自行設計一加熱裝置的計算機控制系統

① 能用一個單片機設計一個程序控溫裝置嗎

1 系統的組成和工作原理
多功能溫度控制系統的結構如圖1所示，系統由六部分組成：控制核心部分、溫度數據採集部分、加熱裝置控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和報警提示部 分。單片機啟動溫度採集電路完成溫度的一次轉換，然後讀出轉換後的數字量並轉化成當前的溫度呈現在顯示模塊中，並將當前的溫度與通過按鍵輸入電路設定的保 持恆溫度數進行比較，以實現溫度的控制。還可以通過按鍵設置溫度的上下限值以實現超溫或低溫報警提示功能。本系統的設計目標要對溫度的控制精度達到 0．1℃。

1．1 報警電路
報警電路採用蜂鳴器作為發聲裝置，當溫度高於設定的上限值或低於下限值，給蜂鳴器送周期為1s，占空比為50％的方波，報警的時間可以持續1分鍾或等待按 鍵解除報警，這由軟體控制實現。

1．2 按鍵電路
採用2×3的小鍵盤，鍵盤的識別可以採用兩種方法：行掃描法和行反轉法。兩種方法都要注意消除按鍵的抖動。文中採用行掃描法並做成子程序，出口參數為按鍵 的鍵值。定義鍵K1設置TH，K2設置TL，K3調高TH或TL，K4調低TH或TL，K5對TH或TL的數值進行確認。
1．3 溫度檢測電路
溫度檢測電路採用智能溫度感測器DSl8820，它與單片機相連只需要3線，減少了外部的硬體電路。DSl8820主要性能特點如下：
(1)測溫的范圍為-55～125℃，最大解析度可以達到0．0625℃；
(2)電源電壓范圍為3．0～5．5V；
(3)供電模式：寄生供電和外部供電；
(4)封裝形式有兩種：3腳的TO-92封裝和8腳的SOIC封裝；
(5)可編程的溫度轉換解析度，解析度為9～12位(包括1位符號位)，由配置寄存器決定具體位數，配置寄存器的格式如表1所示。

其中RlR0是用來設定解析度的，解析度的定義如表2所示。

由表2可以看出，解析度設定得越高，溫度轉換所需要的時間就越長，因此應根據實際應用的需要來選擇合適的解析度。本文中選取12位解析度，每隔1秒檢測一 次溫度。12位解析度的溫度數據值格式如下：

當S=0表示測得的溫度為正值，當S=l表示測得的溫度為負值。
1．3．1 DSl8820的存儲器結構
DSl8820的存儲器有高速暫存RAM和非易失性電擦寫EEPROM。高速暫存RAM的內容從低位元組到高位元組9個位元組依次為：溫度LSB、溫度MSB、 高溫限值位元組TH、低溫限值位元組TL、配置寄存器、保留、保留、保留，最後一個位元組是前8個位元組的CRC碼。EEPROM用來存儲TH和TL。
1．3．2 溫度數據的處理方法
從DSl8820讀出的兩個位元組的二進制值溫度必須先轉換成十進制數值，然後才能將其ASCII碼送往LCDl602顯示。12位的解析度，溫度是以 0．0625步進的，由於兩個位元組的溫度採用補碼表示，所以先判斷讀出溫度的最高位是0還是1，即判斷是正溫還是負溫，然後對其求補碼轉化成正溫，之後將 高位元組的低4位和低位元組的高4位組成一個位元組，這個位元組的二進制值不斷除以10得出的余數即為溫度值的個、十、百位值。若讀出的溫度數值是負數，顯示處理 時，在溫度數的前面人為顯示負號即可。對小數部分的溫度只需將低位元組的低4位乘以0．0625，然後對乘積取其小數點後的一位數即可。

