【正文】 )。 PORTB=0X40。 delay()。 PORTB=table[figure2]。 delay()。 } //用戶(hù)目標(biāo)溫度輸出子程序 void ledout() { PORTB=table[figure1]。j。 //清 ssp 中斷標(biāo)志 SSPEN=1。 //初始化 sspcon2 寄存器 di()。 //初始化 sspstat 寄存器 SSPADD=19。 //設(shè)置 scl 為輸入口 TRISC4=1。 } //i2c 初始化子程序 void i2cint() { SSPCON=0X08。 T2CON=0X7B。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 PEIE=1。 T1CON=0X30。 PEIE=1。 RA1=0。 RC1=0。 TRISC1=0。 TRISA0=0。 TRISA3=1。 PORTB=0。 TRISB=0。 ADCON1=0X07。 //不帶小數(shù)點(diǎn)筆段碼 const char table0[10]={0xbf， 0x86， 0xdb， 0xcf， 0xe6， 0xed， 0xfd， 0x87， 0xff， 0xef}。 //采集溫度數(shù)據(jù) num1：整數(shù)位， num2：小數(shù)位，啟動(dòng)標(biāo)志位 flag1 及延時(shí)變 量申明 double y， temp， e， c， t， u， k。 //采集溫度數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到兩個(gè)數(shù)組中，高字節(jié)存到 S1 中，低字節(jié)存到 S2 中 unsigned int counter1， counter2， figure1=2， figure2， flag2。這對(duì)于我以后的學(xué)習(xí)和工作都有很大的幫助 ， 在此對(duì)他們表示由衷的感謝。在此 我 向他們道聲：您們辛苦了！ 感謝 四川師范大學(xué)成都學(xué)院的 老師 們 多年來(lái)在工作、學(xué)習(xí)上給予的熱情關(guān)懷、指導(dǎo)與幫助。導(dǎo)師的精深淵博知識(shí)、求實(shí)創(chuàng)新、勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、忘我的工作作風(fēng)時(shí)刻熏陶著我；導(dǎo)師的因材施教、誨人不倦的授業(yè)精神給學(xué)生留下了深刻的印象，這將使我受益終身。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 致 謝 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，論文基本上掌握了開(kāi)發(fā)一個(gè) 電子監(jiān)控控制 系統(tǒng)的基本思路和實(shí)施步驟。綜上所示，本系統(tǒng)的方案具有實(shí)用推廣價(jià)值。 五、 結(jié) 論 本次實(shí)驗(yàn)采用了 PICC 編程方式，實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量與控制，完全達(dá)到了本次實(shí)驗(yàn)的要求，更重要的是該實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差小于 ℃ 度，控制誤差小于 ℃ 度，已基本實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展部分的要求。這時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入保溫狀態(tài)。 （三） 測(cè)試的結(jié)果 根據(jù)測(cè)試得到的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如 表 51：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證說(shuō)明 ，測(cè)量誤差為 ℃控制誤差為 ℃，因此 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不 管是在 采樣控制 顯示溫度 ，還是在實(shí)時(shí)處理顯示精度上，都取得了理想的效果。 N 初始化 開(kāi)始 結(jié)束 計(jì)算 E 一次啟動(dòng)？ C=0 計(jì)算 C 記錄當(dāng)溫 計(jì) 算 U 返回 U XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 （二） 儀器的使 用 首先連接好相應(yīng)的電源線(xiàn)，將溫度計(jì)和傳感器放在水里，此時(shí)數(shù)碼管會(huì)顯示出當(dāng)前溫度值，用戶(hù)可以根據(jù)需要設(shè)定目標(biāo)溫度值，按下加熱開(kāi)關(guān)可開(kāi)始加熱。 } XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 11 溫度控制框圖 5． 其他功能模塊 數(shù)據(jù)處理、 保溫、 定時(shí)計(jì)數(shù)等其他功能程序都根據(jù)程運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，在此不再進(jìn)行詳述 。 ppLastError = Error。 // 積分 dError = ppLastError ppPrevError。 Error = ppSetPoint*10 NextPoint。 = 0。 //===================================== //函數(shù) : void PIDinit(void) //語(yǔ)法： void PIDinit(void) //描述： PID 初始化 //參數(shù)：無(wú) //返回：無(wú) //===================================== void PIDinit(void) { = 0。式（ 1）所示的 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可通過(guò)數(shù)值公式（ 2）近似計(jì)算。 圖 7 AD7416 時(shí)序圖 圖 8 AD7416 時(shí)序圖 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 2． 讀數(shù)字溫度的流程圖 圖 9 讀數(shù)字溫度流程圖 3． 按鍵設(shè)置溫度部分 M 是記錄數(shù)的十位， N 是記錄數(shù)的個(gè)位；設(shè)置端口 1 即 RC0=0； RC1=1，設(shè)置端口 2即 RC0=1； RC1=0； t+1 顯示 應(yīng)答？ 