畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-一種溫度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目一種溫度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名學(xué)院理學(xué)院專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí)08級(jí)（2）班學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱副教授2012年1月5日安徽科技學(xué)院教務(wù)處制目錄摘要及關(guān)鍵詞3第1章前言411課題背景與意義412溫度傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用513畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)5第2章系統(tǒng)方案621溫度傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求622水溫控制系統(tǒng)部分623控制方式9第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)931總體設(shè)計(jì)框圖和說(shuō)明932外部電路設(shè)計(jì)1033單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)12第4章系統(tǒng)軟件與設(shè)計(jì)1641程序框架結(jié)構(gòu)1642程序流程圖及部分程序1743系統(tǒng)安裝調(diào)試與測(cè)試22第5章緒論23參考文獻(xiàn)24附件一（程序代碼）25附件二（電路原理圖）33一種溫度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要溫度是工業(yè)控制對(duì)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(duì)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(guò)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傳感器系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。為了實(shí)現(xiàn)高精度的水溫測(cè)量和控制，本課題介紹了一種以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(lái)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(duì)溫度的測(cè)量，并能根據(jù)設(shè)定值對(duì)溫度進(jìn)行調(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THESUMMARYTEMPERATUREISTHEMAINCONTROLOFINDUSTRIALCONTROLOFPARAMETERS,INTEMPERATURECONTROL,DUETOTEMPERATURECONTROLLEDOBJECTPROPERTIESSUCHASINERTIABIG,BIG,LAGGINGEFFECTOFNONLINEAR,ETC,TOIMPROVEPERFORMANCE,SOMEPROCESSTEMPERATURECONTROLOFITSDIRECTIMPACTONTHEQUALITYOFTHEPRODUCT,ANDDESIGNEDAKINDOFIDEALTEMPERATURECONTROLSYSTEMISAVERYVALUABLEINORDERTOREALIZEHIGHPRECISIONTEMPERATUREMEASUREMENTANDCONTROL,THISPAPERINTRODUCESAMETERTAKINGATMELCOMPANYLOWPOWERHIGHPERFORMANCECMOSCHIPASTHECORE,ANDTHEPIDCONTROLALGORITHMWITHPIDPARAMETERSCOMBINATIONOFCONTROLMETHODTOREALIZETHETEMPERATURECONTROLSYSTEM,THEHARDWARECIRCUITINCLUDINGTEMPERATURE,TEMPERATURECONTROL,TEMPERATUREGATHERING,KEYBOARDINPUTANDRS232INTERFACECIRCUITS,ETCTHESYSTEMCANREALIZETHEMEASUREMENTFORTEMPERATURE,ANDCANACCORDINGTOVALUEOFTEMPERATUREADJUSTMENT,ANDREALIZETHEOBJECTIVETEMPERATURECONTROLKEYWORDSAT89C51MICROCONTROLLER,TEMPERATURECONTROL,PT1000TEMPERATURESENSOR,PIDALGORITHM第一章前言11課題背景與意義溫度是表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量，對(duì)許多生產(chǎn)過(guò)程都具有重要意義，是生產(chǎn)生活中非常重要的參數(shù)，它對(duì)作物的生長(zhǎng)，商品的保存，家禽孵化及許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，溫度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是許多生產(chǎn)過(guò)程不可缺少的技術(shù)手段。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，溫度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(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用MCS51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)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，溫度傳感器系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度傳感器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距?，F(xiàn)在，我國(guó)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(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來(lái)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(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)應(yīng)用廣泛。12溫度傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用鹽浴爐溫度傳感器系統(tǒng)利用S型鉑銠銠熱電偶檢測(cè)溫度，熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，熱電偶檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)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(guò)零觸發(fā)自動(dòng)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)行加熱，并可實(shí)時(shí)顯示加溫曲線。大型糧庫(kù)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(hào)線）上同時(shí)并聯(lián)多個(gè)溫度探測(cè)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(hào)在68HC08GP32中的動(dòng)態(tài)存取，從而節(jié)省了大量存儲(chǔ)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(cè)量，有的還用PLC來(lái)控制?？傊疁囟葌鞲衅飨到y(tǒng)的控制方式是多種多樣的。13課題設(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(guò)程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(hào)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(hào)進(jìn)行放大，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(duì)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(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變，具有較好的快速性與較小的超調(diào)。第二章系統(tǒng)方案21溫度傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)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(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變，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。22水溫控制系統(tǒng)部分水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)過(guò)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(duì)象其反饋?zhàn)饔玫臏y(cè)量變送組成。測(cè)變量是通過(guò)溫度傳感器PT1000來(lái)傳送的，控制器是通過(guò)單片機(jī)來(lái)完成。221CPU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(duì)加熱棒加電對(duì)水槽里的水升溫。此方案簡(jiǎn)易可行，器件價(jià)格便宜，但8031內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)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)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，控制電路部分采用SSR固態(tài)繼電器控制加熱棒的通斷，此方案電路簡(jiǎn)單并且可以滿足題目中的各項(xiàng)要求的精度。