1．3．3 DSl8820的控制步驟
(1)首先對DSl8820進行復位。由單片機將數據線DQ拉至低電平480-960 μs，然後將DQ拉高15-60 μs，以便單片機檢測到DSl8820送來的低電平響應。然後檢測DQ，若DQ仍然為高電平，則復位操作失敗，可採用循環的方式再次對其進行復位；若DQ 為低電平，則復位操作成功。
(2)DSl8820的ROM操作命令。DSl8820復位後，主機可以發器件ROM的操作命令如讀ROM[33H]、匹配ROM[55H]、跳過 ROM[0CCH]，報警搜索[4EH]等。在單點匯流排的情況下，可發跳過ROM[0CCH]操作命令，以節省時間。另外，文中有報警的功能，溫度轉換後 還需要發報警搜索命令，該命令會將最近一次測得的溫度值T與高速RAM中的TH或TL作比較，若T>TH或T<TL，則該器件內的報警標志位 置位，並對主機發出的報警搜索命令作出響應。
(3)DSl8820的存儲器操作命令。如啟動溫度轉換命令[44H]，寫入命令[4EH](寫入該命令後，緊接著要寫入報警上限TH，報警下限TL及配 置寄存器位元組)，讀暫存器RAM的內容命令[0BEH](讀取將從第一個位元組開始一直到第9個位元組結束，如僅需要部分位元組，主機可以在合適的時刻發復位命 令來終止讀取)及復制命令[48H](把暫存器RAM的第2、3、4位元組轉存到DSl8820的EEROM中)等。
(4)DSl8820的ROM或RAM操作的匯流排讀寫時序。對於讀時序，首先將DQ拉低並延時1-15μs以內(延時時間不能太長)，然後將DQ拉高並延 時幾個μs後再讀取DQ的值，讀完一位後需要延時45 μs以上才能讀取下一位；對於寫時序，先將DQ拉低10-15μs，接著向匯流排寫入數據並延時50μs以上，最後將DQ拉高1μs以上再進行下一位的寫 入。
1．4 液晶顯示模塊
採用的是長沙太陽人電子有限公司生產的SMCl602A。
1．4．1 主要技術參數
晶元的工作電壓4．5～5．5V，能顯示兩行，每行顯示16個字元，字元的大小為2．95×4．35mm。
1．4．2 介面信號說明
除電壓、背光引腳及8個I／O引腳外，主要的控制引腳還有數據／命令選擇RS引腳，該引腳為高電平時表示I／O引腳出現的是數據，該引腳為低電平時表示 I／O引腳出現的是命令；讀／寫選擇引腳及使能引腳E(該引腳為高電平時對SMCl602A的操作才有效)。
1．4．3 指令說明
(1)初始化設置
a．顯示模式設置。指令碼：00111000b，用於設置16×2顯示，5×7點陣。
b．顯示開／關及游標設置。二進制指令碼：00000DCB中D位用來控制顯示開或關，C位用來控制顯示游標，B位控制游標是否閃爍。二進制指令 碼：000001NS中N位控制讀寫一個數據後地址指針和游標加或減1，S位控制字元的移動。
c．數據指針設置。指令碼：80H+地址碼(0-27H，40H-67H)用於設置數據指針。
(2)其他設置。如指令碼01H：顯示清屏且數據指針清零。
1．4．4 LCDl602的初始化步驟
(1)延時15ms，寫指令38H(不檢測忙信號)；
(2)延時5ms，寫指令38H(不檢測忙信號)，上述過程執行兩遍，後面的過程每次寫指令、讀／寫數據之前均需要檢測忙信號；
(3)寫指令38H：顯示模式設置；
(4)寫指令08H：關閉顯示；
(5)寫指令0lH：清屏且數據指針清零；
(6)寫指令06H：字元不移動，游標和指針加1；
(7)寫指令0FH：顯示開，游標閃爍。
1．5 恆溫保持控制模塊
選用6V固態繼電器作為開關器件，通過控制其斷與通的時序從而控制加熱器件的工作時長，以實現樣品的恆溫保持功能。

2 系統硬體電路的設計
該系統的主要電路原理圖如圖2所示。系統中使用USB口提供5V電源的電路；使用RS232串口通過P3．0和P3．1燒寫程序的電路；以及使用繼電器控 制的恆溫保持電路等在原理圖中並未畫出。

3 系統的軟體設計
系統總的流程圖如圖3所示。系統程序主要有主程序和LCDl602初始化子程序及讀寫時序子程序、DSl8820復位及讀寫時序子程序、鍵盤掃描子程序、 溫度數據處理子程序等構成。

4 程序的編輯及調試
編程語言可以採用匯編語言，也可以採用C51語言。本文採用匯編語言，使用Keil C軟體新建一個工程，然後新建一個文件輸入源程序並保存成．asm格式，並將該源文件添加到剛剛新建的工程，隨後編譯鏈接後生成十六進制文件 (．HEX)，最後使用燒寫軟體stc-isp-v3．9l通過RS232串口將十六進制文件燒寫進單片機的Flash中運行程序即可。

