【正文】 送入AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，再通過(guò)PID控制算法控制繼電器的通斷，從而控制加熱器的工作，使得水溫維持在設(shè)定的溫度。圖35串口通信接口電路圖 外部電路啟動(dòng)、復(fù)位電路用于系統(tǒng)的開始和重置。盡管自1940年以來(lái)，許多先進(jìn)的控制方法不斷推出，但由于PID控制方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定，P、I、D控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時(shí)期較長(zhǎng)，控制工程師們已經(jīng)積累了大量的PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有90%以上的工業(yè)控制器采用PID控制器。[14] PID控制理論P(yáng)ID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值廠r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差e(t)： （）將偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Derivative）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，因此稱為PID控制。圖 41 PID 控制系統(tǒng)原理圖其控制規(guī)律為： （）或者寫成傳遞函數(shù)的形式為： （）式中 ：比例系數(shù)：積分時(shí)間常數(shù)：微分時(shí)間常數(shù)PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：(1) 比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；(2) 積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。[14] PID控制算法由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制系統(tǒng)，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量?，F(xiàn)令為采樣周期，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)間，以累加求和近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，做如下的近似變換： （） （） （）其中，為采樣周期，為系統(tǒng)第次采樣時(shí)刻的偏差值，e()為系統(tǒng)第()次采樣時(shí)刻的偏差值，為采樣序號(hào)，=0，1，2，…。通常把(47)式稱為PID的位置式控制算法?？梢钥闯觯看屋敵雠c過(guò)去的所有狀態(tài)都有關(guān)，要想計(jì)算，不僅涉及和，且須將歷次相加，計(jì)算復(fù)雜，浪費(fèi)內(nèi)存。為此，對(duì)（）式作如下的變動(dòng)：考慮到第次采樣時(shí)有 （）使（）式兩邊對(duì)應(yīng)減去（）式，得 整理后得 （）其中，（）式就是PID位置式得遞推形式。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制中，、都可以事先求出，所以，實(shí)際控制時(shí)只須獲得、三個(gè)有限的偏差值就可以求出控制增量。增量式PID控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點(diǎn)： (1) 位置式算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。[16] 圖 42 增量式PID控制算法程序流程圖鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)的控制算法即采用增量式的PID控制算法。附錄中給出了本系統(tǒng)的PID控制算法源程序。 軟件流程圖 主程序流程圖系統(tǒng)的主程序流程圖如圖 51 所示，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，主程序啟動(dòng)，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。[17]開始初始化DS18B20應(yīng)答脈沖發(fā)起Skip Rom命令發(fā)起Convert T命令延時(shí)1秒等待溫度轉(zhuǎn)換完成應(yīng)答脈沖發(fā)起Read Scratchpad命令讀取YYNN圖52 DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)值讀取流程圖 顯示流程圖圖54為系統(tǒng)的顯示流程圖。以到達(dá)為本系統(tǒng)提供對(duì)溫度的顯示和監(jiān)控的目的。本文簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，并按照有關(guān)要求完成了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中以溫度傳感器、PID控制、主體電路原理圖為核心內(nèi)容。溫控電路原理圖的設(shè)計(jì)使我受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)（數(shù)字模擬電路，C語(yǔ)言，自動(dòng)控制原理等），解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，這是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。和老師的溝通交流更使我對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。參考文獻(xiàn)[1] 金發(fā)慶等編．傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002．[2] 邵惠鶴．工業(yè)過(guò)程控制[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社，1997，5862，78101．[3] 曹巧媛主編．