比較兩個(gè)方案可知，采用ATMEL單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)本題目，不管是從結(jié)構(gòu)上，還是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)控制系統(tǒng)，總體框圖如圖2所示。溫度控制采用改進(jìn)的PID數(shù)字控制算法，顯示采用用3位LED靜態(tài)顯示。2溫度控制系統(tǒng)算法分析系統(tǒng)算法控制采用工業(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)加以算法的改進(jìn)，形成了變速積分PID積分分離PID控制相結(jié)合的自動(dòng)識(shí)別的控制算法。該方法不僅大大減小了超調(diào)量，而且有效地克服了積分飽和的影響，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)PK、積分時(shí)間常數(shù)IK、微分時(shí)間常數(shù)DK。比例調(diào)節(jié)的作用是使調(diào)節(jié)過(guò)程趨于穩(wěn)定，但會(huì)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(huì)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(dòng)態(tài)偏差，如圖3所示。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與實(shí)際輸出值Y進(jìn)行比較構(gòu)成偏差EWY。并將其比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量。其動(dòng)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）23控制方式該控制系統(tǒng)是把輸出量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定量進(jìn)行比較（綜合），并利用控制器形成的控制信號(hào)通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)SSR對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，減小輸出量的誤差，達(dá)到控制目的。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(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定位之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(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)31總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明本系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)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(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換等電路；由于水溫變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，因此前向通道中沒(méi)有使用采樣保持電路；信號(hào)的濾波可由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件、降低硬件成本。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(hào)，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)行顯示設(shè)置溫度與測(cè)量溫度。繼電器/加熱棒通過(guò)三極管控制繼電器的開(kāi)關(guān)來(lái)完成對(duì)加熱棒的控制。32外部電路設(shè)計(jì)321溫度采集電路采用溫度傳感器鉑電阻PT1000,對(duì)于溫度的精密測(cè)量而言,溫度測(cè)量部分是整個(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)的性能與效果的關(guān)鍵因素之一。這里采用的是精密級(jí)鉑電阻溫度傳感器PT1000，它的金屬鉑含量達(dá)999999，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)格又便宜，常用作工業(yè)測(cè)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0100攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于05攝氏度，性能穩(wěn)定，廣泛用于精密溫度測(cè)量和標(biāo)定。鉑熱電阻與溫度關(guān)系式，其中RT溫度為T攝氏度時(shí)的電阻；R0溫度為0攝氏度時(shí)的電阻；A、B溫度系數(shù)A394102/；其中；T任意溫度。322溫度控制電路此部分通過(guò)控制繼電器的通斷從而控制加熱棒，采用對(duì)加在加熱棒兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的，即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。此部分的繼電器采用的是SSR繼電器，即固態(tài)繼電器，主要由輸入（控制）電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出（負(fù)載）電路三部分組成。固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)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(lái)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(hào)，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能。由于開(kāi)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(guò)零控制電路”。為使其實(shí)現(xiàn)過(guò)零控制，就是要實(shí)現(xiàn)工頻電壓的過(guò)零檢測(cè)，并給出脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制可控硅過(guò)零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端加入控制信號(hào)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(hào)時(shí)，輸出端斷開(kāi)，而使加熱棒停止加熱從而溫度下降。33單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)331系統(tǒng)框圖332A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0804是CMOS集成工藝制成的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器芯片。分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100S，輸出電壓范圍為05V，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)與計(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(wú)需附加邏輯接口電路。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(guò)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(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100S后將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存于輸出鎖存器，并在INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，并通知微處理器可來(lái)取數(shù)。當(dāng)微處理器通過(guò)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(hào)到ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由微處理器有序地執(zhí)行若干指令完成，AD0804的連接圖如圖10。333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)09S2設(shè)置溫度的個(gè)位數(shù)09S3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，的溫度進(jìn)行比較，通過(guò)軟件來(lái)控制加熱棒的開(kāi)關(guān)。334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)中應(yīng)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分別與單片機(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(guò)單片機(jī)選通所需顯示的數(shù)碼管。SEGASEGDP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(lái)保護(hù)LED。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41程序框架結(jié)構(gòu)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P1AD；P00P07LEDALEDDP；P25P27S1S3；P20P23COM1COM3；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。結(jié)構(gòu)框架圖如圖13所示。主程序模塊對(duì)子程序模塊的調(diào)用進(jìn)行管理，它主要負(fù)責(zé)初始化IO口；等待鍵盤的鍵被按下，并調(diào)用相應(yīng)的模塊進(jìn)行處理；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候接受A/D采樣的數(shù)據(jù)，并與所設(shè)定的值進(jìn)行比較，然后通過(guò)調(diào)用PID算法處理數(shù)據(jù)，處理后來(lái)控制繼電器的通斷，從而控制熱電管達(dá)到控制水溫的目的。