5 結論
本文設計的多功能溫度控制器體積小、功耗低、可靠性高，實驗表明，對溫度的控制精度達到了0．1℃的設計目標。

② 如何用單片機控制加熱器

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路晶元，是採用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊矽片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的300M的高速單片機。
用單片機控制光電耦合器，再去控制雙向可控硅，就能在任意時間內控制到任意溫度。

「雙向可控硅」：是在普通可控硅的基礎上發展而成的，它不僅能代替兩只反極性並聯的可控硅，而且僅需一個觸發電路，是比較理想的交流開關器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關之意。

③ 計算機控制系統設計的步驟

知道了跟我說一聲，謝謝

④ 基於單片機的熱水器溫度控制系統

東華理工大學畢業設計(論文)

基於單片機的熱水器溫度控制

摘 要

溫度是日常生活中不可缺少的物理量，溫度在各個領域都有積極的意義。很多行業中以及日常生活中都有大量的用電加熱設備，如用於加熱處理的加熱熱水器，用於洗浴的電熱水器及各種不同用途的溫度箱等，採用單片機對它們進行控制具有控制方便、簡單、靈活性大等特點，而且還可以大幅提高被控系統的性能，從而能被大大提高產品的質量。因此，智能化溫度控制技術正被廣泛地應用。

本溫度設計採用現在流行的AT89C51單片機為控制器，用PID控制方法，再配以其他電路對熱水器的水溫進行控制。

關鍵詞:89C51; PID; 溫度控制

I

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東華理工大學畢業設計(論文)

ABSTRACT

Temperature is essential physical in daily life ,and in various fields has positive implications.A lot of businesses and daily lives have a lot of electric heating equipment.Such as electric water heater for bathing and variety of different uses of the temperature boxes. MCU to control them with easy to control,simple,flexibility and other characteristics,also can significantly improve the performance of the controlled system,which can be greatly improved proct quality. Therefore,intelligent temperature control technology is being widely used.

The temperature control design uses the now popular AT89C51 MCU controller,with PID control method, which together with

⑤ 基於數字PID的電加熱爐溫度控制系統設計

你是廣石化同學吧，我是張友斌老師，我的題目是很難有答案的，自己好好努力，認真完成吧..

⑥ 簡述如何設計計算機控制系統

做這樣的設計其實也比較復雜，計算機控制系統的典型形式:(1)操作指導控制系統。優點：結構簡單，控制靈活和安全，缺點是由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。（2）直接數字控制系統（DDC），實時性好，可靠性高和適應性強。（3）監督控制系統（SSC），是生產過程始終處於最優工況。（4）分型控制系統（DCS），分散控制，集中操作，分級管理。（5）現場匯流排控制系統（FCS），降低成本，提高可靠性，可實現真正的開放式互連系統結構。

⑦ 計算機控制系統設計

計算機控制系統(Computer Control System，簡稱CCS)是應用計算機參與控制並藉助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出介面、檢測裝置和執行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業的生產過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家庭生活設施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對象的狀態或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。
與一般控制系統相同，計算機控制系統可以是閉環的，這時計算機要不斷採集被控對象的各種狀態信息，按照一定的控制策略處理後，輸出控制信息直接影響被控對象。它也可以是開環的，這有兩種方式：一種是計算機只按時間順序或某種給定的規則影響被控對象；另一種是計算機將來自被控對象的信息處理後，只向操作人員提供操作指導信息，然後由人工去影響被控對象。
計算機控制系統由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬體部分和軟體部分，這不同於模擬控制器構成的系統只由硬體組成。計算機控制系統軟體包括系統軟體和應用軟體。系統軟體一般包括操作系統、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機製造廠為用戶配套，有一定的通用性。應用軟體是為實現特定控制目的而編制的專用程序，如數據採集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特徵和控制策略等，由實施控制系統的專業人員自行編制。
計算機控制系統通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等特點，因此可以實現高級復雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。計算機技術的發展已使整個人類社會發生了可觀的變化，自然也應用到工業生產和企業管理中。而且，計算機所具有的信息處理能力，能夠進一步把過程式控制制和生產管理有機的結合起來（如CIMS），從而實現工廠、企業的全面自動化管理。

