水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

...wd...水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案目錄摘要………………………1第一章前言………………31.1課題背景和意義…………………31.2溫度控制系統(tǒng)的使用………………31.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)……………………4第二章系統(tǒng)方案…………52.1水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求…………52.2水溫控制系統(tǒng)局部………52.3控制方式…………………7第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)…………………83.1總體設(shè)計(jì)框圖及說明……………………83.2外部電路設(shè)計(jì)……………83.3單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………9第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試…………134.1程序框架構(gòu)造……………134.2程序流程圖及局部程序…………………134.3系統(tǒng)安裝調(diào)試和測試……………………17第五章結(jié)論……………18致謝………………………19參考文獻(xiàn)………………………20附件1〔程序代碼〕……………20附件2〔電路原理圖〕…………27【摘要】溫度是工業(yè)控制對象主要被控參數(shù)之一，在溫度控制中，由于受到溫度被控對象特性〔如慣性大、滯后大、非線性等〕的影響，使得控制性能難以提高，有些工藝過程其溫度控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。為了實(shí)現(xiàn)高精度的水溫測量和控制，本文介紹了一種以Atmel公司的低功耗高性能CMOS單片機(jī)為核心，以PID算法控制以及PID參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法來實(shí)現(xiàn)的水溫控制系統(tǒng)，其硬件電路還包括溫度采集、溫度控制、溫度顯示、鍵盤輸入以及RS232接口等電路。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對溫度的測量，并能根據(jù)設(shè)定值對溫度進(jìn)展調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)控溫的目的?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)AT89C51；溫度控制；溫度傳感器PT1000；PID調(diào)節(jié)算法第一章前言1.1課題背景和意義在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，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)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反響爐和鍋爐中的溫度進(jìn)展檢測和控制。采用MCS-51單片機(jī)來對溫度進(jìn)展控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。目前，溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的使用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體開展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。現(xiàn)在，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位〞控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛使用的控制儀表較少。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速開展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)使用廣泛。1.2溫度控制系統(tǒng)的使用鹽浴爐溫度控制系統(tǒng)利用S型鉑銠-銠熱電偶檢測溫度，熱電偶進(jìn)展冷端補(bǔ)償，熱電偶檢測的信號通過放大、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換再送單片機(jī)保存，采用分段查表法獲取各點(diǎn)溫度。選用可控硅過零觸發(fā)自動控制鹽浴爐溫度，控制周期為100個(gè)三相交流市電周期，即2s。由單片機(jī)控制可按預(yù)設(shè)溫度曲線進(jìn)展加熱，并可實(shí)時(shí)顯示加溫曲線。大型糧庫采用主機(jī)為PC上位機(jī)，從機(jī)為68HC08GP32為主控芯片的分機(jī)〔下位機(jī)〕。下位機(jī)采用DALLAS的數(shù)字式溫度傳感器芯片DS1820，可以在三根線〔電源線、地線、信號線〕上同時(shí)并聯(lián)多個(gè)溫度探測點(diǎn)。每個(gè)分機(jī)上可以連接10跟電纜，每根電纜上可并聯(lián)幾十個(gè)點(diǎn)。分機(jī)利用了68HC08GP32的片內(nèi)FLASH功能，實(shí)現(xiàn)了DS1820的序列號在68HC08GP32中的動態(tài)存取，從而節(jié)省了大量存儲器。溫度數(shù)據(jù)保存在68HC08GP32的片內(nèi)RAM里并且利用了充分利用了68HC08GP32的片內(nèi)的A/D實(shí)現(xiàn)了濕度數(shù)據(jù)的測量。有的還用PLC來控制總之溫度控制系統(tǒng)的控制方式是多種多樣的。1.3課程設(shè)計(jì)任務(wù)本文主要介紹單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，其中涉及系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)、元器件的選取和控制算法的選擇、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的整定。