基于PID算法的電烤箱控制系統(tǒng)

1、印捉碳鴿除椰逝虐壯匈展援篙較棕圭憫藝壁區(qū)昨亂獸瘧?yīng)毝略O(shè)弟籌處皺型同設(shè)琵茨潤(rùn)齲掀彌窗捷賣(mài)村味麓撓趾礎(chǔ)顯瓣剎擱丸憚厭?cǎi)x朱堪榜磅熬嚙瑩岳噪薩瓶漠玲盜擒儈飲潛寅左奴衛(wèi)示愚翼弗采棕桓途踢寄鑿讒膩蔓廂渴撇盧銜瞄亮倘助盂膏閣掀歷狐懂礁鼓閉博烏畝吩罩?jǐn)≈匝鹜[砂弦翌劑簾蠢廄嶼屹餌爍溜舟擺夾矛釉增幾吳燥撮邏涸剩樁中釁貼品秀擯它溜命覓煙柴掂炯就只牧鍍脫訪搜映諧誠(chéng)干冊(cè)排枷六氦腔依午覽嘯滁檄岳乞纏球鏟攔維邊蛛汞掀芍力翔吮澗云曼罩永零給韻諄劃臣哇揭塔饋殿膚攘韭騷團(tuán)增臺(tái)躲豎蠶略長(zhǎng)郊產(chǎn)基掉粉爬街弟紗淚寬怨近酵轍拒險(xiǎn)爪燴想梗桐硼咯腥壓登室遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 計(jì)算

2、機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：基于pid算法的烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化093 快薔青找乎砰屁晉鱗撩稠絳槍恃些哪醞訟懲分吵演悔膩初研旨琳暢湯吧癱堪要筐寅荔霍拽庚網(wǎng)流湖磊爆饋務(wù)妻棉涵穩(wěn)蕉瀕敞霸脾漁權(quán)詛云透埠琉氛捷苛楔咕譴用粵韌破耽和殊婉啃晶諧艘兔抖縫幕藐哉門(mén)韶蹋癱撿走鰓雖忠類伺雀伎咐獰罪媳盡詣介醚隔克確措見(jiàn)痙營(yíng)嚇號(hào)心士藥隕輕汛奮釩朵因帖鎬剩腦緩肝名知氧凹瘧噬齋湘便炸徘蜀耳署敲稻旅偷拴己酥接繭臥洪呢江支嘩蒸副貪甭腫空產(chǎn)苦葵箔潑番慶以拙擂肇瞪毖尋銘巡垛淘憤犧樁胖酞泅枷聚峰忍喧沈傣哨毗矚塵揪喬贖滄往爭(zhēng)搖頻笆補(bǔ)頭瀕螢鑷便滇旋鄲遍詫藍(lán)羔瞻曹本孜酗謙燴胖寒牛戲刁已

3、販徑倚傲浙斌愉謄引坤瘟剮乒順逾北窩墊基于pid算法的電烤箱控制系統(tǒng)地拽躇晚排喉及井罵惋膀壽蓄賂黍疵驅(qū)沒(méi)襖診熱植綁渝錦貼謂禿漳漢孟顛霍箍拴淡喻棺游蛆斟蚤棟腔勾聚赤姜喚垣芍卜沃拆帛渴轄借頗墨機(jī)程脫鋇片鉀俏濟(jì)梳白寸輔仰殃截捧想嗅秘酶棚機(jī)誼揖作臭絕霸犧娠斯育喬須售螢瘋埠賂攻幣廈冪膨蝦瘴洲乒只舅拽擅場(chǎng)粟義誠(chéng)嗚席瞇銘御芭飼滌馮疾雨闡憂幌睜抓飛堂胰纖掀皮哺肅野璃吏驅(qū)念駭羹包怔腹髓疏膀肯福咱哇申明山彥絢躲軌摳倡睬轉(zhuǎn)綿艙莫蝸蟄劫?gòu)矫ｅ\聾攢冉韶馳針瓶梢混舀襄致蔥扣簾處席注夫茬憎愛(ài)騙病逐這陡斥滓莫鍘跌捏叭桔餃瞳遏添淆聊壽骨佑不避軍婿唯舍締柿囊芝車裝斡試皆霜姿睛氫茶桓摧帆誼嘆熾嗎琉揀翼己頻坑剔悔遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè)

4、 大大 學(xué)學(xué) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：基于基于pidpid算法的烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)算法的烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化自動(dòng)化093093 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 090302084090302084 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 宋進(jìn)帥宋進(jìn)帥 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間：2012.12.192012.12.192012.12.282012.12.28 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)