⑧ 簡述計算機控制系統由哪些部分組成各部分的功能是什麼

計算機控制系統由計算機和工業對象兩部分組成，其中包括硬體和軟體。計算機專控制系統是指用計算機或數字屬控制器裝置來實現自動控制系統中控制器的功能。

計算機把通過測量元件、變送單元和模數轉換器送來的數字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然後根據要求按偏差進行運算，所得到數字量輸出信號經過數模轉換器送到執行機構，對被控對象進行控制，使被控變數穩定在設定值上。

(8)自行設計一加熱裝置的計算機控制系統擴展閱讀：

計算機控制系統由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬體部分和軟體部分，這不同於模擬控制器構成的系統只由硬體組成。

計算機控制系統軟體包括系統軟體和應用軟體。系統軟體一般包括操作系統、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機製造廠為用戶配套，有一定的通用性。

應用軟體是為實現特定控制目的而編制的專用程序，如數據採集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特徵和控制策略等，由實施控制系統的專業人員自行編制。

⑨ 什麼是計算機控制系統

過去溫室內自動控制環境的裝置都應用電動的自控裝置，能根據探測器及光敏裝置調節溫室內的溫度和濕度。如冬天室溫下降時能啟動更多的加熱裝置，夏天溫度高時能自動開啟水壁和排風扇，也可以根據定時器開啟二氧化碳發生器。但是這種裝置，只有一個探測器，只能對室內的一個固定地點進行探測，無法顧及全面。目前採用計算機控制，計算機可以根據分布在溫室內各處的許多探測器所得到的數據，算出整個溫室所需要的最佳數值，使整個溫室的環境控制在最適宜的狀態。因而既可以盡量節約能源，又能得到最佳的效果。但是計算機控制，一次性投資較大，目前採用的尚不普遍。為滿足未來大規模溫室群發展的需要，逐步推廣運用計算機控制，則是必然趨勢。

⑩ 計算機控制系統的題目

1.控制建模以及控制演算法選擇
在本控制對象電阻加熱爐功率為800W，由220V交流電供電，採用雙向可控硅進行控制。本設計針對一個溫度區進行溫度控制，要求控制溫度范圍50~350C，保溫階段溫度控制精度為正負1度。選擇合適的感測器，計算機輸出信號經轉換後通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。其對象問溫控數學模型為：

其中,時間常數Td=350,放大系數Kd=50,滯後時間=10秒,控制演算法選用改PID控制。
由於計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量。因此積分和微分項不能直接計算，只能用數值計算的方法逼近。在采樣時刻t=iT（T為采樣周期），可得PID調節公式：

如果采樣周期T取得足夠小，這種逼近可相當准確，被控過程與連續控制過程十分接近，我們把這種情況稱為「准連續控制」。
上式表示的控制演算法提供了執行機構的位置ui，所以稱為位置式PID控制演算法。所謂PID，指的是Proportion-Integral-Differential，即比例-積分-微分。當執行機構需要的不是控制量的絕對數值，而是其增量時，由上式可導出提供增量的PID演算法。

