【正文】 的一些特點決定著它很 18 適合遠程的檢測應用。除溫度測量外，它能夠進行對分立器件的溫 度補償和校正等。它也是在許多的溫度測量系統(tǒng)中人們比較青睞的備用方案，因為它是一個成本低并且不需要支持電路的單芯片集成電路。但是它的適用溫度是在 150176。A 電流，它還能通過片內(nèi)薄膜電阻與激光作用來實現(xiàn)校準器件的功能。它能夠在溫度為 25176。調節(jié)系數(shù)是 1 181。 圖 35 P0口上拉電阻電路 溫度采集部分 溫度采樣部分由型號為 AD590的溫度傳感器以及號為 OP07運算放大器 型 還有 型號為 ADC0804 的 A/D 轉換器這三個重要部分構成 ，它的電路設計圖如下 31所示： AD590性能描述 AD590 是一個單片的感溫電流源，它的輸出電流和感知溫度成一定的比例，它是美國 ANALOG DEVICES 公司設計的。 所以 P0 口 必 需加上拉電阻。單片機內(nèi)部的時鐘電路結構如圖 34 所示： 圖 34 片機內(nèi)部時鐘電路 P0 口上拉電阻電路 STC89C51 單片機 P0 口 里面沒有 上拉電阻， 通過對 單片機 內(nèi)部場效應管的控制來實現(xiàn) 端口的輸出 。如圖 3 所示是單片機內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路。 電容 CC2 的作用是 穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振，容量的選擇范圍為 5～ 30PF,通常選擇30pF。 振蕩器有輸入和輸出段兩個端口，它的輸入端接單片機內(nèi)部的 其輸入端接至單片機 內(nèi)部 的 XTAL1 引腳，輸出端接單片機的外部 的 XTAL2 引腳。振蕩器 是單片機工作所需的必要部分。電源復位就是說通過給電源直接給單片機通電的方法來達到復位的目的；而按鍵復位就是在系統(tǒng)的復位電路中裝上復位開關，通過按鍵開關的通斷來觸發(fā)復位電平信號，通過上述對比，我們選用電源復位，電路設計 如圖 33所示 ： 圖 33 單片機 復位電路 16 時鐘電路 時鐘是單片機內(nèi)部電路工作的基礎，也是 CPU 工作時序的時間基準。復位電路在單片機中的形式的只能就是使單片機重置至 初始狀態(tài)，并從這個工作店開始工作。單片機發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為了我們社會進步的不可缺少的重要工具。但是介于所學到的知識和對整個系統(tǒng)的功能分析，并最終決定整個控制系統(tǒng)的核心采用 51 單片機。由此可以看出，本次設計并沒有將單片機的全部引腳充分利用，但現(xiàn) 在也可以滿足此次的設計要求。 本次設計中也只是應用了 PO 口作為輸入功能，與其相連的是 ADC0809 模數(shù) 15 轉換芯片。 ● PSEN 管腳用于單片機是否在外部的儲存器提取指令，在低電平到達的時候，單片機才會從外部的儲存器提取所用的指令信號。 ● ALE 管腳用于選擇地址的鎖存信號，當脈沖信號為下降沿 的時候，此管腳輸出工作信號。需要注意的是要是用 P0 口的輸入輸出功能的時候一定要在外面接上拉電阻。圖 32為本次設計中所應用的單片機的最小系統(tǒng)。發(fā)展到現(xiàn)代社會，工業(yè)中我們應用的主流單片機還是以 8位機為主，但其 16位、 32 位的同胞兄弟正在以極快的速度崛起中。功能全但是造價并不高，而且在能耗方面也有出色的表現(xiàn)。系統(tǒng)整體結構如圖 31所示 ： 13 圖 31 系統(tǒng)整體結構 單片機控制部分 單片機通俗來講就是一個小型的計算機，試想一下一個計算機的功能全部濃縮在一個小小的芯片上，充分解釋了什么叫濃縮的是精華。使用 按鍵改變 設置 溫度。單片機系統(tǒng)將實時溫度與設定溫度進行對比，并通過顯示電路將實時溫度顯示出來，如果實時溫度大于設定的最高溫度或者低于設定的最低溫度一定時間，單片機將觸發(fā)報警電路對過溫或者低溫進行警報，同時觸發(fā)控制電路對水溫的控制做出適當?shù)恼{整，確保水溫出在理想的溫度值，滿足需求 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 硬件電路主要分為電源 電路 、復位電路、時鐘電路、按鍵電路、 LCD顯示電路和溫度采集電路六部分。 