【系統(tǒng)】單片機溫度控制英文文獻及翻譯

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.【關(guān)鍵字】系統(tǒng)TemperatureUsingaMicrocontroller:DesignProjectofAbstractThispaperdescribesaninterdisciplinarydesignprojectwhichwasundertheauthorsupervisionbyagroupoffourseniorstudentsinofEngineeringatofwasdevelopatemperaturesystemforair-filledchamber.Thewastoallowentrydesiredtemperatureinexhibitandsteady-stateerroroflessdegreeKelvinintheactualchambertemperaturestepdetailsofthedesigndevelopedbygroupofbasedMotorolafamilymicrocontroller,valueofproblemalsodiscusseddescriptionofkeyinthedesignItisshownthatthesolutionknowledgefromseveralincludingmechanical,andengineering.IntroductionThedesignisthisoriginatedfromareal-worldapplication.AprototypeofaslidedryeraroundOmegaTMtemperaturecontroller,developtemperaturesystemreplacethesystem.motivationwasthatcustomcontrollertargetedforshouldsamecost,asthesystemisunnecessarilyversatileandaTheslideisinelementofthedryeralarge,insulated,air-filledinwhichslides,withsampleencasedparaffin,besetInthattheparaffinmaintainpropertheintheslidemustbemaintainedatadesiredAhousesaresistiveheaterandtheandafanonthedryerairacrosstheheater,jectwasout1996byfourstudentsundertheauthorsupervisionasaSeniorprojecttheDepartmentofScience.purposeofthistodescribeandthestudentssolutioninsomedetail,todiscussofpedagogicalopportunitiesofferedbyaninterdisciplinarydesignprojectoftype.studentsreportwasatConferenceonUndergraduateSectiongivesadetailedstatementofproblem,includingperformancespecifications,Section3describesthestudentsdesign.文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.upthebulkofpaper,anddiscussesindetailseveralaspectsofdesignprocesswhichopportunities.Finally,5offerssomeProblemTheideaprojectreplacepartsoffunctionalityofOmegaCN-390controllerusingcustom-designedsystem.applicationthatsettingsusuallyconstantforperiodsoftime,but’snonethelessimportantthatstepchangesbetracked“reasonablemanner.Thustheboildown·allowingchambertoentered,·displayingbothactualand·trackingstepchangesinset-pointtemperaturewithacceptablesteady-stateerror,explicitlyspecificationsitcustomerdigitalandtemperatures,thatset-pointentrydigitalaswellthroughaSystemThefortemperaturedisplaysentryaloneenoughthatamicrocontrollerbaseddesignislikelythemostappropriate.Figure2showsblockdiagramofthestudentsThemicrocontroller,aMotorolaMC68HC705B16forshort),heartofItacceptsinputsfromafour-keykeypadwhichspecificationoftheanditandchamberusingtwo-digitseven-segmentLEDdisplayscontrolledbyadisplaydriver.Allinputsoutputsaccommodatedbyparallelonthe6805.acalibratedthermistorandinputof6805inputs.apulse-width(PWM)outputonthe6805usedtodrivearelaylineheaterFigure3adetailedofandtheirinterfacinga3K041103,fourkeysareinterfacedpinsPA3A,configuredasinputs.Onekeyfunctionsasamodeswitch.Twomodesmodeandrunmode.modetwoofkeysareusedtospecifytemperature:oneitandTheisunusedatpresent.TheLEDbyHarrisICM7212displaydriverinterfacedPortB,outputs.drives,divider,pinAN0analoginputs).Finally,pinoutputs)drivestherelay.onthe6805thecontrolalgorithm,maintainsthedisplays,altersinresponseinputs.itisnotatthiswriting,willnotindetailincontrolalgorithminparticularnotdetermined,butit文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.simpleproportionalnotcomplexthanPID.SomedesignwillinSectionDesigntheprojecttobuildathermostat,itpresentsmanypedagogicalknowledgebaseofseniorundergraduatebringhimorhertothebrinkofsolutiontovariousincase,realworldconsiderationscomplicatethesituationcomplicationsarenotandresultverydesignremainderthislooksfewofproblemwhichthetypelearningSection4.1discussesofofasimplifiedmathematicalmodelofthermalpropertiesofthesystemandhowitbevalidatedexperimentally.Section4.2canatusingintroductoryinSectionoutdeficienciesofsuchadesignandhowthroughsimulation.Section4.4overviewofthedesignissueswhichandlearning4.1Lumped-elementthermalareinalmostanyintroductorycontroltext,andsortofapplicableslidedryerproblem.second-orderofslidedryer.statevariablestemperaturesairintheboxTbofboxTheinputstothearepoweroutputq(t)heaterambient.maandmbarethemassesoftheairthebox,respectively,Caandtheirspecificheats.μ1andμ2heatfromairboxandfromboxworld,’srdtothatthe(linearized)4areTakingtransformsof(1)andsolvingforwhichtheoutputgivesthefollowingmodelthermalKconstantatz,andtheofD(s)arein(1)(2).Ofinandarecompletelyunknown,butit’shardtoshowthat,regardlessofalues,haszeros.Thereforethemainfunctioninterest(whichtheoneQ(s),sinceweconstantambientcanwrittenMoreover,’snottoohardtoshowthat1=tp1<1=tp2,i.e.,thatthezerobetweentheBothofexcellentexercisesforstudent,andresultofFigureObtainingcompletemodel,then,isconstantKthreein(3).unknownquitebut1=tp1_so_0aresystemis文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.first-orderthereforebep1hasbeenSimplestepthat,forwiderangeofandheatK_0:14_=Wt2954.2Designtheof(4)fortheopen-looptransferassumingforthecontrolofheaterblockofFigurerepresentstheclosed-loopsystem.Td(s)isdesired,oristhetransferfunction,Q(s)heateroutputinthissimpleintroductorylinearsuchrootlocusarrivewhichmeetsstepresponserequirementssteady-stateerror,overshootinTableofcourse,proportionalcontrollerwithsufficientgainallOvershootimpossible,increasingsteady-stateandtime.sufficientspecificationsmaylargerheatoutputsheateriscapableofproducing.wasindeedcaseforresultspecificationbeItistothehowusefulsuchanarrivedat,beindetermining4.3SimulationModelGrosslimitationsdeterminedmodelthereareaofotheraspectsoftheclosed-loopsystemeffectsnotChiefinconversionofthetemperatureandofPWMcontrolheater.Bothofandtime-varyingandonlywaytostudythroughsimulation(orexperiment,ofFigure7awhichincorporatestheseeffects.A/Dconverterandsaturationmodeledstandardblocks.morerequirescustomS-functiontoit.Thisineffectsofbasicandhenceappropriately.theperiod,theerrorPWMintroduces.theperiodisdesirabletoavoidexcessiverelay“chatter,PWMisforandmodelallowsexplorationofitsoperationandwhichis4.4MicrocontrollerSimpleclosed-loopanddisplayoftheapplicationsof文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.microcontrollers,andprojectincorporatesallthree.Itisexcellentall-aroundexerciseinInprojectactualprototype,itwon’tdousesimpleevaluationtheI/Opinsjumperedthesystem.Instead,it’scompleteembeddedapplication.theofappropriatepartfromtherangeofferedintypicalmicrocontrollerfamilylearningtouseFinally,customprinted-circuitboardthemicrocontrollerperipheralsmustbefabricated.MicrocontrollerSelection.InexistingtheMotorolaofmicrocontrollerswasforproject.Still,doesmuch.Astudyofsystemistospecifymicrocontroller,outofscoresofvariants,isforjob.Thisisdifficultforlacktheandneededwellastheperseverancetowadethroughmanufacturers’bleminchoosingmethodsforinterfacingperipherals(e.g.,kindofdisplayshouldAstudyMotorolaapplicationnotes[2,veryhelpfulinunderstandingwhatbasicavailable,andwhatmicrocontroller/peripheralcombinationsshouldbeThefinallychosenonbasisavailableA/Dinputsandwellas24digitalI/Olines.Inoverkill,onlyonechannel,onePWMI/Oactuallyrequired(seeFigureThedecisiontoacompletechosenpartwasnecessary,projectdidnotasuchsystembepurchasedthefirstMicrocontrollerApplicationofhardware,offinaltestingcustomprinted-circuitformicrocontrollerallrequireenvironmentThechoiceofenvironment,likethatofmicrocontrollercanbewilderingandsomefacultyexpertise.threeofdevelopmentenvironmentfromaround$100)toemulators(atmorelike$7500).optionchosenthisproject:MMEVS,whichconsistsaplatform(whichall6805-family_anemulatortoparts),andacableheadadapter(package-specific).Overall,thesystemabout$900provides,withsomeItalsocomeswithsimplesufficientsoftwareenvironmentRAPIDfindtothisofsystembuttheexperiencetheygaininreal-worldmicrocontrollergreatlyexceedstypical文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.experienceusingsimplePrinted-Circuitlayoutofasimpledefinitelynotprinted-circuitboardispracticallearningpresentedbyfinalboardwithpackageoutlines,is(at50%inFigure8.relativesimplicityofthecircuitplacement—initgivesresultsautomaticinanliketheisexposedtofundamentalissuesoflayoutbasicrules.Thelayoutsoftwareusedwasnicepackagethewasfabricatedwithofourstafftechnician.5Theaimofthishastoaninterdisciplinary,undergraduateengineeringmicrocontroller-temperaturecontrolwithdigitalset-point/actualtemperaturedisplay.Adesignofasystemhasdescribed,ofdesignwhicharisefromvarietyof—beenoftheseissuesgenerallyacquiredinintroductorybutrealisticallyaccessibletoadvancestudents,especiallywiththeoffaculty.Desirablefeaturesofproblem,fromaviewpoint,theuseofmicrocontrollerwiththeopportunitytousefullyintroductorylevelmodelingofsystemsandofcontrols,andneedforrelativelysimple(formodelsimulationprediction).areoftechnologyrelatedaspectsofproblemincludingpracticalofresistiveheaterstemperaturesensors(requiringofPWMrespectively),useofdevelopmentsystems,printedcircuitAcknowledgementsTheauthorwouldlikework,dedication,shownbytheinvolvedthisproject:Langsdorf,Rall,PamRinehart,andIttheirproject,andcreditforitsbelongsReferences[1]M.Rall,D.andP.“Temperaturecontrolofamicroscopeslidedryer,in1997NationalonUndergraduate(Austin,TX),April1997.presentation.[2]Inc.,Phoenix,AZ,TemperatureDisplaytheandtheMC14489,文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.MotorolaAN431.[3]Inc.,Phoenix,AZ,HC05MCULEDDriveUsingMC68HC705J1A,MotorolaNoteAN1238.[4]Inc.,Phoenix,AZ,HC05MCUKeypadUsingMC68HC705J1A,MotorolaNoteAN1239.[5]Inc.,Phoenix,AZ,RAPIDIntegratedEnvironmentUser’s(RAPIDdevelopedbyP&Systems,單片機溫度控制：一個跨學科的本科生工程設(shè)計項目JamesS.McDonald工程科學系三一大學德克薩斯州圣安東尼奧市78212摘要本文所描述的是作者領(lǐng)導(dǎo)由四個三一大學高年級學生組成的團隊進行的一個跨學科工程項目的設(shè)計。該項目的目標是設(shè)計一個氣室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求是：當實際氣室的溫度階躍響應(yīng)時，規(guī)定范圍內(nèi)的溫度進入氣室后，穩(wěn)定時的溫度誤差和超調(diào)量必須少于一個絕對溫度。本組學生開發(fā)設(shè)計是基于摩托羅拉MC68HC05系列單片機。該問題的教學價值也通過某些步驟的關(guān)鍵描述在本文說明。研究結(jié)果表明，解決該方案需要具有廣泛的工程學科知識，包括相關(guān)電子、機械和控制系統(tǒng)工程的知識。1