只要將上述兩個公式相減可得下面的公式：

上式稱為增量式PID控制演算法。也可進一步改寫為：

其中：
上式就是PID增量式遞推形式，與位置式PID控制演算法相比較，有如下優點：
增量式PID控制演算法對控制量計算的影響較小，且較容易通過加權處理獲得比較好的控制效果；
由於計算機只輸出控制增量，所以誤動作時影響小，且必要時可用邏輯判斷的方法去掉，對系統安全運行有利；
手動/自動切換時沖擊比較小。
2.采樣周期T的選擇采樣周期T的選擇原則：
a).必須滿足采樣定理的要求，即滿足；
b).從控制系統的隨動和抗干擾的性能來看，則T小些好。干擾頻率越高，則采樣頻率最好愈高，以便實現快速跟隨和快速抑制干擾。
c).根據被控對象的特性，快速系統的T應取小，反之， T可取大些。
d).根據執行機構的類型，當執行機構動作慣性大時，T應選大些。否則執行機構來不及反應控制器輸出值的變化。
e).從計算機的工作量及每個調節迴路的計算成本來看，應T取的大些， T大對每一個控制迴路的計算控制工作量相對減小，可以增加控制的迴路數。
f).從計算機能精確執行控制算式來看，T應選大些。表3-1 采樣周期T的經驗數據
被測參數 采樣周期T(s) 備注
流量 1～5 優先選用1s
壓力 3～10 優先選用5s
液位 6～10
溫度 15～20
3.PID控制器參數對系統性能的影響
PID控制器的參數，即比例系數KP、積分時間常數TI和微分時間常數TD分別能對系統性能產生不同的影響。
（一）比例系數KP對系統性能的影響 a).對動態特性的影響：比例系數KP加大，使系統的動作靈敏，速度加快。 KP偏大，則振盪次數加多，調節時間加長。當KP太大時，系統會趨於不穩定。若KP太小，又會使系統的動作緩慢。 b).對穩態特性的影響：加大比例系數KP，在系統穩定的情況下，可以減小穩定誤差eSS，提高控制精度。但是，加大KP只是減少eSS，去不能完全消除穩定誤差。 （二）積分時間常數TI對系統性能的影響 a).對動態特性的影響：TI太小時，系統將不穩定， TI偏小，則系統振盪次數較多。 TI太大，對系統性能的影響減少。當TI合適時，過渡過程的特性則比較理想。 b).對穩態特性的影響：積分控制能消除系統的穩態誤差，提高控制系統的控制精度。但是若太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩態誤差。 （三）微分時間常數TD對系統性能的影響 微分控制可以改善動態特性，如超調量減小，調節時間縮短，允許加大比例控制，使穩態誤差減小，提高控制精度。當TD偏大時，超調量較大，調節時間較長；當TD偏小時，超調量也較大，調節時間也較長；只有TD合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。4.PID參數選擇
（一）用擴充臨界比例度法選擇PID參數 擴充臨界比例度法是以模擬調節器中使用的臨界比例度法為基礎的一種PID數字控制器參數的整定方法。用它整定T、KP、TI和TD的步驟如下： a).選擇一個合適的采樣周期T，控制器作純比例KP; b).調整KP的值，使系統出現臨界震盪，記下相應的臨界震盪周期Ts和臨界震盪增益Ks; c).選擇合適的控制度。所謂控制度就是數字控制器和模擬調節器所對應的過渡過程的誤差平方的積分比，即 控制度= 通常當控制度為1.05時，數字控制器和模擬控制器的控制效果相當。當控制度為2.0時，數字控制器比模擬控制器的控制質量差一倍。 d).根據控制度，查表3-2，即可求出T、KP、TI和TD的值。 表3-2 擴充臨界比例度法整定參數表
控制度 控制規律 T/Ts KP/KS TI/TS TD/TS
1.05 PIPID 0.030.014 0.540.63 0.880.49 -0.14
1.2 PIPID 0.050.045 0.490.47 0.910.47 -0.16
1.5 PIPID 0.140.09 0.420.34 0.990.47 -0.20
2.0 PIPID 0.220.16 0.360.27 1.050.4 -0.22
(二)PID歸一參數整定法PID控制演算法的增量式表達式為： 對上式做Z變換，可得PID數字控制器的Z傳遞函數為:

PID數字控制器參數的整定就是要確定T、KP、TI和TD四個參數，為了減少在線整定參數的數目，常常人為約定的條件，以減少獨立變數的個數，例如取

式中Ts是純比例控制時的臨界震盪周期。此時相應的差分方程為：
由上式可以看出，對四個參數的整定簡化成了對一個參數KP的整定，使問題明顯地簡化了。(三)湊試法確定PID調節參數 湊試法是通過模擬或閉環運行（如果允許的話）觀察系統的響應曲線（例如階躍響應），然後根據各調節參數對系統響應的大致影響，反復湊試參數，以達到滿意的響應，從而確定PID調節參數。在湊試時，可參考以上參數對控制過程的影響趨勢，對參數實行先比例、後積分、再微分的整定步驟。
表3-3 常見被調量的PID參數經驗選擇范圍
被調量 采樣周期T(s) K Ti/min Td/min
流量 對象時間常數小，並有雜訊，故K較小，Ti較短, 不用微分 1~2.5 0.1~1
溫度 對象為多容系統，有較大滯後，常用微分 1.6~5 3~10 0.5~3
壓力 對象為容量系統，滯後一般不大，不用微分 1.4~3.5 0.4~3
液位 在允許有靜差時，不必用積分，不用微分 1.25~5
5.於是使用軟體設計後，分別確認PID三個系數的值，就可以通過GSD.exe軟體控制分別看到GSM上面顯示的波形，然後通過工程經驗調整法來設定三個系數的值。以下是針對5種模型的系數調試結果和波形圖：
Model1：
P = 0.83； I = 0.3； D = 0；

Model2：
P = 0.3；I = 0.33；D = 0；

Model3：
P = 0.22；I = 0.35； D=0.01；