溫度自動控制系統(tǒng)的設計

1、 畢業(yè)設計溫度自動控制系統(tǒng)的設計內(nèi)容摘要利用單片機技術(shù)、溫度檢測技術(shù)、溫度控制技術(shù)等知識設計一個基于凌陽單片機控制的溫度自動控制箱。系統(tǒng)采用溫度采集裝置ds18b20來檢測盒內(nèi)溫度，采用驅(qū)動芯片l298n控制制冷片的運作，以凌陽spce061a單片機作為系統(tǒng)主控芯片，分析處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并借用pid算法精確調(diào)整溫度控制技術(shù)，單片機通過對測得的溫度與要求的溫度進行比較分析，然后驅(qū)動制冷片，調(diào)節(jié)盒內(nèi)溫度。用按鍵顯示模塊進行人機交互。本系統(tǒng)硬件配置合理，控制方案優(yōu)化，實現(xiàn)了溫度控制的全部功能，能精確測量溫度，對溫度控制量可以通過鍵盤在一定范圍內(nèi)任意設定。關(guān)鍵詞單片機；制冷片；溫度自動控制；驅(qū)動芯片ab

2、stractusing single-chip microcomputer, temperature detection technology, temperature control technology to design an automatic temperature control box based on single-chip microcomputer control temperature gathering devices ds18b20 is used to detect temperature of box in this system, drive chip l298

3、n is used to control operation of refrigeration plate , lingyang singlechip spce061a is used as microprocessor control system to analyze and deal with data, while using pid algorithm precisely adjust control technology of temperature, using key display module to realize human-machine interaction.sin

4、gle chip adjust temperature inside the box by driving refrigeration plate after comparing temperature of measurement and requirement.the hardware configuration and control scheme of this system is reasonable,realizing the temperature control function fully with the ability of setting numerical value

5、 arbitrarily in certain limit by using keyboard.key wordssinglechip;refrigeration plate;thermostatic control;driving chip目 錄1 緒論11.1 設計目的11.2 課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.2.1 課題的研究現(xiàn)狀11.2.2 發(fā)展趨勢41.3 設計要求51.4 設計方法61.5 設計內(nèi)容72 模糊pid的控制原理82.1 pid控制技術(shù)82.2 模糊控制原理92.3 模糊pid控制的基本原理分析93 系統(tǒng)總體設計123.1 系統(tǒng)方案比較與選擇123.1.1 控制模塊123

6、.1.2 溫度檢測模塊123.1.3 制冷片模塊133.1.4 制冷片驅(qū)動模塊143.1.5 顯示模塊方案比較與論證143.1.6 電源模塊方案比較與論證143.1.7 系統(tǒng)最終方案153.2 系統(tǒng)總體設計153.2.1 總體結(jié)構(gòu)框圖153.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法163.3 控制方法163.3.1 溫度控制163.3.2 模糊pid控制164 硬件電路的設計174.1 主控模塊的電路設計174.1.1 芯片介紹174.1.2 主控電路設計及端口分配194.2 制冷片驅(qū)動電路設計與實現(xiàn)204.3 鍵盤顯示電路設計與實現(xiàn)214.4 溫度檢測電路設計與實現(xiàn)224.5 故障排除225 軟件設計235.1

7、 主程序說明及流程圖235.2 溫度檢測設計及流程圖235.3 制冷片驅(qū)動設計及流程圖245.4 鍵盤顯示程序設計及流程圖256 系統(tǒng)測試266.1 測試儀器266.2 測試方法、步驟及注意事項266.3 測試結(jié)果267 結(jié)束語27參考文獻28致 謝30附錄a31附錄c33附錄d34附錄e35附錄f36附錄g37溫度自動控制系統(tǒng)的設計1 緒論1.1 設計目的本設計利用單片機技術(shù)、溫度檢測技術(shù)、溫度控制技術(shù)等知識制作一個基于凌陽單片機控制的溫度自動控制箱，單片機通過對測得的溫度與要求的溫度進行比較分析，然后驅(qū)動制冷片，調(diào)節(jié)盒內(nèi)溫度。其涉及的知識面較廣，涵蓋了電子、機械、通信、軟件學等領(lǐng)域。通過本

8、次設計掌握一般自動控制系統(tǒng)的硬件（如電機驅(qū)動電路、放大比較電路、抗干擾電路），軟件（如c語言、匯編語言），的設計原理及實現(xiàn)方法，能提高對系統(tǒng)設計的總體調(diào)試和整體把握能力，熟悉系統(tǒng)的開發(fā)安裝調(diào)試過程，為今后的工作打下基礎。1.2 課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1 課題的研究現(xiàn)狀在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進了溫度傳感器的發(fā)展。傳感

9、器主要大體經(jīng)過了三個發(fā)展階段：模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導體集成工藝制成，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有ad590、ad592、tmp17、lm135等；模擬集成溫度控制器。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有l(wèi)m56、ad22105和max6509。某些增強型集成溫度控制器(例如tc652/653)中還包含了a/d轉(zhuǎn)換器以及固化好的程

10、序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別；智能溫度傳感器。能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。近年來

