毕业设计论文—水浴恒温控制仪表论文.doc

1、CPU部分 CPU选用89S52，选用的依据有： I/O接口能力；串行通信方式；微处理器是否包含系统正常运行所需的功能部件，如WDT、A/D等。 鉴于目前大多数的微处理器内含有A/D或D/A部件均不能达到本设计的分辨率要求，故采用外扩方式。而且，串行接口方式的A/D或D/A在各种嵌入式系统中应用越来越普遍，也易得到，故系统选用串行方式。因此，微处理器选用ATMEL的89S52。 2、A/D部分 设计A/D通道的目的在于被测的模拟量数据转换为数字量以供处理和显示。由于显示刷新周期本身不高，通常为几十毫秒以上，因此对被测模拟量的采样和转换的速度要求不高，从串行传输和光电隔离两方面考虑，采用TLC1549实现对被测模拟量数据数字化，不失为一个好的途径。 3、D/A部分 从性能和价格两方面结合考虑，选择12位的D/A的转换芯片，考虑市场因素，最后选用DAC7513N，其特性可简述为： 低功耗，上电输出为0；工作电压范围宽：+2.7V～+5.5V；建立时间为10μs；3线串行接口；两种封装：SOT23-8和MSOP-8。 4、键盘显示部分 按键共有5个，分为两类：第一类，状态设置按键，确认键，复用键（开启菜单键和小数点移位键），菜单键；第二类，增加、减少等数字设定键。可以用HD7279A进行驱动。 5、E2PROM存储器 存储器选择了美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EPROM AT24C01，它的存储容量为256字节，工作电压宽（2.5～5.5V），它的特点是擦写次数多大于10000次、写入速度快小于10ms。 6、MAX232通信 MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片。MAX232芯片内部都有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS232输出电平所需的±10V电压。所以，采用此芯片接口的串行通讯系统只需单一的+5V电源就可以了。对于没有±12V的场合，其适应性更强。 第 2 章 PID控制及仿真 2.1 PID控制技术的理论分析 2.1.1 PID控制技术简介 在模拟控制系统中是将被测参数，如温度、压力、流量等由传感器变换成统一的标准信号输入调节器，在调节器中与给定值进行比较，再把比较出的差值经PID运算后送到执行机构，改变输入量，以达到自动调节的目的。而在数字控制系统中，则是用数字调节器来代替模拟调节器1]。可使对被控对象的调节速度和调整精度得到进一步提高。其调节过程是首先采集参数信号，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定的控制算法进行运算处理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制输入量以达到给定值。 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID调节器，是连续系统中技术成熟最为广泛的一种调节器，它的结构简单，参数易于调整。特别在工业过程控制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，且往往不能得到预期的效果，所以常采用PID调节器，并根据经验进行在线整定，随着计算机特别是微机技术的发展，PID数字控制算法己能用微机和单片机简单实现，由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善。 2.1.2 PID控制算法的数字实现 1、PID控制理论 图2.1 连续时间PID控制系统 在连续时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。连续时间PID控制系统如图2.1所示。 图中，D(s)所示为控制器。在PID控制系统中，所有的PID控制规律均由D(s)完成，因而称之为PID控制器，其中，，分别表示比例、积分和微分环节。PID控制器是一种线性控制器，输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差是时间的函数。 （2.1） 由图2.1的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u(t)，这种控制方式具有上述三种控制方式，因而被称为比例、积分、微分控制，简称PID控制。在实际应用中，根据受控对象的特性和控制的性能要求，可以灵活地采用小同的控制组合，构成比例（P）控制器、比例+积分（PI）控制器、比例+微分（PD）控制器或是比例+积分+微分（PID）控制器。 比例控制能够迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制小能彻底消除稳态误差。随着比例放大系数的加大，系统会逐渐变得小稳定，因此需要进行积分控制。积分控制的作用是，当系统存在误差时，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差，只要有充分的时间，积分控制能够完全消除误差，从而消除稳态误差。但是积分作用太强会引起系统超调加大，甚至使系统出现振荡，此时又需