畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：0605112307專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班 級(jí)：測控06-3班指導(dǎo)教師： 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要電阻爐作為工業(yè)爐窯中的一種常用加熱設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。對(duì)電阻爐溫度控制精確與否將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。本文將pid控制算法引入到傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)中，借此提高其控制效果。設(shè)計(jì)一個(gè)控制精度高、

2、運(yùn)行穩(wěn)定的電阻爐溫度控制系統(tǒng)是很有必要的。本設(shè)計(jì)是以電阻爐為被控對(duì)象，單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種控制系統(tǒng)。其中以k型熱電偶作為溫度傳感器，stc89c52單片機(jī)為控制核心，pid運(yùn)算規(guī)律作為控制算法。文中詳細(xì)介紹了該控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及pid控制算法。在對(duì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的研究之后，本設(shè)計(jì)主要完成溫度控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、硬件原理圖的繪制、信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、固態(tài)繼電器的應(yīng)用及溫度控制電路的設(shè)計(jì)同時(shí)也完成了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，并通過軟件完成了對(duì)溫度的控制功能。關(guān)鍵詞：電阻爐；溫度控制；pid算法；單片機(jī)the design of resistor furnace temperature

3、 control system based on singlechipabstractresistance furnace was widely used in industrial production, the effect of the temperature control of resistance furnace has a direct impact on product quality and productivity.therefore, the design of a high-precision control and stable operation of the re

4、sistance furnace temperature control system has a high application value.in this design , the resistance furnace as a controlled object, singlechip as the design of a control unit.which type of thermocouple temperature sensor as k, stc89c51 microcontroller as control core and pid control algorithm f

5、or operation rule. this paper introduces the control system of the hardware circuit design, software design and the pid control algorithm.on the resistance furnace temperature control system, the design of the main completed the overall scheme of the temperature control system design, hardware circu

6、it principle diagram, the signal of circuit, the application of solid state relays and temperature control circuit design of the system，meanwhile finish the program design, through the software control to complete the function of temperature control.key words: resistance furnace; temperature control

7、; pid control;single-chip microcomputer目 錄摘 要iabstractii目 錄iii第一章 緒論11.1課題研究的背景及意義11.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢21.3智能溫度控制技術(shù)的發(fā)展21.3.1 pid控制21.3.2 模糊控制41.3.3 模糊自整定pid控制51.3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)51.3.5 專家控制系統(tǒng)6第二章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)82.1基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制82.2基于plc的電阻爐溫度控制82.3單片機(jī)與fpga綜合實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制92.4基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)10第三章 硬件電路設(shè)計(jì)123.1溫度檢測

8、電路123.1.1 溫度傳感器123.1.2 冷端溫度補(bǔ)償133.2 放大電路143.3 adc0832簡介153.3.1adc0832引腳如圖153.3.2單片機(jī)對(duì)adc0832 的控制原理163.4 stc89c52單片機(jī)183.4.1單片機(jī)簡介183.4.2管腳說明193.4.3單片機(jī)的復(fù)位電路213.4.4單片機(jī)的晶振電路223.5人機(jī)接口電路223.5.1 lcd液晶顯示223.5.2 鍵盤263.6溫度控制電路固態(tài)繼電器及應(yīng)用273.7報(bào)警電路29第四章 軟件設(shè)計(jì)304.1主程序設(shè)計(jì)304.2 子程序設(shè)計(jì)314.2.1 a/d采樣子程序314.2.2線性化314.2.3標(biāo)度變換32

9、4.2.4鍵盤子程序344.2.5顯示子程序344.2.6 pid子程序354.2.7 pwm控制子程序38第五章 系統(tǒng)調(diào)試41總結(jié)44參考文獻(xiàn)45附錄a 硬件原理圖47附錄b 源程序48致謝60 第一章 緒論1.1課題研究的背景及意義隨著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)控制越來越成受到人們關(guān)注,自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻爐溫度系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。其中微機(jī)及其應(yīng)用已經(jīng)成為高、新科學(xué)技術(shù)的重要內(nèi)容和標(biāo)志之一，它在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域正在發(fā)揮著引人注目的作用。在鋼鐵、機(jī)械、石油化工、電力、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度的測控精度要求越來越高，測溫范圍越來越廣，在很多生產(chǎn)

