智能熱電偶測溫系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計論文

摘要溫度是表征物體冷熱程度的物理量。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量控制始終占據(jù)著重要地位。溫度傳感器應(yīng)用范圍之廣、使用數(shù)量之大，也高居各類傳感器之首。本文使用溫度傳感器設(shè)計了一個完整的測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的溫度傳感器為熱電偶，A/D轉(zhuǎn)換器件為ADC0809，微型計算機采用的是MCS-51單片機。系統(tǒng)將溫度變換、顯示和控制集成于一體，用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)升、降溫的調(diào)節(jié)，控制采用了模糊控制原理對系統(tǒng)進行控制。設(shè)計的系統(tǒng)所滿足的技術(shù)指標：測溫范圍為500—800℃，響應(yīng)時間為小于等于1s，誤差范圍為-5℃—+5℃。關(guān)鍵詞：熱電偶A/D轉(zhuǎn)換模糊控制ABSTRACTTemperatureisthephysicalquantityofsymptomobjectcoldhotlevel.Inthedailylifeandproductionofindustryandagriculture,occupyimportantpositionallalongforthemeasurecontroloftemperature.Temperaturesensorapplicationbroadscopeandusebigquantity,alsoholdtheheadofeachkindofsensorhigh.Thispaperusestemperaturesensorandhasdesigned,isaandcompletetomeasurewarmsystem.Thetemperaturesensoradoptedbythissystemisthermocouple,theconverterofA/DisADC0809,whatpersonalcomputeradoptisthatMCS-51onlyflatmachine.Systemalternatestemperature,showsandcontrolstobemoreintegratedthanonebody,realizessystemwithsoftwaretorise,cooldownregulation,controlhasadoptedvaguecontrolprincipleassystemcontrols.Thetechnicalindexofdesignsatisfiedbysystem:Measurewarmscopeis500—800℃,respondtimetobesmallerthanisequalto1s,scopeiserror-5℃—+Keyword:ThermocoupleConversionofA/DVaguetocontrol目錄第一章緒論 1第二章系統(tǒng)設(shè)計 2第三章硬件結(jié)構(gòu)及分析 43.1溫度檢測元件—熱電偶 43.1.1熱電偶的特性 43.1.2熱電偶的基本定律 53.1.3熱電偶測溫 63.2電源電路 93.3測量電路 103.4濾波電路 113.5控制電路 123.6A/D采集部分原理 133.6.1A/D轉(zhuǎn)換器概述 133.6.2逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理 133.7顯示部分原理 153.8鍵盤部分的應(yīng)用 163.8.1鍵盤的工作原理 163.8.2矩陣式按鍵接口 173.8.3鍵盤、顯示器組合接口 19第四章控制軟件及流程 224.1鍵盤、顯示及A/D轉(zhuǎn)換 224.2控制程序 244.2.1控制程序原理 244.2.2模糊控制在該系統(tǒng)中的實現(xiàn) 25總結(jié) 29致謝 30參考文獻 31第一章緒論檢測與傳感是實現(xiàn)單片機控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將檢測的信號輸送到信息處理部分，是單片機控制系統(tǒng)的感受器官。在科學(xué)實驗和生產(chǎn)實際中，很多物體和現(xiàn)象具有明顯和穩(wěn)定的數(shù)量特征，我們可以通過測量和計算，確定該量的大小，并用數(shù)字給出結(jié)果，還有一些物體特征數(shù)量較少，或某些現(xiàn)象不十分明顯，常常被很多其他量或現(xiàn)象所掩蓋，能否檢出這些被掩蓋量的存在，進而得出這些量的大小數(shù)值，都需要傳感和檢測技術(shù)。在科學(xué)技術(shù)的研究、工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的過程中，對這些量不僅要進行測量，而且要對其進行控制、變換、傳輸、顯示等。在實踐的過程中，人們逐步認識到電量具有易測等許多優(yōu)點，而且大多非電量可以精確的轉(zhuǎn)化為電量，這就是所謂的非電量測量技術(shù)。在單片機控制系統(tǒng)中信號檢測主要就是應(yīng)用這種非電量測量技術(shù)。本文就是采用了非電量測量技術(shù)，用熱電偶將溫度這一非電量轉(zhuǎn)化為電量，在通過信號調(diào)理電路對輸出信號進行放大、濾波，并送A/D轉(zhuǎn)換，最后送單片機處理并實現(xiàn)對后續(xù)電路的控制。在加熱過程中，我們采用了可控硅調(diào)壓控制的方案，因為可控硅控制方法簡單，元件的性能可靠，使用時不易損壞，且成本較低，故在設(shè)計中采用了可控硅元件進行調(diào)壓。加熱對象為電阻性元件（如碳棒等）。由于被控對象是溫度，且恒溫箱體的熱容量大，熱慣性大，在加熱過程中容易產(chǎn)生超調(diào)和震蕩現(xiàn)象，控制精度難以實現(xiàn)。本設(shè)計采用模糊控制的方法，不僅控制程序較為簡單，而且能達到較好的控制效果。第二章系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)的基本組成如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)原理框圖如上圖所示，本系統(tǒng)由傳感器、放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機及鍵盤和顯示電路組成。溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，通過對這些特性參數(shù)的測量間接的獲得。溫度傳感器的基本工作原理正是利用了這一性質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已開發(fā)出種類繁多的溫度傳感器。