11、，在我國以信息化帶動的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)中的電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中的溫度量已成為工業(yè)對象控制中一種重要的參數(shù)，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。特別是在冶金、化工、機械、電氣等各類工業(yè)中使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐。采用 mcs-51 單片機為核心的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)來對溫度進行控制，廣泛應用于社會生活的各個領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)不僅具有控制方便、組態(tài)簡單、靈活性大、成本降低，質(zhì)量有保證和提高系統(tǒng)的可靠性等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控

12、溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。 隨著時代的進步，控制技術(shù)也在不斷地發(fā)展。尤其是計算機的更新?lián)Q代，更加推動了控制理論不斷地向前發(fā)展?？刂评碚摰陌l(fā)展一般可分為三個階段: 第一階段時間為20 世紀40-60 年代，稱為“古典控制理論”時期。古典控制理論主要是解決單輸入單輸出問題。主要采用傳遞函數(shù)，頻率特性，根軌跡為基礎的頻域分析法。所研究的系統(tǒng)多半是線性定常系統(tǒng)，對非線性系統(tǒng)，分析時采用的相平面法一般也不超過兩個變量，古典控制理論能夠較好的解決生產(chǎn)過程中的單輸入單輸出問題。 這一時期的主要代表人物有伯德(h. w.bo

13、de)和伊文思(w.r.evans)。伯德于1945 年提出了簡便而實用的伯德圖法。1948 年伊文思提出了直觀而又形象的根軌跡法。 第二階段時間為本世紀60-70 年代，稱為“現(xiàn)代控制理論”時期。這個時期，由于計算機的飛速發(fā)展，推動了空間技術(shù)的發(fā)展，古典控制理論中的高階常微分方程可轉(zhuǎn)化為一階微分方程組，用以描述系統(tǒng)的動態(tài)過程，即所謂狀態(tài)空間法。這種方法可以解決多輸入多輸出問題。系統(tǒng)可以是線性的，定常的，也可以是非線性的，時變的。這一時期的主要代表有龐特里亞金，貝爾曼及卡爾曼等人。龐特里亞金于 1961 年提出了極大值原理;貝爾曼在1957 年提出了動態(tài)規(guī)劃；1959 年，卡爾曼和布西發(fā)表了關(guān)

14、于線性濾波器和估計器的論文，即著名的卡爾曼濾波。 第三階段時間為本世紀70 年代末至今，70 年代末，控制理論向著“大系統(tǒng)理論” 和“智能控制”方向發(fā)展。前者是控制理論在廣度上的開拓，后者是控制理論在深度上的挖掘?！按笙到y(tǒng)理論”使用控制和信息的觀點，研究各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，總體設計中的分解方法和協(xié)調(diào)等問題的技術(shù)基礎理論。而“智能控制”是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制其具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)。 回顧控制理論的發(fā)展歷程可以看出，它的發(fā)展過程反映了人類有機械化時代進入電氣化時代，并走向自動化、信息化、智能自動化時代。 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以溫度為主要的控制變量

15、。系統(tǒng)主要時通過溫度傳感器對工業(yè)現(xiàn)場的溫度變化引起的其他物理量變化進行測量，然后通過電路轉(zhuǎn)化成數(shù)字量轉(zhuǎn)送到單片機中。在單片機對溫度數(shù)據(jù)進行處理之后，根據(jù)用戶的設定對加熱電路或制冷電路進行控制，從而達到控制調(diào)節(jié)溫度的目的。 大部分溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用典型的負反饋式溫度控制系統(tǒng)，其中數(shù)字控制器的功能由微型機算機實現(xiàn)。國外溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果。技術(shù)工藝，是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者

16、的重要指標依據(jù)。隨著我國溫度自動控制器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。了解國內(nèi)外溫度自動控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設備、技術(shù)應用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器數(shù)字控制器，測量與變送裝置以及執(zhí)行器等，并在各行業(yè)廣泛應用。它們主要具有如下的特點：1、適應于大慣性、大滯后等復雜溫度控制系統(tǒng)的控制。2、能夠適應于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3、能夠適應于受控系統(tǒng)過程復雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。4、這些溫

17、度控制系統(tǒng)普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應的范圍廣泛。5、普遍溫控器具有參數(shù)自整定功能。借助計算機軟件技術(shù)，溫控器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進行自動整定的功能。有的還具有自學習功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗及控制對象的變化情況，自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。 6、溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。我國對模糊控制理論的研究與應用起步比較晚，然而發(fā)展很快，在各個領(lǐng)域取得了許多有影響的成果。諸如在模糊控制、模糊辨識、模糊聚類分析、模糊圖像

18、處理、模糊集合論、模糊模式識別等領(lǐng)域取得了不少有實際影響的結(jié)果。我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外的差距主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1、行業(yè)內(nèi)企業(yè)規(guī)模小，且較為分散，造成技術(shù)力量不集中，導致研發(fā)能力不強，制約技術(shù)發(fā)展。2、商品化產(chǎn)品以pid 控制器為主，智能化儀表少，這方面同國外差距較大。目前，國內(nèi)企業(yè)復雜的及精度要求高的溫度控制系統(tǒng)大多采用進口溫度控制儀表。3、儀表控制用關(guān)鍵技術(shù)、相關(guān)算法及控制軟件方面的研究較國外滯后。例如：在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗。1.2.2 發(fā)展趨勢從市場角

