【正文】 ()1(2)([/)()]1()([ ????????? kekekeTKkTeKkekeK dip （ ） 圖 4 模擬 PID 控制 控制方式 該控制系統(tǒng)是把輸出量檢測出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定量進(jìn)行比較，并利用控制器形成的控制信號(hào)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu) SSR 對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制 的 ，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，減小輸出量的誤差，達(dá)到控制目的。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)框圖及說明 本系統(tǒng)是一個(gè)簡單的單回路控制系統(tǒng)，總體框圖如圖 2 所示。 鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定， 共三個(gè)按鍵 。 數(shù)據(jù)顯示：采用 了共陰極數(shù)碼管 LED 進(jìn)行顯示 設(shè)置溫度與測量溫度。 外部電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路 采用溫度傳感器鉑電阻 Pt1000,對(duì)于溫度的精密測量而言 ,溫度測量部分是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。這里采用的是精密級(jí)鉑電阻溫度傳感器 Pt1000，它的金屬鉑含量達(dá) 99. 9999%，因?yàn)殂K電阻的物理和化學(xué)性能在高溫和氧化介質(zhì)中很穩(wěn)定、價(jià)格又便宜，常用作工業(yè)測量元件，以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器線性好，溫度系數(shù)分散性小，在 0～ 100 攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于 攝氏度，性能穩(wěn)定，廣泛用于精密溫度測量和標(biāo)定。 溫度控制電路 此部分通過控制繼電器的通斷從而控制加熱棒，采用對(duì)加在加熱棒兩端的電壓進(jìn)行通 5 斷的方法進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)溫度控制的目的，即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。 圖 5 加熱棒控制電路 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框圖 圖 6 系統(tǒng)框圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0804 是 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。 5V。 ADC0804 的引腳圖和時(shí)序圖分別如圖 7,圖 8所示。當(dāng)微處理器通過總線查詢到 INTR 為低電平時(shí)，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生 CS、 RD2 低電平信號(hào)到 ADC0804 相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)器中。 圖 9 AD0804 連接圖 鍵盤設(shè)置電路 單片機(jī)上的 口 接 S1， 口 接 S2， 口 接 S3。 系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按 S1 次數(shù) ， 十位的數(shù)碼管順序增加。 鍵盤設(shè)置電路如圖 10 所示。 圖 11 為 AT89C51 最小系統(tǒng)以及一個(gè)四位共陰數(shù)碼 管，DIG0、 DIG DIG DIG3 分別與單片機(jī)的 P2 P2 P2 P24 相連，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端。 SegASegDp 口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，利用其串 /并轉(zhuǎn)換功能，送入數(shù)碼管顯示。 7 圖 11 數(shù)碼管顯示電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序框架結(jié)構(gòu) 一個(gè)整體的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是由各個(gè)在系統(tǒng)里起著不同作 用的模塊整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所要實(shí)現(xiàn)的功能。結(jié)構(gòu)框架圖如圖 12 所示。 8 程序流程圖及部分程序 主程序模塊 由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)所用功能，主程序流程圖 如圖 13 所示 。然后對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，對(duì)按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。 圖 13 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化包括 A/D 口初始化、按鍵初始化等。 按鍵程序 按鍵掃描：由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈起按鍵時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈跳抖動(dòng)過程，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，因此為了保證探險(xiǎn)鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)。 9 A/D 采樣數(shù)據(jù)處理 當(dāng)采樣到溫度數(shù)據(jù)時(shí)，為了防止在采樣過程中外界干擾而造成采樣數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，必須調(diào)用溫度均值處理程序，然后確定溫度系數(shù)使采樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值，并進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，用于顯示和 PID 計(jì)算。 圖 14 鍵值處理 圖 15 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 PID 計(jì)算 由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，系統(tǒng)中 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可通過數(shù)值公式近似計(jì)算。 繼電器控制 繼電器是和 AT89C51 單片機(jī)的 P25口相連的，它的開斷完全取決于 P25 口的輸出，即PID 計(jì)算的結(jié)果。如果輸出值大于設(shè)定值 5攝氏度時(shí)就可以開電爐對(duì)水開始加熱。 圖 16 數(shù)據(jù)采樣中斷服務(wù)程序的流程圖，此中斷程序采用的是 2Hz 中斷定時(shí) 秒鐘采樣一次。它利用中斷定時(shí)器 10ms 確定加熱時(shí)間 ，當(dāng)加熱時(shí)間未到時(shí)，繼續(xù)時(shí)間累積，若加熱時(shí)間到時(shí)，就調(diào)用關(guān)定時(shí)器子程序，停止計(jì)時(shí)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 18所示。 11 圖 18 單片機(jī)最小系統(tǒng) 系統(tǒng)安裝調(diào)試與測試 測觸點(diǎn)電阻 用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為 0；而常開觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無窮大。經(jīng)測試本系統(tǒng)使用的繼電器為常開式。 