【正文】 積分時(shí)間常數(shù) Ti 調(diào)試完成。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的 60%~70%，由 0 逐漸加大比例增益 P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益 P 逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比 例增益 P，設(shè)定 PID 的比例增益 P 為當(dāng)前值的 60%~70%。39。并在很 大程度上彌補(bǔ)了模糊推理中對(duì)變量進(jìn)行模糊化所造成的誤差，提高控制器主動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)或環(huán)境的能力。并且使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，可以更效地實(shí)現(xiàn)人的控制策略和經(jīng)驗(yàn)。是一種模糊控制和 PID 控制的分階段切換控制方法。②根據(jù)模糊查詢(xún)表，形成模糊控制算法。 在系統(tǒng)軟件中，主程序完成系統(tǒng)初始化和電爐絲的導(dǎo)通和關(guān)斷；爐 熱 測(cè)定、鍵盤(pán)輸入、時(shí)間確定和顯示、控制算法等都由子程序來(lái)完成； 中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)測(cè) 熱 。從功能上可將其分為 熱 度信號(hào)采集及 A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、執(zhí)行四大部分進(jìn)行設(shè) 計(jì)。 根據(jù)系統(tǒng)功能，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為若干個(gè)子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如 熱 度采集子程序，數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、 PID控制子程序。 固態(tài)繼電器的簡(jiǎn)介：固態(tài)繼電器（ SOLID STATE RELAYS），簡(jiǎn)寫(xiě)成 ”SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，它利用電子元件（如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開(kāi)關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱(chēng)為 “無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) ”。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。共陰極公共端接河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 地 ，高電平有效（燈亮），共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極 (負(fù)極 )都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極 (負(fù)極 )在外部只有一個(gè)引腳 。一英寸以下的的 LED 數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只 LED 發(fā)光二極管，導(dǎo)通壓降為 ；一英寸及以上的 LED 數(shù)碼管的每一筆段由多只 LED 發(fā)光二極管以串 、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的 LED 發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。 圖 35LED顯示電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 36 所示。 設(shè) 計(jì)中 采用 4 位共陰極 LED靜 態(tài) 顯示方式 ， 選用 7 段顯示數(shù)碼管。外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。 數(shù)碼管是現(xiàn)在電子 設(shè)計(jì)中普遍使用的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由七個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD。 選擇 2 鍵 進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示個(gè)位，第二次顯示十位 ， 第 三 次顯示 百 位，第 四 次顯示 千 位 。 按鍵控制電路分別接在單片機(jī) — 口。這就是抖動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。獨(dú)立式按鍵就是按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O口線(xiàn)，每根 I/O口線(xiàn)的按鍵的工作狀態(tài)，不會(huì)影響其他 I/O口在線(xiàn)的工作狀態(tài)。按鍵能夠成為最普遍的輸入設(shè)備，主要是其具備了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：工作原理、硬件電路連接簡(jiǎn)單、操作實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格便宜，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單。通過(guò)按鍵輸入完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，而輸出顯示則完成數(shù)據(jù)的顯示和系統(tǒng)提示信息的輸出， 在當(dāng)今的各種實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分。在焊接刷電路板時(shí)，晶體 振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。 復(fù)位電路如下圖 32 所示： 圖 32 復(fù)位電路圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)，單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 MCS51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。注意加密方式 1 時(shí) EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此 間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P3 口也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如下所示： /RXD（串行輸入口）； /TXD（串行輸出口）； /INT0（外部中斷 0）； /INT1（外部中斷 1）； T0（記時(shí)器 0 外部輸入）； T1（記時(shí)器 1 外部輸入）； /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）； /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）； 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。而在訪(fǎng)問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL電平。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL電平。 P0是一個(gè) 8位雙向 I/O端口，端口置 1時(shí)作高阻抗輸入端，作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL電平。4K 字節(jié)可系統(tǒng)編程的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗 (WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5矢量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 [12]。所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)，對(duì)于片內(nèi)帶有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，只要在芯片外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就是一個(gè)小系統(tǒng)了。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作電源為 +5V， AT89C52電源輸入支持的電壓范圍為 5v~， 且底層電路功耗很小。片內(nèi)帶有一個(gè) 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）。 (6)把采樣得到的偏差、偏差變化再經(jīng)過(guò)模糊化，代入模糊控制規(guī)則表，得出新的 PID參數(shù)，再經(jīng)過(guò) PID 算法的計(jì)算就得出了最后的輸出量，也就是系統(tǒng)的控制量。