【正文】 PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目序號(hào)KPKIKD穩(wěn)定值℃上升時(shí)間min1400177。5 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖主程序流程圖如下圖51開(kāi)始定時(shí)設(shè)定溫度溫度采集PID算法控溫加熱控制LCD顯示LCD初始化圖51主程序流程圖子程序包括了LCD顯示模塊程序，溫度控制模塊程序，DS18B20溫度采集模塊程序等。編寫(xiě)程序的時(shí)先設(shè)定它們的大概的數(shù)值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：微分系數(shù)KD太小，對(duì)溫度的即時(shí)變化反應(yīng)不夠迅速；積分系數(shù)I太大，使得微分的反應(yīng)被淹沒(méi)從而鈍化；基本的控制周期太短，加熱溫度還沒(méi)有傳到測(cè)溫點(diǎn)上。出現(xiàn)這種情況的可能原因是：比例系數(shù)KP過(guò)小，升溫的比例不夠；積分系數(shù)KI太小，對(duì)恒定的溫度偏差補(bǔ)償不足。出現(xiàn)這種情況的可能的原因是：比例系數(shù)KP太大，使得溫度達(dá)到目標(biāo)值之前的上升比例過(guò)高；微分系數(shù)KD太小，致使對(duì)溫度系統(tǒng)的控制反應(yīng)不夠靈敏。根據(jù)這些參數(shù)在整個(gè)PID控制過(guò)程中的作用，在系統(tǒng)最終調(diào)試中具體來(lái)確定。 增量式PID算法的參數(shù)確定PID參數(shù)的設(shè)定決定了溫度控制系統(tǒng)升溫速度和溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。可由式(1)導(dǎo)出提供增量的PID控制算式，根據(jù)遞推原理可得： 42用式41減去式42，可得： 43由上面的公式可得：控制系統(tǒng)的輸出僅僅是與最近的3次的偏差有關(guān)。增量式PID算法是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量?u(K)，增量式PID控制系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖414所示。再對(duì)偏差值進(jìn)行比例，積分與微分的計(jì)算處理，得到的控制數(shù)字信號(hào)來(lái)控制電阻絲的加熱，使實(shí)際溫度穩(wěn)定在設(shè)定的目標(biāo)溫度范圍內(nèi)?？刂颇K的電路設(shè)計(jì)如下圖413：圖413控制模塊電路圖 本次設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)由100W的電阻絲給水進(jìn)行加熱，加熱的開(kāi)關(guān)由固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)的輸出信號(hào)電平很低，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn)行工作，因此在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的控制部分需要外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換技術(shù)。首先由DSl8B20數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)并且采集溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將檢測(cè)的溫度值與設(shè)定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較，計(jì)算出溫度的偏差，然后采用PID算法并且輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比(控制電阻絲的平均發(fā)熱功率的大小)，從而達(dá)到較為精確可靠的控制溫度的目的。表49：溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位0110位1011位375ms1112位750ms由于本系統(tǒng)的對(duì)被控的對(duì)象的溫度采集的實(shí)時(shí)要求較高，所以選擇DS18B20的分辨率位12位，滿(mǎn)足溫度系統(tǒng)的控制的精度的要求，所以R1和R0的設(shè)置分別為R1=1,R0=1。本溫度控制系統(tǒng)采用外接供電方式，電路圖如下圖48所示圖47 DS18B20管腳圖圖48 DS18B20電路圖 DS18B20的分辨率DS18B20溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，溫度分辨率的設(shè)定能夠影響到溫度傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換的精確度[11]。（4） 給E一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫(xiě)操作。（2） 讀/寫(xiě)控制端設(shè)置為寫(xiě)模式，即低電平。寫(xiě)命令包括液晶的光標(biāo)顯示/不顯示、 光標(biāo)閃爍/不閃爍、需不需要移動(dòng)屏幕、在液晶什么位置顯示等。LCD1602液晶顯示模塊的讀寫(xiě)操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同樣的，系統(tǒng)對(duì)溫度的控制的信號(hào)的輸出也是一個(gè)I/O口就能實(shí)現(xiàn)的。然后再對(duì)獨(dú)立鍵盤(pán)進(jìn)行I/O口分配，本設(shè)計(jì)中的獨(dú)立按鍵只需要四個(gè)端口，加一鍵，減一鍵，確定鍵。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合。 圖41 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。由于單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開(kāi)始運(yùn)行。STC89C52的RST引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。 此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的核心部分是單片機(jī)的控制，本次選用的是ATMEL公司生產(chǎn)的芯片AT89C52,主要是它的價(jià)格便宜,而且在學(xué)習(xí)中接觸較多比較熟悉,容易獲得。根據(jù)所學(xué)知識(shí)與方案顯示內(nèi)容的設(shè)定，我選擇了方案二。 顯示模塊方案一：選用數(shù)碼管顯示，用普通的數(shù)碼管顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字、符號(hào)、字母。比較了上面的種方案，方案1雖然電路比較簡(jiǎn)單，控制比較容易，但是無(wú)法滿(mǎn)足溫度控制系統(tǒng)的較小的溫度波動(dòng)和頻繁的開(kāi)關(guān)普通的電磁繼電器從而產(chǎn)生較大的噪音和器件壽命的損耗。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)的控制，更好的減少了溫度的遲滯性，改進(jìn)了傳統(tǒng)的直接輸出高低電平控制的方法。[4]方案2：采用固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。當(dāng)I/O口輸出低電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通，繼電器無(wú)電流通過(guò)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電阻絲不加熱。此外DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理，可以簡(jiǎn)化硬件電路和提高可靠性。它的測(cè)量范圍在50℃至+125℃，在10℃至+85℃范圍內(nèi)精度為177。采用溫度傳感器DS18B20。51單片機(jī)具有功能強(qiáng)，體積小，可靠性好和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，并且編程較為容易，程序的燒寫(xiě)也較為簡(jiǎn)單。方案2：采用MCS51單片機(jī)。PIC單片機(jī)的各個(gè)型號(hào)的兼容性強(qiáng)，功能全，型號(hào)多，抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)上述兩種方案的比較，方案2明顯改善了方案1中的不足，并具有控制溫度精度高、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因此本溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用方案2。使用單片機(jī)控制具有編程簡(jiǎn)單靈活，控制方便等優(yōu)點(diǎn)，較為容易的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示。[6]方案2：采用單片機(jī)為核心。控制執(zhí)行模塊kuai塊51單片機(jī)核心模塊LCD顯示模塊溫度采集模塊鍵盤(pán)輸入模塊溫度控制加熱模塊 圖31 原理框圖 方案論證與比較 根據(jù)題目的要求，我提出了以下的兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案供選擇：方案1：該方案采用的是傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用傳統(tǒng)的模擬電路，用電位器設(shè)定給定的目標(biāo)溫度值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較之后，然后由加熱控制器決定加熱或者不加熱?！嬉韵?。特別是在當(dāng)前全球能源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該好好把握對(duì)溫度的控制，合理的利用身邊的資源。用高新技術(shù)來(lái)解決工業(yè)生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，以此來(lái)加強(qiáng)我國(guó)工業(yè)化的建設(shè)，提高人民的生活水平和生活質(zhì)量。 因此單片機(jī)對(duì)溫度的控制是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。在環(huán)境惡劣或者溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)、顯示、控制。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。能夠完成溫度的設(shè)定、采集、顯示、控制等功能。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘要本文主要介紹了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日