【正文】 程序的作用在進(jìn)行系統(tǒng)初始化的基礎(chǔ)上應(yīng)該包含這幾個(gè)子程序：溫度的測(cè)量，按鍵的掃描處理，PID算法控制，驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)字PID控制器一般都是利用D/A轉(zhuǎn)換器來輸出控制量的，接著就在D/A轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)功能：數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)化的模擬信號(hào)有可能是電流信號(hào)（4～20 mA）或者是電壓信號(hào)（0～5 V），接著利用放大驅(qū)動(dòng)裝置來響應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在下一個(gè)控制量到來之前信號(hào)有效的時(shí)間將會(huì)持續(xù)。增量型算法只是在上面算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，它的輸出只是對(duì)應(yīng)于前一次的控制輸出量，以增量的形式來體現(xiàn)，而且根本沒把位置型算法的本質(zhì)改變，所以它也依然反應(yīng)位置開度相對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因而可知，想要通過與得到，那我們只要三個(gè)歷史數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)：,和。因?yàn)楣?13)中相對(duì)于第k個(gè)采樣時(shí)期閥門位置的增量，所以把公式(13)稱為增量型算式。，由于積分環(huán)節(jié)的功能是把固定一段時(shí)間的偏差信號(hào)進(jìn)行累加，所以，通過計(jì)算機(jī)來計(jì)算位置型算法會(huì)比較麻煩，不但會(huì)造成存儲(chǔ)單元不夠用的情況，還會(huì)讓編程更加的復(fù)雜化，所以我們要采用另外一種算法，也是就是增量型算法。開始設(shè)置各參數(shù)采樣輸入計(jì)算計(jì)算輸出返回(1)位置型算法模擬調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)是具有連續(xù)性的動(dòng)作，一切瞬時(shí)的輸出控制量 u 相對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。想要完成理想的微分只用模擬調(diào)節(jié)器是比較困難的，但是采用計(jì)算機(jī)就能完成公式(10)所表現(xiàn)的差分運(yùn)算，所以我們把公式(11)稱為理想微分?jǐn)?shù)字PID控制器。把公式(9)以及公式(10)寫入公式(8)就能得到對(duì)應(yīng)的差分方程，如下公式 (式11)在上面公式中，是第 k個(gè)采樣時(shí)候的控制量。2．?dāng)?shù)字PID控制算法 過程控制在生產(chǎn)過程當(dāng)中，一般使用的PID控制，它所對(duì)應(yīng)的控制公式是 (式7)那么它的控制算法表達(dá)式為 (式8)在上面的公式中，是控制量；是被控量與設(shè)定值的偏差。它們的關(guān)系為：變得越快，控制量越大，從而導(dǎo)致校正時(shí)反饋的量也會(huì)變得非常的大。這是一個(gè)很理想化的圖，在實(shí)際當(dāng)中很難實(shí)現(xiàn)，在偏差產(chǎn)生變化的一剎那就會(huì)有一個(gè)沖激式的瞬態(tài)響應(yīng)，那是微分控制作用產(chǎn)生的。但是為了能很好的控制，我們能在PI控制器上加上微分環(huán)節(jié)，就是所謂的比例積分微分控制器（PID控制器）。太長(zhǎng)會(huì)使去除的過程會(huì)很慢，但能較好的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以，在比例的基礎(chǔ)上加上積分，能很好的改善穩(wěn)態(tài)性能，從而去除系統(tǒng)的靜差。PI控制器處理誤差的方法是分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)：一是根據(jù)比例的一部分，另外就是具有累計(jì)的部分，所謂的積分控制就是這樣的。盡管通過增大Kp能縮小靜差，可是當(dāng)比例系數(shù)Kp的值變得很大的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能會(huì)很糟糕，還有可能導(dǎo)致被控量振蕩等問題。能從下圖中看出，關(guān)于誤差，比例控制器能在瞬間反應(yīng)出來，誤差剛一發(fā)生，比例控制器就及時(shí)發(fā)出信號(hào)使被控量向著減小誤差的目標(biāo)改變，比例系數(shù)Kp能決定控制信號(hào)作用的強(qiáng)弱。接下來要介紹的是PID的基本原理和參數(shù)整定等一系列的問題。PID控制在日常生活生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。圖 在本次的課題中當(dāng)中在啟動(dòng)電源是LCD顯示屏顯示水的當(dāng)前的溫度，默認(rèn)的PID的三個(gè)參數(shù)和默認(rèn)的給定溫度。通過對(duì)芯片寫入數(shù)據(jù)，從而控制點(diǎn)的亮滅，進(jìn)而能夠顯示字符、數(shù)字、漢字或者自定義的圖形。 按鍵模塊電路圖 顯示模塊電路本次課題的顯示模塊采用的是LCD12864的微型液晶屏。KEY1是自整定按鍵，KEY2是給定溫度的升高，KEY3是給定溫度的降低。而外接一個(gè)電容的效果是為了起到濾波的作用。