基于單片機(jī)溫度控制課程設(shè)計報告

1、 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 院 輪機(jī)工程學(xué)院 班 級 電氣1111 班 姓 名 吳棟甫 盧勁知 學(xué) 號 2011125032 2011125037 指導(dǎo)老師 江小霞 陳學(xué)梅 成 績 2014 年 12 月 26 日 一溫度控制系統(tǒng)發(fā)展概述溫度控制與人們的生產(chǎn)、生活有著極其密切的關(guān)系。溫度控制廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，工業(yè)，科研和日常生活中。隨著信息技術(shù)的不斷的更新與發(fā)展，溫度控制系統(tǒng)也在不斷地改進(jìn)，控制方法趨于多樣化和智能化，控制效果也更加精確和穩(wěn)定。近幾年國內(nèi)外的溫度控制系統(tǒng)控制方法主要有以下幾種：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，即基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或簡稱神經(jīng)控制，是指在控制系統(tǒng)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一工具對難以

2、精確描述的復(fù)雜的非線性對象進(jìn)行建模，或充當(dāng)控制器，或優(yōu)化計算，或進(jìn)行推理，或故障診斷等，亦即同時兼有上述某些功能的適應(yīng)組合，將這樣的系統(tǒng)統(tǒng)稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，將這種控制方式稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。在文獻(xiàn)【1】中提到，針對溫室溫度控制系統(tǒng)存在的大滯后、大慣性等問題,考慮到常規(guī)PID控制器自適應(yīng)能力差、魯棒性不強(qiáng)等缺陷,提出采用將具有較強(qiáng)的自組織、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)PID相結(jié)合構(gòu)成RBF-PID控制策略,自適應(yīng)調(diào)整PID控制器的參數(shù)。在該控制策略中,采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的Jacobian矩陣信息在線辨識,對RBF-PID控制器控制參數(shù)在線自整定。研究結(jié)果表明

3、:RBF-PID控制器可使溫室溫度控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)精度高、超調(diào)量小、抗擾動能力強(qiáng),具有良好的控制效果。模糊控制，在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。比如【3】中基于ARM的溫度控制也屬于是一種模糊控制的運用

4、。而在文獻(xiàn)【2】中提到，針對工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制系統(tǒng)具有非線性、時變性和滯后性的特點,采用模糊控制與PID相結(jié)合的方法,設(shè)計了一個基于模糊PID的工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng),采用AT91RM9200為主控制芯片,并用模糊PID控制算法對溫度進(jìn)行控制。最后以工業(yè)鍋爐蒸汽溫度為被控對象,建立仿真模型對常規(guī)PID控制和模糊PID控制進(jìn)行了仿真對比,結(jié)果表明采用模糊PID控制方法,有效的提高了系統(tǒng)對非線性、時變性和不確定性的處理能力,控制效果更好。遺傳算法，遺傳算法是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計算模型，是一種通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，遺傳算法的

5、研究出現(xiàn)了幾個引人注目的新動向：一是基于遺傳算法的機(jī)器學(xué)習(xí)，這一新的研究課題把遺傳算法從歷來離散的搜索空間的優(yōu)化搜索算法擴(kuò)展到具有獨特的規(guī)則生成功能的嶄新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。這一新的學(xué)習(xí)機(jī)制對于解決人工智能中知識獲取和知識優(yōu)化精煉的瓶頸難題帶來了希望。二是遺傳算法正日益和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理以及混沌理論等其它智能計算方法相互滲透和結(jié)合，這對開拓21世紀(jì)中新的智能計算技術(shù)將具有重要的意義【4】【5】除了以上的幾種控制算法，還有一些尚未成熟的控制算法但應(yīng)用并不廣泛。而以上幾種控制算法往往并不是單獨的去控制一個系統(tǒng)，而是幾種控制算法結(jié)合使用。比如pid和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)合使用，可以得到較好的控制效果。 二

6、系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)要求與說明2.1設(shè)計目的1. 培養(yǎng)綜合運用所學(xué)知識的基本理論和專業(yè)知識，獨立進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計。2. 學(xué)會搜集，閱讀，和分析相關(guān)參考資料，以及通過設(shè)計提高計算和繪圖能力。3. 掌握一般控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分析和設(shè)計方法，得到初步的工程訓(xùn)練。2.2設(shè)計內(nèi)容 完成溫度控制系統(tǒng)設(shè)計。采用單片機(jī)、溫度傳感器和功率模塊構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)，對該控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、設(shè)計控制算法，并編寫程序。2.3設(shè)備條件1、電熱水壺控制對象采用電熱水壺。2、溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。3、功率調(diào)控模塊功率可調(diào)模塊選用EUV-10A-X。4、采用單片機(jī)作為主控器，C51作為軟件平臺2.4設(shè)計要求1、采用