常用的溫度傳感器由P-N結(jié)溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、集成溫度傳感器、熱電阻及熱電偶溫度傳感器等。其中，P-N結(jié)溫度傳感器有較好的線性度，熱時間常數(shù)約0.2s～2s,靈敏度高，其測溫范圍為-50℃～+50℃。其溫度與壓降的關(guān)系如圖(2.2)所示。這種溫度傳感器的缺點是，同一型號的二極管或三極管的特性不一致。熱敏電阻是電阻式傳感器。它利用阻值隨溫度變化的特性來測量溫度。一般把由金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體材料經(jīng)成型、燒結(jié)等工藝制成的測溫元件叫做熱敏電阻。熱敏電阻的非線性嚴重，穩(wěn)定性差，不可用于精確測量，主要用于電路溫度補償和保護。集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種集成電路。它的線性好、靈敏度高、體積小、使用方便，但其測溫范圍窄，只可測180℃以下的溫度。圖2.2二極管的V-T特性熱電阻的基本材料有鉑、銅和鎳，其阻值隨溫度的升高而增大。其中鉑電阻有很好的穩(wěn)定性和測量精度，測溫范圍寬，為-200～600℃，但價格高。銅電阻測溫范圍窄，為-50～+150℃。熱電偶測溫范圍寬，一般為-50～+1600℃，最高的可達2800℃，并且有較好的測量精度。另外，熱電偶已標準化，系列化，易于選用，可以方便的用計算機做非線性補償，因此應(yīng)用很廣泛。因為該系統(tǒng)測溫范圍為500～800℃，所以經(jīng)比較采用熱電偶作為溫度傳感器。熱電偶使用時用二極管構(gòu)成溫度補償電路，二極管的線性度好，且用這種方法構(gòu)成的補償電路與以往電路比較，性價比高。熱電偶的輸出信號較小，所以放大器選用低失調(diào)低漂移運放OP-07，組成增益可調(diào)的差動結(jié)構(gòu)。該差動結(jié)構(gòu)一方面用于放大熱電偶的輸出信號，另一方面用于與二極管構(gòu)成的溫度補償電路的輸出值相減。因為熱電偶的輸出信號小，所以有一點干擾也會對輸出產(chǎn)生很大影響。該系統(tǒng)的干擾主要以50HZ及其以上的頻率的干擾為主，所以采用兩級低通濾波器濾除干擾。濾波器用的是有源低通濾波，其轉(zhuǎn)折頻率為10HZ。系統(tǒng)的設(shè)計指標要求測量精度在-5V～+5V范圍內(nèi)，響應(yīng)速度為小于等于1mS。ADC0809為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度約為1/256，轉(zhuǎn)換速度約為120uS，所以選用ADC0809完全可以滿足系統(tǒng)要求。通過單片機完成鍵盤控制、顯示及對加熱系統(tǒng)的控制。鍵盤采用4*4矩陣式鍵盤，用四個數(shù)碼管顯示溫度值，采用動態(tài)顯示。對加熱裝置的控制通過單片機控制可控硅的導(dǎo)通角來完成。因為可控硅控制方法簡單、性能可靠、不易損壞且成本較低，故在設(shè)計中采用了可控硅元件進行調(diào)壓來控制加熱，加熱對象為電阻性元件（如碳棒等）?？刂圃聿捎媚：刂疲驗楸豢貙ο笫菧囟?，且恒溫箱體的熱容量大，熱慣性大，在加熱過程中容易產(chǎn)生超調(diào)和震蕩現(xiàn)象，控制精度難以實現(xiàn)。本設(shè)計采用模糊控制的方法，不僅控制程序較為簡單，而且能達到較好的控制效果。第三章硬件結(jié)構(gòu)及分析3.1溫度檢測元件—熱電偶3.1.1熱電偶的特性基于熱電效應(yīng)原理工作的傳感器稱為熱電偶傳感器，簡稱熱電偶。熱電偶的測溫范圍寬，一般為－50℃～+1600℃，最高的可達2800℃。并且有較好的測量精度。另外，熱電偶已標準化，產(chǎn)品系列化，易于選用，可以用模擬法調(diào)整電路或儀表，也可以方便地用計算機作非線性補償，因此它是目前接觸式測溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器。如圖3.1所示，兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A或B的兩端分別焊接或絞接在一起，形成一個閉合回路。若兩個接點處于不同的溫度，導(dǎo)體A和B的電子的逸出電位不同（即逸出功不同），電子密度不同，因而在他們的接觸面處電子向?qū)γ媪鞒龅牧坎煌?，一面有多余電子，另一面缺少電子，便產(chǎn)生接觸電動勢（稱為熱電勢），在回路中產(chǎn)生電流。圖中導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B稱為熱電極，它們組成熱電偶AB。測溫時接點（1）置于被測溫度場中，稱測溫端（或工作端，熱端）；接點（2）一般處于某一恒定溫度，稱參考端（或自由端，冷端）。圖3.1熱電效應(yīng)示意圖熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與兩個電極的材料及兩個接點的溫度有關(guān)，由單一導(dǎo)體的溫差電勢和兩種導(dǎo)體的接觸電勢組成，通常寫成。溫差電勢是指一根勻質(zhì)的金屬導(dǎo)體，當兩端的溫度不同時，其內(nèi)部產(chǎn)生的電動勢。溫差電勢的形成是由于導(dǎo)體內(nèi)高溫端自由電子的動能比低溫端自由電子的動能大。這樣，高溫端自由電子的擴散速率比低溫端自由電子的擴散速率大，使得高溫端因失去一些電子而帶正電，低溫端因得到一些電子而帶負電，從而兩端形成一定的電位差。根據(jù)物理學(xué)推導(dǎo)，當導(dǎo)體A兩端的溫度分別為T，時，溫差電勢可由下式表示（3-1）式中——導(dǎo)體A的溫差系數(shù)。同理導(dǎo)體B的溫差電勢為（3-2）當A，B兩種金屬接觸在一起時，由于兩種金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子密度不同，再結(jié)點處就會發(fā)生電子遷移擴散，若金屬A的電子密度大于金屬B的電子密度，則由金屬A擴散到金屬B的電子數(shù)要比從金屬B擴散到金屬A的電子數(shù)多。這樣，金屬A因失去電子而帶正電，金屬B因得到電子而帶負電，于是在接觸面處形成電場。此電場將阻止電子由金屬A進一步向金屬B擴散，直到擴散作用與電場的阻止作用相等時，這過程便處于動態(tài)平衡。此時，在A，B兩金屬的接觸面形成一個穩(wěn)定的電位差，這就是接觸電勢。接觸電勢寫成，表示它的大小與兩金屬的材料有關(guān)，也與接觸面處的溫度有關(guān)。由物理學(xué)推導(dǎo)，接觸電勢的表達式為(3-3)式中K——波爾茲是常數(shù)；T——接觸處的絕對溫度；e——電子電荷量；，——分別為金屬A，B的自由電子密度；對于圖3.1所示的由A和B兩種導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶回路，熱端和冷端溫度分別為T，時，其總熱電勢用表示，它等于整個回路中各接觸電勢與各溫差電勢的代數(shù)和。