19、度看，目前社會上溫度控制大多采用智能調(diào)節(jié)器，國產(chǎn)調(diào)節(jié)器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價格便宜，國外調(diào)節(jié)器分辨率和精度較高，價格較貴。我國的大中型企業(yè)將溫度控制系統(tǒng)引入生產(chǎn)，可以降低消耗，控制成本，從而提高生產(chǎn)效率。嵌入式溫度控制系統(tǒng)符合國家提出的“節(jié)能減排”的要求，符合國家經(jīng)濟發(fā)展政策，具有十分廣闊的市場前景。自動控制是先進制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是溫度控制的重要形式。溫度自動控制涉及到機械、電子、控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡等多個學科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成。因此它的發(fā)展與上述學科發(fā)展密切相關(guān)。一方面，溫度自動控制在制造業(yè)的應用范圍越來越廣

20、闊，其標準化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展；另一方面，溫度自動控制應用從傳統(tǒng)制造業(yè)向非制造業(yè)轉(zhuǎn)變，向以人為中心的個人化和微小型方向發(fā)展，并將服務于人類活動的各個領(lǐng)域?？傏厔菔菑莫M義的溫度控制概念向廣義的溫度控制技術(shù)概念轉(zhuǎn)移；從溫度控制產(chǎn)業(yè)向解決工程應用方案業(yè)務的溫度自動控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。溫度自動控制技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應用溫度控制技術(shù)的、具有實在的多功能的智能化系統(tǒng)?！蹦壳埃瑴囟茸詣涌刂萍夹g(shù)正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、pc化和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感

21、器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。1.3 設計要求基本部分要求:（1）溫度可調(diào)節(jié)范圍為535，最小設定分度為1。（2）具有溫度顯示功能，分辨率為0.1。 （3）當溫度達到某一設定值并穩(wěn)定后，盒內(nèi)溫度的波動控制在2以內(nèi)。要求溫度調(diào)控達到穩(wěn)定狀態(tài)時，必須給出聲或光提示信號。（4）當設定的調(diào)節(jié)溫差為15時, 要求達到穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)節(jié)時間小于等于3分鐘，穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度波動在2以內(nèi)。 （5）當溫度達到某一設定值并穩(wěn)定后，盒內(nèi)溫度的波動控制在1以內(nèi)。 （6）當設定的調(diào)節(jié)溫差為15時, 盡量減少達到穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)節(jié)時間，并要求超調(diào)量不超過3，穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度波

22、動在1以內(nèi)。 （7）能記錄并實時顯示溫度調(diào)節(jié)過程的曲線, 顯示的誤差絕對值小于2。 （8）其他。 1.4 設計方法（1）設計控制核心：采用一片凌陽spce061a單片機作為系統(tǒng)主控芯片，單片機通過對溫度采集器上的數(shù)值讀取，并將其與輸入的要求數(shù)據(jù)進行比較與處理，通過脈寬調(diào)制以控制制冷電路的制冷制熱。采用凌陽spce061a單片機控制，不僅可以很好的完成各項設計要求，而且可以添加許多其他功能，增加系統(tǒng)的適用性與娛樂性。（2）設計溫度檢測裝置：采用高精度電位器與擺錘等機械體自制完成傳統(tǒng)的熱敏電阻等一些測量溫度的元件一般輸出的是電壓，要轉(zhuǎn)化成控制需要用到的溫度數(shù)據(jù)，需要一系列的外加電路，不僅會使制作成

23、本變高，同時會使得硬件電路更加復雜。dsl8b20 溫度傳感器是美國dallas半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)傳感器不同，ds18b20可直接將采集到的溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過單條數(shù)據(jù)先串行發(fā)送出去。只要嚴格嚴格遵循其規(guī)定時序邏輯和脈沖間隔，就能舍去了同步時鐘信號線，做到了器件引腳最少化，達到溫度采集目的。（3）設計鍵盤顯示裝置：采用專用鍵盤顯示芯片ch451完成。該設計完成的鍵盤顯示，不僅可以完成系統(tǒng)設計要求，還可以大大降低系統(tǒng)負擔，增加系統(tǒng)的實時性。（4）設計制冷片驅(qū)動裝置：采用驅(qū)動芯片l298n，并由單片機產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制其運作。l298n是st公司生產(chǎn)的一種高電壓

24、、大電流電機驅(qū)動芯片，該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3a，持續(xù)工作電流為2a；內(nèi)含兩個h橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。（5）設計溫度控制算法：溫度控制是本系統(tǒng)中最為重要的部分，由于對控制溫度達到有求的時間有要求，因此選擇優(yōu)良的算法十分有必要。本文中采用模糊pid算法，這樣不僅可以大大縮