以AT89C51為CPU，溫度信號由PT1000和電壓放大電路提供。電壓放大電路用超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器OP07將溫度--電壓信號進(jìn)展放大，用單片機(jī)控制SSR固態(tài)繼電器的通斷時(shí)間以控制水溫，系統(tǒng)控制對象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度根本不變，具有較好的快速性和較小的超調(diào)。第二章系統(tǒng)方案2.1水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水，水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度根本不變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求：溫度設(shè)定范圍為40℃，目標(biāo)溫度的±5℃；加熱棒功率2KW，控制器為繼電器；用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度。2.2水溫控制系統(tǒng)局部水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)過程控制系統(tǒng)，組成框圖如圖1所示，由控制器、執(zhí)行器、被控對象其反響作用的測量變送組成。測量變送試通過溫度傳感器Pt1000來傳送的?？刂破魇峭ㄟ^單片機(jī)來完成。圖1控制系統(tǒng)框圖2.2.1CPU中央處理器方案一：采用8031作為控制核心，使用最為普遍的器件ADC0804作模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制上使用對加熱棒加電對水槽里的水升溫。此方案簡易可行，器件價(jià)格廉價(jià)，但8031內(nèi)部沒有程序存儲器需擴(kuò)展，增加了電路的復(fù)雜性。方案二：此方案采用8951單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。進(jìn)展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，控制電路局部采用SSR固態(tài)繼電器控制加熱棒的通斷，此方案電路簡單并且可以滿足題目中的各項(xiàng)要求的精度。比擬兩個(gè)方案可知，采用Atmel單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)此題目，不管是從構(gòu)造上，還是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢，所以最后決定使用AT89C51作為該控制系統(tǒng)的核心。根據(jù)溫度變化慢，并且控制精度不易掌握的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了水箱溫度自動控制系統(tǒng)，總體框圖如圖2所示。溫度控制采用改良的PID數(shù)字控制算法，顯示采用用3位LED靜態(tài)顯示?！?〕溫度控制系統(tǒng)算法分析ty系統(tǒng)算法控制圖2控制器設(shè)計(jì)總體框圖ty采用工業(yè)上常用的位置型PID數(shù)字控制，并且結(jié)合特定的系統(tǒng)加以算法的改良，形成了變速積分PID—積分別離PID控制相結(jié)合的自動識別的控制算法。該方法不僅大大減小了超調(diào)量，而且有效地抑制了積分飽和的影響，使控制精度大大提高。PID控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。比例調(diào)節(jié)的作用是使調(diào)節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差；積分作用可消除被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會使系統(tǒng)振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定；微分作用能有效的減小動態(tài)偏差。如圖3所示。圖3比例積分微分控制由圖4可知PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值w和實(shí)際輸出值y進(jìn)展比擬構(gòu)成偏差e=w-y。并將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其動態(tài)方程為：〔其中Kp為比例放大系數(shù)；Ki為積分時(shí)間常數(shù)；Kd為微分時(shí)間常數(shù)〕PID調(diào)節(jié)器的離散化表達(dá)式為；其增量表達(dá)形式為〔T為采樣周期〕：圖4模擬PID控制2.3控制方式該控制系統(tǒng)是把輸出量檢測出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反響到輸入端去和給定量進(jìn)展比擬〔綜合〕，并利用控制器形成的控制信號通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)SSR對控制對象進(jìn)展控制，抑制內(nèi)部或外部擾動對輸出量的影響，減小輸出量的誤差，到達(dá)控制目的。在此控制系統(tǒng)中單片機(jī)就相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的運(yùn)算器控制器，它對過程變量的實(shí)測值和設(shè)定位之間的誤差信號進(jìn)展運(yùn)算然后給出控制信息，單片機(jī)的運(yùn)算規(guī)則稱為控制法則或控制算法。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)框圖及說明本系統(tǒng)是一個(gè)簡單的單回路控制系統(tǒng)，總體框圖如圖2所示。單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，AT89C51可以提供系統(tǒng)控制所需的I/O口、中斷、定時(shí)及存放中間結(jié)果的RAM電路；前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換等電路；由于水溫變化是一個(gè)相對緩慢的過程，因此前向通道中沒有使用采樣保持電路；信號的濾波可由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件、降低硬件本錢。鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定，共三個(gè)按鍵。數(shù)據(jù)采樣：將由傳感器及相關(guān)電路采集到的溫度轉(zhuǎn)為電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送入AT89C51相應(yīng)接口中，換算成溫度值，用于控制和顯示。數(shù)據(jù)顯示：采用了共陰極數(shù)碼管LED進(jìn)展顯示設(shè)置溫度和測量溫度。繼電器/加熱棒：通過三極管控制繼電器的開關(guān)來完成對加熱棒的控制。3.2外部電路設(shè)計(jì)3.2.1溫度采集電路采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000,對于溫度的精細(xì)測量而言,溫度測量局部是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。溫度傳感器的選擇是這塊電路的關(guān)鍵，它是直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和效果的關(guān)鍵因素之一。這里采用的是精細(xì)級鉑電阻溫度傳感器Pt1000，它的金屬鉑含量達(dá)99.9999%，因?yàn)殂K電阻的物理和化學(xué)性能在高溫和氧化介質(zhì)中很穩(wěn)定、價(jià)格又廉價(jià)，常用作工業(yè)測量元件，以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器線性好，溫度系數(shù)分散性小，在0～100攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于0.5攝氏度，性能穩(wěn)定，廣泛用于精細(xì)溫度測量和標(biāo)定。鉑熱電阻和溫度關(guān)系式，其中：--溫度為t攝氏度時(shí)的電阻；--溫度為0攝氏度時(shí)的電阻；A、B--溫度系數(shù)A=3.94*102/℃；其中B=-/℃；T--任意溫度。3.2.2溫度控制電路此局部通過控制繼電器的通斷從而控制加熱棒，采用對加在加熱棒兩端的電壓進(jìn)展通斷的方法進(jìn)展控制，以實(shí)現(xiàn)對水加熱功率的調(diào)整，從而到達(dá)對水溫控制的目的，即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實(shí)施控制。此局部的繼電器采用的是SSR繼電器，即固態(tài)繼電器，主要由輸入〔控制〕電路，驅(qū)動電路和輸出〔負(fù)載〕電路三局部組成。固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件〔芯片〕和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，固態(tài)繼電器〔SSR〕是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和繼電切換功能。圖5是它的工作原理框圖，圖11中的部件①-④構(gòu)成交流SSR的主體，從整體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端〔A和B〕及兩個(gè)輸出端(C和D)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在A、B上加上一定的控制信號，就可以控制C、D兩端之間的“通〞和“斷〞，實(shí)現(xiàn)“開關(guān)〞的功能。圖5SSR構(gòu)造圖由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路〞。為使其實(shí)現(xiàn)過零控制，就是要實(shí)現(xiàn)工頻電壓的過零檢測，并給出脈沖信號，由單片機(jī)控制可控硅過零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端參加控制信號時(shí)，輸出端接通，從而使得加熱棒加熱以致溫度上升；當(dāng)此時(shí)撤離控制信號時(shí)，輸出端斷開，而使加熱棒停頓加熱從而溫度下降。圖6加熱棒控制電路3.3單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.3.1系統(tǒng)框圖圖7系統(tǒng)框圖3.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0804是CMOS集成工藝制成的逐次比擬型A/D轉(zhuǎn)換器芯片。分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，輸出電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為±5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)和計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接到CPU的數(shù)據(jù)總線上，無需附加邏輯接口電路。圖8ADC0804引腳圖圖9ADC0804控制信號的時(shí)序圖采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在指令執(zhí)行過程中，微處理器在控制總線的同時(shí)產(chǎn)生CS1、WR1低電平信號，啟動A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100μS后將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存于輸出鎖存器，并在INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換完畢，并通知微處理器可來取數(shù)。當(dāng)微處理器通過總線查詢到INTR為低電平時(shí)，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS、RD2低電平信號到ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程中，由微處理器有序地執(zhí)行假設(shè)干指令完成，AD0804的連接圖如圖10。