單片機(jī)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(參考版)
2025-05-17 15:16本頁(yè)面
【正文】 參考文獻(xiàn) 譚運(yùn)光、陳安源等．單片機(jī)開(kāi)發(fā)手冊(cè)．華齡出版社． 1994年 12月 李華編． MCS— 51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社． 1993 年 8月 實(shí)用電子電路手冊(cè) LJ3．高等教育出版社． 1992年 10月 黃一夫編著 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社， 1987年 何立民編著 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 .北京 .北京航空航天大學(xué)出版社， 1993年 。本設(shè)計(jì)的目的不僅僅是水溫控制本身，主要提供了單片機(jī)外圍電路及軟件包括控制算法設(shè)計(jì)的思想，應(yīng)該說(shuō)，這種思想比控制系統(tǒng)本身更為重要。 ui(k)ur=e(k) |e(k)|≥ε ，使用 PD算法； |e(k)|ε ，使用 PID算法； 給出本算法的控制結(jié)果曲線 (見(jiàn)圖 6) 結(jié)束語(yǔ) ： 本文針對(duì)水溫控制系統(tǒng)模型，提出了一種基于單片機(jī) 89C5l 的設(shè) 計(jì)方案。 圖 6 中，初始水溫為 26C。 2． 3． 2 PID 算法子程序 系統(tǒng)算法控制采用工業(yè)上常用的位置型 PID 數(shù)字控制，并且結(jié)合特定的 系統(tǒng)加以算法的改進(jìn)，形成了變速積分 PID— 積分分離 PID 控制相結(jié)合的自動(dòng)識(shí)別的控制算法。 2． 3． 1 標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序 該子程序作用是將溫度信號(hào) (00H~FFH)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度值，以便送顯示或與設(shè)定值在相同量綱下進(jìn)行比較。該信號(hào)經(jīng)放大及 A/D轉(zhuǎn)換后，由單片單板機(jī)讀出對(duì)應(yīng)該熱電勢(shì)的數(shù)字量，這個(gè)數(shù)字量與模擬的溫度標(biāo)準(zhǔn)值構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，在使用的溫度范圍內(nèi)逐點(diǎn)獲得全部數(shù)據(jù)對(duì)后再采用曲線擬合法的方法建立 A/D 值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系式，由此得到 A/D轉(zhuǎn)換值與溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由這些一一對(duì)應(yīng)關(guān)系制成表格存貯在 ROM 中，供實(shí)際測(cè)試與程序運(yùn)行過(guò)程中查表用。 2． 2． 5 數(shù)字濾波子程序 用于濾去控制過(guò)程中外部對(duì)采樣值的干擾，采用三次采樣值進(jìn)行比較，取中間值存放在溫度查表程序的參數(shù)入口。 2． 2． 3 T1 中斷子程序 T1 定時(shí)中斷嵌套在 Tφ 中斷之中，優(yōu)先級(jí)高于 Tφ 中斷，其定時(shí)初值由 PID算法子程序提供， T1中斷響應(yīng)的時(shí)間用于輸出電爐或風(fēng)扇的控制信號(hào)。在該中斷的響應(yīng)過(guò)程中，系統(tǒng)要顯示上一次的溫度設(shè)定 值，并且可以通過(guò) AN AN4 來(lái)實(shí)現(xiàn)加 減 1 的輸入修改。在該中斷響應(yīng)中，單片機(jī)要完成 A／ D 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、判斷是否越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前溫度、與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)用 PID算法子程序并輸出控制信號(hào)等功能。限于篇幅，只介紹中斷處理子程序。主程序流程圖見(jiàn)圖 4。 需要說(shuō)明的是，系統(tǒng)控制程序邏輯采用兩次中斷嵌套方式來(lái)設(shè)計(jì)， T1 中斷嵌套在 T0 中 斷之中。脈沖的寬度由 T1 計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。程序結(jié)構(gòu)采用中斷方式，其中， 8098 作為外部中斷 0 的中斷源， T0 定時(shí)器用作采樣周期的定時(shí)中斷，每隔 15 秒種中斷一次。另外通過(guò)本軟件也可很方便對(duì)串行通訊波特率進(jìn)行修改。 本軟件具備與硬件實(shí)時(shí)通訊，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)的特點(diǎn)。表中“上限、正常和下限”指示當(dāng)前溫度范圍。曲線反映了系統(tǒng)對(duì)溫度控制的狀況。 系統(tǒng)硬件框圖 第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在數(shù)字控制系統(tǒng)中 PID 參數(shù)值是很重要的，系統(tǒng)參數(shù)整定的好壞直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。 