10、過程中，溫度的測量和控制與生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊密相連。因此各個(gè)領(lǐng)域?qū)囟瓤刂频木_度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來越高，溫度控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)。因此溫度測控技術(shù)的研究是一個(gè)重要的研究課題。在工業(yè)電阻爐控制中溫度的測控是十分重要的。溫控過程要嚴(yán)格按照事先設(shè)定的溫度曲線運(yùn)行，如果意外掉電導(dǎo)致加熱終止或控溫精度降低，都會(huì)導(dǎo)致工業(yè)加熱的失敗。因此研究以工業(yè)電阻爐為控制對(duì)象，以單片機(jī)為控制工具的溫控系統(tǒng)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在高新技術(shù)的推動(dòng)下，作為工業(yè)主要技術(shù)工具的測控儀表正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。不僅各類測控設(shè)備是數(shù)字化的，而

11、且可通過網(wǎng)絡(luò)將分散的控制裝置和各類智能儀表連接起來，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的集散監(jiān)控管理1。溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1、定值開關(guān)控制；2、pid控制；3、智能控制。定值開關(guān)控制方法的原理是若所測溫度比設(shè)定溫度低，則開啟控制開關(guān)加熱，反之則斷開控制開關(guān)。其控溫方法簡單，沒有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、超調(diào)量大、震蕩明顯。pid控制溫度的效果主要取決于p、i、d三個(gè)參數(shù)，對(duì)于控制大滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，當(dāng)電阻爐溫度超調(diào)時(shí)無法靠控制手段降溫，因而電阻爐溫度控制具有非線性、滯后性、慣性、不確定性等特點(diǎn)。目前國內(nèi)成

12、熟的電阻爐溫度控制系統(tǒng)是以pid控制器為主，pid控制對(duì)于小型實(shí)驗(yàn)用的電阻爐控制效果良好，但對(duì)于大型工業(yè)電阻爐就難以保證電阻爐控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等。智能控制是一類無需人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械而實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，隨著科學(xué)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，國外的溫度測控系統(tǒng)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。應(yīng)用廣泛的溫度智能控制方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)等能力，保證了控制系統(tǒng)的控制精度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能。1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢電阻爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，通過布置爐內(nèi)的電熱元件利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對(duì)工件或物料加

13、熱的工業(yè)爐。隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對(duì)熱處理的要求越來越高，高精度、全自控、低污染、節(jié)能型的熱處理爐已成為發(fā)展方向。20世紀(jì)70年代以來，發(fā)達(dá)國家隨著機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，以及新材料和控制技術(shù)的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的傳熱理論、高溫材料、爐體結(jié)構(gòu)及控制手段都有了徹底變化，形成了專門的工程技術(shù)，從而又促進(jìn)了整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。鑒于電阻爐爐溫特性的復(fù)雜性，其爐溫的測量和控制顯得更為重要和復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)、智能控制理論技術(shù)的飛速發(fā)展，爐溫參數(shù)的測量和控制己進(jìn)入了微機(jī)化、智能化的新時(shí)代。其主要特點(diǎn)是新型的、現(xiàn)代化的測溫技術(shù)不斷出現(xiàn)；溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理趨于數(shù)字化、微機(jī)化、智能化；智能控制理論與技

14、術(shù)日漸成為溫度控制的基本理論與技術(shù)；爐溫控制己進(jìn)入了智能化的新時(shí)代。目前，我國的電阻爐控制系統(tǒng)與國外發(fā)達(dá)國家相比還比較落后。占主導(dǎo)地位的是儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專門的儀表調(diào)試人員，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不準(zhǔn)確；控制精度依賴于實(shí)驗(yàn)者的調(diào)節(jié)，控制精度不高，一旦生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設(shè)置；操作不方便，控制數(shù)據(jù)無法保存。因而，對(duì)生產(chǎn)工藝的研究很困難，因此造成產(chǎn)品質(zhì)量低、廢品率高、工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低，這些都影響了企業(yè)的效益。1.3智能溫度控制技術(shù)的發(fā)展所謂智能控制就是指能夠模仿人的智能行為的一種控制技術(shù)，它由多學(xué)科相結(jié)合，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一門技術(shù)科學(xué)2。按智能控制

