溫度控制實(shí)習(xí)

溫度控制實(shí)習(xí)報(bào)告姓名：葛峰銘組員：李浩銘學(xué)院：自動(dòng)化班 級(jí)： 231131專業(yè)：自動(dòng)化指導(dǎo)老師：金星2016年8月一、溫度控制實(shí)習(xí)概述溫度控制實(shí)習(xí)的目的在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流，電壓，溫度，壓力等都是常用的主要被控參數(shù)。溫度作為一個(gè)基本物理量，與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度作為一種常用的主要被控參數(shù)，在很多生產(chǎn)過程中我們需要對(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行檢測，溫度控制調(diào)節(jié)也被廣泛的應(yīng)用在冶金行業(yè)，化工行業(yè)，機(jī)械制造和食品加工等多種領(lǐng)域。溫度控自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也是綜合應(yīng)用控制理論、單片機(jī)原理及接口技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、微機(jī)接口技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程知識(shí)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的在于通過試驗(yàn)來驗(yàn)證和研究控制理論（溫度檢測控制），增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)以促進(jìn)認(rèn)識(shí)的深化，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析能力，使學(xué)生掌握一般運(yùn)動(dòng)控制和溫度控制的操作方法和基本技能。溫度控制實(shí)習(xí)主要內(nèi)容此次采用的WK-2溫度控制儀是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，由主控芯片直接讀取溫度傳感器測得的溫度值后直接與當(dāng)前溫度的設(shè)定值進(jìn)行比較。根據(jù)PID計(jì)算的結(jié)果得到控制信號(hào)控制雙向可控硅光耦進(jìn)而控制電熱杯的通電和斷電操作。PID算法介紹根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分①）進(jìn)行控制簡單PID控制。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，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID控制的基礎(chǔ)是比例控制，積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加超調(diào)，微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢。它由于用途廣泛、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)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。第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)PID在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程時(shí)，工作得不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制復(fù)雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。雖然有這些缺點(diǎn)，但簡單的PID控制器有時(shí)卻是最好的控制器。溫度控制實(shí)習(xí)預(yù)期結(jié)果完成最高溫度（60-70度）的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，計(jì)算超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差；自己設(shè)定升溫曲線，升溫速率可以為0.5-3度/分鐘，可以分階段升溫，如把30-70度的升溫過程分成3個(gè)階段，30-40，40-50，50-70，且在每個(gè)階段有溫度保持時(shí)間，如3分鐘或更長;編制信號(hào)采樣程序，轉(zhuǎn)換顯示以及在數(shù)碼管上時(shí)鐘顯示（秒表）。達(dá)到設(shè)定溫度穩(wěn)定后加入擾動(dòng)，控制加熱算法，使其快速達(dá)到溫度設(shè)定值。二、溫度控制實(shí)習(xí)硬件介紹溫度檢測單元由于DS18B20采用的是1—Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。GND□S1SB20Heiider3傳感器接口VDDGND□S1SB20Heiider3傳感器接口VDD1.0GND圖溫度采集電路溫度控制單元利用合理的算法，對(duì)于不同的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理。通過單片機(jī)的P1.4和P1.3口發(fā)脈沖經(jīng)過一個(gè)或非門來控制可控硅BCR12AM的導(dǎo)通角（脈沖寬度的調(diào)節(jié)），進(jìn)而對(duì)水加熱，以達(dá)到預(yù)期的溫度?？紤]到強(qiáng)點(diǎn)的干擾，這里，可控硅BCR12AM控制的前級(jí)采用具有光電隔離且具有自同步功能的可控硅控制器件MOC3401來對(duì)可控硅進(jìn)行控制。光耦的接口電路：為了供電方便，本裝置采用的是可控硅型光耦。其輸出端有220V,380V的交流電壓。由于有些光耦的導(dǎo)通電流較小，因此要適當(dāng)?shù)募由舷蘖麟娮枰约捌鸱至髯饔玫碾娮?。有時(shí)為了防止高頻干擾對(duì)于光耦輸入端的影響，可以在輸入兩端加一個(gè)濾波電容（C1）。

