【導(dǎo)讀】隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們需要對各種加熱爐中溫度進行監(jiān)測和控制。提高被控對象的控制品質(zhì)，從而能夠大大地提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。本文主要介紹了基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā)。的接口電路設(shè)計，并且充分考慮了系統(tǒng)的可靠性，采取了相應(yīng)的措施予以保證。針對控制對象的特點，在系統(tǒng)辨識的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的控制算法進行了仿真研究，

　　

【正文】 諧波有急劇的衰減作用，對串模干擾和共模干擾信號具有很強的雙向抑制作用 。 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序 主程序包括 8051本身的初始化、并行接口 8155 初始化等等。大體說來，本程序包括設(shè)置有關(guān)標(biāo)志、暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、 T0 初始化、 CPU 開中斷、溫度顯示和鍵盤掃描等程序。 主程序流程圖如圖 41所示。 開 始設(shè) 定 堆 棧 指 針清 標(biāo) 志 和 暫 存 單清 顯 示 緩 沖 區(qū)T 0 初 始 化C P U 開 中 斷設(shè) 定 參 數(shù) 初 值掃 描 鍵 盤溫 度 顯 示結(jié) 束P I D 控 制 圖 41 主程序流程圖 主程序： ORG 0100H DISM0 DATA 78H DISM1 DATA 79H 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 23 DISM2 DATA 7AH DISM3 DATA 7BH DISM4 DATA 7CH DISM5 DATA 7DH MOV SP, 50H； 50H 送 SP CLR 5EH ； 清本次越限標(biāo)志 CLR 5FH ； 清上次越限標(biāo)志 CLR A ； 清累加器 A MOV 2FH, A MOV 30H, A MOV 3BH, A MOV 3CH, A MOV 3DH, A MOV 3EH, A MOV 44H, A MOV DISM0, A MOV DISM1, A MOV DISM2, A MOV DISM3, A MOV DISM4, A MOV DISM5, A MOV TMOD, 56H MOV TL0, 06H MOV TH0, 06H CLR PT0 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA LOOP ACALL DISPLY ；調(diào)用顯示程序 ACALL SCAN ；調(diào)用掃描程序 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 24 AJMP LOOP ；等待中斷 應(yīng)當(dāng)注意：由于 T0 被設(shè)定為計數(shù)器方式 2，初值為 06H，故它的溢出中斷時間為 250 個過零同步脈沖。為了系統(tǒng)正常工作， T1 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間必須滿足 T0 的制一時間要求，因 為 T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之中的。 T0 中斷服務(wù)程序 T0 中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，讀如數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波，越權(quán)溫度報警和處理， PID 計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。 引腳上輸出的該同步脈沖寬度由 T1 計數(shù)器的溢出中斷控制，8051 利用等待 T1 溢出中斷空隙時間完成把本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序， 8051 從 T1 中斷服務(wù)程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場和返回主程序，以等待下次 T0 中斷。 T0 中斷服務(wù)程序： ORG 000BH AJMP CT0 CT0： PUSH ACC ； PUSH DPL ； 保護現(xiàn)場 PUSH DPH ； SETB D5H ； 置標(biāo)志 ACALL SAMP ACALL FILTER CJNE A， 42H， TPL WL： MOV C， 5EH MOV 5FH， C CLR 5EH ACALL UPL POP DPH POP DPL POP ACC RETI ；中斷返回 TPL： JNC TPL1 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 25 CLR 5FH ；清上次越限標(biāo)志 CJNE A， 43H， MTPL HAT： SETB ACALL PID MOV A， 2FH CPL A INC A ； 對 PID值求補，作為 TL1值 NM： SETB MOV TL1， A MOV TH1,0FFH SETB PT1 SETB TR1 ；啟動 T1 SETB ET1 ；允許 T1 中斷 ACALL TRAST LOOP: ACALL DISPLY ；顯示溫度 JB D5H,LOOP ；等待 T1中斷 POP DPH POP DPL POP ACC RETI MTPL: JNC HAT SETB MOV A,45H CPL A INC A AJMP NM TPL1: SETB 5EH JNB 5FH,WL INC 44H ；越限計數(shù)器加 1 MOV A,44H 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 26 CLR C SUBB A,N ；越限 N次 JNZ WL SETB CLR 5EH CLR 5FH POP DPH POP DPL POP ACC RETI T0 中斷服務(wù)程序框圖如圖 42所示。 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 27 保 護 現(xiàn) 場采 樣 爐 溫數(shù) 字 濾 波= 上 限 ？ 上 限 ？清 上 次 越 限 標(biāo) 志= 下 限 ?計 算 P I D采 樣從 P 1 3 輸 出T 1 初 始 化溫 度 顯 示T 1 中 斷 完 ？恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回 下 限 ？