15、水平的高低可分為初級(jí)智能控制、中級(jí)智能控制、高級(jí)智能控制。按智能控制構(gòu)成的原理進(jìn)行分類，按控制算法大致可分為以下幾類5: (1)pid控制系統(tǒng)(2)仿人智能控制系統(tǒng)；(3)模糊控制系統(tǒng)；(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；(5)專家控制系統(tǒng)；(6)集成智能控制系統(tǒng)；(7)綜合智能控制系統(tǒng)。1.3.1 pid控制目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 這個(gè)理論是應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵，在做出正確的測量和比較后，為了更好的糾正系統(tǒng)而引入了pid算法

16、。 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實(shí)際中也有pi和pd控制。pid控制器由比例單元（p）、積分單元（i）和微分單元（d）組成。其

17、輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為公式（1.1）： 4 （1-1）傳遞函數(shù)為公式（1.2）： 4 （1-2）其中kp為比例系數(shù)； ti為積分時(shí)間常數(shù)；td為微分時(shí)間常數(shù) pid控制器根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例（p）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分（i）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)

18、誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（d）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或有滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往

19、是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(pd)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 pid控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工

20、程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。pid控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。由于pid用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（kp， ti和td）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。 首先，pid應(yīng)

21、用范圍廣。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對(duì)其簡化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣pid就可控制了。 其次，pid參數(shù)較易整定。也就是，pid參數(shù)kp，ti和td可以根據(jù)過程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，pid參數(shù)就可以重新整定。 再次，pid控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)。 基于pid的以上特點(diǎn)，pid運(yùn)算規(guī)律已經(jīng)是當(dāng)今工業(yè)控制中的主要控制算法。在工業(yè)生產(chǎn)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。1.3.2 模糊控制模糊控制是基于模糊邏輯描述一個(gè)過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺知識(shí)。它適用于控制不易取得精確數(shù)學(xué)模型和

22、數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對(duì)象。模糊控制不需要裝置的精確模型，僅依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)直觀判斷，非常容易應(yīng)用。對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應(yīng)的控制量，變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整輸入從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度，使之穩(wěn)定的目的。同傳統(tǒng)的pid控制比較，模糊控制響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，參數(shù)變化不敏感6。1.3.3 模糊自整定pid控制模糊自整定pid控制是在一般pid控制的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)pid參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以誤差和誤差變化作為輸入，來滿足不同時(shí)刻的誤差和誤差變化對(duì)參數(shù)自整定的要

23、求。如圖1.1所示系統(tǒng)中，反映爐溫的熱電偶輸出電勢經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后由a/d轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相應(yīng)的數(shù)字量，此數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波、線性化處理、標(biāo)度變換，通過led數(shù)碼管顯示爐溫。當(dāng)采樣周期到達(dá)，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，由比較后的誤差大小來決定控制系統(tǒng)的控制方式，再作運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，計(jì)算機(jī)通過i/o口來改變控制脈沖寬度，也即改變了可控硅在一個(gè)固定控制周期tc內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，這樣電阻爐的溫度就隨著電阻爐的平均輸入功率的變化而變化，也即達(dá)到了控溫目的。圖1.1 模糊自整定pid電阻爐溫度控制系統(tǒng)框圖用模糊自整定pid控制來提高電阻爐煅燒零件控制精度的方法，改善了系統(tǒng)的響應(yīng)，使系統(tǒng)具有比較理想的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)，

24、溫度控制精度在5以內(nèi)；當(dāng)被控過程參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)仍能保持較好的適應(yīng)能力和魯棒性；對(duì)保溫加熱工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源，提高爐子生產(chǎn)率和加熱效率都有十分重要的意義。1.3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以其高度的非線性映射，自組織，自學(xué)習(xí)和聯(lián)想記憶等功能，可對(duì)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)建模，將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略（最常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是bp網(wǎng)絡(luò)，也叫多層前饋網(wǎng)絡(luò)。bp是back propagation的所寫，是反向傳播的意思）引入到電阻爐的爐溫控制系統(tǒng)中,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)現(xiàn)pid控制器參數(shù)在線調(diào)整7。在電阻爐爐溫控制系統(tǒng)中,將溫度的影響因素如氣溫、外加電壓、被加熱物體性質(zhì)以及被加熱物體溫度等作