25、短溫度控制的時間，還可以使系統(tǒng)更加智能，更具特色。1.5 設計內(nèi)容本人在設計中用單片機控制核心，溫度檢測裝置，溫度控制裝置，鍵盤顯示裝置配以模糊pid算法來組成溫度自動控制裝置。單片機控制核心通過對測得溫度與輸入要求溫度的比較處理，并根據(jù)此變化進行模糊pid運算后，產(chǎn)生相應脈沖控制制冷片的制冷制熱。經(jīng)考慮，本系統(tǒng)中還增加了鍵盤輸入、溫度顯示等功能，不僅方便控制，而且還大大提高了系統(tǒng)適應性以及趣味性。2 模糊pid的控制原理2.1 pid控制技術(shù)pid控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、穩(wěn)定性好及可靠性高，被廣泛應用于過程控制和運動控制中，尤其適應于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng)。

26、然而實際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時變不確定性，難以建立精確的數(shù)學模型，應用常規(guī)pid控制不能達到理想的控制效果，而且在世界生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于常規(guī)pid參數(shù)整定方法繁雜，其參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，適應性差。針對pid控制器參數(shù)整定不易的局限，我們運用模糊數(shù)學的基本理論和方法來調(diào)整溫度控制。常規(guī)pid控制器是一種線性控制器，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 常規(guī)pid控制器的結(jié)構(gòu)圖pid控制器將偏差的比例(p)、積分(i)、微分(d)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，其控制算式如式(2.1)所示。error! no bookmark name given. (2.1)式中：為比例系數(shù)

27、，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。簡單說來，pid控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：能及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分環(huán)節(jié)：積分調(diào)節(jié)可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無靜差度，適用于有自平衡性的系統(tǒng)。微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號的變化趨勢。從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。缺點是抗干擾能力差。2.2 模糊控制原理模糊控制(fuzzy control)是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊控制邏輯推理為基礎的一種智能控制方法，從行為上模擬人的思維方式，對難建模的對象實施模糊推理和決策的一

28、種控制方法，實際上是一種非線性控制。模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域、家用電器自動化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無法或者是難以解決的問題，取得了令人矚目的成效，引起了越來越多的控制理論的研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的廣大工程技術(shù)人員的極大興趣。模糊控制算法的工作過程可以描述如下：微機通過中斷采樣獲取被控制量的精確值，將此量與給定值比較得到誤差信號e，一般選誤差信號e作為模糊控制器的一個輸入量。把誤差信號e的精確量進行模糊化變成模糊量，誤差e的模糊量可用相應的模糊語言表示，得到誤差e的模糊語言集合的一個子集e(e是一個誤差e的模糊矢量)，再由e和模糊關(guān)系r根

29、據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量u，即u=er。2.3 模糊pid控制的基本原理分析模糊控制是以模糊數(shù)學及模糊邏輯為基礎的一種計算機控制，是一種非線性的智能控制。與其他經(jīng)典控制過程相似，它一般由輸人量(模糊化)、控制器(模糊控制算法)，輸出量(去模糊化)、被控對象等部分組成。在一個控制系統(tǒng)中，一般最易為人所觀察到的就是被控過程的輸出變量及其變化率。因此一般模糊控制器以誤差和誤差變化率作為輸入變量，以被控過程的輸出y作為輸出變量。由專家經(jīng)驗知識獲得輸入和輸出之間的模糊推理規(guī)則表，而規(guī)則表是由模糊語言進行描述的。然后根據(jù)輸入模糊變量誤差和誤差變化率查詢模糊規(guī)則表并根據(jù)一定法則進行計算得

30、出模糊輸出變量，經(jīng)過解模糊后輸出精確量，從而達到控制系統(tǒng)的目的。模糊pid控制是近年來應運而生并逐步發(fā)展起來的一種新型的智能pid控制方法，它將模糊控制和pid控制兩者結(jié)合起來，既具有模糊控制靈活而適應性強的優(yōu)點，又具有pid控制精度高和易于實現(xiàn)的特點。這種fuzzy-pid復合型控制器，無論對復雜控制系統(tǒng)還是高精度伺服系統(tǒng)都具有良好的控制效果。模糊控制器在控制過程中，以語言描述人類知識，并把它表示成模糊規(guī)則或關(guān)系。通過推理利用知識庫把某些知識與過程狀態(tài)連接起來決定控制行為。模糊pid控制器可稱為變參數(shù)pid控制器，而參數(shù)變化則根據(jù)模糊推理規(guī)則變化。根據(jù)模糊pid控制器設計原理。設計配料模糊p

31、id控制器，控制器的輸人為被控量(物料質(zhì)量)的誤差e和誤差的變化率ec，輸出被控量u(t)，模糊控制器的組成主要由模糊化、規(guī)則推理、去模糊化3個步驟組成，見圖2.2虛線部分。經(jīng)換算處理后可得增量式pid控制算法： （2.2）式中：t采樣周期，k某一采樣時刻，、被控量的偏差、偏差變化率，、pid的比例、積分、微分增益。、的變化范圍分別在，和，之間，這個范圍根據(jù)經(jīng)驗和試驗決定。根據(jù)有關(guān)資料和實驗結(jié)果，其中、比例控制下的增益和振蕩周期。數(shù)字pid控制要求采樣周期比被控對象的時間常數(shù)小得多。采樣周期越小，控制效果越接近于連續(xù)控制。但采樣周期的選擇是受到各方面因素影響的，香農(nóng)采樣定理給出了采樣周期的上限

