【正文】 知識水平。當(dāng)完成電路圖的設(shè)計后，如果有條件的話可以用某些仿真軟件進(jìn)行仿真，避免在后續(xù)進(jìn)行硬件焊接出現(xiàn)錯誤后難以改正。 其次 , 要設(shè)計某一個東西，首先要明白它是干什么的，勾畫出自己的設(shè)計思路。 R13一般取 2K左右。 控制晶閘管導(dǎo)通模塊 圖 ， MOC3022是光隔器件，單片機(jī)的 P2^0端口和 MOC3022的 2腳相連接。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下： 圖 溫度控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)系框圖 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計將該電路分為四個模塊：溫度信號采集與轉(zhuǎn)換模塊（傳感器 DS18B20）、主機(jī)控制模塊（單片機(jī) STC89C52）、溫度控制模塊（雙向晶閘管 BTA06）、液晶顯示模塊（ LM1602液晶）?？刂瞥绦蚰軌蛲瓿珊銣毓δ?，并且獲得較好的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差、響應(yīng)速度等量。能夠?qū)崿F(xiàn)在 0℃ — ℃設(shè)定任一溫度保持恒定。 將上述三種方案進(jìn)行比較，由于本設(shè)計 要求無靜差， 被控對象 慣性較大，為了加快調(diào)節(jié)速度 ， 采用 方案三即 PID算法 作為控制算法。 方案二 PI控制是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分作用，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(guān)系，采用比例積分控制方式，只要有足夠長的響應(yīng)時間，理論上可以做到穩(wěn)態(tài)無靜差。當(dāng)僅 有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 單片機(jī)控制方式 方案一 P控制是一種最簡單的控制方式。市場上雙向晶閘管的種類很多， 如 雙向晶閘管 BTA06，每片僅 ，可以使設(shè)計成本大大降低，配備以驅(qū)動電路后，總體設(shè)計成本也不超過 9元；另外，采用雙向晶閘管 BTA06的硬件設(shè)計也較為簡單。然而，其價格較高，電壓 AC220V、最大電流 5A的固態(tài)繼電器在 25元左右， 采用 固態(tài)繼電器會使得設(shè)計成本大大增加 。固態(tài)繼電器有三部分組成 :輸入電路，隔離 (耦合 )和輸出電路。 將上述兩種方案比較，方案一 中 LED數(shù)碼管雖然價格便宜， 但需設(shè)計驅(qū)動電路，而且 本設(shè)計需要顯示較多系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，故又增加編碼復(fù)雜度，同 時對單片機(jī)性能要求提高，性價比低，方案二 LM1602液晶顯示有電路設(shè)計簡單， 編碼復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，故采用方案二。 LM1602液晶的市場價格在 15元左右，可以與單片機(jī)直接連接，不需要增加額外的驅(qū)動電路，它可以顯示所有的 ASCII字符。目前，市場上有大量的七段式 LED數(shù)碼管，價格也較為便宜，單個的數(shù)碼管僅 ， 4位的數(shù)碼僅 ；不過采用數(shù)碼管作為顯示時，需要增加驅(qū)動電路，驅(qū)動電路的成本在8元左右，另外，數(shù)碼管只能顯示一些簡單字符以及數(shù)字，而在本設(shè)計 中，需要顯示 較多 信息，比如：實時溫度、 PID參數(shù)、設(shè)定溫度等，采用數(shù)碼管會大大增加程序的復(fù)雜度，并且還會對單片機(jī)的功能提出更高要求，其性價比較低。 將上述兩種方案 比較 ，方案一 雖然性能上優(yōu)于方案二，但其設(shè)計成本較高，而且本系統(tǒng)不需要太快的運(yùn)行速度，故采用方案二。在晶振頻率為 12MHz的情況下，單指令僅需 1us，完全能滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。 方案二 采用普通單片機(jī) STC89C52。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz， 在相同晶振頻率的情況下，速度比普通快 8～12倍。 主機(jī)控制模塊 采用快速單片機(jī)，比如 STC12C5A32S ATmega1 W77E58等。 DS18B20為數(shù)字式溫度傳感器，直接將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 可編程的分辨率為 9～ 12位 ,采用 獨(dú)特的 單總線 接口，只需要一條 總 線 就可以實現(xiàn)與單片機(jī)通信 ，簡化了硬件電路設(shè)計，降低了設(shè)計成本。