25、為網(wǎng)絡(luò)的輸入，將其輸出作為pid控制器的參數(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為樣本，在微機(jī)上反復(fù)迭代，隨實(shí)驗(yàn)與研究的進(jìn)行與深入，自我完善與修正，直至系統(tǒng)收斂，得到網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，達(dá)到自整定pid控制器參數(shù)的目的。利用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)pid的三個(gè)參數(shù)快速擬合，建立參數(shù)kp，ki，kd自學(xué)習(xí)的pid控制器，不需要根據(jù)模型或工程實(shí)驗(yàn)方法選取控制器參數(shù)，克服了傳統(tǒng)pid控制器操作的困難，提高了系統(tǒng)的智能化程度。1.3.5 專家控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)通過某種知識(shí)獲取手段，把人類專家的領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)技巧移植到計(jì)算機(jī)中，并且模擬人類專家的推理、決策過程，表現(xiàn)出求解復(fù)雜問題的人工智能。因而，專家系統(tǒng)是一種人工智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這些程序軟

26、件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平，以及解決專門問題的能力。專家系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)基本要素：一、知識(shí)庫存儲(chǔ)有某個(gè)專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)的按某種格式表示的專家水平的知識(shí)條目。二、推理機(jī)制按照類似專家水平的問題求解方法，調(diào)用知識(shí)庫中的條目進(jìn)行推理、判斷和決策。專家控制是將專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)同控制理論方法和技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效專家的智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，是具有獲得反饋信息并能實(shí)時(shí)在線控制的系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，其工作原理為：特征識(shí)別模塊對(duì)控制對(duì)象輸出的性能指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，通知推理機(jī)制；性能識(shí)別模塊對(duì)輸入的信息進(jìn)行識(shí)別，也傳輸給推理機(jī)制；推理機(jī)制根據(jù)所得信息計(jì)

27、算出實(shí)際性能指標(biāo)，并與期望的性能指標(biāo)相比較，作出決策，判斷是否進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；若需要，推理機(jī)制則根據(jù)采集的信息判斷響應(yīng)類型，告知知識(shí)庫，啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)整規(guī)則，計(jì)算出新的量化因子數(shù)值，使控制特性能向期望的性能逼近。其中，r為輸入，y為輸出，e為誤差，ec為誤差變化率，ke為誤差輸入量化因子，kec為誤差變化輸入量化因子，ku為控制量比例因子89?？刂葡到y(tǒng)具有下述特點(diǎn)：（1）高可靠性及長期運(yùn)行的連續(xù)性。（2）在線控制的實(shí)時(shí)性。（3）優(yōu)良的控制性能和抗干擾性。（4）使用的靈活性及維護(hù)的方便性10。圖1.2 專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖隨著智能控制的蓬勃發(fā)展，目前正在興起和研究形式有很多種，其中主要有1、分級(jí)遞階智

28、能控制2、專家系統(tǒng)控制3、模糊控制4人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制5、各種智能控制方法的交叉和結(jié)合6各種智能控制方法與傳統(tǒng)控制理論方法的交叉和結(jié)合。與傳統(tǒng)控制區(qū)別主要在于：1智能控制研究的對(duì)象是整個(gè)任務(wù)和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。2 智能控制方法是人工智能技術(shù)、傳統(tǒng)控制理論以及運(yùn)籌學(xué)和信息論相結(jié)合的控制方法。3 智能控制是控制理論、人工智能、運(yùn)籌學(xué)、信息論等學(xué)科的交叉，并利用計(jì)算機(jī)作為手段向工程使用全面深入的發(fā)展24。傳統(tǒng)的pid控制及改進(jìn)型pid控制原理簡單、工作穩(wěn)定、可靠性高、魯棒性強(qiáng)，曾在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中得到了普遍的采用，其缺點(diǎn)是必須預(yù)先建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因而其對(duì)于一些大滯后、多輸入、時(shí)變性電阻爐系

29、統(tǒng)，控制效果難以滿意。總體上說，智能控制不僅是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的推動(dòng)和需要，而且也是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢；智能控制在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。目前，國外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能溫度控制系統(tǒng)，開發(fā)出成熟的智能控制算法和控制軟件。相比較而言，國內(nèi)智能控制技術(shù)的應(yīng)用要落后于國外，目前國內(nèi)成熟的溫度控制系統(tǒng)以常規(guī)pid和各種改進(jìn)pid控制為主，商品化的智能控制系統(tǒng)少，在智能控制算法和控制軟件的開發(fā)方面投入人力、物力也較少。 第二章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制labview是一種強(qiáng)大的圖形化編程虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，通過此法實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度控