分析之后我們決定選用 12864 液晶顯示器做顯示部分。 方案二：采用 12864 液晶顯示屏；其內(nèi)部儲存顯示字庫，其主要特點是：低功耗，體積小、顯示效果好、抗干擾能力強，編程容易。數(shù)碼管的一些特性我們都比較了解，因為我們經(jīng)常在實驗中用到它，防水、防塵、耐壓、耐破裂這幾個特點讓它在不同的環(huán)境中得到廣泛應用。 綜上所述分析選擇用方案二 ，有溫度傳感器 AD590做采樣溫度部分。其測溫范圍為 55℃ ~+150℃；它是不容易因為操作失誤造成反接之后而毀壞，雖然它的正常電源電壓范圍為 4～ 30 V，但是它實際上是可以承受 44 V 正向電壓同時也可以承受和 20 V 的反向電壓；他的精密度非常高，一般在 55℃ ~+150℃范圍內(nèi)，并且非線性誤差只為177。主，在現(xiàn)代的控制領域里應用非常的廣。 方案二：采用溫度傳感器 AD590。 元件的一致性差，互換性差；元件易老化，穩(wěn)定性較差。它有很多的優(yōu)點，不僅反應靈敏，而且在工作時適應的環(huán)境溫度范圍大，除此之外，體積小還是它被廣泛應用的一大原因之一。 綜合分析，擬定方案三，由 AT89C51 作為主機部分。 方案三：控制器我們選擇 AT89C51 單片機。 PID 控制器 恰好就是又來解決一些難控變量的問題，它可以通過一系列的調節(jié)使物體的實際值和預期值編程一樣的。 PID 控制器 大部分被應用在以基本線性還有動態(tài)特性為根本并且還要不隨時間變化的系統(tǒng)。 PID 控制對我們來說并不陌生 ， 他的組成單元有如下幾種： 比例單元 P還有 積分單元 I 以及 微分單元 D。本設計主要的突出點不是針對運算速度，F(xiàn)PGA 的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。 第 2 章 系統(tǒng)基本方案 選擇及論證 各模塊電路的方案選擇和討論證明 主機控制模塊 方案一：采用 FPGA， 它的名稱是 現(xiàn)場可編程門陣列 ，它是 集成度最高的一種在我們常用的 專用集成電路中 ，一些較為復雜的數(shù)學式子和邏輯運算都可以通過他來完成。 系統(tǒng)單片機、包括溫度傳感器 AD590、信號發(fā)達變送器， A/D 轉換器 ADC0804還有按鍵部分和 LCD 顯示電路來顯示當前實時溫度，在達到一定的條件下發(fā)出警告信號，最終實現(xiàn)高進度，穩(wěn)定、安全的溫度控制。 日本的有關公司對以 PID 控制為基礎并且結合上現(xiàn)代控制理論的離子化熱水器溫度控制進行了全面的研究，最終得出這樣的溫度控制方法和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相 10 比適用溫度傳感器更少，成本較低，提升了企業(yè)的利益。通過 MATLAB/Simulink系列軟件來仿真，除此之外重要 的是利用誤差分析圖的方式和傳統(tǒng)的 ONOFF 控制對比。這樣可以達到非常理想的效果，包括：鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集還有控制和現(xiàn)實最重要的是提高了鍋爐溫控系統(tǒng)的效率。它的原理主要是依據(jù)是西門子 PLC 的電路智能溫度控制系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)多種功能，包括了智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能，它將這些功能融為一體組成一個多功能的控制電路。 把微處理器作為基礎，結合計算機技術、通訊技術、控制技術等一系列科技前沿技術的智能控制叫做數(shù)字 PID 控制。我國武漢高校教授在煙氣加熱還有鍋爐爐溫控制系統(tǒng)中應用了模糊 PID 溫度控制技術，得到了很大的成果，在這項技術的支持下， 煙氣加熱爐的各個運行環(huán)節(jié)和維護環(huán)節(jié)改善了很多，提升了煤的利用率和機器的開機率， 減少了能源的浪費并且提升了生產(chǎn)效率。把模糊邏輯描述作為依據(jù)的控制算法叫做模糊溫度控制，將人的經(jīng)驗和智能通過一些發(fā)誓輸送給他們。 