送地址 +讀 建立啟動(dòng)信號(hào) t=4? 開(kāi)始 結(jié)束 初始化 成功？ 單片機(jī)接收 應(yīng)答？ 接第一個(gè)數(shù) 送應(yīng)答 應(yīng)答？ 接第二位數(shù) 單片機(jī)接收 應(yīng)答？ 顯示 送應(yīng)答 建立停止信號(hào) 應(yīng)答？ 應(yīng)答？ N N XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 10 溫度設(shè)置框圖 4． 數(shù)字 PID 計(jì)算 由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此式（ 1）中的積分和微分項(xiàng)不能直接準(zhǔn)確計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近。 1． 溫度傳感器溫度數(shù)字采集部分 從 AD7416 讀數(shù)據(jù)是一或二字節(jié)的操作。進(jìn)而判斷是否有溫度采集到，有就進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換和 PID 計(jì)算，將其結(jié)果用來(lái)控制繼電器 。 //鍵盤(pán)掃描 if(fOut=0) turn_off_timerB()。//測(cè)量溫度顯示、溫度播報(bào)、 PID 計(jì)算 Clear_WatchDog()。 //取鍵值 key_value_process(iKeyValue)。 while(1) { System_ServiceLoop()。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 System_Initial()。 status = system_temperature_set。在這個(gè)程序中涉及到了許多的庫(kù)和組成文件，主要有： 、 、 、 、 、 、 。系統(tǒng)采用硬件計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，提高 CPU的工作效率。 5． 系統(tǒng)總電路圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖 5 所示：各個(gè)功能模塊都在上面。 4． 按鍵設(shè)定溫度 本次是采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 每 5 毫秒檢測(cè)一次按鍵，如果連續(xù)兩次均為按下?tīng)顟B(tài)，則置按鍵狀態(tài)位有效。對(duì)溫度進(jìn)行循環(huán)掃描顯示 ，二個(gè) LED 用于當(dāng)前按鍵功能設(shè)定。 溫度采用三位七段碼顯示 0℃ ~99。每 秒刷新XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 一次。在工作時(shí)，通過(guò)總線(xiàn) 向其提供電源，單片機(jī)發(fā)出指令碼讀取溫度值。 1． 溫度測(cè)量 測(cè)溫元件采用 AD 公司的單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器 AD7416。 （ 二） 單元電路的功能原理分析 基本硬件電路圖如圖所示。 圖 4 整體系統(tǒng)框圖 4． 系統(tǒng)計(jì)算 傳 感器將溫度 轉(zhuǎn)換 成 電壓 ，再由 A/D 轉(zhuǎn)換 器 轉(zhuǎn)換 成 10 位數(shù)字量送溫度 值 寄存器。 PIC 還提供程序監(jiān)視器（ WDT）和程序可分區(qū)保密的保密位（ Security Fuse）等功能；提供了基于 Windows98/NT/2021 的、方便易用的、全系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具及大量子程序庫(kù)和應(yīng)用實(shí)例，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)更容易、快捷。微芯公司的單片機(jī)是各類(lèi)單片機(jī)中低功耗設(shè)計(jì)最好的產(chǎn)品之一。 高速： PIC 采用哈佛總線(xiàn)和類(lèi)精簡(jiǎn)指令集，逐步建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要 快 4～ 5倍。微芯公司的單片機(jī)是品種最豐富的單片機(jī)系列之一，被廣泛地應(yīng)用于各種儀器和設(shè)備中。它采用 14 位的類(lèi) RISC 指令系統(tǒng)，在保持低價(jià)格的前提下，增加了 A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部 E2PROM 存儲(chǔ)器、比較輸出、捕捉輸入、 PWM 輸出（加上簡(jiǎn)單的濾波電路后還可以作為 D/A輸出）、 I2C總線(xiàn)和 SPI總線(xiàn)接口電路、異步串行通信（ USART）接口電路、模擬電壓比較器、 LCD 驅(qū)動(dòng)、 FLASH 程序存儲(chǔ)器等許多功能，可以方便地在線(xiàn)多次編程和調(diào)試，特別適用于初學(xué)者學(xué)習(xí)和在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段使用；它也可以作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的終極產(chǎn)品。 圖 3 PIC16F877單片機(jī) 美國(guó)微芯公司推出的 CMOS 8 位 PIC 系列單片機(jī)，采用精簡(jiǎn)指令集（ RISC）、哈佛總線(xiàn)結(jié)構(gòu)、 2 級(jí)流水線(xiàn)取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、簡(jiǎn)單易學(xué)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn) ,體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢(shì)， 深受廣大用戶(hù)的歡迎，已逐漸成為單片機(jī)發(fā)展的新潮流。而 51 系列單片機(jī)不具有 IIC 端口，要對(duì)其進(jìn)行模擬設(shè)置；并且相對(duì) PIC 來(lái)說(shuō)，其指令也較復(fù)雜。 該 系列有 ： AD741AD741AD741AD7814 等四 種 型號(hào) ， 它 們 的工作原理相同 ， 主要參數(shù) 見(jiàn) 表 ， 引腳排列如 圖 所示。 