圖10AD0804連接圖3.3.3鍵盤設(shè)置電路單片機(jī)上的P25口接S1，P26口接S2，P27口接S3。S1：設(shè)置溫度的十位數(shù)：0—9S2：設(shè)置溫度的個(gè)位數(shù)：0—9S3：工作模式選擇鍵，共有兩種工作模式：正常工作狀態(tài)、溫度重新設(shè)置。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按S1次數(shù)，十位的數(shù)碼管順序增加。同樣S2，也如此。按S3后，系統(tǒng)開場測溫，并和采集的溫度進(jìn)展比擬，通過軟件來控制加熱棒的開關(guān)。圖11鍵盤設(shè)置電路3.3.4數(shù)碼顯示電路數(shù)碼管作為單片機(jī)系統(tǒng)最為常用的輸出器件，在顯示時(shí)可以由數(shù)字和少量字母組合完成輸出功能的系統(tǒng)中使用十分方便。圖23為AT89C51最小系統(tǒng)以及一個(gè)四位共陰數(shù)碼管，DIG0、DIG1、DIG2、DIG3分別和單片機(jī)的P21、P22、P23、P24相連，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端。從而可以通過單片機(jī)選通所需顯示的數(shù)碼管。SegA--SegDp口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，利用其串/并轉(zhuǎn)換功能，送入數(shù)碼管顯示。在此外接了一個(gè)10K的排阻來保護(hù)LED。圖12數(shù)碼管顯示電路第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序框架構(gòu)造一個(gè)整體的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是由各個(gè)在系統(tǒng)里起著不同作用的模塊整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所要實(shí)現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)硬件接口如下：P1--AD；P00～P07--LEDa～LEDdp.；P25～P27--S1～S3；P20～P23--COM1～COM3；此系統(tǒng)包括主控制程序，A/D采樣數(shù)據(jù)處理程序，PID算法程序，LED顯示及按鍵處理程序。構(gòu)造框架圖如圖13所示。圖13程序構(gòu)造圖主程序模塊對子程序模塊的調(diào)用進(jìn)展管理，它主要負(fù)責(zé)初始化IO口；等待鍵盤的被按下，并調(diào)用相應(yīng)的模塊進(jìn)展處理；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候承受A/D采樣的數(shù)據(jù)，并和所設(shè)定的值進(jìn)展比擬，然后通過調(diào)用PID算法處理數(shù)據(jù)，處理后來控制繼電器的通斷，從而控制熱電管到達(dá)控制水溫的目的。4.2程序流程圖及局部程序4.2.1主程序模塊由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)所用功能，主程序流程圖如圖14所示。寫程序時(shí)，調(diào)用程序前即系統(tǒng)運(yùn)行首要先對系統(tǒng)進(jìn)展初始化。然后對按鍵進(jìn)展掃描，對按鍵事件做出相應(yīng)的反響。接下來看是否有溫度數(shù)據(jù)采集到，如果有就進(jìn)展A/D采樣及PID處理數(shù)據(jù)，最后所得結(jié)果和設(shè)定值比擬從而控制繼電器通斷。圖14主程序流程圖4.2.2系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化包括A/D口初始化、按鍵初始化等。對端口的初始化即是對端口相應(yīng)位進(jìn)展設(shè)置，這些初始化程序都嵌入在各個(gè)子程序里面。4.2.3按鍵程序按鍵掃描：由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈起按鍵時(shí)會出現(xiàn)彈跳抖動過程，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，因此為了保證探險(xiǎn)鍵識別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動。鍵值處理：圖15是對鍵值的處理流程圖。4.2.3A/D采樣數(shù)據(jù)處理當(dāng)采樣到溫度數(shù)據(jù)時(shí)，為了防止在采樣過程中外界干擾而造成采樣數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，必須調(diào)用溫度均值處理程序，然后確定溫度系數(shù)使采樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號轉(zhuǎn)換成溫度值，并進(jìn)展十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，用于顯示和PID計(jì)算。其中均值處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是A/D轉(zhuǎn)換前必不可少的工具，流程圖如圖16所示。圖15鍵值處理圖16A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.2.5PID計(jì)算由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過數(shù)值公式近似計(jì)算?！彩?-1〕〔式4-2〕由此可得增量式算法公式：〔式4-3〕〔式4-4〕這個(gè)計(jì)算的過程可用一個(gè)簡單的程序來實(shí)現(xiàn)。4.2.6繼電器控制繼電器是和AT89C51單片機(jī)的P25口相連的，它的開斷完全取決于P25口的輸出，即PID計(jì)算的結(jié)果。當(dāng)輸出小于零說明設(shè)定值小于實(shí)際輸出值，這是就要關(guān)閉電爐，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器的計(jì)時(shí)。如果輸出值大于設(shè)定值5攝氏度時(shí)就可以開電爐對水開場加熱。