【正文】 于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 13 頁 共 44 頁 發(fā)光二極管。在實際應(yīng)用中使用較為普遍的是以軟件來代替硬件譯碼，這樣只需要一個接口芯片就可以實現(xiàn)多位 LED顯示器顯示。 二．實際電路 （一） 、 電路的制作 （ 1） 電路的設(shè)計 由于是對溫度的控制，及想讓溫度始終保持在我們所設(shè)定的范圍內(nèi)我們就要先設(shè)定我們期望的溫度范圍值，這是通過向單片機輸入指令來實現(xiàn)的，但是我們所設(shè)定的值都是數(shù)字量，而實際的溫度是模擬量，這樣是沒有辦法讓它們進行比較的。這樣就還需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，從而引 人了 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由于溫度傳感器的輸出信號 Ui 與設(shè)定值的差值較小，所以通過運算放大器 MC1741 或 LM741 或 UA741 放大，將溫度的變化量 轉(zhuǎn)換成 0 ~ 10V的電壓變化量，再加到 A/D變換器 ADC0804 的輸入端轉(zhuǎn)變成數(shù)信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 14 頁 共 44 頁 字信號傳入單片機。第三個按鍵用來控制下限溫度。然后確定是要改變上限還是下限的溫度，在選擇不同的鍵來實現(xiàn)，每按一下溫度增加或降低10℃，直到達(dá)到要求為止設(shè)定完畢。自檢的內(nèi)容有： CPU、鍵盤、顯示、。其流程圖如圖 2 所示： （ 3）理論算法 1． PID 控制算法 比例 +積分 +微分調(diào)節(jié)（ Propor tional+Integral+Deviative 即 PID）是工業(yè)控制中常用的調(diào)節(jié)方法，無論是速度、位置等快過程，還是溫度、化工合成等慢過程，都能得到滿意圖 2 開 始 CPU檢測 鍵盤檢測 顯示檢測 電源檢測 開關(guān)信號檢測 輸出信號檢測 指示燈亮 結(jié) 束 信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 15 頁 共 44 頁 的控制效果。比例、積分、微分三者結(jié) 合起來可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。 PID調(diào)節(jié)之所以在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用，是因其具有三方面的特點： （ 1）系統(tǒng)設(shè)計簡單，可根據(jù)不同的要求組成比例、積分、微分控制系統(tǒng)，具有較強的適應(yīng)性和靈活性。 （ 3）程序設(shè)計簡單，沒有繁瑣的數(shù)字運算，工程上易于實現(xiàn)。 連續(xù)系統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器的微分方程可表示為： dt tdeTdtteTteKtu dtip )()(1)([)( 0 ??? ? (4— 1) 其中： u(t)： PID 調(diào)節(jié)器的輸出量； Kp：比例系數(shù)； Ti：積分時間常數(shù)； Td：微分時間常數(shù)； e(t)：誤差。 如果選擇采樣周期為 Ts，初始時刻為零，將式 4— 1 離散化為： ?????? ????? ??nj SdiSp neneTTjeTTneKnu0 )]1()([)()()( 改寫成： )()()()( 0 neKjeKneKnu dnjiP ???? ?? （ 4— 2） 其中，△ e(n) =e(n)— e(n— 1) e(n)：第 n 次采樣時的偏差值 Kp：比例系數(shù) Ki：積分系數(shù) Ki=Kp*Ts/Ti Kd：微分系數(shù) Kp(1+1 TiS+TDS) R(S) E(S) (LS) V(S) + — 圖 4— 1 PID調(diào)節(jié)器方框圖 信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 16 頁 共 44 頁 Kd=Kp*Td/Ts 當(dāng)用可編程控制器實現(xiàn)上述算法時，由于它的周期掃描機制的限制，每個掃描周期的時間不盡相同，并且在每個周期內(nèi)各回路的處理時間也不盡相同，因而影響到采樣時間間隔 Ts(n)或多或少地不同。 2。 