毕业设计（论文）--基于单片机的智能温控仪(软件设计).docVIP

第一章 绪论 1.1 引言 当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉、等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用。特别是单片机嵌入式系统的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中使其智能化。目前国内外各大电气公司，大的半导体厂商正不断地开发、使用单片机，使用单片机，使其无论在控制能力，减小体积，降低成本，还是开发环境的改善等方面，都得到了空前迅速的发展。 随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。 1.2 课题研究背景 温控仪表发展快速，使它集成了许多自动控制功能，众多温控仪表的发展来看,智能温控仪表的发展前景看好。其主要表现在它的“智能性” 。它的工作原理其实是比较智能而简单化的，它是通过一块智能芯片加上外部信号输入和输出功能相结合而形成的一个测试整体，它的工作原理像电脑一样，是通过一块处理芯片，像电脑中的CPU，但又没有CPU功能强大，再加上信号输入，信号放大，数模转换，控制输出等几个部份组成。而信号的转换主要是通过单片机来完成的。 智能温(亦称数字温)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温器系列产品智能温器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器()、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(RO世纪后，智能温器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟器和网络器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。PID调节器结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别在工业过程中，由于控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生变化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模型辨识，但往往不能得到预期的效果，而实际运行经验和理论分析都表明，PID控制能满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最广的控制算法[2]。所以，本文考虑采用PID控制算法。 PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值r(t)与实际输出值c(t)进行比较构成控制偏差。 (2.1) 并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量（如图2.1所示），所以简称为P（比例）I（积分）D（微分）调节器。在实际应用中，根据对象的特性和控制要求，也可灵活的改变其结构，取其中一部分环节构成控制规律。例如，比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器、比例微分（PD）调节器等。 在模拟控制系统中，PID调节器的控制规律为： （2.2） 式中，Ti为积分时间，Td为微分时间。 在模拟PID控制系统中，比例、积分、微分（PID）这些关系的实现，必须通过相应的硬件来完成。控制回路的功能和实现这些功能的硬件几乎是一一对应的关系。因此，设计方案必须能用现有的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。这些局限性使模拟控制系统缺乏灵活性。对于较复杂的工业控制 过程，这类系统在控制规律的视线、系统最优化、可靠性等方面难以满足更高的要求。 在数字PID控制系统中，由于引入了计算机，可以充分利用计算机在对采集数据加以分析并根据所得结果作出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。在数字PID控制系统中，控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可，这是模拟PID控制系统所无法比拟的。 综合考虑模拟PID和数字PID两种控制系统的优缺点，本论文选用数字PID控制算法。 由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此上式中的积分和微分项不能直接