測量吸合電壓 和吸合電流 找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的 10~50％，如果釋放電壓太?。ㄐ∮?1/10 的吸合電壓），則不能正常使用了，這樣會(huì)對(duì) 電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。然后進(jìn)行軟件編程，通過數(shù) 據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程中，遇到不少問題，主要是經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)過不停的摸索，問題基本上得到了解決。 此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要難題為控制系統(tǒng)輸出控制和 PID 控件，系統(tǒng) PID 輸出為模擬信號(hào)而該系統(tǒng)的控制對(duì)象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會(huì)因頻繁開關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。 PID 控件的難題在于參數(shù)整定 ,對(duì)于本系統(tǒng)來說參數(shù)整定只能使用經(jīng)驗(yàn)湊試，而且調(diào)試的時(shí)候一定要耐心。 13 附錄 部分程序代碼： include include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit S1 = P2^5。 sbit S3 = P2^7。 if(!S1) s = 1。 if(!S3) s = 3。 if(s) { while(s) { delay(1000)。 if(!S1) s = 1。 if(!S3) s = 3。 } //以下是 A/D轉(zhuǎn)換程序 //======================================================= void System_Initial (void) { CS = 1。 RD = 1。 nop()。 Delay(100)。 nop()。 while(!INTR)。 CS = 0。 RD1 = 0。 dat = P2。 nop()。 ch = dat。 if(G_ADC_flag) //判斷是否有溫度采樣 1，有 0，無 { G_ADC_flag = 0。 adc_data /= SET_ADC_TIME。 //確定溫度系數(shù) else K = 。 //換算成溫度值 //將溫度值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制用于 LED 顯示 guiLED_Value[0] = (int)fT/10。 guiLED_Value[2] = (int)(fT*10)%10。 // 設(shè)置 PID 比例值 = 。 // 設(shè)置 PID微分值 Out = 100*PIDCalc ( amp。 // PID 計(jì)算 } } //=========================================================== //函數(shù)： int adc_data_cmp() //語法： int adc_data_cmp() //描述： ADC采樣數(shù)據(jù)的均值處理，抗干擾作用 //參數(shù)： 無 //返回： 無 //=========================================================== 15 int adc_data_cmp() { int max。 int Sum。 max = ADC_DataSave[0]。i10。 //取出最大值 } min = ADC_DataSave[i]。i10。 //取出最小值 } for(i=0。i++) Sum += ADC_DataSave[i]。 //排除最大最小值 return(Sum)。 = 0。 } //=========================================================== //函數(shù) :float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) //語法： float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) //描述： PID 計(jì)算 //參數(shù)： PID 數(shù)值 采樣溫度值 //返回： PID輸出值 //=========================================================== float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) { int dError, 16 Error。 // 偏差 ppSumError += Error。 // 當(dāng)前微分 ppPrevError = ppLastError。 return (ppProportion * Error // 比例項(xiàng) + ppIntegral * ppSumError // 積分項(xiàng) + ppDerivative * dError // 微分項(xiàng) )。 //溫度高于設(shè)定值，關(guān)閉電爐 turn_off_timerB()。 //開電爐加熱 else { turn_on_relay（） 。 status = temperature_set。 PID_Initial()。 //鍵盤掃描、去抖動(dòng)處理、取鍵值 key_value_process(KeyValue)。 //測量溫度顯示、 PID 計(jì)算 if(Out=0) turn_off_timer()。為了切實(shí)做好我 校 的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作，規(guī)范畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的管理，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的質(zhì)量，特制定本規(guī)定。 二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的 基本要求 （一）按照各專業(yè)“ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 教學(xué)大綱”的要求進(jìn)行； （二）要具有學(xué)術(shù)性，要對(duì)自然科學(xué)或社會(huì)科學(xué)內(nèi)某一領(lǐng)域進(jìn)行專門、系統(tǒng)的研究，并表達(dá)其研究成果； （三）要具有創(chuàng)見性，要對(duì)學(xué)術(shù)或工程的某個(gè) 問題有新的發(fā)現(xiàn)、新的構(gòu)想或新的發(fā)展和完善； （四）要具有科學(xué)性，要求論述系統(tǒng)而完整，首尾一貫而不前后矛盾，實(shí)事求是而不主觀臆造； （五）要具應(yīng)用性，要能解決生產(chǎn)實(shí)際問題，在技術(shù)改造、生產(chǎn)管理等通過方面有所創(chuàng)造； （六）應(yīng)做到觀點(diǎn)正確、論據(jù)充分、推理嚴(yán)密、計(jì)算準(zhǔn)確，層次分明、條理清楚、語言精煉，有必要的圖表和相關(guān)資料等； （七）應(yīng)參閱一定數(shù)量的外文資料，并要求在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中反映出來。 四 、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的時(shí)間安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作 時(shí)間為 8~12 周， 時(shí)間安排 應(yīng)按 ** 21 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作流程執(zhí)行，集中用于畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的時(shí)間不得少于專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃規(guī)定的周數(shù)。 （一） 教務(wù)處畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）管理工作職責(zé) ： 匯總各 院（部） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目和指導(dǎo)教師安