【正文】 。 RS 是 英文 “推薦標(biāo)準(zhǔn) ”的縮寫(xiě)， 232 為標(biāo)識(shí)號(hào)， C 表示修改次數(shù)。 串行通信的結(jié)構(gòu)圖如下圖 35 所示 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 35 串行數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)圖 到目前，串行通信標(biāo)準(zhǔn)有 RS232， RS422 和 RS485 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這樣，當(dāng) A 向 B 發(fā)送， B 向 A 發(fā)送時(shí)，實(shí)際上使用兩個(gè)邏輯上獨(dú)立的單向傳輸線路。顯然，為了實(shí)現(xiàn)雙工傳輸，兩個(gè)傳輸方向的資源必須完全獨(dú)立，即 A 和 B 必須具有獨(dú)立的接受器和發(fā)送器。 A、 B 均可以既是發(fā)送器，又是接收器，兩者之間有兩根傳輸線。另一時(shí)刻， B 作為發(fā)送器， A 作為接受器，數(shù)據(jù)流則由 B 流向 A。因此兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸不能同時(shí)進(jìn)行，而只能交替進(jìn)行。數(shù)據(jù)可以從設(shè)備 A 傳送到設(shè)備 B，反之亦然。數(shù)據(jù)只能由 A 傳送到 B。 串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工 3 種形式： 它僅能進(jìn)行一個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。與并行通信相對(duì)比，雖然串行通信在短距離傳輸時(shí)傳輸速度較并行通信慢，但在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)則明顯快于并行通信。并行通信則是數(shù)據(jù)的各位在多條并行 1 位寬的傳輸線上同時(shí)傳送。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些 控制信 號(hào)。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址 字節(jié) 和一些 控制信號(hào) 。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 程序 校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下 ， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻 。對(duì) P0 端口寫(xiě) “1”時(shí)， 引腳 用作高阻抗輸入。 表 32 AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 作停止，直到下一個(gè)中斷或硬 件復(fù)位為止。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 AT89S52 的引腳如下圖 34 所示 。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。單片機(jī)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，它負(fù)責(zé)控制著地址線數(shù)據(jù)的寫(xiě)入與讀出、進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理并保持著與上位機(jī)的通信，以 使得整個(gè)系統(tǒng)能在人的控制范圍內(nèi)。我們 采用 16位的AD7715芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換功能，其中 AD780提供 高精基準(zhǔn)電壓 。如果在設(shè)計(jì)中的熱電偶路數(shù)多余 16 路，就需要用到信號(hào)的二次選通電路，可以將 n 個(gè)HI546 的輸入端接入待選通的各信號(hào)端并將這 n 個(gè) HI546 芯片的輸出作為下一級(jí) HI546 芯片的輸入，即可實(shí)現(xiàn)最多 n 16 路信號(hào)的選通。 在設(shè)計(jì) HI546 選通電路是要注意， HI546 為 16 路選通器，如果設(shè)計(jì)中的有用信號(hào)不足 16 路，例如只用到了 12 路 K 型熱電偶，則 HI546 的 16路輸入電路中只有 12 路選通輸入。由下表 1 可知，當(dāng) EN 為低 時(shí)，不管地址信號(hào) A3 、 A2 、 A1 、 A0 的數(shù)據(jù)為何內(nèi)容，“ ON”CHANNEL 始終為“ NONE”，即 16 路中沒(méi)有任何一路被選通；當(dāng) EN 為高時(shí)，地址線 A A A A0 對(duì)應(yīng)不同的二進(jìn)制數(shù)值時(shí)即選通不同的路。比較實(shí)用的方法是在各路信號(hào)放大后通過(guò)一個(gè)選通器選擇其中一路信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換處理，處理完成后再選通處理下一路。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。 熱電偶控溫器電路結(jié)構(gòu)大致包括熱電偶傳感器、冷端補(bǔ)償與放大電路、信號(hào)選通電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、電源電路、溫度控制電路以及實(shí)現(xiàn)具體控溫功能的相應(yīng)開(kāi)關(guān)電路等。存在單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)定時(shí)串口通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理。 控溫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在熱電偶控溫器的控溫過(guò)程中，必須首先對(duì)由溫差產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行一系列處理。 本章小結(jié) 本章先對(duì)各型號(hào)熱電偶傳感器做了簡(jiǎn)單介紹， 并說(shuō)明了為什么要選用K 型熱電偶 作為測(cè)溫元件， 接著討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，然后詳細(xì)闡釋了熱電偶測(cè)溫的基本原理并給出了熱電偶測(cè)溫原理示意圖，最后討論了熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ约盁犭娕紲y(cè)溫的優(yōu)缺點(diǎn)。