【導讀】每個人無論走到哪里都會有一個家庭，所以家里的環(huán)境問題是我們最關心。工作，為了提高我們的生活質量，研究了溫控系統(tǒng)。當今社會，溫度測量系統(tǒng)被廣泛的應用于社會生產(chǎn)、生活的各個領域。工業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療、家庭等多方面均有應用。前溫度測量系統(tǒng)種類繁多，功能參差不齊。飯煲、太陽能熱水器，電冰箱，等家用電器的溫度進行檢測和控制。單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，為。自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件，在日常生活中成為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。以上述問題為出發(fā)點，設計實現(xiàn)了溫度實時測量、顯示、控制系統(tǒng)。度控制系統(tǒng)的控制技術得到迅速發(fā)展。目前智能溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會。為發(fā)展國民經(jīng)濟的重要熱工設備之一。而適應于較高控制。斷程序，濾波子程序，DS18B20采樣程序，主程序清單。

　　

【正文】 響 ，所以 對鍵的判斷很容易，很易 決定閉合鍵位置。 S3S4S5R 1 24 . 7 KR 1 34 . 7 KR 1 44 . 7 K+ 5 VR 1 54 . 7 kR 1 64 . 7 kS2 S1P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7 圖 310 鍵盤電路 溫度控制電路設計 系統(tǒng) 的控溫原理是首先用 DS18B20 將實際 室 溫變換為模擬電壓信號，此mV 級電信號經(jīng) 自身芯片帶有的 低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大為0～ 5V后，通過多路開關將其送到 A／ D 轉換器，變換成數(shù)字量后送計算機．數(shù)字調節(jié)器程序根據(jù)實際溫度與設定溫度的偏差，按預定控制算法（ PID）進行調節(jié)運算，得到輸出高電平信號控制 繼電器 的導通時間 。 系統(tǒng)采用 繼電器 應用過零觸發(fā)方式，在一個溫度控制周 期內由輸出口控制 繼電器 的通斷率 。 數(shù)字輸出信號經(jīng)功率放大后，再驅動 繼電器 工作，用 繼電器通斷 控制的電熱絲的加熱時間， 或風扇的運轉時間， 來控制 控制電路 的輸入能量，從而達到控制溫度的目的 。 過零檢測電路每當電源由負變正時輸出一個正脈沖，作為數(shù)字觸發(fā)器的同步信號；顯示程序完成爐溫數(shù)值；設定溫度值在系統(tǒng)運行前由鍵盤直接送到指定單元 。 共 42 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ +12~4~3U5SSRF1加熱器~220V+12~4~3U6SSRF1M制冷壓縮機R 1 01KR 1 11K+ 5 V+ 5 VP 1 . 1P 1 . 0 圖 311 溫控電路 輸出控制部分采用固態(tài) 繼電 器 SSR 調功率方式，通過在周期內改變通斷時間的長短，就能達到改變加熱功率的目的，從而實現(xiàn)對電阻爐溫度進行控制，如圖 311 所示。 SSR 是采用 固體元件組裝而成的一種新型無觸點開關器件。 SSR輸入僅要求很小的控制電流（可小到幾毫安），與 TTL、 CMOS、 HTL 等集成電路具有很好的兼容性，而輸出端則采用大功率晶體管或雙向晶閘管來接通或斷開負載電源。由于 SSR 的接通或斷開沒有接觸部件，所以工作可靠，開關速度快。 報警電路 在單片機控制系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)，可以通過指示燈 來指示，以供操作員參考，但由于某些緊急狀態(tài)，為了使操作員不致忽視，以便及時采取措施，往往加一報警設計。本系統(tǒng)采用單頻音報警實現(xiàn)的，接口電路簡單。其發(fā)音元件采用蜂鳴器，這 種蜂鳴器只需要在其兩條引線上加 3V— 5V直流電壓，就能產(chǎn)生 3kHz 左右的蜂鳴振蕩音響。比電動式蜂鳴器結構簡單，耗電少，且易于單片機系統(tǒng)中使用。 如圖 312 所示，當驅動器輸入端接 AT89S51 的 ，當 輸出高電平“ 1”時， 7406 的輸出端為低電平“ 0”，使蜂鳴器引線獲得將近 5V的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音響；當 端輸出為低電平時， 7406 的輸出端升高到 +5V，蜂鳴器兩端的直流電壓降低到“ 0”，發(fā)音停止 。 共 42 頁 第 25 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ S P E A K E RN P NR 1 847kU7+ 5 VP 1 . 2 圖 312 報警電路 共 42 頁 第 26 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第四章 PID 控制算法設計 為了進一步改進控制器的方法是通過檢測誤差的變化率來預報誤差，并對誤差的變化作出響應，于是在 PI 調節(jié)器的基礎上再加上微分調節(jié)器，組成比例、積分、微分（ PID）調節(jié)器，其控制規(guī)律為： 00 )1( uddTedTeku tetdtip ???? ? (41) 式中 dT 為 微分常數(shù)， dT 越大微分作用越強。 