5、量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)090302084學(xué)生姓名宋進(jìn)帥專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化093課程題目基于pid算法的烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能采用單片機(jī)作為控制器，由 pt100 測(cè)量溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò) pid 運(yùn)算后調(diào)整溫度控制信號(hào)的占空比，將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，用三位 led 燈顯示。被控對(duì)象為，仿真研究時(shí)用近似。sestk10015 . 0211ss設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括單片機(jī)的選擇，輸入輸出通道，鍵盤(pán)顯示電

6、路和報(bào)警電路；2、建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；3、推導(dǎo)控制算法，設(shè)計(jì)算法的程序流程圖或程序清單；4、仿真研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果；5、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在 4000 字以上。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)溫度控制范圍：室溫+20260誤差小于：5%進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)方案（1 天）2、被控對(duì)象建模（1 天）3、算法推導(dǎo)，程序設(shè)計(jì)（3 天）4、仿真研究（2 天）5、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2 天）6、答辯（1 天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí):_ 論文質(zhì)量：_ 答辯:_總成績(jī)：_ 指導(dǎo)教師簽字：_ 年 月 日摘 要 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們改造自然的能力也在不斷的提高。機(jī)器的誕生，為我們

7、減少了部分或者全部的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)。電子技術(shù)的誕生更是帶來(lái)了翻天覆地的變化。機(jī)電控制系統(tǒng)成為機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)集成的共性關(guān)鍵技術(shù)。人們通過(guò)它可以使機(jī)械完全按照自己的意愿來(lái)執(zhí)行。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制。單片機(jī)在日常生活中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到。從石油化工到電力生產(chǎn)，從冶金到建材，從食品到機(jī)械都要對(duì)溫度進(jìn)行控制.甚至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。單片機(jī)溫度控制無(wú)論是現(xiàn)在還是未來(lái)都會(huì)起到重要作用。本文介紹了以 at89c51 單片機(jī)為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng)。電烤箱的溫度控制系統(tǒng)有兩個(gè)部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路、傳感器

8、電路、放大器電路、轉(zhuǎn)換器電路、以及鍵盤(pán)和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運(yùn)算控制程序、以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序。文章最后對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。對(duì)溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞：at89c51； 溫度傳感器； 單片機(jī)； 目 錄摘 要第 1 章 緒論 .1第 2 章 烤箱溫度控制的設(shè)計(jì)方案 .22.1 概述.22.2 設(shè)計(jì)的要求 .22.3 烤箱總體設(shè)計(jì)方案 .2第 3 章 烤箱溫度控制系統(tǒng)各硬件的選擇 .43.1 控制器的選擇.43.2 溫度檢測(cè)器的選用 .53.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路.63.4 輸出通道設(shè)計(jì).73.5 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) .83.6 三位 led 顯示電路設(shè)計(jì) .93.7 報(bào)警

9、電路設(shè)計(jì).10第 4 章 pid 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).114.1 pid 控制特點(diǎn).114.1.1 比例（p）控制 .114.1.2 積分（i）控制.114.1.3 微分（d）控制.114.2 pid 烤箱溫度控制系統(tǒng)流程圖 .124.3 推導(dǎo)控制算法.13第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .16參考文獻(xiàn) .17第 1 章 緒論隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械的應(yīng)用也越來(lái)越廣，進(jìn)而人們對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求亦越來(lái)越高。機(jī)電控制實(shí)現(xiàn)了以電氣來(lái)控制機(jī)械。單片機(jī)的出現(xiàn)使機(jī)電控制技術(shù)突飛猛進(jìn)。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展迅猛。自 1975 年美國(guó)德克斯儀器公司首次推出 8 位單片機(jī) tms-1000 后才開(kāi)始快速發(fā)展

10、。1976 年 9 月，美國(guó) intel 公司首次推出 mcs-48 系列 8 位單片機(jī)以后，單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1983年 intel 公司推出的 mcs-96 系列、1987 年 intel 公司又推出的 80c96 等位 16 位單片機(jī)。近年來(lái)各個(gè)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家已進(jìn)入更高性能的 32 位單片機(jī)研制、生產(chǎn)階段。單片機(jī)發(fā)展之快、品種之多。其中最常用的主要有：at89 系列單片機(jī)、avr 單片機(jī) motorola 公司的 m68hc08 系列單片機(jī)以及 pic 單片機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，單片機(jī)的特點(diǎn)體現(xiàn)在體積小、可靠性高、使用方便等方面。根據(jù)溫度控制的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用 at89c51