即(3-4)上式右邊第一項稱接觸電勢，第二項稱溫差電勢，接觸電勢一般大于溫差電勢。由上式可見，如果A和B兩導(dǎo)體的材料相同，即=，=，即使兩端溫度T，不同，總電勢也為0，因此熱電偶必須用兩種不同成分的材料作熱電極。此外，如果熱電偶的兩電極材料不同，但熱電偶的兩端溫度相同，即T=，總的熱電勢也為0。3.1.2熱電偶的基本定律、中間導(dǎo)體定律在實際應(yīng)用熱電偶測量溫度時，必須在熱電偶回路中接入測量熱電勢的儀表。熱電偶回路中接入測量儀表和連接導(dǎo)線相當于熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體?？梢宰C明：“在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體后，只要第三種導(dǎo)體兩端的溫度相同，就不會影響熱電偶回路的總熱電勢?！边@就是熱電偶的中間導(dǎo)體定律。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，我們可以在回路中引入各種儀表和連接導(dǎo)線，而不必擔心會對熱電勢有影響。同時也允許采用任意的焊接方式來焊制熱電偶。而且，應(yīng)用這一定律，還可以采用開路熱電偶測量液態(tài)金屬和固體金屬表面的溫度。利用這一原理時應(yīng)特別注意熱電偶和儀表的兩連接端溫度必須相等或極近似。但在一般情況下，因熱電偶的參比端都靠近被測對象，所以有較高或變化不定的溫度，在這種情況下，應(yīng)首先將參比端設(shè)法引到一溫度比較恒定并且和儀表所在地點有極近似溫度的地方，然后才能運用這一原理。二、中間溫度定律熱電偶AB在接點溫度為T，時的熱電勢等于該熱電偶在接點溫度T，和，時的熱電勢之和。即=+(3-5)稱為中間溫度。這個中間溫度定律為制定熱電偶的分度表奠定了理論基礎(chǔ)。只要求得參考溫度大于0℃時的“熱電勢——溫度”關(guān)系，就可以根據(jù)該定理求出參考溫度不等于0℃時的“熱電勢——溫度”=（3-6）三、標準電極定律由3種材料成分不同的熱電極A，B，C分別組成3對熱電偶，在相同結(jié)點溫度（T，）下，如果熱電極A和B分別與熱電極C（標準電極）組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢已知，則由熱電極A和B組成的熱電偶的熱電勢可由下式求出：=（3-7）標準電極C通常由純度很高，物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定的鉑制成，稱為標準鉑熱電極。利用標準電極定律可大大簡化熱電偶選配工作，只要已知任意兩種電極分別與標準電極配對的熱電勢，即可求出這兩種熱電極配對的熱電偶的熱電勢而不需要測定。3.1.3熱電偶測溫一、測溫原理和方法熱電偶兩個電極的材料確定后，熱電偶的熱電勢就只與熱電偶兩端溫度有關(guān)。如果使參考端溫度恒定不變，則對給定材料的熱電偶，其熱電勢就只與工作端溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即=（3-8）這個函數(shù)關(guān)系就是熱電偶測溫的原理。在熱電偶中，A、B熱電極材料的電子密度與溫度有關(guān)，但其嚴格的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系是難以準確得到的，故熱電勢與溫度的一一對應(yīng)關(guān)系不是用計算的方法而是用實驗的方法得到的。對給定的熱電偶通過實驗測得=0℃時，T取不同溫度時的熱電勢數(shù)據(jù)，形成“熱電勢——溫度T對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)表”——稱為該熱電偶的分度表。有了這個分度表，今后在用該熱電偶測量溫度時，只要測得該熱電偶的熱電勢，就可查分度表，確定出對應(yīng)的被測溫度的數(shù)值T，這種方法稱為查表法。如果把熱電偶與專用的測量儀器配套使用，通常該測量儀器的刻度就按熱電偶型號所對應(yīng)的分度表標定成溫度數(shù)值，這樣在用該熱電偶及其配套測量儀器測溫時，如=0℃，便可直接從儀表上讀取溫度值T，這種方法稱為直接法。一般來說，熱電偶的分度表和相配的測溫儀表都是規(guī)定在參考溫度為0℃的情況下使用的。在參考溫度為已知值但不是0℃的情況下，應(yīng)采取如下計算修正的辦法。若用查表法測溫，則應(yīng)在測出和已知后，先從分度表上查出與對應(yīng)的值，再按（3-5）式計算出值,即=+（3-9）最后從分度表查出與對應(yīng)的溫度T值。若采用直接法測溫，因此時的熱電勢是且≠0℃，而儀器刻度確實按照“與T”的關(guān)系刻度的，故此時儀表指示溫度“T”并不是真實溫度T。通常熱電偶測溫儀器產(chǎn)品說明書上都會給出與指示值T相對應(yīng)的修正系數(shù)k值,應(yīng)按下式計算出真實溫度T：（3-10）二、熱電偶的冷端溫度校正為了使熱電偶的熱電勢與被測溫度呈如（3-8）式的單值函數(shù)關(guān)系,需要使熱電偶的冷端溫度保持恒定或進行其它處理。1、冷端的恒溫方式把冰屑和清潔的水相混合，放在保溫瓶中，并使水面略低于冰屑面，然后把熱電偶的冷端置于其中，在一個大氣壓的條件下，即可使冰水保持在0℃，這時熱電偶輸出的熱電勢符合分度表的對應(yīng)關(guān)系。這種方法稱為冰浴法，適用于實驗室且無須校正。使冷端保持恒溫的方法，也可以將冷端置于恒溫槽中，在恒溫槽內(nèi)充油，冷端置于油中，以改善冷端溫度的穩(wěn)定性。亦可將冷端置于溫度變化緩慢的容器中或置于深埋于地下的鐵盒或充滿絕熱體的鐵管中等等。上述方法的冷端溫度T≠0℃,因此必須校正。2、冷端延伸工業(yè)測溫時，被測點與指示儀表間往往有很長的距離，如果將熱電偶直接延長到很遠的地方，對于價格很高的貴金屬來說，顯然是不可能的。即使是對于普通廉價金屬熱電偶來說也是浪費材料。因此應(yīng)設(shè)法找到一種導(dǎo)線，使它在溫度為0～150℃范圍內(nèi)，其熱特性與熱電偶近似相同，而且價格便宜。這種導(dǎo)線叫做熱電偶補償導(dǎo)線或稱作延長導(dǎo)線，為保證接入補償導(dǎo)線后不影響原熱電偶回路熱電勢的測量值，必須注意以下幾點：補償導(dǎo)線的熱特性在一定范圍內(nèi)（一般為0℃～150℃），要與所配用的熱電偶的熱電特性相同，即滿足=（3-11）補償導(dǎo)線與熱電偶的兩個接點的溫度必須相同，且不得超過規(guī)定的范圍。補償導(dǎo)線的正負極以其絕緣層的顏色來區(qū)分。在使用時，一定要使補償導(dǎo)線與熱電偶的同性電極相接，切不可反接。不同的熱電偶要求配用不同的補償導(dǎo)線。對于廉價金屬熱電偶，其補償導(dǎo)線就采用與其電極材料相同的合金絲。而對于貴重金屬熱電偶，通常用實驗方法找出熱電特性相同的廉價合金絲作為補償導(dǎo)線。3、冷端溫度補償使冷端溫度保持恒定需要用冰浴法或恒溫槽，而且當T≠0℃時還須用計算修正測量結(jié)果，因此不大方便。在實際熱電偶測量中經(jīng)常使用的是能自動補償冷端溫度波動對溫度指示值影響的“冷端自動補償”方式。