【正文】 本設(shè)計(jì)采用 LED 靜態(tài)顯示，程序流程圖如 圖 所示 。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)此鍵已按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。為排除重鍵的影響，編制程序時(shí)，可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 26 （ 2） 重鍵與連擊的處理 實(shí)際按鍵操作中，若無意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵，系統(tǒng)確認(rèn)哪個(gè)鍵操作是有效的完全由設(shè)計(jì)者的意志決定的。鍵的閉合與否取決 于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。后者則通過軟件來確定按鍵并計(jì)算鍵值。 人機(jī)接口部分 的 設(shè)計(jì) 人機(jī)接口部分包含 鍵盤部分和 顯示部分。若閾值太大， 達(dá)不到積分分離的目的，若太小又有可能因被控量無法跳出積分分離區(qū)，只進(jìn)行 PD 控制，將會(huì)出現(xiàn)殘差。報(bào) 警P ( k ) = 0(k )DP(k )IP(k )PP計(jì) 算P ( k ) ??? 圖 程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 25 在基本 PID 控制中，當(dāng)有較大幅度的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)， 由于此時(shí)有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)量和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。具體地說，在計(jì)算 Ui 時(shí)，將判斷上一個(gè)時(shí)刻的控制量 Ui1 是否已經(jīng)超出限制范圍，如果已經(jīng)超出，那么將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。 （ 4） 受工作環(huán)境影響較大，稍有變動(dòng)就會(huì)引起溫度的波動(dòng)： ① 微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快。 （ 2） 加溫經(jīng)常達(dá)不到目標(biāo)值，小于目標(biāo)值的時(shí)間較多： ① 比例系數(shù)過小，加溫比例不夠。微分調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，可改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。比例作用大，可加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過大的比例，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至 造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 PID 算法的兩種類型： （ 1） 位置型控制 ? ? 00 )1()()()()( uneneTTieTTneKnu ni DIP??????? ????? ?? （ 41） 位置型的遞推形式 )2()1()()1()()1()( 210 ??????????? neaneaneanunununu （ 42） 其程序流程圖如圖 所示 。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。軟件方式編程簡(jiǎn)單，但需要花費(fèi)機(jī)時(shí) ；采用定時(shí)器則需要 對(duì)其進(jìn)行初始化編程，但延時(shí)過程中不占用機(jī)時(shí)。 由于從模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量需要一定的時(shí)間，所以當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)之后，需要等待轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)生效后才能讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。相反，如果系統(tǒng)的參數(shù)比較多，變換速度比較慢，所采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)，一般可采用中斷方式。在主程序中完成系統(tǒng)的初始化、 A/D 轉(zhuǎn)換、信號(hào) 處理、顯示處理、 鍵盤處理、 控制算法處理 、輸出控 制 等功能。它接收和分析各種命令，管理和協(xié)調(diào)全部程序的執(zhí)行，其包括系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)自檢等部分；測(cè)控程序主要包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，輸出控制和自我診斷等部分。 DAC0832 與單片機(jī)連接的 電路圖如圖 所示 。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。（具體電路見附表） 輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換部分 從 前面 的介紹我們知道，本設(shè)計(jì)使用的是計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字信號(hào)，而執(zhí)行器接收的是模擬信號(hào)，所以必須把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，這就需要 D/A 轉(zhuǎn)換。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 15 圖 電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)顯示電路 鍵盤部分 鍵 盤結(jié)構(gòu)分類 獨(dú)立式鍵盤 每個(gè)按鍵占用一根 I/O 線，構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，優(yōu)點(diǎn)是配置靈活，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 16 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 。這種顯示方法的缺點(diǎn)是使用原件多，且線路比較復(fù)雜。但它占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要微型計(jì)算機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 動(dòng)態(tài)顯示，就是微型計(jì)算機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件進(jìn)行掃描。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收 。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 STC89C51 特點(diǎn) ? 增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051CPU ? 共組電壓： ~(5V單片機(jī) ) ? 工作頻率范 圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080 MHz,實(shí)際工作頻率可內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 12 達(dá) 48 MHz ? 用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) ? 片上集成 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM ? 通用 I/O 口（ 32/16 個(gè)），復(fù)位后： P1,P2,P3,P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通8051 傳統(tǒng) I/O 口） P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻 ? ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 /仿真器，可通過串口 ()直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 ? EEPROM 功能 ? 看門狗 ? 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（ D 版才有），外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路 ? 共 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用 ? 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ? 通用異步串行口（ UART） ,還可以用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART ? 工作溫度范圍： 075℃ /40+85℃ ? 封裝： PDIP40,PLCC44,PQFP44 管腳說明 VCC：供電電壓。