【正文】 ) 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 PID控制算法流程 圖 動(dòng)態(tài)顯示子程序 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的是 4個(gè)七 段共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示溫濕度信息，正常顯示時(shí) G腳接 +5V，各發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮取決于 a～ SP各引腳上是否是低電平 0V,共陽(yáng)極所需字形碼如下 : “0” C0H “1” F9H “2” A4H “3” B0H “4” 99H “5” 92H “6” 82H “7” F8H “8” 80H “9” 90H “A” 88H “b” 83H “C” C6H “d” A1H “E” 86H “F” 8EH “ 由于增量式算式給出的是每個(gè)采樣周期中控制輸出的變化量，所以必須通過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)才能得到實(shí)際位置的控制給定。 (2)由于控制輸出是控制值的增量，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)影響范圍就小，也較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng) /手動(dòng)切換。為了彌補(bǔ)這一缺陷，目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的 PID控制常用增量式算法 ， PID控制常用增量式算法 如下 ： 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 其中 0b = PK + IK + DK 1b = PK 2 DK 2b = DK 在計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)中，采樣周期 T一般是恒定的，所以在確定了PK、IK和DK之后，僅需在內(nèi)存中依次存放三個(gè)采樣周期的偏差值，即可求出控制增量。e(n 1)為上次采樣所得的偏差信號(hào) ； IK 為積分常數(shù) ； IK = PKITT DK 為微分常數(shù)； DK = PK TTD 式 PID算式。在離散控制系統(tǒng)中， PID控制器采用差分方程表示。e(t) — 偏差， e(t)=SPPV,S P和 PV分別為被控參數(shù)的設(shè)定值和實(shí)際值。 IT 積分時(shí)間常數(shù) 。 PID控制器的數(shù)學(xué)模型可以用下式表示 : u(t )= PK [ e(t )+ ? ?TIdtteT0)(1 DT dttde)( ] () 式中 u(t )控制器的輸出 。微分作用的引進(jìn)改善了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。在過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， PID算法仍然是應(yīng)用最廣泛和最成功的控制算法，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，容量大，邏輯判斷青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 功能強(qiáng)，軟件變化等特點(diǎn)，不 是簡(jiǎn)單地把模擬控制 PID算法數(shù)字化，而是進(jìn)一步發(fā)展，使其具有智能化，更適合各種生產(chǎn)過(guò)程的控制要求。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 采樣子程序流程圖 溫濕度控制子程序 PID控制規(guī)律是廣泛應(yīng)用的一種控制規(guī)律， PID控制規(guī)律表示比例(p ro p ort iona l) 積分 (integral )一微分 (diferent ial)控制即調(diào)節(jié)器的輸出與輸入是比例一積分一微分的關(guān)系。這樣就可以把設(shè)定的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在和采集到的實(shí)際溫度值的數(shù)字量進(jìn)行比較，求出偏差，進(jìn)行控制 [5]。 G N DR 1 50 G N D G N D模擬地 數(shù)字地 圖 共地接法 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的不同功能，軟件部分分為主程序和子程序兩部分，子程序可分為 A/D采樣、溫濕度控制、動(dòng)態(tài)顯示、鍵盤(pán)管理及串行通訊五部分，最后是對(duì)本系統(tǒng)中軟件部分的抗干擾設(shè)計(jì)。 (5)接地問(wèn)題 為了是系統(tǒng)能正常工作和提高轉(zhuǎn)換精度而不受模擬地和數(shù)字地的干擾，需要將整個(gè)系統(tǒng)的接地進(jìn)行處理，先將整個(gè)系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地分開(kāi)接，然后通過(guò) 0Ω的電阻將模擬地和數(shù)字地接在一起。 (4)電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)、數(shù)字、模擬信號(hào)。 (3)注意晶振布線。 (2)在 I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離。許多單 片 機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感，要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。 (6)布線時(shí)避免 90度折線 ，減少高頻噪聲射。 (5)單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地，以減小相互干擾。 (4)電路板上每個(gè) IC要并接一個(gè) ，以減小 IC對(duì)電源的影響。 (2)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，減小電火花影響。 抑制干擾源的常用措施如下 : (1)繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。 SSR是將 MOSFET、 GTR、普通晶閘管等組合在一起 與觸發(fā)電路封裝在一個(gè)模塊中，并且驅(qū)動(dòng)電路與輸出電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，如圖 示。為了實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的隔離，器件采用高耐壓的光耦合器。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 輸出部分 輸出部分如圖 ，執(zhí)行元件為電阻絲和風(fēng)扇，其 輸 入 電壓為交流 220V,連接有斷路器實(shí)現(xiàn) 短路和過(guò)載保護(hù) 作用，由 PB PB3口輸出控制信號(hào)，控制過(guò)零型交流 SSR實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的控制，在控制信號(hào)端和過(guò)零型交流 SSR之間添加自動(dòng) /手動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)和手動(dòng)功能互相切換的作用。 由于單片機(jī)的 I/O輸出電流只有 5mA，不足以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以使用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器， 如圖 。