引言該設(shè)計項目來自一個實際應(yīng)用問題，一個關(guān)于顯微鏡載玻片干燥劑溫控器——歐米茄CN-390溫度控制器而這個設(shè)的目標是研發(fā)一個自定義的通用溫度控制系統(tǒng)取代歐米茄系統(tǒng)、一個以更低的成本實現(xiàn)相同功能的自定義控制器，就像歐米茄系統(tǒng)一樣，并不需要能夠全方位的處理各種問題。該載玻片干燥機的機械布局如圖1示。干燥機的主體是一個足夠大的絕緣充氣室，里面依次存放著薄紙包著的石蠟。為了使石蠟保持適當穩(wěn)定性，載玻片氣室的溫度必須維持穩(wěn)定。第二個氣筒（電子圍繞元件）設(shè)有一個電阻加熱器、一個溫度控制器以及一個安裝在干燥機上的風扇，是為了把風吹過加熱器，把熱量帶到載玻片氣室。圖1-1

載玻片干燥機的機械布局自1996-97學年來，本文作者帶領(lǐng)四位三一大學工程科學系的高年級學生開展此項目的研究。本文的目的說明了提出一些問題并詳細闡述學生的一些解決方案，而且討論了這種類型的跨學科設(shè)計項目在教學方面應(yīng)用的問題。這份學生報告曾經(jīng)在1997年全國科畢業(yè)生研討會上提出過并討論過。第2節(jié)給出該設(shè)計的更多詳細情況，包括性能規(guī)格。第文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.3節(jié)具體學生的設(shè)計。4節(jié)是論文的主體，討論該設(shè)計在教學應(yīng)用方面的實施問題。最后，第5節(jié)全文總結(jié)。2