在本次課題的過程中由于單片機(jī)的電壓輸入為5V，而為了使做出的實(shí)物顯得簡(jiǎn)潔一些，于是采用了一個(gè)直流降壓電路連接在220V的電壓上，與鍋爐共用一個(gè)電壓。雙向可控硅是在普通的可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展過來的，它是由兩只反極性并聯(lián)的可控硅組成，在這兩個(gè)可控硅中只要加一個(gè)觸發(fā)電路，就可以實(shí)現(xiàn)控制，比較的適合用在交流控制的電路中。其工作原理就是當(dāng)一個(gè)電信號(hào)輸入后，此時(shí)光耦能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管，在光耦內(nèi)有一個(gè)光探測(cè)器，當(dāng)接受到發(fā)光二極管發(fā)來的光線后，該光探測(cè)器接能夠產(chǎn)生一個(gè)光電流，再經(jīng)過光耦的進(jìn)一步放大減小誤差，在經(jīng)過放大后的電流信號(hào)直接輸出。本次課題需要的是能夠?qū)崟r(shí)的控制水溫即能夠?qū)崟r(shí)的控制功率，所以對(duì)輸入跟輸出信號(hào)的隔離效果要好，而光耦正好能滿足這個(gè)要求。 功率控制輸出電路光電耦合器又稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。本次的系統(tǒng)中的控制電路中，控制的硬件主要是由雙向可控硅輸出型觀點(diǎn)耦合器MOC3014和雙向可控硅BTA41組成。 功率模塊電路本次設(shè)計(jì)的溫度控制的方法采用的是通斷控制的方式。它的工作原理主要有逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。模擬信號(hào)可以是電壓信號(hào)，也可以是電流信號(hào)，也可以是壓力信號(hào)等等。A/D轉(zhuǎn)換的過程就是整流的過程，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。在本次課題的過程中需要將通過溫度傳感器PT100所獲得的0~5V電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)電壓模擬信號(hào)輸入給IN0通道，在轉(zhuǎn)換完成后，然后輸送給單片機(jī)的P0口，讓單片機(jī)處理所獲得的數(shù)字信號(hào)。 STC12C5A60S2管腳圖：I/O口，串行口1數(shù)據(jù)的接收端；：外部中斷接入0；：外部中斷接入1；：定時(shí)/計(jì)數(shù)器外部輸入0 A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換的過程就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)的過程。ADC的輸入通道為3；：ADC的輸入通道為4；：只可作為主器件的輸入或是用作從器件的輸出，其ADC的輸入通道為5；：，只可用作主器件的輸出或是從器件的輸入，其ADC的輸入通道為6；~：~，內(nèi)部都有上拉電阻，都可用作輸入或是輸出口使用。當(dāng)這8個(gè)端口作為輸出或是輸入時(shí)，由于其是準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，所以不需要再外面再接一個(gè)電阻，可以直接使用。GND：接地。1有雙串口(2) 管腳說明STC12C5A60S2單片機(jī)中包含有CPU、程序/數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換器等元器件，下面對(duì)其引腳進(jìn)行說明?？撮T狗。工作頻率范圍在0~ 35MHz內(nèi)。(1) 主要性能特點(diǎn)增強(qiáng)型的51中央處理器（CPU），能夠完全的兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)和其存儲(chǔ)的空間也是非常的大。內(nèi)部專門集成有MAX810專用的復(fù)位電路, 8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換,針對(duì)電機(jī)的控制，抗干擾能力極強(qiáng)。盡管如此單片機(jī)還是被人們廣泛應(yīng)用。與普通的計(jì)算機(jī)相比較，單片機(jī)只缺少I/O設(shè)備，但是它更加強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)能力和節(jié)約成本。即溫度對(duì)應(yīng)電阻，電阻對(duì)應(yīng)電壓，電壓對(duì)應(yīng)ADC的值，只要反過來推導(dǎo)就能夠最終算出當(dāng)前溫度的值。R/。而本次課題的溫度區(qū)間在0℃~100℃,。 溫度檢測(cè)信號(hào)處理電路其中PT100溫度傳感器，它的電阻阻值能夠隨著溫度的變化而改變，大約是一個(gè)線性的關(guān)系。36金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3 硬件電路設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)電路本次設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)模塊是采用PT1000傳感器檢測(cè)溫度，將所測(cè)得的恒源流經(jīng)過運(yùn)算放大器LM324放大后，此時(shí)所放大的信號(hào)經(jīng)過一個(gè)穩(wěn)壓電路，本次設(shè)計(jì)中采用可控精密穩(wěn)壓源（TL431）產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓作為輸入，相當(dāng)于起到一個(gè)穩(wěn)壓的效果，這樣就能保證輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓，同時(shí)能夠做到將電流的誤差保持在毫安級(jí)的范圍內(nèi)，從而提高了精度，在電路中我們又增加了幾個(gè)電壓跟隨器還有幾個(gè)兆歐級(jí)的電阻，這樣我們就能夠保證設(shè)計(jì)的恒流源的精度可以達(dá)到微安級(jí)的范圍內(nèi)，在最大限度中減小誤差。