32、： （2.3）其中：為采樣信號的上限頻率，采樣周期的下限為計算機執(zhí)行控制程序和輸入輸出所需要的時間，系統(tǒng)的采樣周期只能在下限與上限之間選擇。這里采用、2個參數(shù)來推理pid的3個參數(shù)，該方法簡單，易于實現(xiàn)。為便于尋找模糊推理規(guī)則和反模糊化，對各參數(shù)、采用了歸一化處理。即 （2.4） （2.5）且由控制器中、之間的關(guān)系：，可得出。很顯然，若確定了、和就可以得出： （2.6） （2.7） （2.8）圖2.2 配料模糊pid控制結(jié)構(gòu)3 系統(tǒng)總體設計3.1 系統(tǒng)方案比較與選擇對本系統(tǒng)來說，重點在于溫度的檢測和控制，難點在于制冷片驅(qū)動電路。系統(tǒng)實現(xiàn)的方法是單片機通過對溫度采集器上的數(shù)值讀取，并將其與輸入的

33、要求數(shù)據(jù)進行比較與處理，通過脈寬調(diào)制以控制制冷電路的制冷制熱。要實現(xiàn)本系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)可劃分幾個模塊：控制器、溫度檢測、制冷片驅(qū)動、鍵盤顯示、電源、溫控箱。針對以上這些模塊分別提出幾種方案以供選擇。3.1.1 控制模塊單片機是本系統(tǒng)的控制核心，其性能的優(yōu)劣將從根本上影響整個系統(tǒng)的性能。由于系統(tǒng)要求采用凌陽系列單片機完成，經(jīng)綜合考慮后選用凌陽16位單片機spce061a實現(xiàn)本系統(tǒng)。凌陽spce061a單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由空間大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低，體積小，技術(shù)成熟和成本低的優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應用廣泛。針對本系統(tǒng)，特提出以下兩種方案以供選擇：

34、方案一：采用單凌陽spce061a單片機作為系統(tǒng)的控制器。由于本系統(tǒng)的主要工作量在于溫度信號的檢測、處理、控制等方面。由單片機完成的工作是溫度變化產(chǎn)生的電壓值的檢測及處理并控制溫度變化，還有按鍵顯示的處理。所以用一塊spce061a單片機完全能達到系統(tǒng)的要求，并且節(jié)省了系統(tǒng)資源，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。方案二：采用雙凌陽spce061a單片機作為系統(tǒng)控制器。兩塊單片機分工協(xié)作，各自完成各自的功能，單片機之間可以并行通行。但是這樣浪費了系統(tǒng)資源，增加不必要的成本。綜合上述，采用方案一。3.1.2 溫度檢測模塊溫度檢測是實現(xiàn)溫度自動控制的的重要部件，它的選擇影響整個系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)要求，有以下

35、兩種溫度檢測設備可供選擇：方案1：采用常見的感溫原件熱電偶或熱電阻，它們的主要優(yōu)缺點是：熱電偶價格便宜，但精度低，需冷端補償，電路設計復雜；熱電阻精度較高，但需要標準溫度電阻與之匹配才能使用。方案2：采用ds18b20，它是美國dallas公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片。它具有獨特的單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實現(xiàn)與單片機的雙向通訊。采用數(shù)字信號輸出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)912位的溫度轉(zhuǎn)換精度設置。ds18b20測溫范圍為55+125。但在方案1中，熱電偶或熱電的缺點是精度低，需冷端補償，電路設計復雜。而它具有獨特的單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實現(xiàn)與

36、單片機的雙向通訊。采用數(shù)字信號輸出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)912位的溫度轉(zhuǎn)換精度設置。所以采用方案2更加滿足題目要求。3.1.3 制冷片模塊方案1：制冷片tes1-03901t125最大溫差為67，最大溫差電流1a,最大溫差電壓4.7v。方案2：制冷片tec1-127-06,最大溫差大于 65，最大溫差電流6a，最大溫差電壓 15.4v，最大致冷功率 51.4j/s，空氣比熱容為 1.300758j/(l*),木盒體積為100mm100mm100mm=1l。木盒內(nèi)溫度上升或下降15所需熱量 q 為： 1.300758j/(l*) 1l15=19.5125j 。理想情

37、況下，以上制冷片工作在最大致冷功率，可以達到題目中的要求，但是由于木盒保溫效果不理想，制冷片不可能完全工作在最大制冷狀態(tài)，而且存在一定的功率損耗，實際制作中先選擇了致冷功率較大的 tec1-127-06 進行實驗，發(fā)現(xiàn)其相對于保溫效果不理想的木盒，其制冷量并不多余。以上兩種制冷片中，tec1-127-06 型比另外一種型號的主要性能參數(shù)（最大溫差電流、最大溫差電壓、最大致冷功率）都較大，所以其耐用性較好?？紤]到成本相差不大，而且 tec1-127-06 制冷功率比其它兩種制冷片功率大，所以選用tec1-127-06。3.1.4 制冷片驅(qū)動模塊方案1：采用專用芯片l298n作為制冷片驅(qū)動芯片。l