7、Protues和Keil聯(lián)合仿真的方式調(diào)試溫度的讀取；2、使用Proteus完成溫度控制系統(tǒng)仿真；（系統(tǒng)應(yīng)擴(kuò)展DAC0832、顯示器、溫度變送器、開關(guān)等）；3、組成控制系統(tǒng)，設(shè)計PID控制器，對PID參數(shù)進(jìn)行整定，并繪制時域響應(yīng)圖，給出時域特性指標(biāo)；4、在完成13的基礎(chǔ)上，依情況完成下列AD項內(nèi)容中的1項或多項內(nèi)容；A、各種變型PID（如BangBang PID等）；B、對該對象進(jìn)行建模，Matlab進(jìn)行控制算法的仿真；C、采用施密斯預(yù)估算法；D、用自行設(shè)計的其它控制算法進(jìn)行控制并與PID算法進(jìn)行比較2.5系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)度與任務(wù)分配任務(wù)分配：盧勁知的任務(wù)：1.控制系統(tǒng)方框圖2.資料收集與處理3.溫

8、度傳感器調(diào)試4.合作功率模塊調(diào)試吳棟甫的任務(wù): 1.系統(tǒng)流程圖2.功率模塊調(diào)試3.數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊部分4.串口通信設(shè)計進(jìn)度記錄：十六周：周一：閱讀理解設(shè)計任務(wù)書和查閱相關(guān)資料，歸納資料，試編寫溫度傳感器部分程序周二：對ds18b20部分的程序理解并用keil編譯調(diào)試。周三周四：采用protuse和keil聯(lián)合仿真的方式調(diào)試溫度的讀取，其中為了方便顯示，擴(kuò)展了8255接口并用led燈顯示分析。周五：溫度信號的讀取和D/A，功率模塊的調(diào)試。數(shù)據(jù)記錄，找到零點（零點調(diào)整）周末：查閱資料和對本周完成的部分模塊進(jìn)行分析理解，復(fù)習(xí)計算機(jī)控制技術(shù)，了解pid的編程流程圖。十七周：周一：寫入pid子程序，并進(jìn)行實

9、物的調(diào)試運行。周二：串口通信子程序先調(diào)試（要求輸出鋸齒波）。周三周五：將串口通信子程序嵌入之前的程序中構(gòu)成完整的溫度控制系統(tǒng)程序，連接實物系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)進(jìn)行運行調(diào)試，pid整定。運用matlab畫出時域相應(yīng)圖。 三.控制系統(tǒng)模塊設(shè)計3.1、控制系統(tǒng)方框圖與流程圖PID控制功率模塊被控對象 給定溫度D/A控制電壓溫度傳感器根據(jù)老師的要求和指導(dǎo)明白了，系統(tǒng)設(shè)計一般用模塊化設(shè)計，而模塊化設(shè)計中又從反饋環(huán)節(jié)開始設(shè)計。在該控制系統(tǒng)中溫度傳感器是首要測試的部分。即將相關(guān)程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，通過單片機(jī)讀取溫度傳感器中存儲的數(shù)值。其次，是對功率模塊的調(diào)試，這部分很關(guān)鍵的一點是要找到零點；而且在對功率模塊的調(diào)試

10、前必須要有一個D/A轉(zhuǎn)化，即dac0832。再者，將pid子程序嵌入，進(jìn)行初步的燒水操作。所以，相應(yīng)的程序設(shè)計流程圖為開始 各模塊初始化 DS18B20采集實時溫度顯示實時溫度溫度偏差輸入pid控制器度對控制器輸出D/A轉(zhuǎn)化Yk3.2、溫度傳感器DS18B20 由于ds18b20是初次接觸，需要了解和學(xué)習(xí)。通過老師提供的資料和網(wǎng)上查閱的資料，下面對ds18b20作詳細(xì)介紹。由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分