圖電熱杯溫度控制電路接口電路可控硅是一種大功半導(dǎo)體器件，可以分為單相可控硅和雙向可控硅。在微機(jī)控制中可以作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，具有用較小的功率控制大功率，開關(guān)無觸點(diǎn)等的特點(diǎn)，在交流，直流電機(jī)調(diào)速，隨動(dòng)系統(tǒng)中都有廣泛的作用，本裝置中使用的是雙向可控硅。顯示電路單元由8位LED數(shù)碼顯示管，74LS138譯碼器和74LS373數(shù)據(jù)鎖存器組成?？捎糜陲@示被測量的溫度值和升溫時(shí)間等值，顯示的內(nèi)容可由軟件設(shè)定。顯示電路如下圖所示，該電路屬于動(dòng)態(tài)顯示，利用74LS138譯碼器實(shí)現(xiàn)位選，P0口的輸出通過鎖存器實(shí)現(xiàn)段選?？梢愿鶕?jù)這硬件接口電路實(shí)現(xiàn)要求的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。GrKD中中@0+。@中小mDfnJDJEGmnl。GrKD中中@0+。@中小mDfnJDJEGmnl。OEEE串口通信單元MAX232是由德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。三、實(shí)驗(yàn)程序及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析溫度采集模塊溫度采集：由溫度采集程序?qū)⒉杉臏囟葦?shù)字量通過數(shù)組返回到主函數(shù)，得到的數(shù)字量乘以0.0625才是實(shí)際的溫度，所以有以下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)：voidcovert1(void) 〃將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)(t[1]<<=4;t[1]=t[1]&0x70;t[1]<<=4;t[1]=t[1]&0x70;x=t[0];x>>=4;x=x&0x0f;t[1]=t[1]|x;〃取出高字節(jié)的3個(gè)有效數(shù)字位〃將t[0]暫存到X,因?yàn)槿⌒?shù)部分還要用到它〃右移4位〃和前面兩句就是取出t[0]的高四位〃將高低字節(jié)的有效值的整數(shù)部分拼成一個(gè)字節(jié)t[0]=t[0]&0x0f;〃取有效的兩位小數(shù)t[0]>>=3; 〃右移兩位，以便查表x=t[0];t[0]=dotcode[x];〃查表換算成實(shí)際的小數(shù))轉(zhuǎn)換之后溫度實(shí)際的值以整數(shù)部分存在t[1]，小數(shù)部分存在t[0]的方式保存并返回主程序。計(jì)時(shí)模塊秒表：利用單片機(jī)自身的定時(shí)器中斷功能進(jìn)行計(jì)時(shí)，中斷周期為10ms,具體函數(shù)如下：voidtimer0()interrupt1using1 〃加熱的PWM周期為100*定時(shí)器0(TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;kk++;if(kk==100){kk=0;ge++;)if(ge==10){ge=0;shi++ ;)if(shi==10){shi=0;bai++;if(bai==10){bai=0;qian++;)if(qian==10){qian=9;)數(shù)碼管顯示顯示部分，硬件部分由38譯碼器與鎖存器實(shí)現(xiàn)，通過編程對(duì)八段管進(jìn)行選擇顯示，部分程序如下：voiddisplay(void)(LE=1;// P1=7<<5;P15=1;P16=1;P17=1; 〃對(duì)八段管進(jìn)行選擇P0=led[TempBuffer1[2]];〃顯示delay(100);P0=0x00;// P1=6<<5;P15=0;P16=1;P17=1;P0=led[TempBuffer1[3]];delay(100);P0=0x00;溫度顯示：溫度顯示之前要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行每一位分離，分離程序如下：TempBuffer1[1]=t[1]/100; 〃分離出百位if(TempBuffer1[1]==0)TempBuffer1[1]=0x00;〃百位數(shù)消隱TempBuffer1[2]=(t[1]%100)/10; 〃分離出十位TempBuffer1[3]=(t[1]%100)%10; 〃分離出個(gè)位TempBuffer1[4]=t[0]/10; 〃分離出十分位TempBuffer1[5]=t[0]%10; 〃分離出百分位PID控制算法要實(shí)現(xiàn)高精度的溫度自動(dòng)控制就必須采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集、顯示及控制等，并可用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)升、降溫和閉環(huán)自動(dòng)控制。采樣處理程序是該系統(tǒng)的主要部分，主要的任務(wù)是：數(shù)據(jù)的采集；顯示溫度；控制計(jì)算；控制輸出。加入擾動(dòng)后觀測系統(tǒng)穩(wěn)定性。此次實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容就是溫度控制，我們選擇的是比較熟悉的PID控制，算法如下：if((aa%3)==0) 〃每三秒掃描一次{m=0;dd_error=d_error;d_error=error;error=(target-value);//^e(k)/e(k-1//^e(k-2)det_t=k*(error-d_error)+(k*3/ti)*error+(k*td/3)*(error-2*d_error+dd_error); 〃增量公式pwm=det_t;if((error>10)||(pwm>60))pwm=60;)PID算法得到的控制量怎么與溫度控制聯(lián)系起來從而達(dá)到控制效果是關(guān)鍵一步，將得到的控制量與加熱杯的導(dǎo)通時(shí)間聯(lián)系起來，即我們接觸到的脈沖占空比，得到的控制量與定時(shí)器中斷里面的水杯加熱程序共同對(duì)加熱時(shí)間進(jìn)行控制：if(a==100){a=0;aa++;)if(m<pwm){TA=1;TB=1;}if((m>=pwm)||(value>=target)){TA=0;TB=0;}if(m==60)m=0;m++;接下來就是所有函數(shù)的整合了：voidmain(void)(int_timer0();int_timer1();EA=1;int_uart();//uartset();P22=0;P23=0;P2_7=0;while(1)(P2_7=!P2_7;EA=0;pt=ReadTemperature(TH,TL,0x7f); 〃測溫函數(shù)返回這個(gè)數(shù)組的頭地址EA=1;t[0]=*pt;pt++;t[1]=*pt; 〃上限溫度-22,下限-24,分辨率10位,也就是0.25Ccovert1();display();cc++;if(cc>100)(Uart_SendChar(0x5a);Uart_SendChar(TempBuffer1[2]);Uart_SendChar(TempBuffer1[3]);Uart_SendChar(TempBuffer1[4]);Uart_SendChar(TempBuffer1[5]);cc=0;)〃讀取溫度，溫度值存放在一個(gè)兩個(gè)字節(jié)的數(shù)組中if((aa%3)==0) 〃每三秒掃描一次{m=0;dd_error=d_error;d_error=error;error=(target-