【正文】 如圖 所示為 LED 顯示子程序流程圖。 LED 數(shù)碼管驅動電路 有 靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式， 本系統(tǒng)中采用的是共 陽 極的動 態(tài)顯示電路。此外， LED數(shù)碼管在單片機系統(tǒng)中，常用到一只到數(shù)只，甚至幾十只 LED 數(shù)碼管顯示 CPU 的處理結果、輸入 /輸出信號狀態(tài)或大小。根 據(jù)掃描的方法又可分程控掃描法、定時掃描法以及中斷掃描法三種。需要注意的是，同步檢測電路和電阻爐加熱回路的電源必須是相同的，以保證觸發(fā)信號同步 。因此，本系統(tǒng)中通過 MOC3021 控制雙向晶閘管 T1,再由 T1 控制主電路的雙向晶閘管 T2。如果 N N5處于理想工作狀態(tài)， 12??? ，并取 R27=R31，由電路可得： 1 27 2610 iUVI RR?? 2 31 33 3210 VUI R R R?? ? 則 ：323326 iRRUUR?? 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 +_△∞+N4+_△∞+N5C5150 0P FR 281MR 27100 KR 26100 kR 291KR 34510R 33100 KR 31100 KR 35100P D 0R 32U10V10VR 30 K 10 V 10 VC5150 0P FV L C 1V L C 2i1 i2 圖 互補式 光電耦 合 隔離放大 電路 由于光電耦合器的工作速度遠低于運算放大器的工作速度，因此在電路中采用電容 C5 來 改善 電路的頻率特性 ，并采用電阻 R30 和電容 C5來 改善電路的穩(wěn)定性。 RESETk e y 1C32 0 u FV C CR 1 420k 圖 復位電路連線圖 控溫電路 隔離放大 器 隔離放大器由輸入放大器 、輸出放大器、隔離器以及隔離電源等幾部分組成。 一般選用石 英振蕩器時， C C2 典型值為 2233pF，選用陶瓷 振蕩 器時， C C2 典型值為 4047pF。其優(yōu)點是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅動其他時鐘緩沖器。當 CKOPT 被編程時振蕩器在輸出引腳產生滿幅度的振蕩。 ADC 轉換結果為 10位，存放于 ADC數(shù)據(jù)寄存器 ADCH 及 ADCL 中。 ADC 通過逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉換成一個 10（ 0— 1024） 位的數(shù)字量 ，轉換時間為 13260 181。 AVCC 與 VCC 之間的偏差不能超過177。 ADC 與一個 8通道的模擬多路復用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣。如果需要關閉這個上拉電阻，可以將 PORTxn清零，或者將這個引腳配置為輸出。DDxn位于 DDRx寄 存器， PORTxn位于 PORTx寄存器， PINxn位于 PINx寄存器。但要注意的是復位時上拉電阻將被禁用。當寄存器 SFIOR的上拉禁止位 PUD置位時所有端口的全部引腳的上拉電阻都被禁止。 ? JTAG AVR復位：當復位寄存 器為 1時 MCU即復位。 ? 看門狗復位。 ATmega128有 5個復位源： ? 上電復位。在正常工作過程中 PEN引腳沒有其他功能。 AVCC ： AVCC為端口 F以及 ADC轉換器的電源， 無論有 沒有使用 ADC都應 與 VCC相連接， 使 用 ADC時應該通過一個低通濾波器與 VCC連接。 端口 G的第二功能如下： PG4 TOSC1 (RTC 振蕩器， T/C0) PG3 TOSC2 (RTC 振蕩器， T/C0) PG2 ALE (外部存儲器地址鎖存使能信號 ) PG1 RD (外部存儲器讀信號 ) PG0 WR (外部存儲器寫信號 ) RESET：復位輸入引腳。其輸出緩 沖 器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電 路拉低時將輸出電流。復位發(fā)生時端口 E為三態(tài)。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。端口 C也具有第二 功能，在 ATmega103兼容模式下，端口 C只能作為輸出，而且在復位發(fā)生時不是三態(tài)。 端口 B引腳第二功能如下： PB7 OC2/OC1C(1) (T/C2的輸出比較和 PWM輸出，或是 T/C1的輸出比較和 PWM輸出 C) PB6 OC1B (T/C1的輸出比較和 PWM輸出 B) PB5 OC1A (T/C1的輸出比較和 PWM輸出 A) PB4 OC0 (T/C0的輸出比較和 PWM輸出 ) PB3 MISO (SPI總線的主機輸入 /從機輸出信號 ) PB2 MOSI (SPI總線的主機輸出 /從機輸入信號 ) PB1 SCK (SPI總線的的串行時鐘 ) PB0 SS (SPI從機選擇引腳 ) 端口 C(PC7..PC0)： 端口 C為 8位雙向 I/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。 