然而， 這種設(shè)計需要用到 A/D轉(zhuǎn)換電路， 且溫度傳感器的接線較為麻煩，制作成本較高。 2 方案設(shè)計及其論證 溫度信號的采集及 AD轉(zhuǎn)換 采用模擬類溫度傳感器，比如 LM4 AD590、鉑電阻等。在該控制系統(tǒng)中，控制算法不但結(jié)合經(jīng)典 的 PID控制算法的優(yōu)勢；還增加了死區(qū)控制，平均濾波、限幅消抖、抗積分飽和等措施抑制非正常情況的發(fā)生；此外，控制算法還采用了二維 PID算法的優(yōu)點(diǎn)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。 一般的溫度控制系統(tǒng)其主要構(gòu)成部分有以下幾部分：被控對象、溫度信號采集與轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、執(zhí)行模塊、主機(jī)控制模塊、按鍵等。系統(tǒng)可實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差小于 1℃，最大超調(diào)小于 1℃，并且調(diào)節(jié)時間較短，恒定效果好。 基于 PID的簡單水溫控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 ： 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中 ， 對溫度的檢測與控制始終有著非常重要的實際意義和廣泛的實際應(yīng)用。為了加深計算機(jī)控制理論的理解， 故設(shè)計 一個溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由 溫度信號采集與轉(zhuǎn)換模塊（傳感器 DS18B20）、主機(jī)控制模塊（單片機(jī) STC89C52）、溫度控制模塊（雙向晶閘管 BTA06）、液晶顯示模塊（液晶 LM1602）等四 部分組成，控制算法為 PID算法。 關(guān)鍵詞： 傳感器 DS18B20，單片機(jī) STC89C52， PID算法 ， 液晶 LM1602， 雙向晶閘管 BTA06 1 選題背景 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活當(dāng)中，對溫度的檢測、實現(xiàn)自動恒溫控制有著非常重要實際意義和廣泛的應(yīng)用，例如大型火力發(fā)電站鍋爐的溫度控制、石油煉油廠油溫的控制等。關(guān)系如圖 ： 圖 溫度檢測裝備的組成結(jié)構(gòu) 在此，我選擇了溫度測量及其恒溫控制作為計算機(jī)控制課程設(shè)計課題。經(jīng)過實際測試，采取的措施能夠很好地抑制非正常情況的發(fā)生，系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量都取得了較為滿意的結(jié)果。增加適當(dāng)?shù)姆糯箅娐泛?AD轉(zhuǎn)換電路以后，就可以將溫度信號送入單片機(jī)。 方案二 采用數(shù)字類溫度傳感器 ， 比如 DS18B20。 將上述兩種方案比較，方案二硬件電路設(shè)計得到簡化并且設(shè)計成本降低，故采用方案二。以 ATmega16為例， ATmega16單片機(jī) 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS微控制器。從性能上來說，該單片機(jī)是一款功能非常強(qiáng)大的單片機(jī)，然而其價格較高（ 15元 /片），采用該單片機(jī)會使設(shè)計成本增加 。 STC89C52單片機(jī)片內(nèi)有 8KB的 EPROM和 256B的 RAM，程序通過串口下載，十分方便 。另外，該單片機(jī)價格便宜，僅 /片 。 顯示模塊 采用 7段式數(shù)碼管。 方案二 采用 LM1602液晶顯示。另外可以同時顯示 32個字符，電路設(shè)計簡單、軟件復(fù)雜度低 、性價比高 。 溫度控制模塊 方案一 采用固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器可以與邏輯電路兼容，耐振耐機(jī)械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點(diǎn)。 方案二 采用雙向晶閘管。 將上述兩種方案比較，方案一中固態(tài)繼電器雖然性能優(yōu)于方案二中的雙向晶 閘管 ， 但考慮固態(tài)繼電器成本遠(yuǎn)高于雙向晶閘管，故采用方案二。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。同時，由于水的溫度調(diào)節(jié)，可以等效于“純滯后＋一階慣性”，理論可推導(dǎo)其易產(chǎn)生振蕩。 方案三 PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的，也就是在比例積分控制方式下，加入微分控制，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(guān)系。 3 系統(tǒng)概要設(shè)計 該系