通過(guò)模糊控制規(guī)則，得到從誤差論域到控制量的模糊關(guān)系矩陣R，再通過(guò)誤差的模糊矢量 E和誤差變化的模糊矢量 EC 與模糊關(guān)系 R 合成進(jìn)行模糊推理，得到控制量的模糊矢量。 (3)建立模糊控制規(guī)則。模糊 PID 控制系統(tǒng)中控制量通常是 PK ， IK ， DK ，取其增量△ Kp,△ Ki, △ Kd 為輸出量。 自整定模糊 PID 控制是在 PID算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)的誤差 e和誤差變化率 ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢(xún)模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)的整定。這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行 N 次 (模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù) )。假定輸人電壓大于參考信號(hào)的一半，對(duì) 8 位 ADC 來(lái)說(shuō)，第一次比較將產(chǎn)生二進(jìn)制碼 10000000。每次比較可以產(chǎn)生該位確切的二進(jìn)制值 (0 或 1)。模擬電壓轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制碼的數(shù)值取決于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。軟件的使用會(huì)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的 速度。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 用來(lái)把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，即二進(jìn)制數(shù)。工作過(guò)程與 IC1 相同。當(dāng)輸入信號(hào)電壓接近 IC1 的同相端時(shí)， IC1河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 的輸出逐漸降低，隨之， D1 逐漸導(dǎo)通， V4 逐漸增大，直到 V4 接近 A 點(diǎn)電壓為止。處理得好可以達(dá)到較高的精度。 (1)單反饋法 ： 利用負(fù)反饋，可以改善其線(xiàn)性，但是很有限。C 時(shí)，該增加值下降。C 升高到 1800176。 計(jì)算修正法： 當(dāng)熱電偶的冷端 熱 度 t0 ?0?C 時(shí)，由于熱端與冷端的 熱 差隨冷端的變化而變化，所以測(cè)得的熱電勢(shì) EAB（ t， t0）與冷端為 0 ?C 時(shí)所測(cè)得的熱電勢(shì) EAB（ t， 0?C）不等。采用這種方法可以消除冷端 熱 度 t0 不等于 0℃ 而引起的誤差。 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖 22所示 ： 圖 22 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 熱 度采集與傳感器 圖 23 熱電偶傳感器 熱度檢測(cè)是本次設(shè)計(jì)前向通道的重要組成部分，它的精確程度將直接影響到控制效果。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 其主要的控制原理為：對(duì)被控對(duì)象的 熱 度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，其主要是通過(guò)熱電偶傳感器將 熱 度轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，并由 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0832將所得的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量送入單片機(jī)中 。 本文首先介紹常規(guī) PID控制，模糊控制和自適應(yīng)模糊 PID控制的基礎(chǔ)，然后對(duì)熱處理爐熱度這一控制對(duì)象 利用熱電偶測(cè)得 熱處理爐 實(shí)際 熱 度并轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)電壓信號(hào)。但這類(lèi)方法需要知道精確河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 的被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型形式但這種方法設(shè)計(jì)起來(lái)比較昂貴，不是學(xué)生可 以承受的。控制規(guī)律的確定是通過(guò)極小化預(yù)先確定的性能指標(biāo)函數(shù)或使控制系統(tǒng)滿(mǎn)足希望的回應(yīng)而推導(dǎo)出來(lái)的。 方案三：采用 PLC作為控制電路的核心 ，以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)來(lái)分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。 方案二：采用比較流行的 AT89C51作為電路的控制核心 ,AT89C51是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器 [8]。數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)方案是一種根據(jù)模擬設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換而來(lái)的設(shè)計(jì)方案。熱處理爐是由熱處理絲加熱升熱，靠自然冷卻降熱， PID控制對(duì)小型熱處理爐的熱度控制效果良好。因此各個(gè)領(lǐng)域?qū)崽幚頎t熱度控制的穩(wěn)定性、可靠性、精度等要求也越來(lái)越高，熱度測(cè)量控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)。 它 適用于： ① 機(jī)械零件的淬火、回火、退火、滲碳、氮化等熱處理 ； ② 各種材料的加熱、干燥、燒結(jié)、釬焊、熔化等。特別是近年來(lái)， 熱 度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。 關(guān)鍵字 ： 熱處理爐 ； 熱 度； 單片機(jī)； PID控制 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II Res is tance Furnace Temperature Control Sys tem Based on Single chip Computer ABSTRACT Heat treatment furnace is using the electric current through the resistance body heat generation to heating or a kind of electric stove melt materials. Heat treatment furnace in chemical industry, metallurgy industry, etc widely application, so the temperature control in the industrial production and scientific research has important significance in [1]. Heat treatment furnace body, by electric control system and auxiliary systems. Furnace shell, heater, from furnace lining (including insulation screen), and other ponents [2]. Electrical control system including electronic circuits, microputer control, the instrument shows and electrical parts, etc. Auxiliary system usually refers to the transmission system, vacuum system, cooling system, etc, with the difference of the boiler. The temperature is the production process and scientific experiments are very mon and important physical parameter. In the industrial production process, in order to efficiently carried out, production, must on production process in the process of the main parameters, such as temperature, pressure, and flow velocity, effective control, temperature control in the production process of occupies a large proportion. Accurate measurement and effective control of temperature is high quality, high output, low cost and safe production of the important co