【正文】 數(shù)字濾波程 序流程圖 如圖 44所示。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。 (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。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。該算法適用于抑制隨機千擾。對于變化較為劇烈的參數(shù)，此濾波方法不宜采用。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。 (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。 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。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。 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。 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。 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。 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。 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。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。無源濾波器是一個簡單的、有效的低通濾波器，它只讓電網(wǎng)中基波通過，而對高次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 。模擬電源和數(shù)字電源各自并接 ? 的陶瓷電容 (去 耦 電容 )。要盡可能地使接地電路各自形成回路，減少電路與地線之間的電流 耦 合。在輸入、輸出通道采用光電 耦合 器將控制系統(tǒng)與外圍接口隔離 。 (1)隔離主要用于過程通道的隔離。其總的原則是 :抑制或消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的藕合通道，降 低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。 (d)根據(jù)所求得的 ? 、 mT 和 mT /? 的值，可求得控制器的 T 、 PK 、 IT 、 DT ，控制度的求法與擴充臨界比例度法相同。 (b)用儀表記錄下被控參數(shù)在此階躍輸入作用下的變化過程曲線，即對象的階躍響應(yīng)曲線 。具體步驟如下 ： (a)斷開數(shù)字控制器，使系統(tǒng)在手動狀態(tài)下工作。 (3)擴充響應(yīng)曲線法 基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 21 在上述的兩種方法中，不需要預(yù)先知道對象的動態(tài)特性，而是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進行 PID 參數(shù)整定的。 通常，當(dāng)控制度為 時，數(shù)字控制器與模擬控制器的控制效果相當(dāng) ； 當(dāng)控制度為 ，數(shù)字控制器比模擬控制器的 控制質(zhì)量差一倍 。 (c)選擇合適的控制度。它是以模擬控制 中使用的臨界比例度法為基礎(chǔ)的一種 PID 數(shù)字控制 參數(shù)的整定方法，用它來整定數(shù)字 PID 控制 的參數(shù)步驟如下 : (a)選擇合適的采樣周期 T， 所謂合適是指周期足夠 小 ，一般應(yīng)選它 的純滯后時間的 1/10 以下 。 (c)加入微分環(huán)節(jié) 在整定時，先置 DT 為零， 然后，在第 (2)步整定的基礎(chǔ)上再增大 DT ，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù) PK 和積分時間 IT ，逐步試湊以獲得比較滿意的控制效果和控制參數(shù)。整定時，先將比例系數(shù)減小 10%20%，以補償因加入積分作用而引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，然后由大到小調(diào)節(jié) IT ，在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下消除靜差。如果系統(tǒng)靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且已達到 4:1 衰減的響應(yīng)曲線，那么只需用比例控制 既可，最優(yōu)比例度就由此確定 。在試湊時，實行先比例、后積分、再微分的反復(fù)調(diào)整。 我們知道， PID 控制器各參數(shù)對系統(tǒng)的影響是，增大開環(huán)比例系數(shù) PK ，一般將加快系統(tǒng)的影響速度，在有靜差的情況下則有利于減小靜差 。針對具體被控對象對 PID 控制器參數(shù)進行整定?？刂普摳嬖V我們， PID 控制的理想方程是： )1( dtdeTe dtTeKU DIP ???? （ 33） 式中 e — 測量值與給定值之間的偏差 ； DT — 微分時間 ； IT — 積分時間 ； )()]([1111?????????????? nnDniiInPnnDiniInPneeKeKeKeeTTeTTeKU (34) PK — 調(diào)節(jié)器的放大 系數(shù) 。 (3)微分環(huán)節(jié)能夠反映偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并且能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引 入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。 (2)積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 控制原理如圖37 所示。 PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給 定值 )(tr 與實際輸出值只 )(ty 構(gòu)成控制偏差。據(jù)統(tǒng)計，有 90%以上的工業(yè)控制器采用 PID控制器。盡管自 1940 年以來，許多先進的控制方法不斷推出，基于單片機的 恒溫控制系統(tǒng)的開發(fā) 18 但由于 PID 控制方法具有結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定 P， I，D 控制規(guī)律各自成獨立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進行組合，而且其應(yīng)用時期較長，控制工程師們已經(jīng)積累了大量的 PID 控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗。偏差控制的原理是先求出爐溫對給定值 的偏差值，然后對偏差處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)電爐的 加 熱功率，以實現(xiàn)對 溫度的 控制 [11]。該觸發(fā)脈沖由8051 用軟件在 引腳上產(chǎn)生，受過