38、298n是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應頻率高，一片l298n可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案2：采用場效應管組成的h 型 pwm 電路。此電路由四個大功率場效應管組成 h 橋電路構(gòu)成。四個場效應管分為兩組，交替導通和截止，用單片機控制場效應管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)調(diào)整輸入控制脈沖占空比來調(diào)整制冷片的功率。方案2能靈活的實現(xiàn)制冷片工作在冷熱狀態(tài)的切換，但是不易實現(xiàn)濾波。方案1可以利用繼電器來實現(xiàn)冷熱的切換，且濾波電路簡單。因此選用方案二。3.1.5 顯示模塊方案比較與論證方案1：采用ch451芯片驅(qū)動led數(shù)

39、碼管顯示。ch451是專用鍵盤、顯示接口擴展芯片，它能自動完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能，可與64個按鍵的矩陣鍵盤連接并可驅(qū)動最多16位led數(shù)碼管顯示。采用該芯片驅(qū)動led數(shù)碼管顯示的特點是占用控制器資源少且可連接鍵盤，便于信息輸入。但是不滿足需要大量顯示系統(tǒng)信息的要求。方案2：采用ch451芯片驅(qū)動12864類型液晶顯示。該模塊功耗低，接口方式靈活，操作簡單方便，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。不僅可以顯示84行1616點陣的漢字，還可以完成圖形顯示，并且能降低軟件的負擔，提到系統(tǒng)的實時性。比較方案1與方案2，采用ch451芯片驅(qū)動12864類型液晶可大量顯示系統(tǒng)信息，因此采用方案2。3.1

40、.6 電源模塊方案比較與論證方案1：采用12v蓄電池變壓后為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的在位移檢測裝置上使用極為不方便。方案2：采用穩(wěn)壓源提供5v，為單片機、信號檢測電路及直流電機供電。穩(wěn)壓源可以提供多種不同的電壓，而且產(chǎn)生的電壓穩(wěn)定。制冷片的驅(qū)動需要大功率電源提供，所以系統(tǒng)設計采用與制冷片tec1-127-06配套的專用的大功率電源。采用此種供電方式后，單片機和各部分電路工作穩(wěn)定，易于安裝，能夠滿足系統(tǒng)的要求。綜上所述，在電源模塊采用方案2。3.1.7 系統(tǒng)最終方案經(jīng)過反復比較與論證，最終確定了如下方案：（1）采用凌陽單片機spce061a作為控

41、制核心；（2）采用ds18b20作為溫度檢測器件；（3）采用雙電源分別供電；（4）采用數(shù)碼管顯示；（5）采用專用芯片l298n作為制冷片驅(qū)動芯片；（6）采用型號為tec1-127-06的制冷片。3.2 系統(tǒng)總體設計 3.2.1 總體結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)以上方案分析，設計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖3. 1。圖3.1 系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)通過凌陽單片機對溫度檢測電路所檢測到的溫度與鍵盤所輸入的要求溫度的對比與處理，產(chǎn)生相應的脈沖以控制驅(qū)動制冷片驅(qū)動電路，合理調(diào)節(jié)制冷片的制冷制熱。其中l(wèi)298n為制冷片提供驅(qū)動，ds18b20作為溫度檢測電路的接收器。從單片機上實現(xiàn)溫度的精確調(diào)控以及信號提示，通過led顯示溫度。使得

42、本設計更趨智能化，人性化。3.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法系統(tǒng)實現(xiàn)的方法是單片機通過對溫度采集器上的數(shù)值讀取，并將其與輸入的要求數(shù)據(jù)進行比較與處理，通過脈寬調(diào)制以控制制冷電路的制冷制熱。最終實現(xiàn)對盒內(nèi)溫度的自動控制。3.3 控制方法3.3.1 溫度控制制冷片驅(qū)動采用l298n驅(qū)動芯片加pwm脈寬調(diào)制，當單片機輸出信號脈寬不同時制冷片接收的功率不同。使得制冷片能按照要求做出制冷或制熱動作，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫度的目的。3.3.2 模糊pid控制溫度控制采用模糊pid計算，模糊pid控制設計思想是先找出pid算法（如公式1）三個參數(shù)與偏差e和偏差變化率e之間的模糊關(guān)系，在運行中通過不斷檢測e和計算e，再根據(jù)

43、模糊控制原理來對三個參數(shù)進行在線修改以滿足在不同e和e時對控制器參數(shù)的不同要求，從而使被控對象具有良好的動、靜態(tài)性能。 （3.1） 其中kp為比例系數(shù)、ki積分系數(shù)、kd為微分系數(shù)。4 硬件電路的設計系統(tǒng)硬件部分主要由單片機控制核心、制冷片驅(qū)動電路、鍵盤顯示電路、溫度檢測電路等組成。其中制冷片驅(qū)動電路的作用是驅(qū)動制冷片工作以調(diào)節(jié)盒內(nèi)溫度；溫度檢測電路用來檢測盒內(nèi)溫度；鍵盤顯示接口電路完成數(shù)值輸入、溫度顯示的功能。4.1 主控模塊的電路設計4.1.1 芯片介紹隨著單片機功能集成化的發(fā)展，其應用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（dsp，digital signal