這種自動補償方式是在熱電偶與測量儀表間接入一個直流電橋——補償電橋，基本原理如圖3.2所示。R1，R2，R3和Rc與熱電偶冷端處于相同環(huán)境溫度下。其中R1=R2=R3=1Ω，且都是錳銅電阻，而Rc是銅線繞制的補償電阻。Vc是電橋電源。R4是限流電阻。不同的熱電偶R4的值不同。在20℃時電橋平衡。當冷端溫度T升高時，Rc增大，使U（補償電壓）也增大。同時，也增大，但兩項極性相反，使U-為常數(shù)，得到補償。在使用時，應(yīng)注意極性切勿接反，否則不但起不到補償作用，反而會增大誤差。圖3.2熱電偶冷端補償電路3.2電源電路電源電路由變壓器和整流穩(wěn)壓電路組成。變壓器用于將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為正、負8V低壓交流電壓，整流電路用于將低壓交流電壓整流為脈動電壓。該脈動電壓與濾波電容C1、C2、C3和C4相連，形成較平滑的直流電壓。將兩路直流電壓分別送入三端穩(wěn)壓器MC7805和MC7905的輸入端Vin后，在輸出端形成+5V和-5V直流穩(wěn)壓電壓，供單片機和測量電路使用。電容C5、C6、C7和C8也起到濾波的作用，用于濾除導(dǎo)線上的干擾。因為該電源電路提供+5V和-5V兩組電壓，供電電流為200mA,變壓器的輸出電壓為8V,故總功率為P=2×0.2×8=3.2W。所以電路采用5W容量的變壓器，電路濾波電容確定根據(jù)計算公式CR≥(3—5)T,其中T=10ms,R==25Ω,解得C=2000uF。圖3.3電源電路3.3測量電路測量電路如圖3.4所示。圖中由D所構(gòu)成的橋路用+5V單電源供電，放大器A1、A2和A3用+5V和-5V雙電源供電。在使用時應(yīng)注意一定要給所加電源進行濾波，因為熱電偶的輸出信號十分微弱，所以若電源上引入的干擾過大將嚴重影響信號的輸出。該電路使用100μF的電容和750Ω的電阻對其進行濾波。A1,A2為LM358，A3選用OP-07。OP-07是低失調(diào)低漂移運放，它的輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流溫漂都很小，因而這種運放的精度高。盡管它的響應(yīng)速度不太高，但是作為對熱電偶輸出信號的放大是可以的。圖3.4測量電路該測量電路中熱電偶的冷端補償采用P-N結(jié)溫度傳感器（由普通硅二極管D充當）。如圖3.4所示，P-N結(jié)D處在冷端溫度環(huán)境中，P-N結(jié)的壓降隨溫度t0上升而下降，呈線性關(guān)系。也隨成正比增大。這兩項在運放A3相減，實現(xiàn)對冷端的補償。因為二極管在通過0.13mA以下電流時電壓與溫度才呈線性關(guān)系，即PN結(jié)在溫度每升高1℃時，壓降下降2mV。所以圖中R4=R5=30K,W1取5K。R1,C1,R2,C2用于濾波，R1=R2=750Ω,C1=C2=100μF。為了達到溫度補償?shù)哪康模x用R3=R6=1K，Rf2=10K，Rf1為100K的滑動變阻器。對于運放A3,令R12=R，R11=R15=αR，R13=R14=βR，W2=γR，則圖中A3的輸出U0為：U0=[α+β+2αβ/(1+γ)](U1-U2)（3-12）合理選擇α、β、γ三個參數(shù)使得熱電偶處于100℃時A3輸出為+5V，從而使A/D被充分利用，即保證其精度。本系統(tǒng)中取R=1K，α=10，β=10，γ=40，實現(xiàn)的放大范圍為25倍到220倍。3.4濾波電路A3輸出的電壓波形有干擾，所以用一個截止頻率為20HZ的有源低通濾波器濾除這些干擾。有源濾波器的優(yōu)點是低頻性能好，精密度高，穩(wěn)定性好。該系統(tǒng)使用了一級低通濾波器，經(jīng)過濾波器濾波后，當輸出直流為5V左右時，其上的干擾約為15mV,完全可以滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求。濾波電路如圖3.4所示。具體參數(shù)計算如下，因為轉(zhuǎn)折頻率為50HZ，所以對第一級，則，，取,解得R約為30K。，為使不為負，所以(3-13)令則， 從3-13式中還可導(dǎo)出且，所以，；取，。圖3.5濾波電路3.5控制電路本系統(tǒng)通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制恒溫箱的加熱速度，圖3.6和圖3.7為控制電路圖。熱電偶采集到的溫度通過單片機處理并判斷后，通過8031的P1.1口輸出一脈沖來控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制了加熱速度。由于加熱箱為三個千瓦，在最高電壓達到300V時，流過的電流為10A,所以選用20A/600V的可控硅。由于加熱箱為三個千瓦，當電壓最大值達300V時，流過的電流為10A，所以選用20A/600V的可控硅。R2和C1是用來保護可控硅的，防止在可控硅通電瞬間浪涌電流過大，燒毀可控硅。圖3.6控制加熱電路圖（1）RRRR圖3.7控制加熱電路圖（2）3.6A/D采集部分原理 3.6.1A/D轉(zhuǎn)換器概述A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換成于其大小成正比的數(shù)字量信號的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號，它們只有被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計算機系統(tǒng)所采集、分析、計算。衡量A/D器件性能的主要參數(shù)有：1.分辨率：即輸出量變化一個相鄰的值所對應(yīng)的輸入模擬量變化值。2.轉(zhuǎn)換精度：分為絕對精度和相對精度。前者指轉(zhuǎn)換器中任何數(shù)碼所相對應(yīng)的實際模擬電壓與其理想的電壓之差的最大值。后者指將上述最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分數(shù)，或者用二進制分數(shù)來表示相對應(yīng)的數(shù)字量。3.轉(zhuǎn)換速率：指每秒所能完成轉(zhuǎn)換的次數(shù)。這個指標也可表述為轉(zhuǎn)換時間，即A/D轉(zhuǎn)換從啟動到結(jié)束所需的時間，兩者互為倒數(shù)。使用時要注意A/D轉(zhuǎn)換器與微型機的接口原則有以下幾點：數(shù)據(jù)輸出接口：芯片數(shù)據(jù)輸出接口方式取決于芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出的硬件結(jié)構(gòu)。輸出要求三態(tài)。ADC芯片與微型機接口中的時序配合：時序配合主要有五點，而且應(yīng)該熟練會讀作為電子學(xué)語言的時序圖，這對軟件編程亦非常重要。ADC數(shù)據(jù)輸入方式：微機在ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的方式有延時等待、查詢、中斷及DMA方式。