【正文】 if(tempHamp。0x0f)。 tempH=(GetScratchpad[1]4)|(GetScratchpad[0]4)。 //從 DS18B20 讀出的低 8 位溫度值 GetScratchpad[1]=One_Wire_Read_Byte()。 One_Wire_Write_Byte (ReadScratchpad)。 One_Wire_Write_Byte (SkipRom)。 One_Wire_Delay (5)。 _nop_()。 Initize_One_Wire_Bus ()。 } One_Wire_Delay (10)。 //delay 128 us One_Wire_Bus=1。0x01)One_Wire_Bus=1。i++) { One_Wire_Bus=0。 for (i=0。 } Return (result)。 One_Wire_Delay (9)。 One_Wire_Bus=1。 i8。 unsigned char i,result=0。//Delay time us :=(8+delay_time*6)us。//Resister pull up 158us。 / /Bus master pulling low 488us One_Wire_Bus=1。//溫度為負數(shù)標志位 /********************************************************************/ void Initize_One_Wire_Bus(void) {One_Wire_Bus=0。//經(jīng)過處理后的溫度整數(shù)部分 unsigned char Result Temperature L H, Result Temperature LL。 code unsigned char decimalL[16]={00,25,50,75,00,25,50,75,00,25,50,75,00,25,50,75}。 /********************************************************************/ data unsigned char GetScratchpad[2]。 void Initize_One_Wire_Bus(void)。 unsigned char One_Wire_Read_Byte(void)。 void One_ Wire_ Delay (unsigned char delay_ time)。若系統(tǒng)開始加熱就使溫度迅速上升，則說明杯中水不足，很有可能為干燒，為不安全加熱，用戶請注意，這屬于該系統(tǒng)需 要改進的地方。綜上所示，本系統(tǒng)的方案具有實用推廣價值。 6 結(jié)論 本次實驗采用了 C 語言編程方式，實現(xiàn)了溫度的測量與控制，完全達到了本次實驗的要求，更重要的是該實驗的測量誤差小于 1℃ 度，控制精度小于 ℃度，已基本實現(xiàn)本實驗擴展部分的要求。如果需要更高的控制精度，則我們的模糊控制將不適應(yīng)，需要修改程序。 缺點 本設(shè)計方案雖然采用了當(dāng)前市場最先進的電子器件，使電 路設(shè)計簡單，但設(shè)計方案不是最佳。在控制精度方面，本設(shè)計在不能確定執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的情況下，大膽的假設(shè)小心的求證，利用模糊控制的算法來提高控制精度。 設(shè)計方案評價 優(yōu)點 在硬件方面：本設(shè)計方案采用了單總線型數(shù)字式的溫度傳感器，提高了溫度的采集精度，節(jié)約了單片機的口線資源。雖然超調(diào)為不利結(jié)果，但另一方面卻減小了系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)時間。 表 52 溫度 T 與常數(shù) k 對應(yīng)的關(guān)系 溫度 T（℃） 0～ 30 30～ 40 40～ 50 50～ 60 60～ 70 70～ 80 80～ 90 常數(shù) K 溫度工作波形圖如圖 51: 圖 51 溫度工作波形圖 溫度 T 時間 t 結(jié)果分析論述 我的系統(tǒng)完全滿足設(shè)計要求，靜態(tài)誤差方面可以達到 ℃的誤差，總體控制精度方面大約 ℃，在讀數(shù)正確方面與標準溫度計的讀數(shù)誤差為 %，對一般的工業(yè)生產(chǎn)完全可以采用我們的設(shè)計。通過設(shè)定不同的溫度值，使加熱器加熱，待溫度穩(wěn)定時記錄各溫度點的溫度計數(shù)據(jù)和溫控系統(tǒng)的顯示值。本設(shè)計的目的不僅僅使溫度控制本身，主要提供了單片機外圍電路及軟件包括控制算法設(shè)計的思想，應(yīng)該說，這種思想比控制系統(tǒng)本身更為重要。此系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高，控制精度高，利用模糊控制算法使超調(diào)量大大降低。