在實際中用采樣定理很難確定合適的采樣周期，若已知控制系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線，根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲 線可求得系統(tǒng)的時間常數(shù) T 和系統(tǒng)的死區(qū)時間ｒ；當(dāng) T/ｒ=~10時，可用經(jīng)驗公式（ 4— 4）求得系統(tǒng)的最大采樣周期： Tsmax= （ 4— 4） 考慮到可編程控制器周期掃描機制的影響，保證采樣效率，由可編程控制器實現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器的采樣周期，一般取為： Tsmax= (4— 5) （ 2）參數(shù) Kp、 Ki、 Kd的確定 比例系數(shù) Kp 可以通過系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線求得。應(yīng)該指出的是無論采用何種方法獲得的參數(shù)植，都只是調(diào)試時的參考值，都要在實踐中不 斷的檢驗并加以修正，方能找出最佳值。參數(shù)的精整 參數(shù)的精整又稱精調(diào)即指控制系統(tǒng)在參數(shù)的參考值下運行，根據(jù)實際控制狀況對系統(tǒng)進行判斷，修改參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀況。參數(shù)精整的方法也很多，我采用擾動曲線法。系統(tǒng)的擾動響應(yīng)曲線如圖 圖中 A1 是被控量出現(xiàn)的第一個峰值， A2是 第二個峰值。 在溫度控制系統(tǒng)中采用 PID調(diào)節(jié)時，往往加入積分分離算法，以減小系統(tǒng)的超調(diào)和震蕩。積分分離控制算法為： ＞ A 取消積分作用 ≤ A 投入積分作用 e（ n） （ 4— 11） （ 4）電路的制作 使用 Protel 99按事先設(shè)計好的硬件電路畫電路圖并制作其 PCB板，但為了節(jié)約成本，Kp = (— 2)1 R*τ ； Ki = τ ； Kd = *τ （ 4— 9） A1 A2 = 4 （ 4— 10） 信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 18 頁 共 44 頁 本設(shè)計中使用萬能板制作其硬件電路。具體步驟如下： 1 選擇元件。如在選擇電容時，同一功率、容量的電容常用的有瓷片式、滌綸式等等，但由于瓷片式電容誤差太大，且不穩(wěn)定，所以我選用滌綸式的電容。在對 LM741 調(diào)零時，對電位器的靈敏度要求非常高，普通的電位器是不能滿足要求的，需要采用可多圈調(diào)節(jié)的電位器。 在固定元件時，由于使用的是萬能板，在插元件時要注意管腳之間不能短接。元件固定好之后就可以焊接了，焊接時要注意不能虛焊，注意美觀。在調(diào)試時可以按模塊分別調(diào)試。將圖 3— 4 中的 A， B 端短接，也即使運算放大器的輸入為零，然后調(diào)節(jié)電位器 R0，使輸出端 UOUT = 0V 即可。方法：將熱電阻置于 50℃的水中，理論上要求放大線路的輸出電壓 UOUT = 0V 若不滿足，則可調(diào)節(jié) RL電位器。 2．元件明細(xì)表見附錄 2； PCB 板電路見附錄 1。 ■ 第一步先調(diào) AD590 的可變電阻器 VR1，如以 0℃為參考值則應(yīng)使其電壓輸出為。 ■ 各溫度與 3個 OPA及 ADC0804DE 輸入與輸出關(guān)系如下表 溫度值 OPA1 OPA2 OPA3 ADC VIN AD 輸出值 0℃ 0V 0V 0V 00H 10℃ 19H 20℃ 1V 1V 32H 30℃ 4BH 40℃ 2V 2V 64H 50℃ 7DH 60℃ 3V 3V 96H 70℃ AFH 80℃ 4V 4V C8H 90℃ E1H 100℃ 5V 5V FAH （二）、控制部分 AD590采集到的溫度模擬量 經(jīng)放大后，輸入到 ADC0804的 VIN端則轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后由DB0― DB7輸出八位數(shù)字量，此數(shù)字信號送入 AT89C51的 P0 口，單片機 89C51得到傳來的信號量與其設(shè)定的溫度值相比較，如果此溫度值高于設(shè)定值的上限 ,則高溫報警指示燈亮，同時單片機經(jīng) P0 口輸出上限值給 DAC0832， DAC0832 經(jīng)過數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過運算放大器LM741輸出電平信號來控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度逐步降低下來。