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溫控畢業(yè)設計論文—基于單片機的智能溫控設計-文庫吧資料

2024-12-11 17:44本頁面
  

【正文】 嚴重超調。其原因是由于存在有較大慣性組件 (環(huán)節(jié) )或有滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。 (D)控制 在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分 (即誤差的變化率 )成正比關系。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。 (I)控制 在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。 PID 控制器就是根據系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時,最適合用 PID 控制技術。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史,它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。 167。這個過程在人工操作系統(tǒng)中,都是由操作人員通過“感覺器官的觀測 (獲取信息 )一人腦的思 維、判斷 (存儲和處理信息 )一手動的調整 (信息的實施 )來完成的。 自動控制概述 自動控制系統(tǒng)是一個集合體,它通常由被控對象、側量裝置、控制器和執(zhí)行機構等部件組成。故本系統(tǒng)選擇了固態(tài)繼電器作為加熱電路,如圖 28 所示: 當 口輸出高電平時,光電耦合電路導通,固態(tài)繼 電器開始對系統(tǒng)(在這里用 電阻代替)加熱,同時發(fā)光二極管亮,對加熱過程進行顯示。 且 固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬,驅動功率低,可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。 圖 27 按鍵控制電路 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 15 167。 2個按鍵定 功能定義 如下: : S1加,按此鍵則溫度設定加 1度 。這樣就可以通過查詢 P1的低 4位來判斷有沒有按鍵按下,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)。這是最 簡單的鍵盤結構,該電路為查詢方式電路。 圖 26 靜態(tài)顯示電路 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 14 167。 5個串 /并移位寄存器芯片 74LS164 首尾相連。 74LS164 的引腳圖 25圖所示; 圖 25 74LS164 的引腳 如圖 26所示: 5個共陰極 LED 數碼管組成。串行口 RXD 和 TXD 為一個全雙工串行通信口,但工作在方式 0 下可作同步移位寄存器用,其數據由 RXD( )端串行輸入或輸出;而同步移位時鐘由顯示器由 TXD( )端串行輸出,在同河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 13 步時鐘作用下,實現由串行到并行的數據通信。 串行口顯 示電路 74LS164 為 8 位串入并出移位寄存器, 2 為串行輸入端, Q0~ Q7 為并行輸出端, CLK 為移位時鐘脈沖,在脈沖的上升沿實現移位; R? 為清零端,低電平時并行輸出為零。測溫電纜采用屏蔽 4芯雙絞線 ,其中一對線接地線與信號線 ,另一對接 VCC和地線 ,屏蔽層在電源源端單點接地。 DSl8B20的引腳 DQ連接 ,作為單一數據線。 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 12 外部電源供電方式是 DS18B20最佳的工作方式,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強,而且電路也比較簡單,可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 斜 率 累 加 器預 置低 溫 度 系 數 晶 振高 溫 度 系 數 晶 振= 0計 數 器 2= 0計 數 器 1溫 度 寄 存 器比 較預 置加 1停 止L S B置 位 / 清 除圖 23 測溫原理 DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時 DS18B20的 1腳接地, 2腳作為信號線, 3腳接電源。 斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數器 1的預置值。計數器1和溫度寄存器被預置在 55℃所對應的一個基數值。 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 11 DS18B20的測溫原理如圖 23所示,圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器 1。當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后,開始啟動轉換。高速暫存 RAM 的第 5 字節(jié)保留未用,表現位邏輯 1。 表 22 高速暫存 RAM結構圖 暫存器 內容 溫度最 低數字 溫度最 高數字 高溫 限值 低溫限值 配置寄 存器 保留 計數 剩余值 每度 計數值 CRC 校驗 字節(jié)地址 0 1 2 3 4 5 6 7 8 表 23 配置寄存器位定義 TM R1 R0 1 1 1 1 1 表 24 分辨率的定義和規(guī)定 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉換時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表 24 可見, DS18B20 溫度轉換的時間比較長,而且設定的分辨率越高,所需要的溫度轉換時間就越長。該字節(jié)各位的定義見表 23所示。 3 是 TH 和 TL 的拷貝,是易失的,每次上電復位時被刷 新。 MS Byte 的低 3 位用于存放溫度值的補碼 ,如果測得的溫度大于 0 ,只要將測到的數值乘 即可得到實際溫度 ,如果溫度小于 0,測到的數值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 DSl8B20 的核心功能部件是它的數字溫度傳感器 ,其分辨率可配 置為 11 和 12 位 ,出廠默認設置為 12 位分辨率 ,對應的溫度值分辨率分別為、 、 和 。 VDD(3 腳 ) :可選電源腳 ,電源電壓范圍 3~ 5. 5V。 溫度傳感器電路 溫度傳感器選用 DSl8B20 ,其引腳分布如圖 22 所示。只要電源VCC 的上升時間不超過 1ms,就可以實現自動上電復位,即按鈕閉合瞬間就完成了系統(tǒng)的復位初始化。 本系統(tǒng)采用的是手動復位和上電自動復位組合,其電路圖見圖 21。如 的復用功能是: 0???(外部中斷)等。 P2 端口做輸入口使用時,因為有內部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。P1 端口的輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 輸入。在對 Flash ROM 編程和程序校驗時, P2 也接受高位地址和一些控制信號。 在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數據存儲器時, P2送出高 8位地址 。對端口寫 1 時,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位,此時可用作輸入端口。 