11、別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為0.0625 ， 而且從DS18B20 讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫。 DS18B20的主要特性（1）適應(yīng)電壓范圍寬，范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。（4）使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）溫范圍55+125，在-10+8

12、5時精度為0.5。（6）可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。（7）在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一 線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。2.2.2 DS18B20的外形（如圖2） 圖2 DS18B20封裝DS18B20引腳定義：(1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2)GND為電源地；(3)VDD為

13、外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。2.2.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。如圖3所示。 圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) （1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多

14、個DS18B20的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。表1 DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為

15、FE6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H 。（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如表3所示。表3 配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用 戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如表4所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）表4 溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位

16、93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750msDs18b20溫度顯示（實驗設(shè)計中擴(kuò)展了8255，并將其高8位和低8位接到led燈顯示。編寫子程序參考步驟：Ds18b20開始轉(zhuǎn)換：1. ds18b20復(fù)位。2.寫入跳過ROM的字節(jié)命令，0xcc。3.寫入開始轉(zhuǎn)換的功能指令，0x44。4.延遲大約750900msDs18b20讀暫存數(shù)據(jù)：1. ds18b20復(fù)位。2.寫入跳過ROM的字節(jié)命令，0xcc。3.寫入開始轉(zhuǎn)換的功能指令，0xbe。4.讀入第0字節(jié)LS byte ，轉(zhuǎn)換結(jié)果的低八位。5.讀入第一個字節(jié)MS Byte，轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位。6.ds18b20復(fù)位，

17、表示讀取暫存結(jié)束。數(shù)據(jù)求出十進(jìn)制1. 整合LS Byte和MS Byte的數(shù)據(jù)2. 判斷正負(fù)數(shù)（由于該設(shè)計溫度控制中，溫度不出現(xiàn)負(fù)值，故程序中不存在這一步）。3. 求出十進(jìn)制。正數(shù)乘以0.0625,（在做設(shè)計中，本組成員只做到正數(shù)部分，并沒有將小數(shù)點求出）。具體的c語言程序參照溫度控制完整程序。在這部分的調(diào)試中，將程序?qū)懭雓eil和protuse進(jìn)行聯(lián)合仿真。設(shè)置ds18b20中的溫度為85度，led從高到低依次顯示為0000 0111 1101 0000.25度，led從高到低依次顯示為0000 0001 1001 0000.設(shè)計中遇到的問題及其解決1. 連接溫度傳感器，打開實驗箱電源，并未

18、開始檢測被測物體。結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)測溫端竟然溫度很高。經(jīng)檢查和查閱資料知道：ds18b20左正右負(fù)，一旦接反就會立即發(fā)燙，甚至有可能燒毀。（幸好發(fā)現(xiàn)及時）。2. 把溫度通過8255口傳到led燈顯示時，顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)驗證一直錯誤。最后在老師的指導(dǎo)下，才發(fā)現(xiàn)8255和led燈的接線端口高低位插反了，導(dǎo)致數(shù)據(jù)顯示不對應(yīng)。3.3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832和功率模塊該部分原理即，希望通過把實時溫度與給定溫度偏差的數(shù)字量送入控制器控制，輸出的數(shù)字量經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換成電壓，送至功率放大，以達(dá)到控制流過控制對象的電流大小，進(jìn)而達(dá)到水溫控制。這部分把之前的8255，ds18b20,單片機(jī)，功率模塊，DAC0832

19、等實物連接在一起。設(shè)計：選擇DACo832的端口地址為A000H,CS6。將ds18b20檢測的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)輸出到DAC0832中。改變DA數(shù)字輸入量，用萬用表測得DA輸出量電壓大小，和經(jīng)過功率放大器輸出的電壓大小。a（數(shù)字量）D/A轉(zhuǎn)換輸出量(V)功率模塊輸出(V)100.31142200.62143300.83142400.95143501.07143601.2733702.1848802.5062902.81791103.12941303.431091503.651231704.061651904.381512204.681662554.93181 （錯誤測量數(shù)據(jù)）測試中遇到的困惑與解