當(dāng)溫度值在給定的溫度值范圍之內(nèi)則輸出不便，及晶閘管的導(dǎo)通角不發(fā)生變化。為了更直觀的顯示溫度，我制作了兩位的 LED顯示，正常情況下讓它顯示當(dāng)前的電爐溫度，當(dāng)要改變設(shè)定溫度上下限值時讓它顯示改變的溫度值。但在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進行更多點的擴展和對多點分別進行控制?？傊?，本次畢業(yè)設(shè)計順利完成，基本達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計的要求。 總結(jié)一個 學(xué)期的論文工作，得到以下結(jié)論 : ，提出了一套應(yīng)用數(shù)字式溫度傳感器 DS81B20組建溫度測控網(wǎng)絡(luò)新型方案，該方案的突出特點是系統(tǒng)的數(shù)字化、快速化及其經(jīng)濟實用性。 ，以 MAX232芯片作為 TTL電平與 232電平的轉(zhuǎn)換單元，實現(xiàn)單片機和 PC的 RS232通信硬件線路，并設(shè)計了一套可行的通信協(xié)議和通信軟件。 由于時間和精力的限制，對后續(xù)的研究還應(yīng)在以下方面逐步完善 : 。 。當(dāng)某一個傳感器出現(xiàn)故障時，雖然系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)該測溫點故障，但是更換傳感器時涉及到其序列號的修改和應(yīng)用程序的修改，這些還需要在今后應(yīng)用時加以完善。 總 之 ，本論文在新型數(shù)字溫度測控系統(tǒng)方面做了一定的研究工作。 信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 21 頁 共 44 頁 五．致謝詞 本次畢業(yè)設(shè)計，是在陳東淼老師的指導(dǎo)下進行的畢業(yè)設(shè)計，在此特表示感謝。尤其在參考資料查閱方面給予我提供了很多的參考資料和幫助，使我能夠很快的了解和掌握設(shè)計內(nèi)容，而不至于在沒有必要的方面浪費時間和精力，而是全力投入到畢業(yè)設(shè)計中 來，在畢業(yè)設(shè)計的中期，陳東淼老師常常指導(dǎo)我做實驗，使我很快解決了設(shè)計過程中碰上的許多困難。同時在設(shè)計的過程中還得到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷，為我們的設(shè)計提供了開放式的教室和設(shè)備等諸多便利條件。片選 0804 movx r0,a wait:jb ,adc call disp jmp wait adc: movx a,r0 mov 40h,a。顯示 clr setb 。DA轉(zhuǎn)換 call bj jp: jb ,jp1。確定溫度的減 eee: jmp main jp1:jnb ,jia1 jia2:jnb ,jia21 pp:jmp ddd jia21:call delay1 信息工程學(xué)院 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁 共 44 頁 mov a,51h mov b,19h add a,b mov 51h,a jmp pp jia1: call delay1 mov a,50h mov b,19h add a,b mov 50h,a jmp jia2 jp2: jnb ,jia3 jia4:jnb ,jia31 pp1: jmp eee jia31: call delay1 mov a,51h mov b,19h add a,b mov 51h,a jmp pp1 jia3: call delay1 mov a,50h mov b,19h add a,b mov 50h,a jmp jia4 bj: mov a,40h subb a,4bh。十進制轉(zhuǎn)換 mov r5,00h mov r4,00h mov r3,00h next: rlc a mov r2,a mov a,r5, addc a,r5 da a mov r5,a mov a,r4 addc a,r4 mov r4,a mov a,r2 djnz r3,next mov r7,02 l2: mov a,r5 add a,r5 da a mov r5,a mov a,r4 addc a,r4 da a mov r4,a djnz r7,l2 disp: mov