A/D的種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為逐次比較式、雙積分式、并行式、V/F式等。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換電路主要是逐次逼近式和雙積分式。因為逐次比較式A/D在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，它易于獲得較高的轉(zhuǎn)換速度、高分辨率及較高的精度，也易于和微機接口。且該系統(tǒng)的設(shè)計指標中要求精度為0.1℃，采用ADC0809來完成A/D轉(zhuǎn)換部分完全可以達到設(shè)計要求。所以以下將介紹逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換原理及ADC0809與單片機的接口電路。3.6.2逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理逐次逼近式轉(zhuǎn)換的基本原理是用一個計量單位使連續(xù)量整量化（簡稱量化），即用計量單位與連續(xù)量比較，把連續(xù)量變?yōu)橛嬃繂挝坏恼麛?shù)倍，略去小于計量單位的連續(xù)量部分。這樣所得到的整數(shù)量即數(shù)字量。顯然，計量單位越小，量化誤差也越小?？梢?，逐次逼近式的轉(zhuǎn)換原理即“逐位比較”。一個N位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器原理圖它由N位寄存器、N位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、邏輯控制電路、輸出緩沖等五部分組成。當啟動信號作用后，時鐘信號先通過邏輯控制電路使N位寄存器的最高位DN-1為1，以下各位為0，這個二進制代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U0（此時為全量程電壓的一半）送到比較器與輸入的模擬電壓UX比較。若UX>U0，則保留這一位；若UX<U0，則DN-1位置0。DN-1比較完畢后，再對下一位即DN-2位進行比較，控制電路使寄存器DN-2為1，其以下各位仍為0，然后再與上一次DN-1結(jié)果一起經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后再次送到比較器與UX相比較。如此一位一位的比較下去，直到最后一位D0比較完畢為止。最后，發(fā)出EOC信號表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。這樣經(jīng)過N次比較后，N位寄存器保留的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)。ADC0809，它是一種逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器件，這種A/D器件采用對半搜索法進行逐次比較、逐次逼近的原理，完成一次轉(zhuǎn)換需要100μS，整個轉(zhuǎn)換過程是個試探過程。ADC0809是一種8路模擬輸入，8位二進制數(shù)字輸出的器件，其引腳功能簡介如下：1．IN0—IN7：8路模擬量輸入線，輸入量范圍0—5V。2．D0—D7：8位數(shù)據(jù)輸出線，TTL電平，三態(tài)輸出。3．ALE：地址鎖存允許信號輸入端。4．START：啟動信號輸入端。5．CLK：時鐘信號輸入端，頻率范圍為10—1200KHz。6．EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平。7：A、B、C：地址輸入線，經(jīng)譯碼后可選通通道IN0—IN7中的任意一個進行轉(zhuǎn)換。實際使用時應(yīng)注意這三條線與被選通通道的關(guān)系。8．：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。9．Vcc：電源+5V。10．GND：數(shù)字地。設(shè)計所使用的實驗板上ADC0809與8031的接口方式如圖3.9所示，它的地址范圍是FEF8H—FEFFH。圖3.9ADC0809與8031的接口電路示意圖因為測溫范圍為500～800℃，所以熱電偶、A/D轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出入表3.1所示。表3.1溫度、電壓和數(shù)字量之間的關(guān)系溫度（℃）熱電偶輸出（mV）A/D轉(zhuǎn)換器輸入（V）A/D轉(zhuǎn)換器輸出（BCD碼）2004006008003.7551.252.473.724.973.7顯示部分原理數(shù)字化顯示是智能儀器中不可缺少的部分，它使顯示更加直觀。本設(shè)計采用七段LED作為顯示器，它是單片機應(yīng)用最簡單，最方便的輸出設(shè)備。它有共陽，共陰兩種。有兩種顯示方式：即靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)顯示占用系統(tǒng)資源較多，且硬件連接比較復(fù)雜。所以本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示適合多位顯示，硬件電路大大簡化，成本降低。它將所有段選位的段選碼連接在一個I/O口上，而共陰（共陽）極分別由相應(yīng)的I/O口線控制，其中一個口控制段選碼，一個口控制位選碼。因為在一瞬間，八位LED只能顯示相同的字符，所以要顯示不同的字符，則必須掃描顯示。這種方式是利用人的視覺上的暫留效果，將要顯示的字符在瞬間顯示，并延時，輪流把不同的段選碼送入顯示器，與此同時，相應(yīng)的位選碼也送入顯示器則實現(xiàn)了LED的動態(tài)顯示。本系統(tǒng)采用硬件實驗板，其段選和位選端口地址分別為8FFFH，9FFFH。調(diào)試中要注意段碼表的設(shè)計、查表指令的用法，延時時間要合適。3.8鍵盤部分的應(yīng)用3.8.1鍵盤的工作原理鍵盤是最簡單的輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。鍵盤上閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤按照與主機連接方式的不同，分為獨立式和矩陣式。前者的特點是一鍵一線，結(jié)構(gòu)簡單，適合于小型鍵盤；后者將檢測線分為行線與列線，每個鍵有對應(yīng)的鍵值，按鍵數(shù)目大于8時，大都采用矩陣式鍵盤。鍵盤的工作原理說明如下：判別鍵盤上有無閉合鍵：掃描口列線輸出全“0”，讀行線狀態(tài)，若行線全為“1”（鍵盤上行線全為高電平），則鍵盤上沒有閉合鍵，若行線不全為“1”，則有鍵處于閉合狀態(tài)。去除鍵抖動：判斷出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時間再判別鍵盤狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則確實有鍵按下。