自行设计一加热装置的计算机控制系统

① 能用一个单片机设计一个程序控温装置吗

1 系统的组成和工作原理
多功能温度控制系统的结构如图1所示，系统由六部分组成：控制核心部分、温度数据采集部分、加热装置控制部分、液晶显示部分、按键输入部分和报警提示部 分。单片机启动温度采集电路完成温度的一次转换，然后读出转换后的数字量并转化成当前的温度呈现在显示模块中，并将当前的温度与通过按键输入电路设定的保 持恒温度数进行比较，以实现温度的控制。还可以通过按键设置温度的上下限值以实现超温或低温报警提示功能。本系统的设计目标要对温度的控制精度达到 0．1℃。

1．1 报警电路
报警电路采用蜂鸣器作为发声装置，当温度高于设定的上限值或低于下限值，给蜂鸣器送周期为1s，占空比为50％的方波，报警的时间可以持续1分钟或等待按 键解除报警，这由软件控制实现。

1．2 按键电路
采用2×3的小键盘，键盘的识别可以采用两种方法：行扫描法和行反转法。两种方法都要注意消除按键的抖动。文中采用行扫描法并做成子程序，出口参数为按键 的键值。定义键K1设置TH，K2设置TL，K3调高TH或TL，K4调低TH或TL，K5对TH或TL的数值进行确认。
1．3 温度检测电路
温度检测电路采用智能温度传感器DSl8820，它与单片机相连只需要3线，减少了外部的硬件电路。DSl8820主要性能特点如下：
(1)测温的范围为-55～125℃，最大分辨率可以达到0．0625℃；
(2)电源电压范围为3．0～5．5V；
(3)供电模式：寄生供电和外部供电；
(4)封装形式有两种：3脚的TO-92封装和8脚的SOIC封装；
(5)可编程的温度转换分辨率，分辨率为9～12位(包括1位符号位)，由配置寄存器决定具体位数，配置寄存器的格式如表1所示。

其中RlR0是用来设定分辨率的，分辨率的定义如表2所示。

由表2可以看出，分辨率设定得越高，温度转换所需要的时间就越长，因此应根据实际应用的需要来选择合适的分辨率。本文中选取12位分辨率，每隔1秒检测一 次温度。12位分辨率的温度数据值格式如下：

当S=0表示测得的温度为正值，当S=l表示测得的温度为负值。
1．3．1 DSl8820的存储器结构
DSl8820的存储器有高速暂存RAM和非易失性电擦写EEPROM。高速暂存RAM的内容从低字节到高字节9个字节依次为：温度LSB、温度MSB、 高温限值字节TH、低温限值字节TL、配置寄存器、保留、保留、保留，最后一个字节是前8个字节的CRC码。EEPROM用来存储TH和TL。
1．3．2 温度数据的处理方法
从DSl8820读出的两个字节的二进制值温度必须先转换成十进制数值，然后才能将其ASCII码送往LCDl602显示。12位的分辨率，温度是以 0．0625步进的，由于两个字节的温度采用补码表示，所以先判断读出温度的最高位是0还是1，即判断是正温还是负温，然后对其求补码转化成正温，之后将 高字节的低4位和低字节的高4位组成一个字节，这个字节的二进制值不断除以10得出的余数即为温度值的个、十、百位值。若读出的温度数值是负数，显示处理 时，在温度数的前面人为显示负号即可。对小数部分的温度只需将低字节的低4位乘以0．0625，然后对乘积取其小数点后的一位数即可。

