。 固態(tài)繼電器[6]固態(tài)繼電器（Solid state RelaySSR）是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL、HTL、CMOS等集成電路或加簡單的輔| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |助電路就可直接驅(qū)動，因此適宜于單片機(jī)測控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動，無觸點(diǎn)。與普通的電磁式繼電器和磁力開關(guān)相比，具有無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、開關(guān)速度快、體積小質(zhì)量輕、壽命長、工作可靠等特點(diǎn)，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕，因此在單片機(jī)測控等領(lǐng)域中，已逐漸取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開關(guān)作為開關(guān)量輸出控制元件。（1） 功率?。河捎谄漭斎氩捎玫氖枪怆婑詈掀?，其驅(qū)動電流僅需幾毫安便能可靠地控制，所以可以直接用TTL、HTL、CMOS等集成驅(qū)動電路控制。（2） 高可靠性：由于其結(jié)構(gòu)上無可動接觸不見，且采用全塑密閉式封裝，所以SSR開關(guān)時無抖動和回跳現(xiàn)象，無機(jī)械噪聲，同時能耐潮、耐振、耐腐蝕；由于無觸點(diǎn)火花，可用在有依然易爆介質(zhì)的場合。（3） 低電磁噪聲：交流型SSR在采用了過零觸發(fā)技術(shù)后，電路具有零電壓開啟、零電流關(guān)斷的特性，可使對外界和本系統(tǒng)的射頻干擾減低到最低程度。（4） 能承受的浪涌電流大：其數(shù)值可為SSR額定值的6～10倍。（5） 對縣原電壓適應(yīng)能力強(qiáng)：交流型SSR的負(fù)載電源電壓可以在30～220V范圍內(nèi)任選。（6） 抗干擾能力強(qiáng)：由于輸入與輸出之間采用了光電隔離，割斷了兩者的電氣聯(lián)系，避免了輸出功率負(fù)載電路對輸入電路的影響。另外，又在輸出端附加了干擾抑制網(wǎng)絡(luò)，有效地抑制了線路中的dv/di和di/dt的影響。固態(tài)繼電器是一種四端器件，兩端輸入，兩端輸出。他們之間用光電耦合器隔離。（1） 以負(fù)載電源類型分類：可分為直流型（DCSSR）和交流型（ACSSR）兩種。直流型是用功率晶體管做開關(guān)器件；交流型則用雙向晶閘管做開關(guān)器件，分別用來接通和斷開直流或交流負(fù)載電源。（2） 以開關(guān)觸點(diǎn)形式分類：可分為長開式和常閉式。目前市場上以常開式為多。（3） 以控制觸發(fā)信號的形式分類：可分為過零型。他們的區(qū)別在于負(fù)載交流電流導(dǎo)通的條件。非過零型在輸入信號時，不管負(fù)載電源電壓相位如何，負(fù)載端立即導(dǎo)通。而過零型必須在負(fù)載電源電壓接近零且控制信號有效時，輸出端負(fù)載電源才導(dǎo)通。其關(guān)斷向晶閘管的負(fù)載電流為零時，SSR關(guān)斷。(1)觸點(diǎn)控制最基本的驅(qū)動——觸點(diǎn)控制，見圖321。（2）TTL驅(qū)動SSR，見圖322。（3）CMOS驅(qū)動SSR，見圖323。（1）DC—SSR驅(qū)動大功率負(fù)載，見圖324。（2）DC—SSR驅(qū)動大功率高壓負(fù)載，見圖325。 本設(shè)計(jì)固態(tài)繼電器的選擇與應(yīng)用[10]由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對信號進(jìn)行了隔離，本設(shè)計(jì)無需再接光電耦合器了。接口驅(qū)動本設(shè)計(jì)使用的是集成塊7407（）。具體連接如圖326所示。本設(shè)計(jì)中繼電器是由單片機(jī)控制的所以它的供電電壓選擇5V直流電。繼電器所帶的負(fù)載為一個額定功率300W，接220V交流電的電爐。所以繼電器的要選用交流型（ACSSR），耐壓在220V以上。本設(shè)計(jì)選用的是5V供電，2A 250VAC的固態(tài)繼電器。 后向通道中單片機(jī)對繼電器的控制方案的確定[4]由于水溫控制電路的控制對象具有熱貯存能力大，慣性也較大的特點(diǎn)，水在容器內(nèi)的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，他對熱核信號的響應(yīng)都回推遲一些時間使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對于這樣一些存在大的滯后特性的過渡過程控制，一般可采用以下幾種控制方案[4]：輸出開關(guān)量控制對于慣性較大的過程可簡單地采用輸出開關(guān)量控制的方法，這種方法通過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài)：開通或關(guān)斷，因此控制過程十分簡單也容易實(shí)現(xiàn)。但由| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個方向上變化的速率均為最大，因此容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩，對自動控制會產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗(yàn)檩敵鲩_關(guān)的頻繁動作而不能滿足系統(tǒng)對控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(tài)特性要求不高的情況下采用。比例控制(P控制)比例控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷變化時，抗干擾能力強(qiáng)，過渡過程時間短,但過程終了存在余差。因此它適應(yīng)于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。應(yīng)用時還應(yīng)注意經(jīng)過一段時間后需要將累計(jì)誤差消除。比例積分控制（PI控制）由于比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分比例，積分的作用使過渡過程結(jié)束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可使穩(wěn)定性提高，但又使過渡過程時間家常。因此，適用于之后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。比例積分加微分控制（PID控制）比例積分加微分控制的特點(diǎn)是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例，它對克服對象的容量之后有顯著的效果。在比例基礎(chǔ)上加入微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，PID控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求有很高的控制系統(tǒng)。綜合本設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我選用最常用的比例積分控制（PI控制），由于是集于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過程，采用這種方法不會增加系統(tǒng)硬件成本。而且采用PI控制在滿足電路要求的基礎(chǔ)上，在軟件編寫方面也比PID控制簡單很多。 硬件的整合[11]水溫控制電路的原理圖見附錄二根據(jù)原理圖，實(shí)際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位；設(shè)定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、。、分別控制設(shè)定溫度的十位、個位和小數(shù)位。 軟件的設(shè)計(jì)[12]如圖327所示圖327 水溫控制電路的主流程圖[2]如圖328所示圖328 按鍵處理子程序[2]如圖329圖329 預(yù)置溫度非法報(bào)警程序流程圖，加在電爐上的平均電壓與脈寬成正比[13]。PWM流程圖（定時中斷1子程序1ms定時）如圖330。圖330 PWM流程圖[115]溫度控制系統(tǒng)可采用比例積分調(diào)節(jié)器來校正，按一定采樣周期采集r(k)和F(k),其偏差值為 e（k）= r（k）F（k） （）根據(jù)偏差值來計(jì)算輸出u(k)，其對應(yīng)差分方程為：u(k)= u(k1)+ a0e(k) a1e(k1) （）其中： a0=Kp(1+T/T1) （）a1= Kp （）e（k）= r（k）F（k