判別閉合鍵鍵號：對鍵盤列線進行掃描，掃描口列線依次只有一位保持低電平，相應(yīng)的依次讀行線的狀態(tài)，若行線全為“1”，則列線為“0”的這一列上沒有鍵閉合。閉合鍵的鍵號等于低電平的列號加上低電平的行的首鍵號。使CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理：即等待閉合鍵釋放以后再作處理。該系統(tǒng)采用了實驗中只使用了四個鍵，即增加鍵、減少鍵、清零鍵及測試鍵。所以設(shè)計時采用的是獨立式鍵盤。但在具體調(diào)試是由于有現(xiàn)成的實驗板，所以用的是4*4矩陣式鍵盤。3.8.2矩陣式按鍵接口在單片機系統(tǒng)中需要安排較多的按鍵時，通常把鍵排列成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20只按鍵接口。用獨立按鍵方式，需用20個I/O端口。用矩陣式按鍵方式，用9個I/O端口。圖3.10為采用1個74LS244和一個74LS273組成的20只按鍵接口電路。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由以下幾部分實現(xiàn)。圖3.1020只矩陣形式按鍵接口電路①判別是否有鍵按下子程序該電路通過向所有行線（端口2）發(fā)出低電平信號，如果該行線所連接的鍵沒有按下的話，則從列線所接的端口3得到的是全“1”信號，如果有鍵按下的話，則得到非全“1”信號。下列程序為判別是否有鍵按下子程序，A寄存器內(nèi)容不為0有鍵按下。KS:MOVDPTR，#9FFFH；判別鍵按下子程序A不為0有鍵按下MOVA，#00MOVX@DPTR，A；關(guān)顯示MOVDPTR，#8FFFHMOVA，#00HMOVX@DPTR，A；向所有行線發(fā)出低電平信號MOVDPTR，#0BFFFHMOVXA，@DPTR；輸入列線信號CPLAANLA,#0FHRET②鍵的識別子程序如果有鍵按下，還需判別具體的鍵值。具體方法是采用逐行輸出低電平，輸入列線信號，判斷端口3是否得到全“1”信號，如果得到非全“1”信號，則表明找到鍵。采用特征碼尋找鍵值。下列程序為判別鍵值子程序。位地址00H=0，表示沒有找到鍵值，位地址00H=1，表示找到鍵值，鍵值在R3寄存器中K2:MOVR3，#0F7H；鍵識別子程序MOVR4，#00HKEY:MOVDPTR，#8FFFH;MOVA，R3；使某行為0MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#0BFFFHMOVXA，@DPTR；輸入列線信號ANLA，#0FHCJNEA，#0FH，KN1；判斷端口3是否得到全“1”信號MOVA，R3RLAMOVR3，A；掃描下一行CJNEA，#0FEH，KEYCLR00HRETKN1:XCHA，03H；得到非全“1”信號，則表明找到鍵ANLA，#0F0HADDA，R3；形成特征碼MOVR2，AMOVR3，#0LKP:MOVDPTR，#TGMOVA，R3MOVCA，@A+DPTR；取某鍵的特征碼CJNEA，02H，NEXT；與形成特征碼比較SETB00H；找到鍵值，在R3寄存器中MOVA，R3RETNEXT:INCR3MOVA，R3CJNEA，#14，LKPCLR00HRETTG:DB0FEH，0FDH，0FBH，0F7H；特征碼DB0EEH，0EDH，0EBH，0E7HDB0DEH，0DDH，0DBH，0D7HDB0BEH，0BDH，0BBH，0B7HDB7EH，7DH，7BH，77H③找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)至相應(yīng)的鍵處理程序。可以利用鍵的散轉(zhuǎn)程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的鍵處理程序。鍵的轉(zhuǎn)移首地址在DPTR中。常用的程序段如下：MOVDPTR，#TBBMOVA，R3；取鍵值RLAJMP@A+DPTRTBB：AJMPKK1AJMPKK2……AJMPKK203.8.3鍵盤、顯示器組合接口1、硬件電路圖3.11是一個采用兩片74LS273和一片74LS244擴展口構(gòu)成的鍵盤、顯示器組合接口電路。圖中設(shè)置了20個鍵。8位LED顯示器采用共陰極數(shù)碼管。段選碼由端口1提供，位選碼由端口2提供。鍵盤的列輸入由端口3提供，行輸出端口與顯示器的位選輸入公用，行輸出由Q0-Q4提供。顯然，因為鍵盤與顯示器公用了端口2，比單獨接口節(jié)省了一個I/O口。2．軟件設(shè)計LED采用動態(tài)顯示、軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。由于鍵盤與顯示做成一個接口電路，因此在軟件中合并考慮鍵盤查詢與動態(tài)顯示，鍵盤消抖的延時子程序可用顯示子程序替代。下列程序的顯示緩存區(qū)的內(nèi)RAM地址為70H—77H。MAIN:MOV70H，#0；顯示緩存區(qū)清0MOV71H，#0圖3.11鍵盤、顯示器組合接口電路MOV72H，#0MOV73H，#0MOV74H，#0H888MOV75H，#2MOV76H，#0MOV77H，#0MOV78H，#70H；顯示緩存地址MOV79H，#0FEH；顯示緩存位地址MOV20H，#00KK:LCALLDIR；調(diào)用顯示子程序LCALLKS；調(diào)用判別是否有鍵按下子程序JZKK；沒有有鍵按下轉(zhuǎn)到KK處ACALLK2；調(diào)用鍵識別子程序JNB00H，KK；判別是否找到鍵值MOVA，R3；鍵散轉(zhuǎn)處理RLACLR00HMOVDPTR，#TBBJMP@A+DPTRTBB:AJMPKW1；轉(zhuǎn)到鍵1處理程序AJMPKW2；轉(zhuǎn)到鍵2處理程序AJMPKW3；轉(zhuǎn)到鍵3處理程序………………AJMPKW20；轉(zhuǎn)到鍵20處理程序KW1：……；鍵1處理程序AJMPKKKW2：……；鍵2處理程序AJMPKKKW3：……；鍵3處理程序AJMPKK……KW20：……；鍵20處理程序AJMPKK第四章控制軟件及流程該系統(tǒng)的整個程序分為初始化，顯示，鍵盤掃描與處理，A/D轉(zhuǎn)換以及控制程序。4.1鍵盤、顯示及A/D轉(zhuǎn)換測試系統(tǒng)上電復(fù)位后，程序從0000H開始執(zhí)行，首先進入系統(tǒng)初始化，即設(shè)置堆棧指針，初始化RAM單元和通道地址等。在鍵掃描與處理子程序中，程序首先判斷是否有鍵閉合，若有立即計算鍵號，并按鍵號轉(zhuǎn)入執(zhí)行的相應(yīng)鍵處理程序。鍵處理程序完成啟動測量和參數(shù)設(shè)置等功能。鍵掃描程序框圖如圖4.1所示，顯示子程序如圖4.2所示。圖4.1鍵掃描程序流程圖圖4.2顯示子程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換子程序采用的是延時的方式。