下 限 報 警取 最 大 P I D 值 輸 出采 樣送 本 次 越 限 標(biāo) 志上 限 處 理恢 復(fù) 現(xiàn) 場 返 回置 本 次 越 限 標(biāo) 志上 次 越 限 ？越 限 計 數(shù) 器 + 1越 限 N 次 ？上 限 報 警清 越 限 標(biāo) 志YYYYN 圖 42 T0中斷服務(wù)程序流程圖 采樣子程序 采樣子程序 SAMP：流程圖如 43 圖所示。 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 28 采 樣 值 送 R 0采 樣 次 數(shù) 送 R 2選 同 I N 0啟 動 A D C延 時A / D 完 成 ？所 有 采 樣 結(jié) 束 ？返 回NNY 圖 43 采樣子程序流程圖 采樣子程序： SAMP: MOV R0,2CH ；采樣值始址送 R0 MOV R2,03H MOV DPTR,03F8H SAM1: MOVX @DPTR,A ；啟動 ADC0809 工作 MOV R3,20H DLY: DJNZ R3,DLY ；延時 HERE: JB ,HERE MOVX A,@DPTR MOV @R0,A ；存放采樣值 INC R0 DJNC R2,SAM1 RET 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 29 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理模塊負責(zé)處理 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其中最重要的環(huán)節(jié)是數(shù)字濾 所以這里主要討論系統(tǒng)采用的數(shù)字濾波程序。 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的模擬量通過A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量提供給單片機。 數(shù)字濾波 模擬信號都必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能為單片機接受，如果模擬信號受到擾動影響，將使 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實值。因此僅僅對模擬量采樣一次，我們是無法確定該結(jié)果是否可信的，必須經(jīng)過多次采樣，得到一個 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，通過某種處理后，才能得到一個可信度較高的結(jié)果。這種從數(shù)據(jù)序列中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法，通常稱為數(shù)字濾波算法。 數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比具有以下幾個方面的優(yōu)點 : (1)由于數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，因而不需要增加硬件設(shè)備，而且可以多個輸入通道共用一個濾波程 序 ； (2)由于數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題 ； (3)數(shù)字濾波可以對頻率很低 (如 HZ)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷，而且通過改變數(shù)字濾波程序，可以實現(xiàn)不同的濾波方法或改變?yōu)V波參數(shù)，這比改變模擬濾波器的硬件要更靈活方便。 常用的數(shù)字濾波方法有程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、一階滯后濾波法、去極值平均濾波法等等，下面簡要介紹這幾種數(shù)字濾波方法。 (1)程序判斷濾波法首先要從經(jīng)驗出發(fā)，定出一個目標(biāo)參數(shù)最大可能的變化范圍。每次采樣后都 和上次的有效采樣值進行比較，如果變化幅度不超過經(jīng)驗值，本次采樣有效，否則，本次采樣值應(yīng)視為干擾而放棄，以上次采樣值為準(zhǔn)。該算法適用于變化緩慢的物理參數(shù)的采樣過程，如濕度、液位等。 (2)中值濾波法對目標(biāo)參數(shù)連續(xù)進行若干次采樣，然后將這些采樣進行排序，選取中間位置的采樣值為有效值。對于變化較為劇烈的參數(shù)，此濾波方法不宜采用。 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 30 (3)算術(shù)平均濾波法是對目標(biāo)參數(shù)進行連續(xù)采樣，然后求其算術(shù)平均值作為有效采樣值。該算法適用于抑制隨機千擾。采樣次數(shù)越大，平滑效果越好，但系統(tǒng)的靈敏度要下降。算術(shù)平均濾波不能將明顯的脈沖干 擾消除，只是將其影響削弱。 (4)一階滯后濾波法是一種動態(tài)濾波方法，其表達式為 : 1)1( ???? nn YXY ?? (41) 式中 ： X:第 n 次采樣值 1?nY :上次濾波結(jié)果輸出值 nY :第 n次采樣后濾波結(jié)果輸出值 ? :濾波平滑系數(shù) 通常采樣周期遠小于濾波環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，也就是輸入信號的頻率快，而濾波環(huán)節(jié)時 間常數(shù)相對地小，這是一般濾波器的概念，所以這種濾波方法相當(dāng)于 RC 濾波器。 (5)去極值平均濾波法既采用去極值法去掉明顯的脈沖干擾，又可對采樣值進行平滑處理，在高、低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，它都能削弱干擾，提高數(shù)據(jù)處理能力。本系統(tǒng)就采用了去極值平均濾波法。即對目標(biāo)參數(shù)連續(xù)采樣 6次數(shù)據(jù)，然后對 6 次采樣的數(shù)據(jù)由小到大排序，分別去掉最小值和最大值，將剩余的 4個數(shù)據(jù)求其算術(shù)平均值，即得到本次 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 數(shù)字濾波程序 FILTER:用于濾去來自控制現(xiàn)場對采樣值的干擾。 數(shù)字濾波程序流程圖 如圖 44所示。 本設(shè) 計采用中值濾波，程序如下： FILTER: MOV A,2CH CJNE A,2DH,CAMP1 AJMP CMP2 CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CH CMP2 MOV A,2DH CJNE A,2EH,CMP3 MOV 2AH,A 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 31 RET CMP3: JC CMP4 MOV 2QH,A RET