1．3．3 DSl8820的控制步骤
(1)首先对DSl8820进行复位。由单片机将数据线DQ拉至低电平480-960 μs，然后将DQ拉高15-60 μs，以便单片机检测到DSl8820送来的低电平响应。然后检测DQ，若DQ仍然为高电平，则复位操作失败，可采用循环的方式再次对其进行复位；若DQ 为低电平，则复位操作成功。
(2)DSl8820的ROM操作命令。DSl8820复位后，主机可以发器件ROM的操作命令如读ROM[33H]、匹配ROM[55H]、跳过 ROM[0CCH]，报警搜索[4EH]等。在单点总线的情况下，可发跳过ROM[0CCH]操作命令，以节省时间。另外，文中有报警的功能，温度转换后 还需要发报警搜索命令，该命令会将最近一次测得的温度值T与高速RAM中的TH或TL作比较，若T>TH或T<TL，则该器件内的报警标志位 置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
(3)DSl8820的存储器操作命令。如启动温度转换命令[44H]，写入命令[4EH](写入该命令后，紧接着要写入报警上限TH，报警下限TL及配 置寄存器字节)，读暂存器RAM的内容命令[0BEH](读取将从第一个字节开始一直到第9个字节结束，如仅需要部分字节，主机可以在合适的时刻发复位命 令来终止读取)及复制命令[48H](把暂存器RAM的第2、3、4字节转存到DSl8820的EEROM中)等。
(4)DSl8820的ROM或RAM操作的总线读写时序。对于读时序，首先将DQ拉低并延时1-15μs以内(延时时间不能太长)，然后将DQ拉高并延 时几个μs后再读取DQ的值，读完一位后需要延时45 μs以上才能读取下一位；对于写时序，先将DQ拉低10-15μs，接着向总线写入数据并延时50μs以上，最后将DQ拉高1μs以上再进行下一位的写 入。
1．4 液晶显示模块
采用的是长沙太阳人电子有限公司生产的SMCl602A。
1．4．1 主要技术参数
芯片的工作电压4．5～5．5V，能显示两行，每行显示16个字符，字符的大小为2．95×4．35mm。
1．4．2 接口信号说明
除电压、背光引脚及8个I／O引脚外，主要的控制引脚还有数据／命令选择RS引脚，该引脚为高电平时表示I／O引脚出现的是数据，该引脚为低电平时表示 I／O引脚出现的是命令；读／写选择引脚及使能引脚E(该引脚为高电平时对SMCl602A的操作才有效)。
1．4．3 指令说明
(1)初始化设置
a．显示模式设置。指令码：00111000b，用于设置16×2显示，5×7点阵。
b．显示开／关及光标设置。二进制指令码：00000DCB中D位用来控制显示开或关，C位用来控制显示光标，B位控制光标是否闪烁。二进制指令 码：000001NS中N位控制读写一个数据后地址指针和光标加或减1，S位控制字符的移动。
c．数据指针设置。指令码：80H+地址码(0-27H，40H-67H)用于设置数据指针。
(2)其他设置。如指令码01H：显示清屏且数据指针清零。
1．4．4 LCDl602的初始化步骤
(1)延时15ms，写指令38H(不检测忙信号)；
(2)延时5ms，写指令38H(不检测忙信号)，上述过程执行两遍，后面的过程每次写指令、读／写数据之前均需要检测忙信号；
(3)写指令38H：显示模式设置；
(4)写指令08H：关闭显示；
(5)写指令0lH：清屏且数据指针清零；
(6)写指令06H：字符不移动，光标和指针加1；
(7)写指令0FH：显示开，光标闪烁。
1．5 恒温保持控制模块
选用6V固态继电器作为开关器件，通过控制其断与通的时序从而控制加热器件的工作时长，以实现样品的恒温保持功能。

2 系统硬件电路的设计
该系统的主要电路原理图如图2所示。系统中使用USB口提供5V电源的电路；使用RS232串口通过P3．0和P3．1烧写程序的电路；以及使用继电器控 制的恒温保持电路等在原理图中并未画出。

3 系统的软件设计
系统总的流程图如图3所示。系统程序主要有主程序和LCDl602初始化子程序及读写时序子程序、DSl8820复位及读写时序子程序、键盘扫描子程序、 温度数据处理子程序等构成。