44、 processing）等領(lǐng)域。凌陽的16位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的，它的cpu內(nèi)核采用凌陽最新推出的nsptm（microcontroller and signal processor）16位微處理器芯片。圍繞nsptm所形成的16位nsptm系列單片機（簡稱nsptm家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以nsptm內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的rom、ram和功能豐富的各種外設接口部件。nsptm內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應用場合。這樣做無疑

45、會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。nsptm家族有以下特點:（1）體積小、集成度高、可靠性好且易于擴展nsptm家族把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴展，以適應不同用戶的需求。（2）具有較強的中斷處理能力nsptm家族的中斷系統(tǒng)支持10個中斷向量及10余個中斷源，適合實時應用領(lǐng)域。（3）高性能價格比nsptm家族片內(nèi)帶有高尋址能力的rom、靜態(tài)ram和多功能的i/o口。另外，nsptm的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的16位16位的乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應用增添了d

46、sp功能，使得nsptm家族運用在復雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的dsp芯片廉價。（4）功能強、效率高的指令系統(tǒng)nsptm指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速，并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對高級語言的支持，這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。（5）低功耗、低電壓nsptm家族采用cmos制造工藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，nsptm家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電，這對于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應用具有特殊的意義。spce061a 是繼nsptm系列產(chǎn)品spce500a等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器，其cpu

47、能在2.43.6v內(nèi)工作，使用pll鎖相環(huán)將實時時鐘基頻(32768hz)倍頻，調(diào)整至49.152mhz、40.96mhz、32.768mhz、24.576mhz或20.480 mhz，再經(jīng)過分頻得到cpu時鐘頻率，以滿足不同處理速度要求；具備包括定時器a / b、時基、2個外部時鐘源輸入等14個中斷源，擁有觸鍵喚醒、聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器、自動增益控制(agc)、低電壓復位(lvr)和低電壓監(jiān)測(lvd)、watchdog和保密能力等功能；內(nèi)置在線仿真電路ice（in- circuit emulator）接口，2k字sram、32k flash，使用凌陽音頻編碼sacm_s

48、240方式，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；擁有2個16位可編程定時器/計數(shù)器、2個10位dac(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道、7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、32位通用可編程輸入/輸出端口。spce061a強大的功能及特性使得它在家用電器、儀器儀表、工業(yè)控制、通訊產(chǎn)品、醫(yī)療設備、保健器械、體育健身產(chǎn)品、電教設備、語音識別等各個方面應用廣泛。其結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。圖4.1.1 spce061a的結(jié)構(gòu)4.1.2 主控電路設計及端口分配系統(tǒng)采用雙凌陽spce061a單片作為主控模塊，其電路方框圖如圖4.2所示，主單片機通過iob4iob7控制電機，ioa1ioa6用于查詢尋線模塊

49、接口狀態(tài)；從單片機的ioa0，vrt分別接到角度測量模塊的out與vcc端，ioa4向主單片機傳輸中斷，iob8iob11向主單片機發(fā)送狀態(tài)標志量，語音播報模塊從sph、spl腳輸出，iob2和iob3對路程計算模塊進行中斷計數(shù)。從單片機的ioa8ioa15，iob12iob15接到鍵盤顯示模塊。主單片機通過ioa6ioa7控制制冷片驅(qū)動， iob15向主單片機發(fā)送檢測到的溫度，即用于連接溫度檢測電路。從單片機的ioa12ioa15,iob3接到鍵盤顯示模塊，系統(tǒng)主控模塊的電路方框圖如圖4.1所示。圖4.1.2 系統(tǒng)主控模塊的電路方框4.2 制冷片驅(qū)動電路設計與實現(xiàn)制冷片驅(qū)動電路采用l298n

50、驅(qū)動芯片，l298n是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應頻率高，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。該電路的原理圖如圖4.2所示。圖4.2 制冷片驅(qū)動電路4.3 鍵盤顯示電路設計與實現(xiàn) 在本設計中，采用了專用的鍵盤、顯示接口擴展芯片ch451。利用該芯片構(gòu)建了4x4的矩陣鍵盤以及液晶顯示電路，在本設計中要求使用鍵盤輸入位移的預定值，同時使用液晶顯示可以全面的顯示系統(tǒng)信息，提高了系統(tǒng)人機交互能力。ch451是以硬件實現(xiàn)的多功能外圍芯片，使用串行接口，支持顯示驅(qū)動和鍵盤掃描以及p監(jiān)控，外圍元器件極少用硬件實現(xiàn)，串行接口、顯示驅(qū)動、鍵盤掃描、p監(jiān)控之間相

51、互獨立不受干擾，串行接口的位時鐘能夠支持到10 mhz，數(shù)據(jù)傳輸速度比輔助單片機方案提高40倍，即使主控單片機頻繁操作也完全不會影響顯示驅(qū)動和鍵盤掃描以及p監(jiān)控；串行接口以硬件實現(xiàn)，不需要時鐘；而顯示驅(qū)動和鍵盤掃描使用約0.75 mhz的全內(nèi)置主時鐘多次分頻后的掃描時鐘，所以在工業(yè)現(xiàn)場不易受到干擾。即使受到強干擾，也能夠在干擾后立即正常工作，不會影響串行接口、顯示驅(qū)動和鍵盤掃描的后續(xù)操作，并內(nèi)置看門狗電路，其電路圖如圖4.3所示。圖4.3 鍵盤顯示電路4.4 溫度檢測電路設計與實現(xiàn) 采用 to-92封裝的 ds18b20 有3 個引腳, 其外觀形狀跟普通三極關(guān)非常類似，如圖4.4 圖4.4 t