問題闡述該項目基本的思想是設(shè)計一個自定義溫度控制系統(tǒng)來取代相關(guān)的歐米茄CN-390溫度控制器溫度時通常保持在一個穩(wěn)定的常數(shù)但重要的是階躍變化可以“合理的跟蹤。因此主要要求如下：·可以對空氣室的溫度進行設(shè)定，·同時顯示設(shè)定值和實際溫度，·以及在設(shè)定溫度值情況下，可接受范圍內(nèi)的跟蹤階躍變化，穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量。設(shè)定溫度接口設(shè)定溫度顯示室內(nèi)溫度顯示范圍精度準確度室內(nèi)溫度階梯響應(yīng)范圍（穩(wěn)定狀態(tài)）精度（穩(wěn)定狀態(tài)）最大超調(diào)設(shè)定時間（到±1°）

60-991°C±1°C60-99±1°C1°C120s表1

精確的規(guī)格說明盡管表1部分說明并不明確，但是它清楚的反映了人們對數(shù)字顯示器在設(shè)定值和實際溫度的要求和溫度應(yīng)該通過數(shù)值輸入來設(shè)定（而不是，通過電位器設(shè)置3.系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)微控設(shè)計，數(shù)字溫度顯示和單點輸入的要求可能是最合適的。圖2為學生的設(shè)計框圖。圖2-2

溫度控制器硬件結(jié)構(gòu)圖摩托羅拉（簡稱系統(tǒng)的核心。它通過一個簡單的4鍵小鍵盤對溫度進行設(shè)定，同時使用兩個顯示驅(qū)動控制7LED數(shù)碼管來顯示定值和氣室溫度的測量值。所有這些，輸入和輸出信號與6805的并行口相連。氣室的溫度值使用預(yù)校準熱敏電阻測量，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入。最后6085的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出用驅(qū)動一個繼電器，以控制線性電阻加熱器的閉合和斷開。圖3更詳細的顯示了6805的接口和電子器件。使用暴風型號四鍵鍵盤，通過PA0-PA3端口進行數(shù)據(jù)輸入。其中一個重要的功能是進行模式切換。兩種模式：固定模文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.式和運行模式。在固定模式下，其他兩個鍵用于設(shè)定溫度，一個增加，一個減少，第四個按鍵暫無作用。LED顯示屏由哈里斯半導(dǎo)體ICM7212行驅(qū)動，通過端口與芯片相連，作為輸出。熱敏電阻由電壓分頻器驅(qū)動，通過針腳（八個模擬輸入端口中的一個）相連。最后，PLMA針腳（兩個PWM輸出端口中的一個）驅(qū)動加熱繼電器。圖2-3

單片機原理圖圖3單片機原理圖是關(guān)于用軟件實現(xiàn)溫度控制算法、保持溫度顯示以及改變鍵盤輸入響應(yīng)，這將不會在本文詳細討論，因為這并不是本文的重點，也沒有編譯完成。軟件部分還沒有確定控制算法，但很可能是一個簡單的比例控制，比算法簡單。一些控制設(shè)計的問題將在第四節(jié)討論。4

設(shè)計過程雖然該項目的本質(zhì)是建立一個恒溫器，但它有許多很好的契機可以供教學借鑒。高級工程本科教育的知識只是能夠讓學生們具有解決問題的能力。然而，很多情況下，實際情況卻和理論有些不同。不過，這些不是問題，參與這個項目的設(shè)計，將獲得很多設(shè)計方面的寶貴經(jīng)驗。本節(jié)的其余部分著眼于其他的幾個方面：節(jié)討論系統(tǒng)的一些特征，簡系統(tǒng)熱性能的數(shù)學模型，以及一些簡單理論的證明。4.2節(jié)介紹確定實際控制算法4.3節(jié)指出控制設(shè)計程序的一些不足，并通過模擬環(huán)境，指出怎樣克服問題。給出單片機的一些設(shè)計相關(guān)概述，以及出現(xiàn)問題和值得借鑒之處。4.1數(shù)學模型集總元件熱系統(tǒng)符合線性控制，適用于載玻片干燥機的問題。圖4顯示了二階集總元件熱量模型的載玻片干燥機。狀態(tài)變量是溫度，是箱內(nèi)空氣的溫度，Tb是箱子本身的溫度。該系統(tǒng)輸入功率等于q(t)的熱量和環(huán)境溫度T和。ma，mb分別對應(yīng)空氣和箱子的質(zhì)量。CaCb則分別是其對應(yīng)熱量。分別是空氣與箱子間以及箱子與外界間的傳系數(shù)。圖4-1