AD 公司的 AD590 和 AD7416 都包含一個(gè)可以精確測(cè)量環(huán)境溫度的片內(nèi)溫度傳感器 ,但 AD590 是模擬傳感器 ,需對(duì)溫度模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理 ,在調(diào)理和放大信號(hào)時(shí) ,又會(huì)帶來(lái)新的誤差 ,影響精度 ,而 AD7416 包含一個(gè) 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)以 的分辨力將XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 溫度數(shù)字化的數(shù)字式溫度傳感器 ， 并且其測(cè)溫理論范圍為 55 度到 125 度 ,因其精確度高，范圍可選這兩大特點(diǎn)，故本 設(shè)計(jì)的傳感器選為 AD7416。目前在過(guò)程控制中應(yīng)用較多的還是 PI 控制算法 、 PD 控制算法 和 PID控制算法 。同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過(guò)于復(fù)雜難于實(shí)現(xiàn)。 ③ 根據(jù)模糊集合理論得到模糊控制算法。 常用的控制算法有以下幾種 ① 經(jīng)典的比例積分微分控制算法 。在此控制系統(tǒng)中單片機(jī)就相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的運(yùn)算器控制器，它對(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定位之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算然后給出控制信息。 （ 2） 自動(dòng)控制方式 為了 實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，必須要組成一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用 PID 控制，控制效果的好壞很大程度上取決于 PID 三個(gè)控制參數(shù)的確定。 在實(shí)際使用中 ,在滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程需要的前提下 ,應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器 ,這樣既節(jié)省投資 ,又便于維護(hù) 。 可見(jiàn)溫度 PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù) pK 、積分時(shí)間常數(shù) iK 、微分時(shí)間常數(shù) dK 。 由圖 可知 PID 調(diào)節(jié)器是一種線(xiàn)性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值 w 與實(shí)際輸出值 y進(jìn)行比較構(gòu)成偏差 圖 1 模擬 PID控制 并將其比例、積分、微分通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量。在工業(yè)過(guò)程控制中 90%以上的控制系統(tǒng)回路具有 PID 結(jié)構(gòu)，在目前的溫度控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，即使在科技發(fā)達(dá)的日本， PID在其溫度控制應(yīng)用中仍然占 80%的比例。此處主要對(duì)一些控制器特性進(jìn)行分析以便選擇適合的控制方法應(yīng)用于改造。如下： （ 1） 常用溫度控制系統(tǒng)分析 溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里人們需對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。 因此從實(shí)際情 況考慮出發(fā)，綜合比較各方面因素最終采用方案一來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是， Rt = R0(1+At+Bt*t)。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線(xiàn)性較好。這種方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是這種設(shè)計(jì)電路器件很 多，調(diào)試起來(lái)很困難，并且對(duì)模擬電路的知識(shí)要求非常高，只有在特別適合精度要求較高的場(chǎng)合使用，不靈活。 方案二 ： 數(shù)字溫度傳感器測(cè)量溫度，用數(shù)字系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。單片機(jī)資源豐富，使用方便靈活，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。 而且還可以根據(jù)自己的需要來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展，具有靈活使用的優(yōu)點(diǎn)。那么無(wú)論是哪種控制，我們都希望水溫控制系 統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿(mǎn)足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問(wèn)題 提高人民的生活水平。 在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。 溫度控制是無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重 要的作用，過(guò)低的溫度或過(guò)高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。 自 70 年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了 數(shù)字溫度傳感器 AD7416 測(cè)量溫度，基于 PID 溫度控制方式實(shí)現(xiàn)溫度控制 。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 數(shù)字溫度傳感器 PID 溫度控制 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) III PIDbased temperature control system Abstract： Along with the development of socialist modernization, rapid prog