20、決1. 無法找到零點，即無論輸入數(shù)字量為0時，功率模塊輸出不會為0。這將在完成串口通信后，在matlab的畫圖中可以明顯看出。解決：在matlab圖形中發(fā)現(xiàn)無法找到零點，找不到零點意味著系統(tǒng)無法進(jìn)行控制。在后面的串口通信調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)同學(xué)之間也存在相似的問題。經(jīng)過討論和詢問老師，最終發(fā)現(xiàn)在測試過程中并沒有將負(fù)載（熱水壺）接入系統(tǒng)，從而沒有零點出現(xiàn)。將熱水壺接入，重新測量。a（數(shù)字量）D/A轉(zhuǎn)換輸出量(V)功率模塊輸出(V)100.310200.620300.830400.950551.060601.2733702.1848802.5062902.81791103.12941303.431091

21、503.651231704.061651904.381512204.681812554.93216零點調(diào)整，輸入數(shù)字量加上55才是系統(tǒng)實際的數(shù)字量輸入。3.4.PID控制子程序 根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制（簡稱PID控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時，都能得到滿意的效果。 其中，比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，Kp的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是：只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠時間，積分控

22、制將能完全消除誤差，積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 本設(shè)計中用pid的位置型算法， u(k)=Kp*e(k) +Ki* +Kd*e(k)-e(k-1)3.5、串口通信 該部分主要是為了把實驗設(shè)備和計算機(jī)通信，將溫度傳入計算機(jī)，以實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)控。并聯(lián)合matlab繪制時域響應(yīng)圖。串口子程序（注釋）設(shè)計步驟一串口初始化設(shè)置。1. 選擇方式二定時器，串口控制寄存器，方式1禁止接受數(shù)據(jù)。2. 設(shè)置時鐘頻率和波特率12MHZ，Band=9600。3. Smod=1

23、，波特率加倍。中斷允許標(biāo)志2 串口發(fā)送，標(biāo)志位設(shè)置。等待中斷3 發(fā)送數(shù)據(jù)，將實時溫度送入計算機(jī)。4 查詢發(fā)送結(jié)束標(biāo)志位，發(fā)送完結(jié)束，否則繼續(xù)。 將串口子程序嵌入之前調(diào)試運行成功的程序中。并用串口通信線將實驗箱和pc機(jī)連接起來。 在此過程中遇到的問題及其解決1. 在運行了兩次通信后，matlab命令窗口中顯示數(shù)據(jù)輸入全為零即通信未能成功，能出現(xiàn)繪圖界面但不能繪圖。檢查線路和重啟電腦，重新運行程序均無法正常進(jìn)行。甚至連換一根通信線都沒用。結(jié)果在下次實驗時間上來重新運行，一切正常。分析可能是上次對試驗箱通電運行時間過長造成試驗箱出現(xiàn)故障。2. 程序出現(xiàn)錯誤，無法正常運行。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)一些變量沒有在開

24、頭先定義。3. 命令串口顯示數(shù)據(jù)傳送正常，但繪圖窗口無法繪圖。經(jīng)過調(diào)整延遲時間，發(fā)現(xiàn)可以正常繪圖。4. 遺漏了RXD和TXD管腳的連接。使得通信無法正常運行。 四系統(tǒng)仿真圖與時域響應(yīng)圖4.1、protuse仿真圖4.2、PID控制參數(shù)整定時域響應(yīng)圖 圖1 Kp=30 ki=0 kd=0 max=75 wen=72 圖2 Kp=50 ki=0 kd=0 max=77 wen=74 圖3 Kp=20 ki=0 kd=0 max=72 wen=70 圖4 Kp=40 ki=0 kd=0 max=76 wen=73 圖5 Kp=30 ki=0.01 kd=0 max=82 wen=76 圖6 kp=3

25、0 ki=0.005 kd=0 max=79 wen=77 圖7 Kp=30 ki=0.005 kd=0.01 max=79 wen=76 圖8 Kp=30 ki=0.005 kd=0.005 max=76 wen=73經(jīng)過以上的整定調(diào)試可知，適當(dāng)增大kp可以加快上升速度，減少調(diào)節(jié)時間。但是kp過大會出現(xiàn)一定的超調(diào)。而調(diào)節(jié)ki參數(shù)則能夠消除靜差，這點在理論上可以用穩(wěn)態(tài)終值誤差來分析。比例控制是基于偏差來計算的，這樣必然會產(chǎn)生靜差。而比例積分控制則是基于偏差的積分控制，即使偏差輸入為0，控制器輸出依然是最大值，而不是0。在PID整定調(diào)試中的問題：1. 在達(dá)到給定附近時出現(xiàn)較大的擾動，出現(xiàn)不平滑階