PA7 AD7 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 7) PA6 AD6 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 6) PA5 AD5 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 5) PA4 AD4 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 4) PA3 AD3 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 3) PA2 AD2 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 2) PA1 AD1 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 1) PA0 AD0 (外部存儲器接口地址及數(shù)據(jù)位 0) 端口 B(PB7..PB0)：端口 B為 8位雙向 I/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩 沖 器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。 ATmega128具有如下特點： 內核具有豐富的指令集和 32個通用工作寄存器 ，所有的寄存器都直接與算術邏輯運算 單元 (ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。另外，這種電路還具有增益調節(jié)能力，調節(jié) RP1 可以改變增益而不影響電路的對稱 性 [13]。 軟件補償法 利用單片機或系統(tǒng)機的軟件來進行補償，能節(jié)省硬件資源，但在軟件編程和調試過程上要花費較多時間 ， 常用方法 有 查表法 和 計算 法 。 熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒?有 硬件補償法 和 軟件補償法 。 ABtt ot o 圖 熱電偶原理圖 當熱電偶的材料一定時，熱電偶的熱電勢 為 00( , ) t tA B A B A BE t t E E? （ ） （ ） 式中， 0( , )ABE t t —— 熱電偶的熱電勢； tABE（ ） —— 溫度為 t時的熱電勢； 0tABE（ ） —— 溫度為 0t 時的熱電勢； 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 冷端溫度補償 實際 測溫 中 ，冷端所對應的熱電勢要隨冷端溫度（環(huán)境溫度）的變化而變化。 因為 K 型熱電偶具有復現(xiàn)性好 、 產生的熱電勢大 、 而且線性好 、 價格便宜等優(yōu)點 ， 雖然測量精度偏低，但完全能滿 足一般工業(yè)測量要求。工作時 ， 利用 K型熱電偶測得電阻爐的實際溫度并經過冷端溫度補償和放大電路，轉換成 05V 電壓信號，該電壓信號 直接與單片機內部的 ADC 引腳相連接，轉換成與爐溫相對應的數(shù)字信號，經 單片機 進行數(shù)據(jù)處理后，通過4 位 LED 數(shù)碼管 將溫度顯示，同時該溫度與其設定值比較，根據(jù)選定的 PID 算法計算出控制量，根據(jù)控制量來控制 晶閘管 的導通和關閉，從而控制電阻絲的導通時間以及電阻爐的平均輸入功率，以實現(xiàn)對電阻爐爐溫的控制。采用 FPGA 和單片機綜合實現(xiàn)對電阻爐溫度的控制，把大量的數(shù)字信號處理任務都交給 FPGA 進行處理，既可以利用 FPGA 對數(shù)據(jù)信號強大快速的處理能力，又可以減輕單片機的負擔，讓單片機有充分的時間做其它的運算。但在實 時性要求高和數(shù)據(jù)量大的情況下，由于單片機對數(shù)據(jù)處理能力的限制，其 實時性仍不能滿足高密度信號環(huán)境的要求。 （ 3）優(yōu)良的控制性能和抗干擾性。 專家控制 系統(tǒng) 的結構 如圖 所示 ， 其工作原理為 ： 特征識別模塊對控制對象輸出的性能指標進行識別 ， 通知推理 機制； 性能識別模塊對輸入的信息進行識別 ， 也傳輸給推理 機制； 推理 機制 根據(jù)所得信息計算出實際性能指標 ， 并與期望的性能指標相比較 ， 作出決策 ， 判斷是否進行參數(shù)調整 ； 若需要 ， 推理機 制 則根據(jù)采集的信內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 息判斷響應類型 ， 告知知識庫 ， 啟動相應的調整規(guī)則 ， 計算出新的量化因子數(shù)值 ， 使控制特性能向期望的性能逼近 。