P2 端口 (~ ): P2是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O端口。 P1 端口做輸入口使用時,因為有內部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。P1 端口的輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 輸入。 ?? ( 31 腳):當該引腳接高電平 ,CPU 只訪問片內 Flash ROM 并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令;但當 PC(程序計數器)的值超過 0FFFH(對 89C51為 4KB)時,將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲器內的程序。 RST( 9 腳): RST 是復位信號輸入端,高電平有 效。若須采用外部時鐘電路,則該引腳懸空。 XTAL2( 18 腳):接外部晶體和微調電容的一端。在片內,它是震蕩電路反相放大器的輸入端。河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 7 ⑧片內振蕩器和時鐘產生電路,但石英晶體和微調電容需要外接,最高允許震蕩頻率為 12MHz。 ⑥五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 ④兩個 16 位定時器 /計數器都可以設置成計數方式,用以對外部事件進行計數,也可設置成定時方式,并可以根據計數或定時的結果實現計算機控制。 ②片內有 4K 字節(jié)的程序存儲器 Flash ROM,用以存放程序、一些原始數據和表格。 AT89C51 為很多規(guī)模不太大的嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種極佳的選擇方案。 單片機的選擇在整個系統(tǒng)設計中至關重要,該單片機與 MCS51 系列單片機高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作等諸多優(yōu)點,而廣泛應用于 各類計算機系統(tǒng)、工業(yè)控制、消費類產品中。 單元電路設計 167。理由:方案 3 的串行口擴展顯示方式十分節(jié)約I/O 口,且無需 CPU 不停地掃描,頻繁地為顯示服務,節(jié)省了 CPU 時間,軟件設計也比較簡單。這種顯示方式 幾乎不占用 CPU 資源,節(jié)約 CPU 使用率。每片的并行輸出作為 LED 數碼管的段碼。輸入只有兩個信號,它們是串行數據線 DIN 和移位信號 CLK 。 方案 3:串行口擴展顯示方式。正因為如此,靜態(tài)顯示器的亮度高。 方案 2:靜態(tài)顯示方式。若要各位LED 能顯示相應的字符,就必須采用掃描的方式,即在某一時刻,只讓某一位的為選線處于選通狀態(tài),而其他各位的位選線處于關閉的狀態(tài),同時,段選線上輸出相應位要顯示字符的段碼。當多位 LED 顯示時,通常將所有位的段選線相應的并聯在一起,由一個 8 位 I/O 口控制,形成段選線的多路復用 。同樣,共陽極 LED 顯示器的工作原理也一樣。共陰極 LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起,通常此共陰極接地。 數字顯示部分 通常的 LED 顯示有 7 段或 8 段和“米”字段之分。 與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜 , 而且系統(tǒng)得以簡化 , 系統(tǒng)擴充維護十分方便。理由: DS18B20 傳感器精度高、互換性好 。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單 ,可靠性更高,成本更低。 方案 3:采用數字溫度傳感器 DS18B20,與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比 , 他能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的 編程實現 9~ 12 位的數字值讀數方式。由于采用了一種獨特的電路結構,并利用最新的薄膜電阻激光微調技術校準,使得 AD590 具有很高的精度。這種器件以電流作為輸出量指示溫度,其典型的電流溫度靈敏度是1uA/K。 方案 2:采用集成溫度傳感器,如常用的 AD590 和 LM35??蓾M足 40℃ ~90℃測量范圍。負溫度系數熱敏阻電通常是、鈷的氧化物燒制成半導體由陶錳瓷制成。 溫度傳感器選擇 溫度傳感器依據自身材料的特點可以將溫度信號轉變?yōu)殡娦盘枺?目前我們常見的溫度傳感器主要有熱電偶、熱敏電阻、電阻式溫度探測器 (RTD)和集成溫度傳感器。河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 4 第 2章 系統(tǒng)硬件設計方案 167。 ④ 支持大量的存儲器和外圍芯片。 ② 具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調試器、 SPI 調 試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 基于 proteus和 keil 的聯合調試仿真測試平臺,對所設計的軟、硬件進行調試和仿真。 89 C 51 溫度傳感器 按鍵控制 顯示 驅動電路 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 3 167。 圖 11 總體方案 選用 89C51 單片機為中央處理器, 通過按鍵增大或者減小設定 溫度值。 系統(tǒng)方案總圖 總體設計應該全面考慮系統(tǒng)的總體目標,進行硬件初步選型,然后確定一個系統(tǒng)的草 案,同時考慮軟硬件實現的可行性。由DS18B20 數字溫度傳感器采集溫度數據,并可直接與單片機進行數字傳輸;配有按鍵,用于提高 /降低設定溫度值; PID 控制用于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度;控制電路部分采用 PWM 控制 固態(tài)繼電器 的通斷以實行對溫度的連續(xù)控制 ;配有數碼管 LED 用來顯示測量和設定溫度。河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 2 第 1章 總體方案設計 167。在計算差值方面本系統(tǒng)采用了位置式 PID 控制技術,可以使溫度更精確地保持在設定的溫度上。這些控制技術大大 的 提高了控制精度,不但使控制變得簡便,而且使產品的質量更好,降低了產品的成本,提高了生產效率 ,因而廣泛的應用于工農業(yè)生產、交通運輸、國防建設和空問技術等各個領域。 采用單片機來對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點,而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標。 溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數。 LED 顯示程序流程圖 ..................................................................................... 24 河南科技大學本科畢業(yè)設計(論文) IV 第 5 章 調試與系統(tǒng)仿真 .................................. 25 結 論 .................................................. 27 參考文獻 ...............................
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