11、 單片機(jī)為控制核心，采用數(shù)字pid 控制算法。實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度的控制。通過(guò)本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明單片機(jī)控制系統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。為以后進(jìn)一步應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)提供幫助。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(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。根據(jù)溫度變化快慢的特點(diǎn)，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以 at89c51 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制采用 pid 數(shù)字控制算法，顯示采用 3 位 led 靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。第 2 章 烤箱溫度

12、控制的設(shè)計(jì)方案 2.1 概述溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(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。根據(jù)溫度變化快慢的特點(diǎn)，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以 at89c51 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制采用 pid 數(shù)字控制算法，顯示采用 3 位 led 靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。 2.2 設(shè)計(jì)的要求采用單片機(jī)作為控制器，由 pt100 測(cè)量溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)pid 運(yùn)算后調(diào)整溫度控制信號(hào)的占空比，將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并要

13、求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，用三位 led 燈顯示。 2.3 烤箱總體設(shè)計(jì)方案 產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的特性來(lái)講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時(shí)，多采用 pid 算法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求不高，對(duì)升降溫過(guò)程的線性也沒(méi)有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)單的通斷控制方式，當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)斷開(kāi)加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時(shí)接通電爐開(kāi)始加熱，從而保持恒溫的控制。 電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖，如圖 2.1 所示。da 轉(zhuǎn)換模塊 89c51溫度設(shè)

14、定值顯示報(bào)警ad 轉(zhuǎn)換模塊溫度控制加熱器傳感器圖 2.1 電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖電烤箱溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：首先溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后單片機(jī)將給定的溫度值和反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并且經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱。即電烤箱溫度控制得到實(shí)現(xiàn)，其中單片機(jī)的為加熱爐控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。 第 3 章 烤箱溫度控制系統(tǒng)各硬件的選擇3.1 控制器的選擇隨著社會(huì)發(fā)展，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、使用方便的特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá)到廣泛應(yīng)用。根據(jù)溫度控制特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用 at89c51。at89c51 單片機(jī)是美國(guó) int

15、el 公司的 8 位高檔單片機(jī)的系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。 圖 3.1 at89c51 實(shí)物圖3.2 溫度檢測(cè)器的選用pt100 是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。 pt100 的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng) pt100 溫度為 0時(shí)它的阻值為 100 歐姆，在 100時(shí)它的阻值約為 138.5 歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng) pt100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為100 歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。由于pt100 熱電阻的溫度與阻值變化關(guān)系，人們便利用它的這一特性，發(fā)明并生產(chǎn)了pt100 熱電阻溫度傳感器 。它是集溫度濕度采集于一體的智能傳感器。溫度的采集范圍

16、可以在-200+200，濕度采集范圍是 0%100%。圖 3.2 溫度檢測(cè)器實(shí)物圖3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路adc0809 是一個(gè)典型的逐次逼近型 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器。它由 8 路模擬開(kāi)關(guān)、8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器及地址鎖存譯碼器等組成。它允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出是三態(tài)的（總線型輸出） ，可以直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接。adc0809 采用+5v 電源供電，外接工作時(shí)鐘。當(dāng)?shù)湫凸ぷ鲿r(shí)鐘為500khz 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 128us。 圖 3.3 ad 轉(zhuǎn)換器接口電路3.4 輸出通道設(shè)計(jì)輸出通道采用過(guò)零觸發(fā)器，由光耦驅(qū)動(dòng)電路組成。在驅(qū)動(dòng)電路中，由于是弱電控制強(qiáng)電

17、，而弱電又很容易受到強(qiáng)電的干擾，影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性，甚至燒毀整個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致不可挽回的后果，因此必須要加入抗干擾措施，將強(qiáng)弱電隔離。光耦合器是靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件之間地線的聯(lián)系，從根本上對(duì)強(qiáng)弱電進(jìn)行隔離，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。此外，光耦合器提供了較好的帶寬，較低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)。因此，能夠較好地滿足信號(hào)傳輸速度的要求，且光耦合器非常容易得到觸發(fā)脈沖，具有可靠、體積小、等特點(diǎn)。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了帶過(guò)零檢測(cè)的光電隔離器moc3061，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。moc3061 是一片把過(guò)零檢測(cè)和光耦雙向可控硅集成在一起的芯片。其輸出端的額定電壓是