30、制系統(tǒng)，可以將整個(gè)系統(tǒng)分解為兩個(gè)部分：溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和pid控制器。溫度信號(hào)采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成。其中硬件部分完成溫度信號(hào)的輸入；軟件部分完成對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)與控制，數(shù)據(jù)顯示、處理與存儲(chǔ)、超溫報(bào)警及人機(jī)交互操作界面的生成。控制器可以采用pid控制器，運(yùn)用matlab編程語言編寫相應(yīng)的程序，其控制系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖2.1控制系統(tǒng)框圖2.2基于plc的電阻爐溫度控制由于plc具有編程方便,使用方便可靠,性價(jià)比高,抗干擾能力好、擴(kuò)展功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的使用。在工業(yè)控制中,通常除了開關(guān)量以外,還經(jīng)常遇見模擬量,要對(duì)模擬量進(jìn)行控制,就必須首先采集模擬量,進(jìn)行a/d

31、轉(zhuǎn)換后,plc才能進(jìn)行處理。主要要實(shí)現(xiàn)如何利用plc實(shí)現(xiàn)模擬量的采集。目前plc廠商眾多,最具有競爭力的主要有西門子公司、三菱公司的產(chǎn)品。電阻爐溫度控制系統(tǒng)的模擬量主要為溫度。溫度的檢測有很多種方法,常用的有熱電阻法、熱電偶法等等。它們的原理都基本相似,主要是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào),如果轉(zhuǎn)換的信號(hào)大小不在模擬量轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi),可以通過精密放大器將信號(hào)進(jìn)行處理。但通常溫度與轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與默認(rèn)的比例關(guān)系不相符合時(shí),則需要對(duì)偏移量和增益量進(jìn)行設(shè)置。所謂偏移量指的是數(shù)字量為“0”時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值。增益量指的是數(shù)字量為1000時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值。例如我們測溫范圍為0800,采pt100作為熱敏電阻

32、,在輸入plc前將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),溫度在0800范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的電壓為18v,溫度與電壓成線性關(guān)系?？梢赃x用的數(shù)字量范圍為02000,若數(shù)字量為“0”時(shí),對(duì)應(yīng)的電壓為1v,則偏移量為1v;數(shù)字量為2000時(shí),對(duì)應(yīng)的電壓為8v,則數(shù)字量為1000時(shí),對(duì)應(yīng)的電壓為4.5v,所以增益量為4.5v。利用plc實(shí)現(xiàn)模擬量采集,可以使plc擺脫只能處理邏輯量的限制,從而能夠應(yīng)用在更加廣泛的領(lǐng)域。例如應(yīng)用三菱fx-2n系列plc利用fx-2n-4ad轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的模擬量采集方法,為模擬量的控制打下了基礎(chǔ)。在整體設(shè)計(jì)的過程中包括軟件和硬件設(shè)計(jì)兩部分設(shè)計(jì)。電阻爐溫控系統(tǒng)工作原理框圖如圖2

33、.2所示, 用plc控制的溫控系統(tǒng)工作原理框圖如圖2.3所示29。圖2.2電阻爐溫控系統(tǒng)工作原理框圖圖2.3 plc控制的溫控系統(tǒng)工作原理框圖2.3單片機(jī)與fpga綜合實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制隨著信息技術(shù)革命的深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。而單片機(jī)的出現(xiàn)則為數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)提供了可能。但在實(shí)時(shí)性要求高和數(shù)據(jù)量大的情況下，由于單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力的限制，其實(shí)時(shí)性仍不能滿足高密度信號(hào)環(huán)境的要求。隨著大規(guī)模的現(xiàn)場可編程門陣列（fpgafield progrnunaable gate array）的出現(xiàn)，利用fpga對(duì)高密度數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)處理已成為可能

34、。fpga具有通用的特點(diǎn)并可以實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算，無論是作為獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)處理器，還是作為單片機(jī)和dsp的協(xié)處理器，這都是目前比較活躍的研究領(lǐng)域11。而且使用fpga具有很大的靈活性，可以針對(duì)不同的要求進(jìn)行修改。采用fpga和單片機(jī)綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制，把大量的數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)都交給fpga進(jìn)行處理，既可以利用fpga對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)大快速的處理能力，又可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，讓單片機(jī)有充分的時(shí)間做其它的運(yùn)算。這樣，使得系統(tǒng)大大簡化，其靈活性更強(qiáng)。2.4基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)電阻爐溫度控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的電阻爐溫度控制器，因其體積小、成本低、功能強(qiáng)、簡便易行而得到廣泛應(yīng)用。電阻爐溫