因而，專家系統(tǒng)是一種人工智能的計算機程序系統(tǒng)，這些程序軟件具有相當于某個專門領域的專家的知識和經驗水平，以及解決專門問題的能力。 神經網絡控制系統(tǒng) 神經網絡 控制 以其高度的非線 性映射，自組織，自學習和聯(lián)想記憶等功能， 可對復雜的非線性系統(tǒng)建模 ， 將 BP神經網絡控制策略引入 電阻爐 的 爐溫控制系統(tǒng) ,通過神經網絡模擬實現(xiàn) PID 控制器參數(shù)在線調整 [7]。 當采樣周期 到達， 與設定溫度進行比較 ， 由比較后的誤差大小來決定控制系統(tǒng)的控制方式 ， 再作運算 。對溫度誤差采樣的精確量模糊化，經過數(shù)學處理輸入計算機中，計算機根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應的控制量，變成精確量去驅動執(zhí)行機構，調整輸入 從而 達到調節(jié)溫度，使之穩(wěn)定的目的。 綜合智能控制系統(tǒng)，將智能控制與傳統(tǒng)控制模式有機結合、綜合應用，以便取長補短，獲取互補特性，提高整體優(yōu)勢， 從而 獲得人類、人工智能和控制理論高度緊密結合的智能控制。 溫度信號采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。目前 ，國外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能溫度控制系統(tǒng)，開發(fā)出成熟的智能控制算法和控制軟件。我國傅京孫教授提出 的 把人工智能中的直覺推理方法用于學習控制系統(tǒng)，奠定了國內智能控制發(fā)展的基礎?！爸悄芸刂啤笔茄芯颗c模擬人類智能活動及其控 制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng) [3]。 目前，我國的電阻爐控制系統(tǒng)與國外發(fā)達國家相比還比較落后。 20 世紀 70 年代以來，發(fā)達國家 隨著機械制造技術的高速發(fā)展，以及新材料和內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 控制技術的應用，熱處理 技術的傳熱理論、高溫材料、爐體結構及控 制手段都有了徹底變化，形成了專門的工程技術，從而又促進了整個工業(yè)技術的發(fā)展。 智能控制 是一類無需人的干預就能獨立驅動智能機械而實現(xiàn)其目標的自動控制，隨著科學技術和控制理論的發(fā)展，國外的溫度測控系統(tǒng)發(fā)展迅速，實現(xiàn)對溫度的智能控制 [1]。其控溫方法簡單，沒有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導致系統(tǒng)控制精度低、超調量大、震蕩明顯。singlechip microputer 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） III 目錄 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract.......................................................................................................................................II 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 課題研究的背景及意義 ............................................................................................. 1 國內外研究概況及發(fā)展趨勢 ..................................................................................... 1 電阻爐國內外發(fā)展動態(tài) .................................................................................. 1 控制理論的發(fā)展狀況 ...................................................................................... 2 智能溫度控制技術的發(fā)展 .............................................................................. 2 第二章 電阻爐溫度控制總體方案設計 .................................................................................. 4 基于虛擬儀