9 國內(nèi)外現(xiàn)狀 實際的應用中，我們很難在溫控過程中建立精確的數(shù)學模型，但是我們又不能找到一個合適的數(shù)學辦法來解決這個問題，所以我們只能通過減小 誤差的辦法來對期望值做到最精確化。國內(nèi)和國外的晚空儀表主要的差別還是在控制算法部分，國內(nèi)在控制算法領域的研究相對過外比較落后，這導致溫控系統(tǒng)的精度不高，控溫不穩(wěn)定等問題。人們把能夠在智能控制技術的基礎上再研究出能夠自己適應 PID 算法的溫度控制儀表稱為第三代智能溫控儀表?，F(xiàn)在人們又研發(fā)出了一種可以模擬人類的操作經(jīng)驗來改善控制的一種高精度模糊控制器。當中的模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制還有專家控制相對而言要應用的多疑點。智能控制其主要就是依據(jù)人工智能的方法以及運籌學的優(yōu)越方法，結合了 控制理論和PID控制方法來實現(xiàn)維持溫度的控制。人工智能是除了固定的數(shù)學公式外把人的思維用電子儀器和電路的相互配合模擬出來，然后利用計算機將各種控制軟件做為大腦的思維輸送進去來完成理想的控制。并逐漸的走向成熟應用于實際當中。針對這一全世界科學家共同研究的新型學科，人們把智能控制從一般的學科分離出來單獨研究它，并在國際上建立起來專業(yè)組織。早在 10 8 年前， IEEE 就只能控制這一新型的學術研究在美國紐約開展了首次學術討論會，主要討論的問題就 是只能控制原理和智能控制系統(tǒng)結構。要想達到高精度的控制效果，那么 PID 參數(shù)就必須要選取正確，這是對于一個受控制系統(tǒng)想要實現(xiàn)理想控制的必要因素。數(shù)字 PID 調節(jié)器較之模擬 PID調節(jié)器突出的優(yōu)點是可以 實現(xiàn)在線整定，靈活性較好，那么控制效果也就較好較穩(wěn)定精確。它的實際電路可以通過計算機程序來實現(xiàn) PID的調節(jié)功能。它具有算法較簡單、可靠性和穩(wěn)定性高等特點。 PID控制理論進入快速前進階段的前提是單回路控制器結合了參數(shù)整定與自我適應控制理論。如果對過程對象建立數(shù)學模型，那么實際的過程控制中就能夠適應和應用現(xiàn)代控制理論。當人造衛(wèi)星出現(xiàn)并對他進行精確的控制，這是控制領域一個劃時代成績，當人類把人造衛(wèi)星成功的送入太空也就以為這一個現(xiàn)代的控制理論誕生，人們用最優(yōu)控制去尋找非線性動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)軌跡。由于這種發(fā)放的發(fā)展使得控制領域對魯棒性和靈敏度的要求降低了一些。 就現(xiàn)在而言，解析法得到快速的發(fā)展，除此之外還確定了一些瞬態(tài)性能指標。通過這種經(jīng)典的設計方法，一種反饋補償器 被發(fā)明出來，這種反饋補償器它可以獲得大部分的穩(wěn)定裕度，主要考慮了對象的不確定性，把反饋環(huán)節(jié)充分利 7 用來達到減少干擾和對象誤差的靈敏度。 1930 年后的 10年間，經(jīng)典的頻域設計法慢慢被人們認可并開始應用。通過這個方法他設計出了一個控制器，這個方法就是輸出反饋的比例積分微分，也就是我們現(xiàn)在熟悉的 PID，就這樣 PID 出現(xiàn)在了各個領域當中?，F(xiàn)在我國有許多的場子的生產(chǎn)過成中還應用到這樣的溫度控制辦法，但不是大勢所趨。假如實際的溫度比預定的溫度數(shù)值低，那么系統(tǒng)就會啟動加熱部分來使物體溫度上升。在與我們相關的主要生產(chǎn)中有一下幾種溫度控制方法： 定值開關溫度控制法 定值開關控 溫法的意思就是說：就是通過一些電子元件來獲取到當前所測物體的溫度的實際數(shù)值和我們設置的數(shù)值之間存在的數(shù)值大小關系，通過判斷然后對系統(tǒng)的控制部分進行信號給送來進行溫度的控制。這種技術被廣泛應用到各個工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，就像控制發(fā)酵的過程，化學反應中的溫度保持在預定