26、梯狀的曲線。解決：首先減少了延遲時間，讓系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)快些，結(jié)果使得曲線較之前更平滑些。由老師指導(dǎo)，通過加入濾波語句（不僅只有平均值濾波）進(jìn)行程序修改，如if(abs(yk-tt)30.0) yk=tt 把溫度傳感器的輸出值和時域曲線的上一點進(jìn)行比較，如果大于30，就將上一點的溫度值給這個點。程序和其他硬件都正常，但是偶爾出現(xiàn)一兩次的響應(yīng)曲線不如之前的平穩(wěn)。原因在于負(fù)載不一樣，即熱水壺盛的水量不同。經(jīng)調(diào)試整定，最終的響應(yīng)時序圖的參數(shù)指標(biāo)為上升時間為210us，系統(tǒng)超調(diào)量為36.6%，穩(wěn)態(tài)誤差為1.4%。 五. 控制系統(tǒng)設(shè)計綜述5.1、溫度控制系統(tǒng)結(jié)論 通過該溫度控制系統(tǒng)設(shè)計，可以很清楚的了解到P

27、ID算法對系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能和抗干擾性能的改善作用。單純的比例控制不能消除系統(tǒng)的靜差，如果在此基礎(chǔ)上加上積分控制，則系統(tǒng)的超調(diào)將會降低很多。而PID 的整定方法也有很多，比如試湊法，臨界阻尼調(diào)試法，現(xiàn)場經(jīng)驗整定發(fā)等等。雖然PID能夠改善系統(tǒng)的性能，但是由于溫度的非線性性，和不穩(wěn)定性，僅憑簡單的PID并不能得到非常滿意的控制效果。 所以，在PID的基礎(chǔ)上還可以加入濾波作用。濾波方式常用的有：平均值濾波，限幅濾波，中值濾波方法等。或者嘗試用bang-bang控制能夠得到準(zhǔn)時間最優(yōu)的控制。5.2、溫度控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計心得 從第一天上實驗室聽老師講任務(wù)要求和設(shè)計內(nèi)容到最后的質(zhì)疑答辯，兩個星期的課程設(shè)計即

28、將結(jié)束。一個完整的課程設(shè)計下來，自己受益匪淺。無論是實際的操作方面上，還是理論的認(rèn)識方面上都有了很大的提高。這是一次理論運用于實踐的過程，實踐印證理論的過程。整個設(shè)計內(nèi)容貫穿著大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識，較清晰的認(rèn)知到所學(xué)課程之間的聯(lián)系和實際應(yīng)用。從基礎(chǔ)的c語言編寫到計算機(jī)技術(shù)控制技術(shù)以及單片機(jī)運用。環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。從課本到實踐，使得很多原本不理解的理論知識得到了形象直觀的解答。當(dāng)然，在設(shè)計中難免遇到各種各樣的困難，需要一步步去解決。 首先是程序的運行調(diào)試問題，由于理論基礎(chǔ)相對薄弱，加上對學(xué)過的知識稍有遺忘，使得各個模塊的程序設(shè)計調(diào)試中遇到了很大困難。有時候出現(xiàn)30幾個錯誤，查看后卻發(fā)現(xiàn)只是一

29、個子程序的先后位置問題。有的時候一直查找都沒辦法找出是哪句程序有問題，直到同學(xué)幫忙檢查才恍然大悟是少了幾個分號。這些問題雖小，卻影響著整個系統(tǒng)的設(shè)計。所以在實際的操作設(shè)計中需要我們的耐心和細(xì)心，否則后果不堪設(shè)想，進(jìn)程也將大大推遲。除此以外，在調(diào)試中自己也更熟悉了對keil和protuse軟件的操作以及程序的編寫。彌補(bǔ)了之前學(xué)習(xí)中不熟悉不熟練的地方。比如串口通信子程序部分，PID部分。其次是硬件的連接問題。這相比較于軟件的調(diào)試更令人抓狂。因為程序出現(xiàn)錯誤，調(diào)試軟件還會提示出現(xiàn)了幾個錯誤，出現(xiàn)在哪些地方。而硬件問題則無從知曉，即使是程序提示無錯誤，無警告。只能一次次的嘗試或和同學(xué)討論分析。再去查找