4 程序的编辑及调试
编程语言可以采用汇编语言，也可以采用C51语言。本文采用汇编语言，使用Keil C软件新建一个工程，然后新建一个文件输入源程序并保存成．asm格式，并将该源文件添加到刚刚新建的工程，随后编译链接后生成十六进制文件 (．HEX)，最后使用烧写软件stc-isp-v3．9l通过RS232串口将十六进制文件烧写进单片机的Flash中运行程序即可。

5 结论
本文设计的多功能温度控制器体积小、功耗低、可靠性高，实验表明，对温度的控制精度达到了0．1℃的设计目标。

② 如何用单片机控制加热器

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
用单片机控制光电耦合器，再去控制双向可控硅，就能在任意时间内控制到任意温度。

“双向可控硅”：是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。

③ 计算机控制系统设计的步骤

知道了跟我说一声，谢谢

④ 基于单片机的热水器温度控制系统

东华理工大学毕业设计(论文)

基于单片机的热水器温度控制

摘 要

温度是日常生活中不可缺少的物理量，温度在各个领域都有积极的意义。很多行业中以及日常生活中都有大量的用电加热设备，如用于加热处理的加热热水器，用于洗浴的电热水器及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅提高被控系统的性能，从而能被大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地应用。

本温度设计采用现在流行的AT89C51单片机为控制器，用PID控制方法，再配以其他电路对热水器的水温进行控制。

关键词:89C51; PID; 温度控制

I

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东华理工大学毕业设计(论文)

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 基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计

你是广石化同学吧，我是张友斌老师，我的题目是很难有答案的，自己好好努力，认真完成吧..

⑥ 简述如何设计计算机控制系统

做这样的设计其实也比较复杂，计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。

⑦ 计算机控制系统设计

计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。
计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。
计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。计算机技术的发展已使整个人类社会发生了可观的变化，自然也应用到工业生产和企业管理中。而且，计算机所具有的信息处理能力，能够进一步把过程控制和生产管理有机的结合起来（如CIMS），从而实现工厂、企业的全面自动化管理。

⑧ 简述计算机控制系统由哪些部分组成各部分的功能是什么

计算机控制系统由计算机和工业对象两部分组成，其中包括硬件和软件。计算机专控制系统是指用计算机或数字属控制器装置来实现自动控制系统中控制器的功能。

计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设定值上。

(8)自行设计一加热装置的计算机控制系统扩展阅读：

计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。

计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。

应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

⑨ 什么是计算机控制系统

过去温室内自动控制环境的装置都应用电动的自控装置，能根据探测器及光敏装置调节温室内的温度和湿度。如冬天室温下降时能启动更多的加热装置，夏天温度高时能自动开启水壁和排风扇，也可以根据定时器开启二氧化碳发生器。但是这种装置，只有一个探测器，只能对室内的一个固定地点进行探测，无法顾及全面。目前采用计算机控制，计算机可以根据分布在温室内各处的许多探测器所得到的数据，算出整个温室所需要的最佳数值，使整个温室的环境控制在最适宜的状态。因而既可以尽量节约能源，又能得到最佳的效果。但是计算机控制，一次性投资较大，目前采用的尚不普遍。为满足未来大规模温室群发展的需要，逐步推广运用计算机控制，则是必然趋势。

⑩ 计算机控制系统的题目

1.控制建模以及控制算法选择
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为：

其中,时间常数Td=350,放大系数Kd=50,滞后时间=10秒,控制算法选用改PID控制。
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。因此积分和微分项不能直接计算，只能用数值计算的方法逼近。在采样时刻t=iT（T为采样周期），可得PID调节公式：

如果采样周期T取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连续控制过程十分接近，我们把这种情况称为“准连续控制”。
上式表示的控制算法提供了执行机构的位置ui，所以称为位置式PID控制算法。所谓PID，指的是Proportion-Integral-Differential，即比例-积分-微分。当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量时，由上式可导出提供增量的PID算法。