單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002．[4] Katsuhiko Ogata．Moden Control Engineering．Publishing house of electronics industry，2000，196202．[5] 何立民．單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000，314．[6] 趙娜，趙剛，于珍珠等．基于51 單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2007，12：146148．[7] 余錫存主編．單片機(jī)原理與接口技術(shù)．西安電子科技大學(xué)出版社，2001，7．[8] 秦實(shí)宏等．單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005，2748．[9] 李朝青．單片機(jī)amp。非常感謝楊道業(yè)老師，楊老師在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過(guò)程中給了我悉心的指導(dǎo)，同時(shí)也感謝蔡猛芝同學(xué)在軟件上對(duì)我的指導(dǎo)。鑒于本人的水平有限，畢業(yè)設(shè)計(jì)中不免有些錯(cuò)誤和考慮不周全的地方，希望老師們能夠加以糾錯(cuò)和指導(dǎo)。 //定義18B20單總線引腳void ds_reset_1(void)。 //聲明18B20寫入函數(shù)void time_delay(unsigned char time)。 //聲明18B20讀入溫度函數(shù)void delay(unsigned int x)。 //聲明18B20讀ROM函數(shù)int get_temp_d(void)。 //聲明18B20初始化函數(shù)void ds_getT(void)。/****************以下定義各種變量********************/unsigned char ResultSignal。unsigned char ROM[8]。 unsigned char idata TMP_d。 unsigned char rd_ds18_1()。 //溫度的整數(shù)部分和小數(shù)部分unsigned int count。 //定義小數(shù)計(jì)算部分void main(){ ds_init()。 //使用該函數(shù)獲得溫度，整數(shù)部分存儲(chǔ)到TemH，小數(shù)部分存儲(chǔ)到count的低8位 if(TMP_dtt1) { hot()。 ds_reset_1()。 //reset wr_ds18_1(0xcc)。 wr_ds18_1(0x7f)。 wr_ds18_1(0xcc)。 wr_ds18_1(0x44)。k11000。 ds_reset_1()。 wr_ds18_1(0xbe)。 TemL=get_temp_d()。=0x00ff。=0x00ff。}/***************延時(shí)程序，單位us,大于10us*************/void time_delay(unsigned char time){ time=time10。 while(time!=0)time。 DQ1=0。 time_delay(240)。 return。 while(~DQ1)。}void read_ROM(void){ int n。 check_pre_1()。 for(n=0。n++){ROM[n]=rd_ds18_1()。 bit dat。_nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 dat = DQ1。 return dat。 for(i=1。i++) { j=tmrbit_1()。 } return dat。 unsigned char idata j。 for(j=1。j++) { testb=dat amp。 dat = dat1。 _nop_()。 DQ1=1。 } else { DQ1=0。 DQ1=1。 _nop_()。 unsigned char idata i。 ds_reset_1()。 wr_ds18_1(0xcc)。 while(BUSY1)。 check_pre_1()。 wr_ds18_1(0xbe)。 b=rd_ds18_1()。 /*若b為1則為負(fù)溫 */ i=(i4)。 TMP=((a4)|(b4))。0x0f)。 } } else { f=1。 b=b4。 TMP=~TMP。 } EA=1。}int get_temp_d(void){ unsigned char idata a=0,b=0。 EA=0。 //復(fù)位 check_pre_1()。 wr_ds18_1(0x44)。 ds_reset_1()。 wr_ds18_1(0xcc)。 a=rd_ds18_1()。 i=b。 if(i==0) { f=0。 a=(aamp。 TMP_d=a。 a=~a。 b=~b。 m=a。 b=b4。 m=(mamp。 TMP_d=m。 return(TMP_d)。 for(i=0。i++)。float InteR[4] [2]。/*function: unsigned char pid(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k,unsigned char l)description: this function for pid controlparameter: i:channel j:time k:set temprature l:actual tempraturereturn: adjust_timeadjust time*/void pid (unsigned char ch,float refval){ Float DiscE,Tmpr。 //e(k) If(Err[ch] [1]=Emax) InteE[ch] [1]=InteE[ch] [1]=InteE[ch] [0]+Err[ch] [1]。 DiscE=Err [ch] [1]Err[ch] [0]。 OnMs[ch] [1]=GetOnMs(FiltA*OnMs[ch] [0]+FiltB*Tmpr)。 InteE[ch] [0]=InteE[ch] [1]。}/*function: float GetOnMs(float OnTime)description: output control timeparameter: nonereturn: ftmp*/float GetOnMs(float OnTime){ float ftmp。 else if(OnTime=100) ftmp=100。 return(f