35、度控制器以pid溫度控制器為主要控制算法。但是，常規(guī)pid溫度控制器必須由工程人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)進(jìn)行pid參數(shù)的調(diào)節(jié)。這對(duì)于需要經(jīng)常對(duì)pid參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的用戶十分不方便，限制了控制器的應(yīng)用?；趩纹瑱C(jī)電阻爐溫度控制儀器硬件部分主要由單片機(jī)主控模塊、前向通道模塊、后向通道模塊、人機(jī)接口模塊和接口擴(kuò)展模塊等組成。本溫度控制系統(tǒng)以stc89c52單片機(jī)為核心，鍵盤輸入、顯示和超溫報(bào)警裝置等外圍電路實(shí)現(xiàn)的。電爐的溫度由k型熱電偶溫度傳感器檢測并轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)，溫度變送器將此弱信號(hào)進(jìn)行非線性校正及電壓-電流變換后以420ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)形式傳送出去，接收端的i/v變換及放大電路將420ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

36、變換放大至0-5v電壓，再經(jīng)有源低通濾波器濾波后，由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。此數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波、標(biāo)度變換后，一方面將電爐溫度經(jīng)人機(jī)面板上的lcd顯示出來；另一方面將該溫度值與被控制值(由鍵盤輸入的設(shè)定溫度值)進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用pid控制算法進(jìn)行運(yùn)算，最后采用pwm調(diào)功方式， 控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比（即控制電阻爐平均功率的大?。?，進(jìn)而達(dá)到對(duì)電爐溫度進(jìn)行控制的目的。如果實(shí)際測得的溫度值超過了系統(tǒng)要求的溫度范圍，單片機(jī)就會(huì)向報(bào)警裝置發(fā)出指令，從而進(jìn)行超溫報(bào)警。根據(jù)溫度控制儀表的工作原理，簡單描述電阻爐控制系統(tǒng)的模型，可得本系統(tǒng)的模型圖如圖2.4所示。 圖2.4單片機(jī)

37、爐溫控制系統(tǒng)模型圖電阻爐爐溫控制廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，在生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，它的精確度和靈敏度直接影響工業(yè)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量。究其原理基本都基于下述原理。本設(shè)計(jì)所完成的電阻爐溫度控制系統(tǒng)由以下幾部分組成stc89c52單片機(jī)、被控對(duì)象即電阻爐、k型熱電偶、放大電路、固態(tài)繼電器、人機(jī)接口（鍵盤和顯示部分）為了提高控制精度及顯示的精確性本設(shè)計(jì)還設(shè)置了報(bào)警部分和冷端補(bǔ)償硬件。其原理圖如下圖2.5所示。 圖2.5電阻爐溫度控制系統(tǒng)原理圖本設(shè)計(jì)主要以stc89c52單片機(jī)為核心部件，外加固態(tài)繼電器電路及其驅(qū)動(dòng)程序等組成。由k型熱電偶、運(yùn)算放大電路等構(gòu)成溫度檢測通道；由固態(tài)繼電器電路構(gòu)成輸出

38、控制通道。工作時(shí)，利用k型熱電偶測得電阻爐的實(shí)際溫度并經(jīng)過冷端溫度補(bǔ)償和放大電路，轉(zhuǎn)換成0-5v電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)直接與adc0832的ch0引腳相連接，轉(zhuǎn)換成與爐溫相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過lcd將溫度顯示，同時(shí)該溫度與其設(shè)定值比較，根據(jù)選定的pid算法計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量來控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間以及電阻爐的平均輸入功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐爐溫的控制。單片機(jī)以其價(jià)格低廉，完全可以滿足生產(chǎn)要求的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，本設(shè)計(jì)正是基于單片機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的一款溫度控制器。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1溫度檢測電路隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)、

39、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)檢測顯的尤為重要。在本設(shè)計(jì)中溫度的檢測也是相當(dāng)重要的一步，溫度檢測準(zhǔn)確與否直接影響對(duì)爐溫的控制精度。所以需要選擇適合的溫度傳感器，即要與所測量的溫度范圍相適宜。3.1.1 溫度傳感器溫度傳感器即用于將溫度轉(zhuǎn)換為電量的一類傳感器。目前常用的傳感器可分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式又可分為熱電阻和熱電偶兩類傳感器。35熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化的特性制成的。它的測溫范圍主要在中、低溫區(qū)域（-200650）。熱電偶傳感器則是利用熱電效應(yīng)將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢的變化一類傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶是應(yīng)用最廣泛的測溫元件，它主要優(yōu)點(diǎn)是測溫范圍廣，可以在1k2