本設(shè)計(jì)由檢測(cè)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊、負(fù)載驅(qū)動(dòng)模塊、負(fù)載模塊、監(jiān)控模塊組成，其中檢測(cè)模塊是一個(gè)型號(hào)為PT100的溫度傳感器，通過改變溫度進(jìn)而改變傳感器PT100的阻值進(jìn)輸出一個(gè)電流信號(hào)，將這個(gè)模擬的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大后再交給A/D轉(zhuǎn)換處理后生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)能夠?qū)?shí)時(shí)的溫度跟設(shè)置的參數(shù)通過LCD顯示屏顯示出來，同時(shí)通過鍵盤給定的溫度進(jìn)行比較，進(jìn)行PID運(yùn)算。（2）采用直流降壓電路：相比較與直流升壓電路，直流降壓電路能夠?qū)㈦妷航档?6V人體安全電壓下，且在本次的設(shè)計(jì)過程中能夠與鍋爐共用一個(gè)電源，所以本次的設(shè)計(jì)采用直流降壓電路。（3）采用模糊控制：在分段PID的基礎(chǔ)上，人們又推出了模糊控制股的理論，但是使用模糊控制需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，難度較大實(shí)現(xiàn)困難，相對(duì)比較，在本次課題中還是采用分段PID實(shí)現(xiàn)的快。（2）采用分段PID：分段PID是在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上解決了積分過飽和的問題和系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中由于一些問題溫度突然間急劇升高不能夠有效控制溫度的問題。但是其控制方法比較復(fù)雜，所以需要大量的控制指令，而且其檢測(cè)的范圍小所以不太適合本次的課題。PT100的阻值能夠隨著溫度的提升能夠勻速的上漲對(duì)于本次的設(shè)計(jì)測(cè)量的線性輸出適合單片機(jī)的計(jì)算，所以 PT100比較適合本次的設(shè)計(jì)。雖然它的工作的溫度范圍55℃~+150℃但是在但使用AD590需要配合高精度的ADC配合使用才能得到數(shù)據(jù)，所以在使用AD590時(shí)電路比較復(fù)雜，成本高，不適合本次的課題。 （2）采用AD590：AD590具有低成本、精確度高、測(cè)溫誤差小、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)可用于溫度的補(bǔ)償跟校正。本次的課題是需要能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)水的溫度，在80度左右的時(shí)候溫度的跳動(dòng)比較小，因此熱敏電阻可能會(huì)處于不動(dòng)的狀態(tài)，不能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)水的溫度。在國(guó)外，許多的溫度控制器采用的是模糊PID控制，而國(guó)內(nèi)更多的采用的是傳統(tǒng)的PID控制，或是采用的是分段PID控制，與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在溫度控制的發(fā)展上還要很多的路要走。而通過這一方式恰恰能夠改善傳統(tǒng)浴室不能夠準(zhǔn)確控制水的溫度的這一缺點(diǎn)。 研究?jī)?nèi)容本文以鍋爐水溫為控制對(duì)象（鍋爐使用水壺來代替），以單片機(jī)為控制核心，控制算法采用PID控制，實(shí)現(xiàn)的效果能夠?qū)㈠仩t水溫控制在一個(gè)范圍內(nèi)，同時(shí)能夠?qū)⑺疁乜刂圃谝粋€(gè)額定值，最大誤差不超過1攝氏度。而單片機(jī)具有體積小，記憶力強(qiáng)，內(nèi)存大，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，浴室是人類生活中常見的一個(gè)場(chǎng)所，傳統(tǒng)的浴室采用的是燃煤燃油的方式給水加溫并控制溫度，不過隨著人類生活水平的提高，傳統(tǒng)的加熱方式已經(jīng)不能夠適應(yīng)時(shí)代的潮流，新型的溫度控制器也不斷的被人們開發(fā)出來。溫度無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程還是人類的生活中都是一個(gè)重要的參數(shù)。 Single chip microputer 。s conduction or closed, so as to achieve the effect of the water temperature control.Key words: The boiler。關(guān)鍵詞：鍋爐；溫度；單片機(jī)；PID控制金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 AbstractThe constant t