只要将上述两个公式相减可得下面的公式：

上式称为增量式PID控制算法。也可进一步改写为：

其中：
上式就是PID增量式递推形式，与位置式PID控制算法相比较，有如下优点：
增量式PID控制算法对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果；
由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利；
手动/自动切换时冲击比较小。
2.采样周期T的选择采样周期T的选择原则：
a).必须满足采样定理的要求，即满足；
b).从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干扰频率越高，则采样频率最好愈高，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。
c).根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之， T可取大些。
d).根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应选大些。否则执行机构来不及反应控制器输出值的变化。
e).从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，应T取的大些， T大对每一个控制回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。
f).从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。表3-1 采样周期T的经验数据
被测参数 采样周期T(s) 备注
流量 1～5 优先选用1s
压力 3～10 优先选用5s
液位 6～10
温度 15～20
3.PID控制器参数对系统性能的影响
PID控制器的参数，即比例系数KP、积分时间常数TI和微分时间常数TD分别能对系统性能产生不同的影响。
（一）比例系数KP对系统性能的影响 a).对动态特性的影响：比例系数KP加大，使系统的动作灵敏，速度加快。 KP偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的动作缓慢。 b).对稳态特性的影响：加大比例系数KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳定误差eSS，提高控制精度。但是，加大KP只是减少eSS，去不能完全消除稳定误差。 （二）积分时间常数TI对系统性能的影响 a).对动态特性的影响：TI太小时，系统将不稳定， TI偏小，则系统振荡次数较多。 TI太大，对系统性能的影响减少。当TI合适时，过渡过程的特性则比较理想。 b).对稳态特性的影响：积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是若太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。 （三）微分时间常数TD对系统性能的影响 微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长；当TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。4.PID参数选择
（一）用扩充临界比例度法选择PID参数 扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID数字控制器参数的整定方法。用它整定T、KP、TI和TD的步骤如下： a).选择一个合适的采样周期T，控制器作纯比例KP; b).调整KP的值，使系统出现临界震荡，记下相应的临界震荡周期Ts和临界震荡增益Ks; c).选择合适的控制度。所谓控制度就是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分比，即 控制度= 通常当控制度为1.05时，数字控制器和模拟控制器的控制效果相当。当控制度为2.0时，数字控制器比模拟控制器的控制质量差一倍。 d).根据控制度，查表3-2，即可求出T、KP、TI和TD的值。 表3-2 扩充临界比例度法整定参数表
控制度 控制规律 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归一参数整定法PID控制算法的增量式表达式为： 对上式做Z变换，可得PID数字控制器的Z传递函数为:

PID数字控制器参数的整定就是要确定T、KP、TI和TD四个参数，为了减少在线整定参数的数目，常常人为约定的条件，以减少独立变量的个数，例如取

式中Ts是纯比例控制时的临界震荡周期。此时相应的差分方程为：
由上式可以看出，对四个参数的整定简化成了对一个参数KP的整定，使问题明显地简化了。(三)凑试法确定PID调节参数 凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线（例如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID调节参数。在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的整定步骤。
表3-3 常见被调量的PID参数经验选择范围
被调量 采样周期T(s) K Ti/min Td/min
流量 对象时间常数小，并有噪声，故K较小，Ti较短, 不用微分 1~2.5 0.1~1
温度 对象为多容系统，有较大滞后，常用微分 1.6~5 3~10 0.5~3
压力 对象为容量系统，滞后一般不大，不用微分 1.4~3.5 0.4~3
液位 在允许有静差时，不必用积分，不用微分 1.25~5
5.于是使用软件设计后，分别确认PID三个系数的值，就可以通过GSD.exe软件控制分别看到GSM上面显示的波形，然后通过工程经验调整法来设定三个系数的值。以下是针对5种模型的系数调试结果和波形图：
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；