30、是不是程序的問題，那些軟件系統(tǒng)不會顯示出來的錯誤。再結(jié)合硬件一次次調(diào)整。往往是，一次次的程序排查，最終運行成功。但是硬件連接后卻不能啟動整個系統(tǒng)。在我的設(shè)計中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是8255接的led燈無法顯示。懷疑是led燈的問題，可是換了試驗箱依然不行，最終發(fā)現(xiàn)是程序中高低位未能取反的問題。其中，還出現(xiàn)了功率放大器的三條連接線斷開的情況，必須重新焊接。還有萬用表不能長久的放在插座中測量電壓，很可能造成萬用表失靈。最后就是經(jīng)過課程設(shè)計，從老師那里學(xué)到了很多東西，不僅僅只是專業(yè)知識上的問題，還有為人處世方面的一個準(zhǔn)則。在整個設(shè)計中，感覺老師就像萬能鑰匙，哪里不懂，哪里出錯誤，老師都能夠馬上解決，并且

31、提供詳細(xì)的理論依據(jù)和實際的工程經(jīng)驗。最開始，老師就要求我們要從溫度傳感器開始調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)一般從反饋環(huán)節(jié)開始，只有反饋環(huán)節(jié)沒問題，整個系統(tǒng)才能正常運行。接著一個個模塊設(shè)計調(diào)試，這樣才能保證每一個環(huán)節(jié)都不出錯誤。這個經(jīng)驗是很重要的。此外，老師教導(dǎo)我們要做生活的有心人，凡事多注意點，就會走在別人的前面，不怕出錯誤，遇到問題要想著怎么解決。要形成查閱資料和分析資料的習(xí)慣，遺忘的不懂得問題得去找答案。在這過程中，老師的認(rèn)真敬職也是值得我學(xué)習(xí)的。當(dāng)老師被我們問到她之前沒有遇到的問題或者沒有注意到的問題時，她會馬上記錄下來。經(jīng)驗就是這樣一點點積累的。還有就是一些做工程中比較好的習(xí)慣老師也無保留的傳授給我們

32、。比如：每個設(shè)計配一個筆記本，記錄各個參數(shù)指標(biāo)和數(shù)據(jù)等，記錄一些心得?？傊蠋熃o了我們很大的幫助。不僅是我們學(xué)業(yè)上的解惑者，也是我們?yōu)槿颂幨郎系慕虒?dǎo)者。經(jīng)過課程設(shè)計，也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足。不夠有耐心和細(xì)心，分析問題比較慢等。課設(shè)讓我在實踐和理論上都打下了一個比較好的基礎(chǔ)，這將為我接下來的畢業(yè)設(shè)計中提供很大的幫助。而我的畢業(yè)設(shè)計課題是基于組態(tài)王的溫度控制，相信經(jīng)過這次水溫控制系統(tǒng)，面對下次得設(shè)計，我能夠做的更好。 6. 參考文獻(xiàn)【1】屈毅,寧鐸,賴展翅,程琪,穆麗寧。溫室溫度控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.2011（02）【2】韓文虹，趙廣?；谀：齈ID的工業(yè)鍋爐溫度控制系

33、統(tǒng)設(shè)計.制造業(yè)自動化.2011（08）【3】湯志寶,郭興旺，曾超。基于ARM的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。微計算機(jī)信息.2008（02）【4】羅樂,箮賢進(jìn)?；谶z傳算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)代電子技術(shù).2012（18）【5】孟國營, 王曉蕾，李承志?；谶z傳算法的爐膛溫度場重建算法研究，電子測量與儀表學(xué)報 .2014（10）溫度控制系統(tǒng)完整程序#include #include #include#include#define DAC0832 XBYTE0xA000#define K8255 XBYTE0x8003#define A8255 XBYTE0x8000#define B8255 XBYTE0

34、x8001#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P13; /將DS18B20的數(shù)字輸入/出端接入單片機(jī)P1.3口unsigned char TH,TL;float tt;unsigned char sending;void dsreset(void) /復(fù)位子程序 int i; DS=0; i=103; while(i0)i-; /延時 DS=1; i=4; /拉高電平 while(i0)i-; /延時 bit tmpreadbit(void) /read a bit讀一位 int i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay i=1 DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8; while(i0)i-; return (dat); /一個位輸出unsigned char tmpread(void) /讀一個字節(jié)數(shù) unsigned char i,j,dat; j=0; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j1); return(dat); void tmpwritebyte(unsigned char dat) /寫一個位 int i; unsigned char j; bit