42程序流程圖及部分程序421主程序模塊由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，對(duì)按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。接下來(lái)看是否有溫度數(shù)據(jù)采集到，如果有就進(jìn)行A/D采樣及PID處理數(shù)據(jù)，最后所得結(jié)果與設(shè)定值比較從而控制繼電器通斷。422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(duì)端口的初始化即是對(duì)端口相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，這些初始化程序都嵌入在各個(gè)子程序里面。423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(huì)出現(xiàn)彈跳抖動(dòng)過(guò)程，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，因此為了保證探險(xiǎn)鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)。鍵值處理圖15是對(duì)鍵值的處理流程圖。424A/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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值，并進(jìn)行十進(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。425PID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(guò)數(shù)值公式近似計(jì)算。由此可得增量式算法公式這個(gè)計(jì)算的過(guò)程可用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。426繼電器控制繼電器是和AT89C51單片機(jī)的P25口相連的，它的開(kāi)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(shuō)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(kāi)電爐對(duì)水開(kāi)始加熱。如果設(shè)定值與實(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)05秒鐘采樣一次。圖18控制程序的中斷服務(wù)程序，用來(lái)對(duì)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，若加熱時(shí)間到時(shí)，就調(diào)用關(guān)定時(shí)器子程序，停止計(jì)時(shí)。427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)著接受外部信號(hào)，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(kāi)始直流電機(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)最基本的關(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(shuō)最小系統(tǒng)是單片機(jī)里最基本的系統(tǒng)，也是重要的系統(tǒng)。43系統(tǒng)安裝調(diào)試與測(cè)試1測(cè)觸點(diǎn)電阻用萬(wàn)能表的電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0；而常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無(wú)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(kāi)觸點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試本系統(tǒng)使用的繼電器為常開(kāi)式。2測(cè)線圈電阻可用萬(wàn)能表R200檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開(kāi)路現(xiàn)象。3測(cè)量吸合電壓和吸合電流找來(lái)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)行監(jiān)測(cè)。慢慢調(diào)高電源電壓，聽(tīng)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(cè)量釋放電壓和釋放電流進(jìn)行連接測(cè)試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽(tīng)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1050，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(huì)對(duì)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)是溫度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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)行軟件編程，通過(guò)數(shù)據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。再接下來(lái)是添加單元電路，并進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中，遇到不少問(wèn)題，主要是經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)過(guò)不停的摸索，問(wèn)題基本上得到了解決。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(hào)需要足夠精確，其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡(jiǎn)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(hào)而該系統(tǒng)的控制對(duì)象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無(wú)法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會(huì)因頻繁開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)式繼電器的不足。PID控件的難題在于參數(shù)整定，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)參數(shù)整定只能使用經(jīng)驗(yàn)湊試，而且調(diào)試的時(shí)候一定要耐心?？偟膩?lái)說(shuō)通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)到了很多東西，分析問(wèn)題的能力都得到了提高，重要的是建立了對(duì)電子設(shè)計(jì)興趣。最大的體會(huì)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(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，這些問(wèn)題通過(guò)多實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)可以得到解決。致謝本課題的研究是在王老師的精心指導(dǎo)下完成的，從課程學(xué)習(xí)、論文選題直至最后完稿，無(wú)不浸透著老師的心血。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識(shí)給我留下了深刻的印象，使我終生難忘。從尊敬的老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做事做人的道理。在我最后校園生活的一段時(shí)間內(nèi)，非常感謝王老師對(duì)我的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)上的幫助，在這里真心地說(shuō)一句“老師，您辛苦了?！蔽疫€要感謝我的各位老師，是你們傳授了我知識(shí),給了我無(wú)私的照顧和關(guān)愛(ài)，祝你們工作順利、永遠(yuǎn)健康快樂(lè)。參考文獻(xiàn)1黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電路設(shè)計(jì)北京北京航天航空大學(xué)出版社，20072黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練北京北京航天航空大學(xué)出版社，20073黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn)北京北京航天航空大學(xué)出版社，20074譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)北京清華大學(xué)出版社，20025胡壽松自動(dòng)控制原理（第四版）北京科學(xué)出版社，2000，P220236附件一（程序代碼）INCLUDEINCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITS1P25SBITS2P26SBITS3P27UNSIGNEDGETCHVOIDUNSIGNEDCHARS0,K0IFS1S1/對(duì)于不同按鍵按下賦予不同數(shù)值，以供后面程序判斷IFS2S2IFS3S3KSIFSWHILESDELAY1000S0IFS1S1IFS2S2IFS3S3RETURNK/以下是A/D轉(zhuǎn)換程序VOIDSYSTEM_INITIALVOIDCS1WR1RD1VOIDGETADVOIDCS0NOP/空操作WR10DELAY100WR11NOPCS1WHILEINTRNOPCS0NOPRD10NOPDATP2RD11NOPCS1CHDAT/CH是全局變量INTADC_DATAIFG_ADC_FLAG/判斷是否有溫度采樣1，有0，無(wú)G_ADC_FLAG0ADC_DATAADC_DATA_CMPADC_DATA/SET_ADC_TIME