40、800范圍內(nèi)使用，且其精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)性能好，把溫度轉(zhuǎn)換為電勢信號(hào)便于處理和遠(yuǎn)距離傳輸。由于本設(shè)計(jì)所測量的溫度是電阻爐溫，測量值較大，測溫范圍大致在01200度左右，因此本設(shè)計(jì)選用k型熱電偶（鎳鉻鎳硅）作為溫度檢測元件，它可長期使用用于01300范圍內(nèi)，正好符合本設(shè)計(jì)要求。它是一種使用面十分廣泛的廉價(jià)金屬熱電偶，熱電絲直徑一般為1.22.5mm。它具有線性度好、測溫范圍適中、輸出電動(dòng)勢大、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。由于熱電極材料具有較好的高溫抗氧化性，可在氧化性或中性介質(zhì)中長時(shí)間地測量1000以下的溫度。因?yàn)閗型熱電偶具有復(fù)現(xiàn)性好、產(chǎn)生的熱電勢大、而且線性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，雖然測量精度

41、偏低，但完全能滿足一般工業(yè)測量要求。這種熱電偶的主要缺點(diǎn)是不可用于還原性介質(zhì)中。熱電偶的工作原理是熱電效應(yīng)，即兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)a、b組成閉合回路時(shí)(如圖3.1所示)，當(dāng)a、b相連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，即tt0時(shí)，則在回路中產(chǎn)生一個(gè)熱電勢eab(t,t0)。這兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的組合稱為熱電偶，每根單獨(dú)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)稱為熱電極，兩個(gè)接點(diǎn)中一端稱為工作端(也叫測量端和熱端)，如圖3.1中左端t，另一端稱為自由端(冷端)，如 圖3.1中的端36。 圖3.1 熱電偶原理圖當(dāng)熱電偶的材料一定時(shí)，熱電偶的熱電勢為 （3-1）式中，熱電偶的熱電勢； 溫度為t時(shí)的熱電勢； 溫度為時(shí)的熱電

42、勢；3.1.2 冷端溫度補(bǔ)償從熱電偶的測溫公式可以看出，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢只與t，t0有關(guān)。只有當(dāng)冷端溫度t0恒定時(shí)才能通過測量熱電勢的大小得到冷端溫度。然而在實(shí)際測溫中，冷端所對(duì)應(yīng)的熱電勢要隨冷端溫度（環(huán)境溫度）的變化而變化。如果不進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償就會(huì)使測量值與實(shí)際值產(chǎn)生較大的誤差。所以對(duì)冷端溫度補(bǔ)償是非常有必要的。從熱電偶測溫的公式可以看到熱電偶產(chǎn)生的熱電勢，對(duì)熱電偶來說只與工作端溫度t和自由端溫度t0有關(guān)。 為了測量準(zhǔn)確必須考慮冷端溫度補(bǔ)償，而在某種程度上，測量精度很大程度上取決于冷端溫度。只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定，熱電偶分度表是以 =

43、0 作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的，而在實(shí)際使用過程中，自由端溫度往往不能維持在0，那么工作端溫度為t時(shí)在分度表中所對(duì)應(yīng)的熱電勢與熱電偶實(shí)際輸出的電勢值之間存在一個(gè)誤差，因此需要對(duì)熱電偶非0的冷端進(jìn)行處理，即冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ杏布a(bǔ)償法和軟件補(bǔ)償法。硬件補(bǔ)償法常用的有補(bǔ)償導(dǎo)線法、熱電偶冷端溫度恒溫法、計(jì)算修正法、冷端補(bǔ)償電橋法。其優(yōu)點(diǎn)是：速度快、外圍電路簡單、不需要調(diào)整、成本低。3.2 放大電路由于傳感器所測量的信號(hào)均是微弱的信號(hào)不能直接送給adc0832進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，必須進(jìn)行放大后再進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。當(dāng)然熱電偶的測量信號(hào)也是很微弱的信號(hào)，它是mv級(jí)的信號(hào)也不能直接送給adc0832進(jìn)行