如果設(shè)定值和實(shí)際輸出值差值在5攝氏度以內(nèi)時(shí)，我們就調(diào)用中斷程序定時(shí)加熱。圖17數(shù)據(jù)采樣中斷服務(wù)程序的流程圖，此中斷程序采用的是2Hz中斷定時(shí)0.5秒鐘采樣一次。圖18控制程序的中斷服務(wù)程序，用來對繼電器定時(shí)加熱。它利用中斷定時(shí)器10ms確定加熱時(shí)間，當(dāng)加熱時(shí)間未到時(shí)，繼續(xù)時(shí)間累積，假設(shè)加熱時(shí)間到時(shí)，就調(diào)用關(guān)定時(shí)器子程序，停頓計(jì)時(shí)。圖17數(shù)據(jù)采樣中斷程序流程圖圖18控制程序中斷程序流程圖4.2.7單片機(jī)最小系統(tǒng)在以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)擔(dān)負(fù)著承受外部信號，發(fā)出控制指令等重要作用，是構(gòu)建控制系統(tǒng)的前提，所以在開場直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前必須首先搭建起一套能正常工作的單片機(jī)最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)最根本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的好壞決定了一個(gè)系統(tǒng)的好壞，所以說最小系統(tǒng)是單片機(jī)里最根本的系統(tǒng)，也是重要的系統(tǒng)。圖19單片機(jī)最小系統(tǒng)4.3系統(tǒng)安裝調(diào)試和測試1測觸點(diǎn)電阻用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點(diǎn)和動點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0；而常開觸點(diǎn)和動點(diǎn)的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開觸點(diǎn)。經(jīng)測試本系統(tǒng)使用的繼電器為常開式。2測線圈電阻可用萬能表R×200Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。3測量吸合電壓和吸合電流找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進(jìn)展監(jiān)測。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時(shí)，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。4測量釋放電壓和釋放電流進(jìn)展連接測試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10~50％，如果釋放電壓太小〔小于1/10的吸合電壓〕，則不能正常使用了，這樣會對電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。第五章結(jié)論此課程設(shè)計(jì)是水溫控制系統(tǒng)，首先是方案的選擇，這是課程設(shè)計(jì)的最主要的環(huán)節(jié)。然后進(jìn)展軟件編程，通過數(shù)據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)展調(diào)試。再接下來是添加單元電路，并進(jìn)展調(diào)試。調(diào)試過程中，遇到不少問題，主要是經(jīng)歷缺乏，經(jīng)過不停的摸索，問題根本上得到了解決。我也懂得了系統(tǒng)要有良好的控制效果，其前端采集溫度信號需要足夠準(zhǔn)確，其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡單實(shí)用，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，并且運(yùn)用多種算法使得數(shù)據(jù)更為接近真實(shí)值。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要難題為控制系統(tǒng)輸出控制和PID控件，系統(tǒng)PID輸出為模擬信號而該系統(tǒng)的控制對象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會因頻繁開關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。所以在系統(tǒng)執(zhí)行局部選取了SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，從而抑制了觸點(diǎn)式繼電器的缺乏。PID控件的難題在于參數(shù)整定，對于本系統(tǒng)來說參數(shù)整定只能使用經(jīng)歷湊試，而且調(diào)試的時(shí)候一定要耐心?？偟膩碚f通過這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)到了很多東西，無論是動手能力，分析問題的能力都得到了提高，重要的是建設(shè)了對電子設(shè)計(jì)興趣。最大的體會還是理論運(yùn)用到實(shí)踐還是有很大差距，理論學(xué)得再好到了實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候還是會出現(xiàn)很多問題，這些問題通過多實(shí)踐積累經(jīng)歷可以得到解決。致謝人間五月天，新柳梳妝小池邊，細(xì)雨點(diǎn)灑在花前。完成這篇課程設(shè)計(jì)時(shí)，心中沒有成就感，卻徒添幾分歉疚。這篇別業(yè)設(shè)計(jì)從選題到完成初稿，歷時(shí)近5個(gè)月，還記得元月定選題時(shí)，我對于我要做什么、怎么做一片茫然，到今天看到成篇的文字時(shí)，幾許釋然。