構(gòu)造簡(jiǎn)單 ,使用方便 ,熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成 ,而且不受大小和開(kāi)頭的限制 ,外有保護(hù)套管 ,用起來(lái)非常方便。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一 ,為接觸式測(cè)溫 ,其優(yōu)點(diǎn)有 :測(cè)量精度高 ,因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸 ,不受中間介質(zhì)的影響 。當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)將減小，兒此時(shí)串聯(lián)電橋中的熱電阻阻值A(chǔ) B T1 T2 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 會(huì)增大，是電橋兩端電壓升高，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢(shì)歲溫度變化而變化的量相等，整個(gè)熱電阻測(cè)量回路的總輸出電壓正好真是反映了所測(cè)量的測(cè)量值。 電橋補(bǔ)償法通常采用在冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電橋。熱電偶的熱電勢(shì)隨溫度的升高而增大 ,其熱電勢(shì)的大小與熱電偶的材料和熱電偶兩端的溫度值有關(guān) ,而與熱電極的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。 圖 22 熱電偶測(cè)溫原理圖 熱電勢(shì)的大小與材質(zhì)有關(guān) ,與熱電偶兩端的溫差有關(guān)。任意兩種材質(zhì)不同的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 首尾連接成閉合回路，只要兩接點(diǎn) T1 和 T2 的溫度不同 ,就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，電流，熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。組成 熱電偶的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極 ,被焊接的一端插入測(cè)溫場(chǎng)所，稱為工作端 ,另一端稱冷端。熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件：一是要有接觸電位差，就是“庫(kù)伯爾貼”接觸點(diǎn)位要高，不能同一種材質(zhì)的的兩條金屬接觸在一起，這不叫偶，比如銅和鋁接觸電位就比銅和鐵接觸電位高；二是要有溫度差，溫差越高熱電勢(shì)越大。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。 熱電效應(yīng)與熱電勢(shì) 所謂熱電效應(yīng) （ thermoelectric effect） ，是當(dāng)受熱物體中的電子，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生電 流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。 因此我們選用 K 型熱電偶作為測(cè)溫元件。 其中 K 型熱電偶（鎳鉻 鎳硅熱電偶 ）是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。 熱電偶的選取 我國(guó)從 1988 年 1 月 1 日起，熱電 偶和熱電阻全部按 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。 熱電偶實(shí)體圖如下圖 21 所示。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄 儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2章 熱電偶測(cè)量溫 度原理 熱電偶控溫器的主要核心元件就是熱電偶傳感器，本章主要闡述熱電偶的分類及測(cè)量原理。 第四章對(duì)熱電偶控溫系統(tǒng)的軟件 進(jìn)行 了總體設(shè)計(jì)，運(yùn)用查表法和插值法相結(jié)合的方法求解環(huán)境溫度，采用模糊控制法對(duì)監(jiān)控點(diǎn)溫度進(jìn)行控制。在系統(tǒng)的信號(hào)選通電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī) ,串行數(shù)據(jù)通信，溫度控制電路等方面做了詳細(xì)闡述和設(shè)計(jì)。 第二 章 簡(jiǎn)要介紹了各種型號(hào)的熱電偶傳感器，討論了熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)，詳細(xì)闡述了熱電偶測(cè)溫的基本原理，最后設(shè)計(jì)了熱電偶冷端補(bǔ)償方法。 本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 溫度控制范圍： 0℃ ~150℃ 溫度穩(wěn)定性：達(dá)到 ℃ 系統(tǒng)最小分度： 1℃ 溫度控制靜態(tài)誤差：不超過(guò) ℃ 模擬輸入量： 16路 精度： ％ t 響應(yīng)時(shí)間： 20μs 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)： 41μV/℃ 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文以熱電偶作為感溫元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度控制器，實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量與調(diào)節(jié)。結(jié)果表明， PID 控制無(wú)論是在精度和控制性能方面都優(yōu)于 ONOFF 控制。 昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院的王清海等在鍋爐溫度 控制研究中將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 與 LabVIEW 人及交互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集、控制和現(xiàn)實(shí)，提高了鍋爐溫控系統(tǒng)的效率。