集總元件熱模型由圖4可以推出（線性）狀態(tài)方程拉普拉斯變換(1)(2)等式，并整理Ta(s)有趣的是，可以推出一個開環(huán)的熱系統(tǒng)方程。其中K是一個常數(shù)，D(s)是一個二階的多項式。以及系數(shù)D(s)和在(1)和(2)等式中出現(xiàn)的系數(shù)功能相近。當然，在1)和(2)等式中各種參數(shù)在未知的情況下，不難證明D(s)與其他參數(shù)的值無關(guān)，具有兩個零點。因此傳遞函數(shù)可以寫成（我們假設(shè)環(huán)境溫度為常數(shù)）此外,可以推出1/tp1<1/tz<1/tp2,，零點在兩極之間。開環(huán)零極點如圖所示。圖4-2的極點為了獲取完整的熱模型從(3)式中除去常數(shù)和3個未知的時間常數(shù)四個未知參數(shù)并不少，但由簡單的實驗表明，1/tp1<<1/tz基本上是一階函數(shù)，且文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，如有不妥請聯(lián)系刪.

文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡下載支.似為0。因此，開環(huán)系可以寫成：(下標p1已經(jīng)被去掉了)過初始溫度和熱量值大范圍內(nèi)的設(shè)置，簡單的開環(huán)階躍響應(yīng)實驗結(jié)果表明，K0.14o/W，τ≈295S。4.2

控制系統(tǒng)設(shè)計使用(4)式的一階開環(huán)傳遞函數(shù)Gaq(s)，并且假定加熱器的輸出函數(shù)為線性，圖6是系統(tǒng)框圖代表閉環(huán)系統(tǒng)Td(s)是設(shè)定溫度的函數(shù)是傳遞函數(shù)Q(s)是熱量輸出，單位是瓦特。圖6簡化的閉環(huán)系統(tǒng)框圖鑒于這種簡單情況，前面所指的線性控制設(shè)置，例如，根軌跡法設(shè)計法可以使C(s)中符合要求的階躍響應(yīng)對應(yīng)的上升時間態(tài)誤差和超調(diào)量符合表格1所示。當然，一個有足夠增益的比例控制器就可以滿足各種要求。超調(diào)量改變是不可能既增加增益又減少穩(wěn)態(tài)誤差和上升時間的。不幸的是，如果要獲得足夠增益，需要生產(chǎn)超過實際生產(chǎn)能力的大容量加熱器。這是本系統(tǒng)的實際問題，將會致使上升時間不符合要求。這要求學生們?nèi)绾卫眠@個經(jīng)過仔細計算的簡化模型，在整體性能上達到最佳控制。4.3

模型仿真該設(shè)計的大部分性能和限制功能，應(yīng)該可以使用圖簡化模型來完成。但有一個數(shù)據(jù)對閉環(huán)系統(tǒng)其他方面的影響并非能夠如此簡單的仿真。其中最主要的是：·量化誤差的模擬和數(shù)模轉(zhuǎn)換，·測量溫度和使用控制加熱器。這兩種都是非線性的、時變的。所以唯一切實可行的方法就是通過仿真（或?qū)嶒灒┘右匝芯俊D真閉環(huán)系統(tǒng)框圖顯示了情況下的閉環(huán)系統(tǒng)框圖，其中包括A/D轉(zhuǎn)換和使用標準Simulink量化飽和塊建立的飽和量化模型立PWM調(diào)制模型比復(fù)雜，需要一個自定義的S函數(shù)來表示。圖4-3

仿真閉環(huán)系統(tǒng)框圖這種仿真模型已經(jīng)被證明在衡量不同的PWM基本參數(shù)對設(shè)計的影響以及適當參數(shù)的選擇中特別有用時間越長，調(diào)制會產(chǎn)生更多溫度誤差。另一方面，時間越長，繼電器抖動機率越小調(diào)制方法往往很難讓學生掌握并且仿真模型允許研究測試運行和明顯的影響。4.4單片機簡單的閉環(huán)控制、鍵盤輸入和顯示控制是經(jīng)典單片機應(yīng)用技術(shù)，這個設(shè)計項目包含上述三個方面。因此這是一個優(yōu)秀的全面的單片機應(yīng)用練習。此外，由于該項目是來源于現(xiàn)實，它不會是一個簡單的輸入輸出設(shè)計就能完成的。相反，這個項目需要制定一個完整的嵌入式應(yīng)用。這需要從大量的單片機型號中選取適當?shù)男酒W著使用一個相當復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境。最后，必須設(shè)計和選取印