52、o-92封裝的ds18b20圖gnd為電源地，dq為數(shù)字信號輸入/輸出端，vdd 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。由于外部電源供電方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，電路簡單，是 ds18b20 較好的工作方式.，因此采用外部供電方式如圖4.5圖4.5 ds18b20外部電源供電接法4.5 故障排除在一次調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)制冷片不能制冷，采用各個模塊分開排查的方法，最終發(fā)現(xiàn)在我們制作的l298n驅(qū)動模塊上有一個二極管因為電路短路造成二極管短路。更換一個二極管，重新上電，制冷片正常工作，故障排除。5 軟件設計采用unsp ide集成開發(fā)環(huán)境，c語言編寫程序。所有的軟件程序都在該開發(fā)環(huán)境

53、中編譯通過。采用模塊化的設計方法，系統(tǒng)主要功能模塊有：主程序模塊、溫度檢測模塊、制冷驅(qū)動模塊、模糊pid控制模塊、鍵盤顯示模塊等。5.1 主程序說明及流程圖通過ds18b20對盒內(nèi)溫度的檢測，單片機獲得盒內(nèi)溫度信號，并顯示所測得的溫度值，設定溫度，主程序通過比較檢測所得的溫度值和輸入溫度值來合理控制制冷片驅(qū)動，同時檢測盒內(nèi)溫度是否達到預定值，如果沒有達到，則繼續(xù)控制制冷片驅(qū)動，若達到了預定值，則檢測溫度控制是否穩(wěn)定，若穩(wěn)定則顯示曲線，若不穩(wěn)定則調(diào)用pid調(diào)整直至穩(wěn)定。主程序流程圖如圖5.1所示。5.2 溫度檢測設計及流程圖初始化ds18b20，發(fā)送序列號，然后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，單片機讀取數(shù)據(jù)并

54、將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示的溫度值。程序流程圖如圖5.2所示。圖5.2 溫度檢測控制流程圖圖5.1 主程序流程圖5.3 制冷片驅(qū)動設計及流程圖本系統(tǒng)中對溫度控制的穩(wěn)定性采用pid控制，將檢測所得溫度值與設定值比較，若小于誤差則停止制冷片工作，若大于誤差值則使用模糊處理并調(diào)用pid參數(shù)，通過pid計算控制制冷片工作。其流程圖如圖5.4所示。圖5.3 pid控制流程圖5.4 鍵盤顯示程序設計及流程圖在本系統(tǒng)中，鍵盤顯示采用了專用鍵盤、顯示接口擴展芯片ch451，它具有自動完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能，有專門的指令及讀寫時序。其鍵盤掃描與顯示的流程圖分別如圖5.4.1、圖5.4.2所示。圖5.5.1

55、 鍵盤掃描流程圖 圖5.5.2 顯示流程圖6 系統(tǒng)測試6.1 測試儀器主要測試用儀器有數(shù)字存儲示波器ads820c、數(shù)字溫度計、萬用表、自制溫度自動控制裝置。6.2 測試方法、步驟及注意事項測試方法：啟動裝置，將屏幕顯示溫度數(shù)值與數(shù)字溫度計上的測量數(shù)值比較。設定溫度值，保持數(shù)字溫度計對盒內(nèi)溫度的監(jiān)測，記錄下穩(wěn)定狀態(tài)下的顯示數(shù)值，將其與輸入溫度進行比較，并記錄下達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間。6.3 測試結(jié)果為了能夠更準確的測量數(shù)據(jù)，我們對溫度采集模塊進行了6次檢測，對溫度控制模塊進行了6次檢測,詳細測試數(shù)據(jù)如表6.1、表6.2。表6.1 溫度采集檢測數(shù)據(jù)表t1（）t2（）t3（）t4（）t5（）t6（）顯

56、示值9.635521.957實際值9.834.65.121.25.37.5誤差0.20.40.10.70.30.5表6.2 溫度控制檢測數(shù)據(jù)表w1w2w3w4w5w6設定溫度9.834.65.121.25.37.5穩(wěn)定時間58s70s46s68s30s40s波動0.90.70.71.00.30.8超調(diào)量1.10.90.81.50.70.9通過檢測，溫度采集裝置和溫度控制裝置都能較好的工作。7 結(jié)束語通過對測試數(shù)據(jù)進行分析對比可以得出，本設計完全實現(xiàn)了系統(tǒng)的全部基本要求，將大學四年所學知識真正運用到了實踐中去，不但熟悉鞏固了以往所學，更在不少地方有了新的領(lǐng)悟與創(chuàng)新，使自身的理論知識與實踐能力得到了相互促進，極大的提高了自己的綜合能力。雖然系統(tǒng)完成的比較好，有很多可取的地方，