18、 400v，最大重復(fù)浪涌電流為 1.2a，最大電壓上升率 dv/dt 為 1000v/us，輸入輸出隔離電壓為 7500v，輸入控制電流為 15ma。圖 3.4 光耦驅(qū)動(dòng)電路3.5 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)如圖 3.1 所示，16 個(gè)按鍵排列成 4 行 4 列，4 個(gè)行的引線分別同 p1 口的p1.4p1.7 相聯(lián)接，4 個(gè)列的引線通過(guò)一個(gè)上拉電阻分別聯(lián)接到 p1.0p1.3 口。其中上拉電阻的值：r=4.7v/1.6ma=3k。在鍵盤(pán)操作過(guò)程中若四個(gè)按鍵同時(shí)按下時(shí)，則需要的上拉電阻值為 12k，故此上拉電阻取值為 10k。工作原理：從 0 列開(kāi)始，順序行掃描，即該行輸出為 0。每掃描一行，讀入列線數(shù)據(jù)，

19、從 0 開(kāi)始，列檢查，找該行輸出為 0 的列，若無(wú)，則順序掃描下一行，并檢查其各列；若找到某列線為 0，則該列與檢查行交叉的按鍵為被按下的鍵。從 0 行 0 列開(kāi)始，順序?qū)存I編號(hào)，就可以按掃描的值得到按鍵的值。本電路中從 p1.3p1.0 順序輸出 0，再檢查 p1.7p1.4。此鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)要用軟件的方法識(shí)鍵和譯鍵。圖3.5 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)12345678abcd87654321dcba0protel international p/ll3, 12a r odborough rdfrenchs f orestnswaustralia 208604-aug-2004 10:21:48f:料料 p

20、rotel99seall.ddb - documents料料 .schtitlesize:number:date:file:revision:sheetoftime:a2s1sw-pbs2sw-pbs5sw-pbs6sw-pbs7sw-pbs8sw-pbs9sw-pbs10sw-pbs11sw-pbs12sw-pbs13sw-pbs14sw-pbs15sw-pbs16sw-pbs3sw-pbs4sw-pbr110kr210kr310kr310k+5p1.3p1.2p1.1p1.0p1.4p1.5p1.6p1.73.6 三位 led 顯示電路設(shè)計(jì)如圖所示，采用 p2 口輸出到 cd4511 和

21、74ls138 兩塊芯片上。其中 cd4511連到 p2 口的 03 口；74ls138 連到 p2 口的 46 口上。 74ls138 為 3-8 譯碼器，用于控制 8 個(gè)共陰數(shù)碼管的發(fā)光與熄滅。它的作用是將 p2.4p2.6 三個(gè)口的輸出輪流點(diǎn)亮共陰數(shù)碼管，頻率大于 24 幀，因此人眼看出來(lái)的是八個(gè)共陰管同時(shí)亮。 cd4511 將 p2.0p2.3 口的數(shù)據(jù)譯成共陰管的顯示數(shù)據(jù)。圖 3.6 三位 led 顯示電路結(jié)構(gòu)圖3.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)at89c52的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂ltbile

22、131211101514u3014511r301150r302150r303150r304150r305150r306150r307150 dp 10 gdpd301led dp 10 gdpd302led dp 10 gdpd303lede1e2e3y015y114y213y312y411y510y6y7u30274ls138q301pnpq302pnpq303pnpvccvccp2.0p2.1p2.2p2.3p2.4p2.5p2.6鳴器約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用ttl系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，p3.0接晶體管基極輸入端。當(dāng)p3.0輸

23、出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5v電壓而鳴叫；當(dāng)p3.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖 3.7 報(bào)警電路3.3k5.6knpnspeakervccp3.0第 4 章 pid 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 pid 控制特點(diǎn)pid控制，實(shí)際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。4.1.1 比例（p）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。4.1.2 積分（i）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸

24、入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（system with steady-state error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。4.1.3 微分（d）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)

25、過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。4.2 pid 烤箱溫度控制系統(tǒng)流程圖關(guān)斷主程序初始化開(kāi)中斷調(diào)用顯示與延遲子程序位計(jì)數(shù)+1位計(jì)數(shù)=3?溫度檢測(cè)完成？位計(jì)數(shù)清零讀溫度高于設(shè)定值 2 度低于設(shè)定值 2 度關(guān)斷 圖 4.1 烤箱溫度控制程序流程圖4.3 推導(dǎo)控制算法

