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温度监控系统的设计软件设计.doc
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温度监控系统的设计软件设计.doc
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. -
温度监控系统的设计
——系统的软件设计
指导教师:** 教师
摘 要
随着科技的开展,相较于很多年以前人们对于自己生活的需求也发生了戏
剧性的改变。而监控系统恰恰迎合了人们的这一需要。在众多先进测量控制技
术中,由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低,使其性能价格比
的优势非常明显并且我们知道利用可以方便地进展仿真整定参数。
本文介绍一个以单片机为核心的温度监控系统,主要包括控制算法的仿真分析
〔用〕和软件编程〔用〕,它是利用传感器采集温度信号温度
信号经放大电路放大、/转换后送到单片机中,并将温度值显示在数码管上,
单片机把它同由键盘实现的给定温度进展比拟,再由单片机根据控制策略给出
控制量,然后将控制量送驱动电路驱动加热装置和报警装置,从而构成了实时
闭环系统。
本人主要负责系统的软件设计,在软件设计过程中,我们尽可能使其功能
化、模块化、尽量采用子程序调用的方法。
【关键字】单片机;温度监控系统; 控制算法;;软件设计
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目 录
引 言-----------------------------------------------------------------------------------------------3
1 系统概述----------------------------------------------------------------------------------------3
1.1 系统功能描述.......................................................................................................................3
1.2 系统的框图...........................................................................................................................4
2 、PID 控制与 MATLAB 仿真---------------------------------------------------------------4
2.1 PID 控制................................................................................................................................4
2.1.1 PID 控制的优点........................................................................................................4
2.1.2 数字PID................................................................................................................5
2.1.3 凑试法确定 PID 参数................................................................................................5
2.1.4 电炉传递函数............................................................................................................6
2.1.5 PID控制框图........................................................................................................6
2.2 MATLAB 仿真......................................................................................................................6
2.2.1Simulink 模型的建立.................................................................................................7
2.2.2 PID 的 MATLAB 编程实现......................................................................................8
3、硬件概述-------------------------------------------------------------------------------------9
3.1 硬件电路概述.......................................................................................................................9
3.2AT89C51 端口定义.............................................................................................................10
3.3 模数转换模块.....................................................................................................................10
3.4 键盘模块.............................................................................................................................11
3.5 显示模块.............................................................................................................................12
4 、 软件设计-----------------------------------------------------------------------------------13
4.1 单片机编程语言的选择.....................................................................................................13
4.1.1 汇编语言..................................................................................................................13
4.1.2C 语言.......................................................................................................................13
4.2 软件总体构造图.................................................................................................................13
4.2.1 系统初始化..............................................................................................................14
4.2.2 主程序模块软件设计..............................................................................................14
4.3 A/D 模块软件设计.............................................................................................................15
4.4 键盘模块软件设计.............................................................................................................15
4.5 报警模块软件设计.............................................................................................................17
4.6 采样、PID 校正及 PWM 输出模块软件设计..................................................................17
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. -
4.7 显示模块软件设计.............................................................................................................18
5 、 系统调试与总结--------------------------------------------------------------------------19
5.1 系统调试.............................................................................................................................19
5.2 程序.....................................................................................................................................21
5.3 总结.....................................................................................................................................22
5.4 英文及翻译.........................................................................................................................22
参考文献----------------------------------------------------------------------------------------23
鸣 谢---------------------------------------------------------------------------------------------23
引 言
随着电子技术和微电子技术的开展微型计算机开展也越来越快。单片机作
为计算机的一个独特分支,打破了微型计算机按逻辑功能划分芯片构造的传统
概念,以其体积小、功能强、性价比高等优点被广泛应用于诸多领域。单片机
在一块芯片上集成 (343、.5 接口,定时器.计数器和中断系统等
功能部件,构成一个完整的微型计算机。由于单片机体积小、重量轻、噪声低、
可靠性高,具有很强的灵活性,而且价格廉价,抗干扰能力强,开发效率高,
易于产品化, 它的应用已深入到工业、农业、国防、科研以及日常生活用品
〔家电、玩具〕等各种领域;温度是工业生产和科学实验中的重要参数之一它
已广泛应用于化工、冶金、医药、航空等领域里,对温度的控制效果直接影响
到许多产品的质量及使用寿命,因此温度控制成为各个领域中的一项关键技术;
本系统研究的即是一个以单片机为核心的温度监控系统,包括控制算法的仿真
分析〔用 〕和软件编程〔用 〕,利用 6 和 % 软件进展
联合仿真,并最终到达对温度信号进展监测和控制的目的。
1 系统概述
# 系统功能描述
本系统即是一个以单片机为核心的温度监控系统,利用传感器采集温度信
号温度信号经放大电路放大、/ 转换后送到单片机中,并将其显示在数码
管上,单片机把它同由键盘实现的给定温度进展比拟,再由单片机根据控制策
略给出 输出量,然后将输出量送驱动电路驱动加热装置和报警装置,从
而构成了实时闭环系统。
. .zj.
. -
#7系统的框图
本系统框图如图 8 所示:
2 、PID 控制与 MATLAB 仿真
2.1 PID 控制
2.1.1 PID 控制的优点
控制是历史最悠久、生命力最强的一种控制方法。上世纪 95 年代前,
除了在最极端的情况下可使用开关控制以外,他是唯一的控制方式。随着科技
的不断进步尤其是计算机技术的迅速开展,又涌现出很多新的控制方法。然而,
控制却没有因此而略显逊色。迄今为止,它仍是应用最广泛的根本控制方
式。
控制是比例微分和积分控制的简称,它具有如下的几个优点:
() 原理简单,使用方便;
(7) 适应性强,可广泛应用于热工,造纸等各种生产部门;
(:) 鲁棒性强〔也即其控制品质对被控对象特性参数的变化不敏感〕。
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滤
波
放
大
.
D
转
换
隔
离
驱
动
键
盘
输
入
单
片
机
显
示
报
警
P
W
M
输
出
电阻丝
图 181 系统框图
. -
2.1.2 数字PID
用计算机进展 控制时,因计算机仅能处理离散信号,故而必须把
控制算法变换成计算机能实现的形式,即数字 :
2.1.3 凑试法确定 PID 参数
增大比例系数一般将加快系统的响应在有静差的情况下有利于减小静差。
但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。
增大积分时间有利于减小超调,减小振荡,使系统更加稳定,但静差的消
除将随之减慢。
增大微分时间有利于加快系统响应,使超调量减小,稳定性增强,但系统
对扰动的抑制能力减弱,对扰动有较敏感的响应。
在凑试时,可以参考以上参数对过程的影响趋势,对参数进展先比例、后
微分,再积分的整定步骤。
首先,只整定比例局部。即将比例系数由小到大,并观察相应的系统响应,
直到得到响应快、超调小的响应曲线。
如果在比例调节的根底上系统的静差不能满足设计要求,那么需要参加积
分环节。整定时首先设置积分时间为一较大值,并将前面整定得到的比例系数
略微减小,然后减小积分时间,使在保持系统良好的动态性能的情况下,静差
得到消除。
假设使用比例积分调节器消除了静差,但动态过程反复调整仍不满意,可
参加微分环节,构成比例积分微分调节器,在整定时,可先置微分时间为零,
在第二步整定的根底上,增大微分时间,同时相应地改变比例系数和积分时间,
逐步凑试,以得到满意的调节效果和控制参数。
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