通過對設(shè)置的目標溫 度與溫控系統(tǒng)監(jiān)測溫度進行差值處理就可近似的求出單片機的提前關(guān)斷溫度。從而可以建立熱慣性的溫度差值表，在程序中利用查表法，查出相應(yīng)設(shè)定溫度對應(yīng)的關(guān)斷溫度。加熱片為一慣性 系統(tǒng)，我們采用模糊控制的方法，通過多次溫度測量模糊計算當(dāng)用戶設(shè)定目標溫度時需提前關(guān)斷加熱片的溫度，利用加熱片自身的熱慣性使溫度上升到其設(shè)定溫度。 算法通過軟件實現(xiàn)，此算法使系統(tǒng)能自行控制加熱程度，使系統(tǒng)具有無超調(diào)和恒溫精度高 ,具有穩(wěn)定性好，控制參數(shù)對系統(tǒng)的依賴性弱等優(yōu)點。如差量較大時，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是減小溫差，此時對 差量加權(quán)應(yīng)該大些；當(dāng)差量較小時，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，減小超調(diào)，此時要求在控制規(guī)則中差量變化率加權(quán)大些。 其基本思想是通過調(diào)整 k 的大小，可改變對差量和差量變化率的不同加權(quán)程度。魯棒性問題與控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性和不變性原理有著密切的聯(lián)系，內(nèi)模原理 的建立則對魯棒性問題的研究起了重要的推動作用。因此，魯棒性已成為控制理論中的一個重要的研究課題，也是一切類型的控制系統(tǒng)的設(shè)計中所必需考慮的一個基本問題。在實際問題中，系統(tǒng)特性或參數(shù)的攝動常常是不可避免的。魯棒性是英文 robustness 一詞的音譯，也可意譯為穩(wěn)健性。 模糊控制算法 目前溫度控制系統(tǒng)中的控制算法多為 PID 算法，但 PID 算法由于微分作用導(dǎo)致高頻干擾大，易引起超調(diào)，參數(shù)調(diào)整也麻煩，同時考慮到水溫控制系統(tǒng)本身有一個大滯后的特點，故本系統(tǒng)選用了目前國際上較流行的從能量控制的觀點出發(fā)，引入模糊控保護存儲內(nèi)容 調(diào)鍵掃子程序 調(diào)鍵處理子程序 開 始 調(diào)液晶顯示程序 調(diào)溫度處理子程序 調(diào)比較子程序 按恢復(fù)鍵 返回 N Y N Y 有鍵按下？ 按確定鍵？ 設(shè)置溫度 制思想而提出的變參數(shù)控制算法控制。 單片機在處理標度轉(zhuǎn)換時是通過把 DS18B20 的信號線送回的 16 位數(shù)據(jù)右移 4 位得到二進制的溫度值。鍵盤顯示及程序流程圖如下圖 42： 圖 42 鍵盤、液晶顯示子程序流程圖 運算控制模塊 該模塊由標度轉(zhuǎn)換 [3]、模糊控制算法及其中用到的乘法子程序。主程序流程圖如下圖 41： RAM 初始化 按恢復(fù)鍵 LCD 初始化 調(diào)設(shè)溫模塊 對采集的溫度進行數(shù)據(jù)處理 開溫控 調(diào)液晶顯示子程序 是否設(shè)計溫度 處理后的設(shè)溫 =實溫？ 處理后的設(shè)溫＞實溫？ 處理后的設(shè)溫＜實溫 ？ 關(guān)加熱器 開加熱器 亮綠燈 設(shè)溫 =實溫 報警提示 是否越上限？ 是否越下線？ 報警 報警 開溫控 調(diào)設(shè)溫模塊 對采集的溫度進行數(shù)據(jù)處理 調(diào)液晶顯示子程序 比較溫度 開始 Y Y Y N Y N N Y Y N Y 圖 41 主程序流程圖 功能實現(xiàn)模塊 以用來執(zhí)行對 MOSFET 及加熱片的控制。 主程序模塊 主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對外部溫度進行實時顯示。 當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低溫度時，溫度傳感器檢測到實時溫度，發(fā)送信息給單片機， 低電平有效， D4 為加熱片加熱指示燈；同理，當(dāng)溫度加熱到高于設(shè)置的最高溫度時， 低電平有效， D5 為降溫指示燈。當(dāng)單片機 輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，報警器工作發(fā)出報警聲。 當(dāng)設(shè)定的目標溫度線達到時，需用聲音的形式提醒使用者，此時報警器開始發(fā)出報警聲。當(dāng)單片機的 為高電平時，電阻驅(qū)動 MOS 管導(dǎo)通，接通加熱片工作，當(dāng)單片機的 為低電平時 MOS 管不導(dǎo)通關(guān)斷，加熱片停止工作。 