因為這種方式可靠性高且不占用查詢端口。在應(yīng)用這種方式時，為了保險起見，通常延時時間應(yīng)略大于A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，例如，當時中頻率取640KHZ時，轉(zhuǎn)換一次約需100us時間，此時延時時間應(yīng)取約120us。因為該溫度檢測的測量范圍為500～800℃，且鉑銠—鉑熱電偶mV信號和溫度之間呈非線性關(guān)系，因此在標度變換時必須考慮采樣數(shù)據(jù)的線性化處理。該系統(tǒng)的線性化采用折線近似的方法，把熱電偶0～800℃范圍內(nèi)的熱電特性分成5段折線進行處理，這5段分別為0～200℃，200～350℃，350～500℃，500～650℃，650～800℃。處理后的最大誤差在系統(tǒng)設(shè)計精度范圍內(nèi)。標度變換公式為式中，分別為某折線段A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和相應(yīng)的被測量溫度值；Nmin，Nmax分別為該段A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的初值和終值；Tmin，Tmax分別為該段溫度的初值和終值；程序流程圖如圖4.3所示圖4.3線性化處理子程序4.2控制程序該溫度測量系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)在家用電器廣泛采用的一種控制原理——模糊控制原理。本系統(tǒng)中，熱電偶用于測加熱爐中的溫度，剛開始通電一段時間，由于爐體大量吸收熱量，開始一段時間爐內(nèi)溫度上升很慢，之后爐內(nèi)溫度才按指數(shù)規(guī)律上升。在加熱到所要達到的溫度時，剛通電的開始這段時間可以近似看作純滯后時間。4.2.1控制程序原理模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種新的控制方法。這種方法是一種非線性的控制方法，對那些無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當粗糙的系統(tǒng)可以取得較滿意的控制效果。解決了一些用傳統(tǒng)控制方法無法解決的推理和歸納過程。在模糊控制中，要對模糊量進行處理。它處理的不是精確的數(shù)值，而是“大”、“中”，“小”等這樣一些邊界不明顯的模糊量。這是模糊控制與其它控制方法的一個基本不同點。模糊控制的基本原理可概括為以下四個步驟：根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸出值，計算所選擇系統(tǒng)得輸入變量。將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?。根?jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算模糊量。由上述得到的控制量計算精確的控制量。通常使用的變量形式用N(Negative)P(Positive)L(Large)S(Small)0(Zero)等組合來表示。模糊控制器的設(shè)計基本方法為：確定模糊控制器的輸入變量與輸出變量。設(shè)計模糊控制器的控制規(guī)則。確定模糊化與非模糊化的方法。選擇模糊控制器的輸入變量和輸出變量的泛域并確定模糊控制器的參數(shù)。（量化因子，比例因子）編制模糊控制算法的應(yīng)用程序。系統(tǒng)一般都采用二維模糊控制。以誤差和誤差的變化為輸入變量，以控制量的變化為輸出量。模糊規(guī)則的設(shè)計一般包括：選擇描述輸入輸出的詞集，定義一個模糊變量的模糊子集及建立模糊控制器的控制規(guī)則。輸入輸出變量詞集一般為{Nl,Nm,Ns,No,Po,Ps,Pm,Pl}。定義模糊變量的模糊子集就是要確定模糊子集隸屬函數(shù)的形狀。一般用正態(tài)分布。在精確要求不很高時，可采用梯形分布?？刂埔?guī)則可用條件語句描述，即ifAandBthenC等，然后建立控制規(guī)則表。模糊化就是把精確量轉(zhuǎn)為模糊量，可采用公式：Y=12[x（a+b）/2]/（b-a）精確量實際變化范圍為[a，b]。模糊控制的輸出量是一個模糊量，它不能直接控制被控對象，需要將其轉(zhuǎn)化為精確量。此過程亦稱清晰化、判決。方法有三種：選取最大隸屬度法。該法簡單易行，但利用信息少。取中位法。加權(quán)平均判決法，該法利用信息多，計算量大。設(shè)計模糊控制器時，合理選擇輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子也是非常重要的。須考慮所用計算機的字長，輸入輸出接口中D/A，A/D轉(zhuǎn)換的精度和范圍。比例因子過小會使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)過程變長，比例因子過大會導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。模糊算法的實現(xiàn)，一般二維模糊控制器的控制算法可寫成：ifE=AiandC=BichenU=Cij(i=1,2,3,……,m;j=1,2,3,……,n)。根據(jù)采樣得到的誤差，誤差變化，可計算出相應(yīng)的控制量變化，對所有A，B中的元素的所有組合全部算出相應(yīng)的控制量變化值，可寫成矩陣（Uij）n×m一般將矩陣制成表，稱為查詢表，可將其存于內(nèi)存中。實時控制中，根據(jù)模糊量化后的誤差值及誤差變化值直接查表，再乘比例因子即可作為輸出與控制被控對象。4.2.2模糊控制在該系統(tǒng)中的實現(xiàn)本系統(tǒng)采用目前廣泛采用的二維模糊控制器?？刂葡到y(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖4.4所示。圖4.4模糊控制系統(tǒng)框圖設(shè)模糊變量為：A：e——溫度誤差B：Δe——溫度誤差變化C：c——輸出量，模糊變量詞集：選擇e的詞集為{負，零，正小，正，正大}；選擇Δe的詞集為{負大，負，負小，零，正小，正，正大}；選擇c的詞集為{零，正小，正中，正大}。一、精確量的模糊化——求各詞集的隸屬函數(shù)1.差模糊子集的隸屬函數(shù)可將誤差e泛域劃分為6檔，令e0=0，e1=1，e2=2，e3=3，e4=4，e5=5，即通過統(tǒng)計可得模糊變量e的賦值表如表4.1所示。表4.1模糊變量e賦值表量化等級eu量化域NPOPSPPL0－∞＜e≤01.0000010＜e≤101.00.60021＜e≤200.81.00.4032＜e≤300.643＜e≤400.854＜e≤＋∞0000.81.0表4.1的含義為：若誤差e為-<e≤0，則認為誤差為N（負）的程序為1、0，而屬于Po（正零），Ps（正小），P（正），Pl（正大）的程序為零。同理可知其它行的含義。2.誤差變化模糊子集的隸屬函數(shù)設(shè)誤差變化泛域劃分為7檔{-3，-2，-1，0，1，2，3}。