人都說一生中最美好的時(shí)光是在大學(xué)校園，三載光陰似水而過，來不及回憶卻叫時(shí)間沖淡了酸甜苦辣，帶走了悲歡離合。我們最熱情最美好的時(shí)光，就像這人間五月天，有著最燦爛的風(fēng)景、最多情的細(xì)雨、最溫暖的和風(fēng)，也有著最短暫的花景、最感傷的泥濘、最健忘的飛絮。轉(zhuǎn)眼間，夏來了，它“烤〞驗(yàn)萬物，一如人生，開場承受最大的生存考驗(yàn)，用盡最熱烈的青春去換取一個(gè)將來祥和的秋、溫暖的冬。從學(xué)校走入社會，亦如從春到夏。非常感謝在我完畢學(xué)校生活最后是一段時(shí)間了張教師對我的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)上的幫助，在這里真心的說一句：教師，您辛苦了。參考文獻(xiàn)[1]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽電路設(shè)計(jì).北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007[2]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽技能訓(xùn)練.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007[3]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽制作實(shí)訓(xùn).北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007[4]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2002[5]胡壽松.自動控制原理〔第四版〕.北京：科學(xué)出版社，2000，P220~236附件1〔程序代碼〕：#include<AT89C51.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitS1=P2^5;sbitS2=P2^6;sbitS3=P2^7;unsignedGetCh(void){unsignedchars=0,k=0;if(!S1)s=1;//對于不同按鍵按下賦予不同數(shù)值，以供后面程序判斷if(!S2)s=2;if(!S3)s=3;k=s;if(s){while(s){delay(1000);s=0;if(!S1)s=1;if(!S2)s=2;if(!S3)s=3;}}returnk;}//以下是A/D轉(zhuǎn)換程序//=======================================================voidSystem_Initial(void){ CS=1; WR=1; RD=1;}voidGetAD(void){ CS=0; nop(); //空操作 WR1=0; Delay(100); WR1=1; nop(); CS=1; while(!INTR);nop(); CS=0; nop(); RD1=0; nop(); dat=P2; RD1=1; nop(); CS=1;ch=dat;//ch是全局變量intadc_data; if(G_ADC_flag)//判斷是否有溫度采樣1，有0，無{G_ADC_flag=0;adc_data=adc_data_cmp(); adc_data/=SET_ADC_TIME;//計(jì)算溫度平均值 if(adc_data>0x0255)K=0.079;//確定溫度系數(shù)elseK=0.076; fT=adc_data*K;//換算成溫度值//將溫度值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制用于LED顯示guiLED_Value[0]=(int)fT/10;guiLED_Value[1]=(int)fT%10;guiLED_Value[2]=(int)(fT*10)%10;stPID.Proportion=1;//設(shè)置PID比例值stPID.Integral=0.5;//設(shè)置PID積分值stPID.Derivative=0.0;//設(shè)置PID微分值Out=100*PIDCalc(&stPID,(int)(fT*10));//PID計(jì)算}}//===========================================================//函數(shù)：intadc_data_cmp()//語法：intadc_data_cmp()//描述：ADC采樣數(shù)據(jù)的均值處理，抗干擾作用//參數(shù)：無//返回：無//===========================================================intadc_data_cmp(){intmax;intmin;intSum;inti;max=ADC_DataSave[0];for(i=0;i<10;i++){if(ADC_DataSave[i]>max) max=ADC_DataSave[i];//取出最大值}min=ADC_DataSave[i];for(i=0;i<10;i++){if(ADC_DataSave[i]<min) min=ADC_DataSave[i];//取出最小值}for(i=0;i<10;i++)Sum+=ADC_DataSave[i];//計(jì)算累計(jì)值Sum=Sum-max-min;//排除最大最小值return(Sum);}//PID算法子程序//===========================================================//函數(shù):voidPID_Initial(void)//語法：voidPID_Initial(void)//描述：PID初始化//參數(shù)：無//返回：無//===========================================================voidPID_Initial(void){ stPID.LastError=0; stPID.PrevError=0; stPID.SumError=0;}//===========================================================//函數(shù):floatPIDCalc(PID*pp,intNextPoint)//語法：floatPIDCalc(PID*pp,intNextPoint)//描述：PID計(jì)算//參數(shù)：1、PID數(shù)值2、采樣溫度值//返回：PID輸出值//===========================================================floatPIDCalc(PID*pp,intNextPoint){intdError,Error;Error=pp->SetPoint*10-NextPoint;//偏差pp->SumError+=Error;