PID 控制的原理框圖： 圖 41 模擬 PID控制系統(tǒng)框圖 常規(guī)的 PID 控制原理框圖如上圖所示。該系統(tǒng)有模擬 PID 控制器和被控對象組成。圖中， )(tr 是給定值， )(ty 是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值和實際值輸出值構成控制偏差 )()()( tytrte ?? ，其中 )(te 作為 PID 控制器的輸入， )(tU 作為PID 控制器 的輸出和被控對象的輸入。 因為式（ 41）表示的是調節(jié)器的輸入函數(shù)及輸出函均為模擬量，所以計算機是無法對其進行運算的，必須將連續(xù)形式的微分方程化為離散形式的差分方程，取 T 為采樣周期。 在采樣時刻 t=i? T(T 為采樣周期， i 為正整數(shù) )， PID 調節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式近似計算。 010 )]([ ueeTTeTTeku iidij jiipi ????? ??? (42) 如果采樣周期取得足夠小，這種逼近可相當準確，被控過程與連續(xù)過程十分接近。當執(zhí)行機構需要的不是控制量的絕對數(shù)值，而是其增量（例如去風扇的電機）時， 可導出增量式的 PID 算法，由（ 42）可得 : 0211011 )]([ ueeTTeTTeKu iidij jiipi ????? ?????? ? (43) 由（ 42）與式（ 43）相減可以導出下面的公式 : + PID 控制 器D(S) 被控對象G(S) 共 42 頁 第 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ )]2([ 2111 ???? ????????? iiidiiiipiii eeeTTeTTeekuuu (44) 室溫溫度控制是這樣一個反饋調節(jié)過程：比較實際室溫和需要室溫得到偏差，通過對偏差的處理得到控制信號，再去調節(jié)相應的輸出設備的功率，從而實現(xiàn)對室溫溫度加熱與制冷的控制。該控制系統(tǒng)采用過程控制中應用最廣泛的PID 控制形式， PID 算法用差分方程近似為 ： 1211 )]2([ ???? ??????? iiiidiiiipi ueeeTTeTTeeku (45) 式（ 45）也可以進一步寫為 ： 122110 ??? ???? iiiii uedededu (46) 其中 )1(0 TTTTkd dip ???， )21(1 TTkd dp ???， TTkd dp?2 利用典型二階的方法確定 Pk 、 dT 、 iT 參數(shù) 二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)一般形式為 2211 1)( sTsTs ???? (47) 將 s 換成 jω得： 12211)( TjTj ??? ???? ）（ (48) 它的模為： 212221(1)()( ）（） ???? TTjA ????? (49) 根據(jù)控制理論可知，要使二階系統(tǒng)獲得理想動態(tài)品質，應滿足以下條件： 1)( ??A ； 0)( ??? (410) 可得 21 2TT ? (411) 將（ 411）代入（ 47）可得 222211)( sTsTs ???? (412) φ (s)為該系統(tǒng) 的開環(huán)傳遞函數(shù)根據(jù) )(1 )()( 00 sss ????? (413) 可算出 共 42 頁 第 28 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ? ?sTsTs 22120 212 1)( ??? (414) 而被控對象屬于一階對象和帶純滯后，其數(shù)學模型可近似寫成： )1)(1()( ssT KsG D D ???? (415) 在溫度控制系統(tǒng)中，滿足 DT ≥τ，所以式（ 415）是一個兩時間常數(shù)相差 較大的二階環(huán)節(jié)。， 由式 )()()(0 sGsDs ??? 可推出 )()1)(1(2 1 222 SDssT KsTsT D D ????? ? 所以 STK STSD D D 221)( ?? （ 416） 所以需用比例積分調節(jié)器來校正系統(tǒng)，比例積分調節(jié)器的傳遞函數(shù)為： sT ssD i 11)( ??? （ 417） （ 416）與（ 417）兩式對應相等推出 ?Di KT 2? ， DT?1? 最后得到調節(jié)器形式 STKsK sTsD ipD D 121)( ???? ? （ 418） 式中?DDp KTK 2?, ?Di KT 2? , 0?dT 代入式 （ 46） 122110 ??? ???? iiiii uedededu 中得： )21(2)1(0 ?? DDDip KTKTTTKd ???? ?DDp KTKd 21 ???? 推出： 112)21(2 ?? ???? iiDDiDDDi ueKTeKTKTu ??? （ 419） 其算法的流程圖如下： 02 ?? TTKd dp 共 42 頁 第 29 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 42 PID 算法流程圖 開始 計算 ei 計算 ied*0 + 11* ?ied 計