通過(guò) MCS51 內(nèi)部定時(shí)器 T0 產(chǎn)生中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的。 1． 8 時(shí)鐘電路 的設(shè)計(jì) 該部分電路為計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)精確的時(shí)標(biāo)，在該系統(tǒng)中靠計(jì)算加熱及冷卻脈沖數(shù)（計(jì)時(shí)）來(lái)調(diào)溫，故時(shí)間的準(zhǔn)確與否直接影響數(shù)據(jù)精度。據(jù)此， 8098 可判斷橫向選擇性掉電保護(hù)裝置是否動(dòng)作可靠，從而自動(dòng)調(diào)整縱向保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。 8255A 的 C 通道高 4 位為輸入，低 4 位為輸出，其中 PC7為由檢測(cè)電路輸入的掉電流，在掉電時(shí)，其值為高電平，不掉電時(shí)為低電平； PC6 為橫向選擇性保護(hù)的狀態(tài)輸入。此電路可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)地電容電流的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及自動(dòng)調(diào)整保護(hù)動(dòng)作時(shí)間等功能。 1． 7 掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 掉電保護(hù)電路是為防止系統(tǒng)因?yàn)橐馔獾綦妼?dǎo)致丟失數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。 1． 6 光電隔離電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用單片機(jī)的 I/O 線去控制加熱或冷卻器（風(fēng)扇）的通或斷，由于要經(jīng)常地接通和斷開(kāi)，而這些被測(cè)控動(dòng)作都要和強(qiáng)電聯(lián)系在一起，為避免強(qiáng)電控制電路可能對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，故必須在單片機(jī)輸出口和驅(qū)動(dòng)電路之間采用光電隔離器，使輸入與輸出完全絕緣。 ADC0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC 與 89C51 的 腳相連，所以通過(guò)查詢 腳是否為高電平便可知 A/D轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束。數(shù)字電路硬件部分見(jiàn)圖 3。 按鍵 AN2 與 (JA／ 70)相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級(jí)定為最高；按鍵 AN3 和 AN4 平共處分別與 相連，采用軟件查詢的方式； AN1 則為硬件復(fù)位鍵，與 R、 C構(gòu)成復(fù)位電路。 圖為 鍵盤及顯示設(shè)計(jì)電路圖 鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，低電平有效。 8279通過(guò) 74LS164譯碼器擴(kuò)展 2 2鍵盤、 4位顯示器。鍵盤控制部分提供一種掃描工作方式，可與 64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤連接，能對(duì)鍵盤進(jìn)行自動(dòng)掃描、自動(dòng)消抖、自動(dòng)識(shí)別出按下的鍵并給出編碼。 INTEL8279是一種通用可編程鍵盤 /顯示器接口芯片，可直接與 INTEL微型單片機(jī)接口，在我們?cè)O(shè)計(jì)的閉環(huán) PID水溫控制系統(tǒng)中就采用 8279來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鍵盤 /顯示器擴(kuò)展功能，降低了電路的復(fù)雜度，提高了穩(wěn)定性及可靠性。但對(duì)于這種用法，需設(shè)計(jì)消抖電路或編制消抖子程序。有三種工作方式，可通過(guò)編程設(shè)定，因而使用起來(lái)靈活方便，通用性強(qiáng)，常作為單片機(jī)與許多外圍設(shè)備連接時(shí)的中間電路。常用的 MCS51并行接口擴(kuò)展電路有： 8255A、 ZilogPIO、 815 815 87C75PF等，其中又以8255A最為常用。從原理上說(shuō)，這 4 個(gè)口均可用作雙向并行 I/O接口，但在實(shí)際應(yīng)用中， P0口和 P2口常被用作擴(kuò)展總線， P3口的某些位又常被用作它的第二功能，特別是無(wú) ROM型的單片機(jī)。 1． 3 鍵盤及顯示的設(shè)計(jì) 鍵盤和顯示器是人 /機(jī)對(duì)話的接口。 其中 ； (見(jiàn)圖 3)。 為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離，要選擇光電 隔離 器，但考慮 到輸出信號(hào)要對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)，以便使電爐或風(fēng)扇電路導(dǎo)通，所
畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1