圖 37 1602 的內(nèi)部顯示地址 加熱控制電路的設(shè)計 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制，被控對象為加熱片，采用對加在電熱片兩端的電壓進行通斷的方法進行控制，以實現(xiàn)對水是否加熱的調(diào)整，從而達到對水溫控制的目的。 模塊電路如下圖 36： 圖 36 顯示接口電路的設(shè)計 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。其中設(shè)置鍵 RET 與單片機 的 INT0 腳相連， KEY1— KEY3 接單片機 P2 口， REST鍵為硬件復(fù)位鍵，與 R、 C 構(gòu)成復(fù)位電路。如下圖 34 為 18B20 的溫度存儲方式： 圖 34 18B20 的溫度存儲方式 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測得的數(shù)值乘以 即可得到實際溫度。 DS18B20 也可以用外部 5V電源供電。其中 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端。 溫度采集電路模塊如圖 33 所示。其實物圖如圖 32： 圖 32 STC89C52 實物圖 溫度采集電路的設(shè)計 由于本設(shè)計是精確控制系統(tǒng)，并且有控制范圍上的要求，所以在選擇傳感器上要著重考慮其精度和測試范圍。 之所以選擇 89C52作為主機，是因為 89C52數(shù)字式溫 度傳感器 加熱器 控制器 單 片 機 顯示器 越線報警 鍵盤 作為 51 系列單片機的一種，其使用性能穩(wěn)定，價格便宜，完全能夠滿足此次設(shè)計的需求。系統(tǒng)運行過程中的各種狀態(tài)均可由液晶顯示器 1602 實時顯示。以此控制量控制 MOS 管 開通和關(guān)斷，決定加熱電路的工作狀態(tài)，使水溫逐步穩(wěn)定于要求設(shè)定的目標值。 圖 31 恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計方案框圖 溫度采集電路以數(shù)字量形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機。 Equation Chapter (Next) Section 1 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 電路總體原理框圖 溫度測量及加熱系統(tǒng)控制的總體結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。在這種前提下，通過單片機對偏差進行模糊控制運算，對調(diào)節(jié)加熱可達到控制溫度恒定。 采用高精度的溫度傳感器：數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。由于數(shù)字調(diào)節(jié)和運算量大，相反對于 STC89C52 單片機只要選擇合適的 參數(shù)對于溫度的控制精度往往能達到比較好的效果。智能型電偶溫度表將置于被測對象中，熱電偶的傳感器信號與恒定溫度的給定電壓進行比較，生成溫差，自適應(yīng)恒溫控制電路根據(jù)差值大小控制電路的斷開。在溫度達到設(shè)定的目標溫度后，由于冷卻溫度降低，單片機通過檢測到的溫度與 設(shè)置的目標溫度比較，作出相應(yīng)的控制開啟加熱片。溫度采集電路以數(shù)字形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機，單片機結(jié)合現(xiàn)場溫度與用戶設(shè)定的目標溫度，按照已經(jīng)編程固化的模糊控制算法計算出實時控制量。而 PID調(diào)節(jié)器的算法 復(fù)雜，其成本也相對較高。 2 系統(tǒng)方案論證 對于溫度的檢測通常是采用熱敏電阻在通過 A/D（模 /數(shù)）轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，但由于信號的采集對整個系統(tǒng)的影響很大，如果采樣精度不高，會使這個系統(tǒng)準確性下降。本設(shè)計的目的不僅僅使溫度控制本身，主要提供了單片機外圍電路及軟件包括控制算法設(shè)計的思想，應(yīng)該說，這種思想比控制系統(tǒng)本身更為重要 。而基于單片機的控制系統(tǒng)，為閉環(huán)系統(tǒng)，工作穩(wěn)定性高，控制精度高，利用模糊控制算法 [1]使超調(diào)量大大降低。然而現(xiàn)有的溫度傳感元件大多為模擬器件（熱電耦）體積大、應(yīng)用復(fù)雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點，阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效