通過統(tǒng)計可得模糊變量Δe的賦值如表4.2所示。3.輸出量模糊子集的隸屬函數(shù)設(shè)輸出量量化泛域為6檔{0，1，2，3，4，5}，通過統(tǒng)計，輸出變量C的賦值表如表4.3所示。二、模糊控制規(guī)則本系統(tǒng)采用了IfAiandBithenCi為模糊規(guī)則。其中Ai：誤差子集；Bi：誤差變化模糊子集；Ci：輸出量模糊子集。模糊關(guān)系R采用R=Ai×Bi（4-1）模糊推理采用Ci=(×Bi)·R(4-2)利用式（4-1）和式（4-2）可求出模糊規(guī)則。此規(guī)則一般用表格表示，如表4.4所示。表4.2模糊變量Δe的賦值表量化等級eu量化域NNLNS0PSPPPL-3－∞＜Δe≤－31.00.60.400000-2-3＜Δe≤-10.81.00.600000-1-1＜Δe≤01.000000Δe＝00001.0000+10＜Δe≤1000001.00.80.6+21＜Δe≤3000000.41.00.8+33＜Δe≤＋∞0000000.61.0三、模糊判決本系統(tǒng)采用加權(quán)平均法求得輸出精確量U的值：U=取Ki=μ(Ci)則U=表4.3輸出變量C賦值表BCAiNLNMNS0N0000P0000PSPS00PSPMPM0PSPMPMPBPSPSPMPMBCAiNLNMNS0PSPMPLN0000PSPMPMP0000PSPMPMPMPS00PSPMPMPMPLPM0PSPMPMPMPLPLPBPSPSPMPMPLPLPL表4.4模糊控制規(guī)則四、模糊控制在8031單片機上實現(xiàn)本軟件主要包括主程序，定時子程序，誤差加權(quán)子程序，誤差變化子程序，模糊決策子程序，函數(shù)子程序，模糊關(guān)系R表等。程序框圖如圖4.5所示。其基本思想是，將利用A/D轉(zhuǎn)換輸入端采樣到的電壓值和利用實際溫度通過查表得到的A/D轉(zhuǎn)換值進行比較，求出其差值。然后利用該差值的變化范圍在模糊控制延時表中查出相應(yīng)的延時值，使雙向可控硅達到設(shè)定的導(dǎo)通，并通過改變導(dǎo)通角來改變電壓，從而使實際溫度與設(shè)定溫度相同。開始定時器初始化開始定時器初始化開系統(tǒng)中斷允許定時器中斷斷采樣時間到？A/D轉(zhuǎn)換A/D結(jié)果處理模糊化子程序推理子程序決策子程序輸出控制量圖4.5主程序框圖總結(jié)本系統(tǒng)成功地完成了對恒溫箱的溫度檢測及控制，并達到了所要求的系統(tǒng)技術(shù)指標。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸{通信技術(shù)}和信息處理（計算機技術(shù)），它們在信息系統(tǒng)中分別起到了“感官”，“神經(jīng)”和“大腦”的作用。因此傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，其重要作用就如同人體的五官。溫度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，其數(shù)量居傳感器之首。進入21世紀之后，智能溫度傳感器正朝著高精度，多功能，總線標準化，高可靠性及安全性，開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器，研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。所以，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，該檢測系統(tǒng)無論從精度還是從性能上都將得到更好的完善。致謝大學(xué)四年如白駒過隙，匆匆而過，在這里，我學(xué)到了很多東西，不只是書本上寶貴的知識，還有很多做人的道理。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我得到了馮濤老師的悉心幫助和教導(dǎo)，并為我的論文提出了許多寶貴的建議，使我受益匪淺。馮老師在百忙之中抽出時間來幫助我查資料，修改論文，解決問題使得論文進展的非常順利，再次向馮大學(xué)生活即將結(jié)束了，在這段難忘的學(xué)習(xí)和生活過程中，我接受了許多老師的悉心教育和同學(xué)的極大幫助。我所取得的成績都與老師的教誨和同學(xué)們的幫助是分不開的，在此對所有曾經(jīng)給予我關(guān)心和幫助的老師和同學(xué)們以及參考文獻的作者表示感謝。最后，衷心地感謝各位專家在百忙之中參加我論文的評審工作！參考文獻[1]李海青.智能型檢測儀表及控制裝置.化學(xué)工業(yè)出版社，1990[2]陳光東.單片微型計算機原理與接口技術(shù).華中理工大學(xué)出版社，1999[3]余永權(quán).單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù).兵器工業(yè)出版社，1998[4]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全.北京航空航天大學(xué)出版社，1999[5]王鳳鳴.非電量檢測技術(shù).國防工業(yè)出版社，1995[6]余永權(quán).模糊控制技術(shù)與模糊家用電器，2000[7]王金鳳.單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).國防工業(yè)出版社，1999[8]黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2003[9]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，1993[10]趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，1997[11]紀宗南.單片機外圍器件使用手冊輸入通道器件分冊.北京航空航天大學(xué)出版社，1998[12]王幸之.8051/8098單片機原理及接口技術(shù).兵器工業(yè)出版社，1998[13](美)伯格丁(BogatinE.)李玉山等.信號完整性分析.電子工業(yè)出版社,2005[14](美)PhillipE.AllenDouglasR.Holberg.CMOS模擬集成電路設(shè)計(第二版).電子工業(yè)出版社,2005[15](美)HowardJohnsonMartinGraha.國外電子與通信教材系列.電子工業(yè)出版社,2005[16]顧海洲/馬雙武.PCB電磁兼容技術(shù)--設(shè)計實踐.清華大學(xué)出版社,2004[17](美）尾形克彥著.現(xiàn)代控制工程（第四版）.電子工業(yè)出版社,2003[18]PaulR.Gray.模擬集成電路的分析與設(shè)計（第4版）（影印版）.高等教育出版社,2003基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)HYPERLINK