44、處理，必須經(jīng)過放大后才可進(jìn)行處理。為了很好的完成處理就必須加一個(gè)放大電路。放大電路有多種儀用放大電路、三運(yùn)放放大電路等。較典型的測量放大電路有同相放大電路、反相放大電路、差動(dòng)放大電路、高共模抑制比放大電路、電橋放大電路、低漂移、高輸入放大電路、電荷放大電路、增益調(diào)整放大電路。高共模抑制比放大電路有可分為雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路和三運(yùn)放高共模抑制比放大電路。在實(shí)際中常用到三運(yùn)放高共模抑制比放大電路，在實(shí)際應(yīng)用中三運(yùn)放放大電路如圖3.2。該放大電路優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)t1和t2性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模電壓有關(guān)而其共模輸出、失調(diào)即漂移均在w1兩端相互抵消，因此具有良好的共模抑制能力，同

45、時(shí)不要求外部電阻匹配。各個(gè)引腳含義如下：+inp、-inp為輸入信號(hào)端，可以接熱電偶輸出信號(hào)或其它傳感器輸出的毫伏信號(hào)，經(jīng)e1、c1濾波以消除高頻干擾，w1為放大電路的調(diào)零電位器，w2為放大電路的調(diào)滿電位器，可根據(jù)需要將放大電路的輸出電壓+v、-v調(diào)至2v或5v，該電路具有高輸入阻抗和高共模抑制比的特點(diǎn)，差動(dòng)輸入，差動(dòng)輸出；調(diào)零和調(diào)滿相互獨(dú)立，互不干擾。這樣既可減少電路調(diào)節(jié)的工作量，又可提高調(diào)節(jié)精度。在具體應(yīng)用時(shí)，放大器選用具有低溫漂、低失調(diào)電壓、低偏置電流的，考慮到5v的電壓輸出，放大器的電源采用8v，w1、w2選用精密多圈電位器，電阻也精心挑選，特別是r3、r4、r6、r7要一致，以確保高

46、共模抑制比。下圖中個(gè)參數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)值。33圖3.2通用放大電路3.3 adc0832簡介 3.3.1adc0832引腳如圖adc0832 為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，具有雙數(shù)據(jù)輸出?？勺鳛閿?shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。本設(shè)計(jì)是將經(jīng)溫度傳感器信號(hào)送入adc0832進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。由于雙通道可以有兩個(gè)輸入信號(hào)輸入，具體選擇那個(gè)可以

47、由軟件來實(shí)現(xiàn)。芯片是由+5v直流供電。gnd需要接地。di/do分時(shí)使用，可共同選擇一個(gè)單片機(jī)接口p3.7口，時(shí)鐘由單片機(jī)提供可選擇p3.6口。其各個(gè)引腳功能如下圖3.3所示。圖3.3 adc0832引腳圖. cs_ 片選使能，低電平芯片使能。 ch0 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用。 ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用。 gnd 芯片參考0 電位（地）。 di 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 do 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 clk 芯片時(shí)鐘輸入。 vcc/ref 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。3.3.2單片機(jī)對(duì)adc0832 的控制原理在正常情況下adc0832 與單片機(jī)

48、的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將do和di 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)adc0832未工作時(shí)其cs輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，clk 和do/di 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端clk 輸入時(shí)鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖下沉之前di端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇選擇通道

49、功能，其功能見下表3.1、3.2。表3.1： adc0832single-ended mux mode表3.2 adc0832differential mux mode如資料所示，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)ch0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)ch1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將ch0作為正輸入端in+，ch1作為負(fù)輸入端in-進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將ch0作為負(fù)輸入端in-，ch1 作為正輸入端in+進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后di端的輸入電平就失去輸入作用，此后do/di端則開始利用數(shù)據(jù)輸出do進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取

50、。從第4個(gè)脈沖下沉開始由do端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位data7，隨后每一個(gè)脈沖下沉do端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)data0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出datd0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將cs置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了，時(shí)序見下圖3.4。圖3.4 adc0832時(shí)序圖作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)adc0832的輸入電壓是05v且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mv。如果作為由in+與in-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)

51、較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行in+與in-的輸入時(shí)，如果in-的電壓大于in+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00h。3.4 stc89c52單片機(jī)3.4.1單片機(jī)簡介圖3.5 stc89c52單片機(jī)stc89c52是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將

52、多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的stc89c52是一種高效微控制器。stc89c系列單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24mhz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路33.4.2管腳說明vcc：供電電壓+5v。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏極開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫

53、1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為低八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且

54、作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為stc89c52的一

55、些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入）p3.5 t1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale

56、端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也