在溫控過(guò)程中，由于難以建立控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，所以可以用 PID 技術(shù)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律不停地自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量以使被控系統(tǒng)朝著設(shè)定的平衡狀態(tài)過(guò)渡，最后達(dá)到控制范圍精度內(nèi)穩(wěn)定動(dòng) 數(shù)字 PID 控制則是一種是以微處理器為基礎(chǔ) ,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)等高新技術(shù)的智能控制。這種發(fā)生器需要將其精度控制在177。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿意的。其中數(shù)字 PID 節(jié)器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。其具體電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。 在控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，由于 PID 控制算法簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，它在工業(yè)過(guò)程控制中仍然占有主導(dǎo)地位。因此進(jìn)入七十年代以后，魯棒性問(wèn)題得到了人們更多的關(guān)注。 20 世紀(jì) 60 年代，基于最優(yōu)化技術(shù)的控制器設(shè)計(jì)方法在解決各種不同設(shè)計(jì)問(wèn)題上顯示出了其優(yōu)勢(shì)。 20 世紀(jì) 50 年代中期，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，用差分方程來(lái)描述控制系統(tǒng)模型的方法得到了應(yīng)用。借助于模擬計(jì)算機(jī)的幫助，能較為方便的檢測(cè)時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)。這種經(jīng)典設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)一種反饋補(bǔ)償器，以獲得一定量的穩(wěn)定裕度，重點(diǎn)考慮了模型的不確定性，并利用反饋來(lái)減少系統(tǒng)對(duì)干擾和模型誤差的靈敏度。 20 世紀(jì) 30～ 40 年代，經(jīng)典的頻域設(shè)計(jì)法得到了很快的發(fā)展。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PID 發(fā)展現(xiàn)狀 1922 年美國(guó)的 Minorsky 在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（ PID， Proportional Integral Differential）控制器的設(shè)計(jì)方法，標(biāo) 志了 PID 控制的誕生。究其原因是熱電偶的微小信號(hào)受到了周圍電磁信號(hào)的干擾導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作。例如，在本研究所曾經(jīng)研制和使用的熱電偶測(cè)溫、控溫設(shè)備，總是存在抗電磁干擾能力差的問(wèn)題。如鹽霧實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器的抗腐蝕性要求較高，交變濕熱實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器及其外圍電路的絕緣性要求較高，而力學(xué)實(shí)驗(yàn)則對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌性提出要求。在這些實(shí)驗(yàn)中有些是與溫度密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)溫度進(jìn)行密切監(jiān)控。對(duì)于個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫度是沒(méi)有意義的。從 分子運(yùn)動(dòng)論 觀點(diǎn)看，溫度是物體分子運(yùn)動(dòng)平均 動(dòng)能 的標(biāo)志。國(guó)際單位為 熱力學(xué)溫標(biāo) (K)。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái) 間接測(cè)量 ，而用來(lái)量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫 溫標(biāo) 。 Temperature controller。 關(guān)鍵詞 熱電偶；冷端補(bǔ)償；控溫器；抗干擾 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III A Design of Thermocouple Based Temperature Controller Abstract Thermocouple (thermocouple) is a monly used temperature sensor temperature measurement instrument, It measure the temperature directly, and the temperature signal is converted into the thermal electromotive force shape of the thermocouple is not the same because the different needs. but their basic structure are roughly the same, and usually pose of a hot electrode, insulating sleeve tube protector and the junction box and other main parts . This research is about the research of an antidisturbed temperature controller with thermocouple as its thermal order to make the tem