基于單片機的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計-文庫吧資料
2025-06-26 12:37本頁面
【正文】 嚴(yán)格的時序要求，而AT89C2051單片機并不支持單線傳輸,必須采用軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序。同時，在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工礦的適用性很差。有的無法獲得較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型或者模型非常粗燥。根據(jù)遞推規(guī)律得: 式26用式25減去式26可得： 式27改寫成： = 式28事實證明，對于PID這樣簡單的控制器，能夠適用于廣泛的工業(yè)和民用對象，并以其很高的性價比在市場中占主導(dǎo)地分反映了PID控制，但在工業(yè)控制過程中經(jīng)常會碰到大滯位，充后、時變的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，其中有的是非線性系統(tǒng)。所謂增量式PID控制算法是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量U(n)。微分用差分代替 式23積分用求和代替 式24 這樣PID控制器控制算法的離散形式改寫為 式25這種算法的缺點是，由于是全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對E(n)進(jìn)行累加，所以計算機工作量大。(2) PID控制規(guī)律的離散化為了用計算機實現(xiàn)PID控制，必須將式表示PID控制規(guī)律的連續(xù)形式變成離散形式，才能通過編程實現(xiàn)。缺點是微分控制對干擾同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾的能力降低。積分控制常用于補償高精度的控制系統(tǒng)。為了消除這種靜差，可以引入積分控制環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)能對誤差進(jìn)行記憶并積分，即使只存在很小的偏差，也可以將其積分后作用于操作部分，有利于消除靜差。比例控制的缺點是不能在設(shè)置點和反饋點之間產(chǎn)生零誤差(靜差)，為了產(chǎn)生有限的輸出信號，必須保持這種靜差。Td——微分時間常數(shù)。KP——比例系數(shù)。PID的數(shù)學(xué)模型如圖12表示：圖12 PID數(shù)學(xué)模型給定值R(t)與實際值Y(t)構(gòu)成控制誤差: E（t）=R（t）Y（t） 式21PID控制器根據(jù)E(t)將誤差的比例(P)、積分(I)、和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進(jìn)行控制，其控制規(guī)律如式2所示:U(t)=KP[e(t)+] 式22U(t)——控制器輸出函數(shù)。另外，MAX813L也會產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，知道電壓電壓恢復(fù)正常，以有效防止因電源電壓較低使單片機產(chǎn)生錯誤的動作。如果因某種原因進(jìn)入死循環(huán)。4)，第5腳輸出一個低電平信號。2)看門狗電路輸出：，則第8腳輸出一個低電平信號。4)RESET(7腳)：復(fù)位輸出。2)PRI(4腳) 、PFO(5腳)：分別為電源故障輸入和電源故障輸出。本系統(tǒng)選用MAX813L，該芯片能夠監(jiān)控電源電壓、電池故障和微控制器的工作狀態(tài)。(3)看門狗與電源監(jiān)控芯片介紹由于工業(yè)現(xiàn)場對控制系統(tǒng)可能造成很強的干擾，為保證控制器在任何干擾條件下都能正常工作，就必須對單片機的運行進(jìn)行監(jiān)控，避免死機、程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)。其缺點是傳送速度低。串行通信是指:數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。在傳輸脈沖信號是，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延時，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延時時間相差很大。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。把發(fā)光源和受光器組裝在同一殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種“電光電”轉(zhuǎn)換器件。連接電路如圖9所示。吸收和放熱的大小是通過電流的大小以及半導(dǎo)體材料N、P的元件對數(shù)來決定。簡單地說當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收能量，成為冷端。相反，當(dāng)電子從N型流至P型材料時，結(jié)點的溫度就會升高。當(dāng)電子從P型穿過結(jié)點至N型時，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點所消耗的能量。N型材料有多余的電子，有負(fù)溫差電勢。圖7 MAX7219與單片機和LED及鍵盤的接口電路 驅(qū)動控制電路(1) 熱電制冷介紹熱電制冷原理：半導(dǎo)體熱電偶由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體組成。C、:S3減，按此鍵則溫度設(shè)定減1度。4個按鍵定如下：A、:S1功能鍵，按此鍵則開始鍵盤控制。這樣就可以通過查詢P1的高4位來判斷有門有按鍵按下按鍵各接一根輸入線，一根輸入線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。2）鍵盤功能介紹 采用獨立式按鍵設(shè)計，如圖上圖所示。(2)MAX7219與單片機和LED及鍵盤的接口電路1） MAX7219的3個輸入端DIN、CLK和LOAD與單片機的三個I/O口連接，DIG0～DIG7分別與八個共陰極LED的公共端連接，SEGA～SEGG、SEGDP分別與每個LED七段動和小數(shù)點驅(qū)動端相連。7) DOUT（24腳）：串行數(shù)據(jù)輸出端；V＋，正電源。圖6 MAX7219引腳圖5) SEGA～SEGG、SEGDP（11112223腳）：驅(qū)動顯示器7段及小數(shù)點的輸出電流，一般為40mA，可編程調(diào)整。3) LOAD（12腳）：片選端，當(dāng)LOAD為低電平時，芯片接收來自DIN的數(shù)據(jù)，接收完畢，LOAD回到高電平，接收的數(shù)據(jù)將被鎖定。各引腳功能如下：1) DIN(1腳):串行數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)CLK為上升沿時數(shù)據(jù)被載入16位內(nèi)部移位寄存器。使用者還可以選擇停機模式、數(shù)字亮度控制、從1～8位選擇掃描位數(shù)和對所有LED顯示器的測試模式。MAX7219和控制器只需要三根
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