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 圖 與單片機(jī) 接 口電路 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 11 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 10 ADC0832 芯片介紹 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。并行轉(zhuǎn)換的主要特點(diǎn)是它的轉(zhuǎn)換速度特別快，可達(dá) 50MPSP，特別適合高速轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。逐次逼近型轉(zhuǎn)換方式的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速度較高，可以達(dá)到 100 萬次 /秒（ MPSP）；在低于 12 位分辨率的情況下，電路實(shí)現(xiàn)上較其他轉(zhuǎn)換方式成本低；轉(zhuǎn)換時(shí)間確定。但是，它的轉(zhuǎn)換速度太慢，轉(zhuǎn)換精度隨轉(zhuǎn)換速率的增加而降低，每秒 100～ 300 次（ SPS）對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換精度為 12 位。 （ 1） 積分型轉(zhuǎn)換 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)在低速、高精度測(cè)量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在數(shù)字儀表領(lǐng)域。通常來說接觸式測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單、可 靠，測(cè)量精度較高；但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換， 需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所 以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 8 測(cè)量。當(dāng)導(dǎo)體 A 和 B 的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn) 1 和 2 之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ,因而在 回路中形成一個(gè)大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱 電效應(yīng)。常用的熱電偶從 50~+1600℃均可持續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到 269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃（如鎢 錸）。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。整個(gè)系統(tǒng)由 3 部分組成：系統(tǒng)主程序、各功能子程序、中斷程序。硬件設(shè)計(jì)具有通用性，而軟件設(shè)計(jì)的大部分工作是針對(duì)某一特定對(duì)象，可以完成硬件不能完成的功能。 電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電加熱爐智能溫度控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩大部分。為了控制爐溫，設(shè)計(jì)了一套電加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如圖 所示。本文就沒有建立電加熱爐的數(shù)學(xué)模型，而是在設(shè)計(jì)出加熱爐硬件原理圖的基礎(chǔ)上，直接采用算法簡(jiǎn)單、效果好的 PID 智能控制算法。 要實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐的控制，必須建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，然后求取相應(yīng)的控制器方程，例如自適應(yīng)控制、隨機(jī)最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、解耦控制和變結(jié)構(gòu)控制等。機(jī)電一體化、數(shù)控、先進(jìn)制造技術(shù)、 CIMS 之間的技術(shù)、專業(yè)、學(xué)科之間的界限越來越模糊，這是實(shí)際發(fā)展的需要，也是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。 [5] 但是考慮到本人目前的學(xué)識(shí)所限，有許多技術(shù)上的問題需要解決，這就需要在以后的工作和學(xué)習(xí)中加以改進(jìn)，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將采用算法簡(jiǎn)單、實(shí)用價(jià)值較高的 PID 控制算法 ， 資料表明，采用該算法也可以取得良好的控制效果。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 4 (2)采用不同學(xué)習(xí)速率 η 的單神經(jīng)元自適應(yīng) PID 智能控制算法較采用相同學(xué)習(xí)速率 η 的有較好的快速性、較小的超調(diào)量和較強(qiáng)的魯棒性。 若已通過辨識(shí)建立了電加熱爐的數(shù)學(xué)模型 ，則可采用最優(yōu)控制或自適應(yīng)控制。它避開了建立精確的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)控制理論進(jìn)行定量計(jì)算與分析的困難性。 智能控制的發(fā)展主要得益于模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論的不斷成熟。溫度測(cè)量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)己經(jīng)比較成熟。 國內(nèi)各種形式的加熱爐發(fā)展到現(xiàn)在，還不能講哪一種形式是最先進(jìn)、最成熟的，都多多少少存在一些問題，還有待我們?nèi)ヌ剿鳎绺鳠峁?shù)之間和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之間的定量關(guān)系，控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最優(yōu)化，但計(jì)算機(jī)控制加熱爐系統(tǒng)是一種發(fā)展方向。 圖 電加熱爐溫度特性曲線 最近幾年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，需要消耗大量的能源，并且環(huán)境污染問題越來越突出，節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境己被人們所接受，成為今后科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向。電加熱爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無污染、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。在各種儀表高速發(fā)展的今天，控制裝置己經(jīng)不是主要問題，影響被控對(duì)象性能指標(biāo)的主要因素取決于控制器本身，控制器本身的智能化設(shè)計(jì) 將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。 [10] 工業(yè)控制中存在著工業(yè)過程復(fù)雜、數(shù)學(xué)模型難以確定的系統(tǒng)，智能控制理論的產(chǎn)生正是針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境、控制目標(biāo)或任務(wù)的復(fù)雜性提出的。但在實(shí)際系統(tǒng)中被控對(duì)象一般都具有大慣性、大滯后、時(shí)變性、關(guān)聯(lián)性、不確定性和非線性的特點(diǎn)。temperature control。s temperature control has the elevation of temperature unidirectivity, big inertia, big lag, when characteristics and so on denaturation. Its elevation of temperature and the heat preservation are depend upon the resistance wire heating but the temperature decrease depend upon the environment natural cooling. Once its temperature over modulation by workers repeated operation control valves to achieves the ideal control effect with difficulty. The paper is under the premise which without the field operations workers operation control valves, establishes take the electric heati ng st