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 4X4矩陣鍵盤(pán) 當(dāng) T295溫濕度傳感器采集到的溫度值和濕度值超出控制 系統(tǒng)設(shè)定的設(shè)定值時(shí)，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)就發(fā)出超限報(bào)警，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲紅色發(fā)光二極管發(fā)紅光，直到測(cè)量值 恢復(fù) 到設(shè)定值上 下 限范圍 ，報(bào)警才停止。 圖 動(dòng)態(tài)顯示部分 至于鍵盤(pán)部分 采用非獨(dú)立的 4X4 矩陣鍵盤(pán) ,接口為 89C 51 的 P1 口 ,其中 P10～ P13 為輸出口， P14～ P17 為輸入口。 數(shù)碼顯示電路采用共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管，由于 AT89C 51單片機(jī)每個(gè) I/O口的拉電流只有 1～ 2mA，采用三極管驅(qū)動(dòng)，通過(guò) PC 0～ PC3進(jìn)行位選，數(shù)據(jù)通過(guò) PC4～ PC7輸出，經(jīng)過(guò)譯碼器 74LS47轉(zhuǎn)換成適合數(shù)碼管顯示的7段數(shù)據(jù)碼。 由于上位機(jī)的接口屬于 232接口， 串口通信需要使用 232通訊，但是由于工業(yè)中 485通訊具有 良好 的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)使其成為首選的串行接口 并且溫濕度采集部分的 T295傳感器也需要 485通訊故在單片機(jī)與上位機(jī)之間添加 485/232轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換芯片選用深圳市天地華杰科技有限公司生產(chǎn)的 光隔離型 485轉(zhuǎn)換器 ，該 RS485/232轉(zhuǎn)換器能夠?qū)味说?RS232信號(hào)透明的轉(zhuǎn)換為平衡差分的 RS485或RS422信號(hào)，同時(shí)具有自動(dòng)識(shí)別 RS485/RS422信號(hào)的功能，無(wú)需人工調(diào)撥。同時(shí)在在 MAX202的 T2OUT和 R2IN腳兩端并聯(lián)PHILIPS公司的 PRTR5VOU2X靜電保護(hù)器 件， 此 ESD保護(hù)器使得輸入信號(hào)與地之間有極小的分布電容 (1pF)，防止靜電干擾，避免信號(hào)失真。 電平轉(zhuǎn)換 芯片 MA X202采用典型接法，其 T2OUT與 R2IN分別連接 兩個(gè) 5Ω的電阻起 限流作用，用于 保護(hù)串口芯片 MA X202,通過(guò)限流電阻與上位機(jī)相連。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V電源就可以，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用。這兩種轉(zhuǎn)換是由專用電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的。 圖 信號(hào)處理部分 串口通信 電路 上位機(jī)部分采用 RS232通訊， RS232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不一致的。由于本系統(tǒng)功能強(qiáng)，接口較多，只靠 89C51自身的接口很難完成所有的接口電路，所以采用了并行接口芯片 8255實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展 ， 89C51與 8255直接通過(guò) 74LS573實(shí)現(xiàn)典型接法， 將 89C 51的 P0口擴(kuò)展成三個(gè)接口， PA口用于連接 ADC0809的數(shù)據(jù)傳輸口， PB0、 PB1用于控制 ADC0809的 片選信號(hào)端 EOC和 A DDA， PC口連入 J1端， J1另一端接入動(dòng)態(tài)顯示部分，可輪流顯示溫度與濕度信息。為使所有的芯片都能正常工作而不受外界高頻噪聲干擾的影響，所有的需外加電源才能工作的芯片的電源和地之間都加 的去藕電容。同時(shí)為 進(jìn)一步提高 性能，又增 加了手動(dòng)復(fù)位按鈕以起到徹底保護(hù)的作用。 設(shè) 89C51的晶振為 12MHz，分頻后 A LE為 2MHz，再經(jīng)過(guò) D觸發(fā)器分頻為 1MHz作為轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào) [ 1]。當(dāng) 89C51產(chǎn)生 WR寫(xiě)信號(hào)時(shí)，由一個(gè)或非門(mén)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng) START和地址鎖存信號(hào) ALE(高電平有效 )，同時(shí)將地址青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 總線送出的通道地址 A、 B、 C鎖存，模擬量通過(guò)被選中的通道進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換器，并在 START下降沿時(shí)開(kāi)始逐位轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC變?yōu)楦唠娖健?IN1~IN7口接地，對(duì)于 ADC0809部分，利用A DC 0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能，直接與 8255的總線相連接。 15%，故 220VAC經(jīng)過(guò)變壓后產(chǎn)生24VAC，經(jīng)過(guò)整流濾波后引出 A、 B兩端用來(lái)給 T295溫濕度傳感器供電，同時(shí)經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓管 7805實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后 成為 +5V的電源輸出， +5V為 89C 51等單電源芯片供電。如果高于溫度上限，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警功能及排風(fēng)扇，加快室內(nèi)外的空氣對(duì)流，達(dá)到迅速降溫的目的；如 果高青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 于濕度上限，系統(tǒng)也啟動(dòng)報(bào)警功能予以報(bào)警，并啟動(dòng)加熱絲，使室內(nèi)溫度迅速上升，當(dāng)溫度上升一定值時(shí)，啟動(dòng)排風(fēng)扇，將室內(nèi)的高濕度空氣排到室外，達(dá)到降低濕度的目的。系統(tǒng)上電復(fù)位后，將調(diào)用初始化程序 對(duì)單片機(jī)的端口初始化，將需要使用的內(nèi)存單元進(jìn)行清零，然后自動(dòng)采樣后調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換子程序并顯示當(dāng)前溫濕度值，當(dāng)有鍵按下時(shí)，進(jìn)入中斷，運(yùn)行中斷程序，將溫、濕度上下限的初值寫(xiě)入內(nèi)存單元，并且顯示在動(dòng)態(tài)顯示部分上。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。 懇請(qǐng)廣大老師和同學(xué)予以指正。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我對(duì) 自動(dòng)控制理論有的許多全青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）