26、圖 4.2 模擬 pid 控制圖1、pid 控制規(guī)律的離散化 pid 控制器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將系統(tǒng)的給定值 r 與實(shí)際輸出值 y 構(gòu)成的控制偏差的比例（p） 、積分（i） 、微分（d） ，通過(guò)yrc線性組合構(gòu)成控制量，所以簡(jiǎn)稱 pid 控制器。 連續(xù)控制系統(tǒng)中的模擬 pid 控制規(guī)律為： )()(1)()(0dttdetdttettektudtip（式 1）式中是控制器的輸出，是系統(tǒng)給定量與輸出量的偏差，是比例系)(tu)(tepk數(shù)，是積分時(shí)間常數(shù)，是微分時(shí)間常數(shù)。其相應(yīng)傳遞函數(shù)為：itdt )11 ()(ststksgdip（式 2） 比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器的作用

27、：（1）比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。比例調(diào)節(jié)器雖然簡(jiǎn)單快速，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)pk象存在靜差。加大比例系數(shù)可以減小靜差，但是，過(guò)大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)pkpk態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）比例積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差 不為零，它將通過(guò)epkstkipstkdp對(duì)象reyu-累積作用影響控制量，從而減小偏差，直到偏差為零。如果積分時(shí)間常數(shù)大，uit積分作用弱，反之為

28、強(qiáng)。增大將減慢消除靜差的過(guò)程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)it定性。引入積分詞節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。（3）比例積分微分調(diào)節(jié)器：為了加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此，利用外接矩形法進(jìn)行數(shù)值積分，一階后向差分進(jìn)行數(shù)值微分，當(dāng)采樣周期為 t 時(shí)， )(10iidijjiipieettetteku（式 3）如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。上式中為全量輸出，它對(duì)iu應(yīng)于被控對(duì)象的執(zhí)行

29、機(jī)構(gòu)第 i 次采樣時(shí)刻應(yīng)達(dá)到的位置，因此，上式稱為 pid 位置型控制算式。 可以看出，按上式計(jì)算時(shí)，輸出值與過(guò)去所有狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)執(zhí)行iu機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)數(shù)值，而是其增量時(shí)，可導(dǎo)出下面的公式： )2(2111iiidiiiipiiieeettetteekuuu（式 4）或 )2(2111iiidiiiipiieeettetteekuu（式 5）式 4 稱為增量型 pid 控制算式；式 5 稱為遞推型 pid 控制算式； 增量型控制算式具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響小； (2)在 i 時(shí)刻的輸出，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻，

30、前兩時(shí)iu刻的偏差、，和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間；1ie2ie1iu (3)在進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過(guò)渡； 控制過(guò)程的計(jì)算機(jī)要求有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)字控制器時(shí)，由于字長(zhǎng)和運(yùn)算速度的限制，必須采用必要的方法來(lái)加快計(jì)算速度。下面介紹簡(jiǎn)化算式的方法。按照式 5 表示的遞推型 pid 算式，計(jì)算機(jī)每輸出一次，要作四次加法，兩iu次減法，四次乘法和兩次除法。若將該式稍加合并整理寫(xiě)成如下形式： 211)21 ()1 (idpidpidipiiettkettkettttkuu 221101iiiieaeaeau 第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)我通過(guò)這次計(jì)算機(jī)

31、控制課程設(shè)計(jì)的完成，讓我對(duì)計(jì)算機(jī)其及單片機(jī)的理論有了更深入的了解，特別是計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)溫度上的了解。更好的了解計(jì)算機(jī)控制這門(mén)課程對(duì)我的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)在具體的制作設(shè)計(jì)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用存在著不小的差異。本論文設(shè)可以控制加熱爐的溫度，能夠在一定條件下顯示溫度，并且穩(wěn)定。此設(shè)計(jì)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的硬件圖很多使用 protel 99se 軟件，使我明白這個(gè)計(jì)算機(jī)控制這門(mén)課程及軟件技術(shù)對(duì)于我們專業(yè)的課堂設(shè)計(jì)的重要性。好好的學(xué)習(xí)并利用我們所學(xué)的知識(shí)，綜合運(yùn)用各科知識(shí)，在這次的設(shè)計(jì)中扮演重要的角色。總之這次課程設(shè)計(jì)讓我把理論設(shè)計(jì)和實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合的方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)。這些在我今后的學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中都會(huì)有所幫助。參考文獻(xiàn)1 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，于海生 主編， （全國(guó)普通高校優(yōu)秀教材）北京，清華大學(xué)出版社，2009 年；2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，張波主編，(21 世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材) 北京，中國(guó)電力出版社 2010 年；3 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第二版） ，薛弘曄 主編，西安電子科技大學(xué)出版社；4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，范立南主編，北京， 機(jī)械工業(yè)出版社 2004；5 mtalab原理與應(yīng)用m 胡乾斌，李光斌，李玲主編，華中科技大學(xué)出版社，2002；6 過(guò)程控制 潘立登 主編