摘要緒論隨著我國(guó)城市的建設(shè)不斷加速，供熱成為了很多城市面臨的一個(gè)主要問題，而且我國(guó)很多城市就供熱問題衍生出了很多其他的問題。（1）我國(guó)供熱屬于集體供熱，而且很多地方一天24小時(shí)不間斷供熱，這就出現(xiàn)了很多家中白天并沒有人，但是一直供熱，導(dǎo)致熱能的浪費(fèi)和熱資源的分配不均勻。（2）我國(guó)智能控制技術(shù)不成熟，目前很多家中有熱能監(jiān)控裝置和智能控制裝置，但是做不到人來暖來，人走暖走，大多為定時(shí)控制或者溫度控制，與我們預(yù)想的全智能控制還存在一定的差距。鑒于上述問題，本文旨研發(fā)通過以單片機(jī)為核心器件，搭載光敏電阻、熱傳感器、流量計(jì)數(shù)器和定時(shí)電路所構(gòu)成的電熱表智能控制電路，以完成本課題最初設(shè)想。2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1988年,世界上第一個(gè)國(guó)際性的智能供熱系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文件——《OIML-R75國(guó)際建議智能供熱系統(tǒng)》由國(guó)際法計(jì)量組織公布[8]。經(jīng)過幾十年的實(shí)踐和發(fā)展,國(guó)外的智能供熱系統(tǒng),尤其是歐洲智能供熱系統(tǒng)的發(fā)展己趨于完善。發(fā)展到現(xiàn)在更是出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)語言控制智能智能供熱系統(tǒng)[10]。我國(guó)的集體供熱發(fā)展的較晚，大約在上世紀(jì)90年代才開始集中供暖，隨著集中供暖的發(fā)展，集中功能的可操作性也慢慢的變強(qiáng)了，那就是怎么利用最少的資源供應(yīng)更多的用戶，所以智能供熱這個(gè)概念就在我國(guó)出現(xiàn)了，智能供熱最早出現(xiàn)在2000年，早期的智能供熱主要集中在大城市，熱能不足，根據(jù)上下班的時(shí)間和周末、假期來選擇供暖時(shí)間，并在室內(nèi)溫度達(dá)到一定的時(shí)候停止供暖，這種智能供暖方式也有弊端，就是當(dāng)用戶工作完回家后很多地方才剛剛開始供暖，需要適應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)間的寒冷氣溫，并且很多工廠和企業(yè)的下班時(shí)間不一致，并不能很好的服務(wù)用戶。所以后來更先進(jìn)的智能供暖理念就產(chǎn)生了，根據(jù)房屋內(nèi)溫度和熱能流量產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來判斷該房屋內(nèi)的供熱需求。這很大程度上的節(jié)約了能源的消耗，并且也能更好的服務(wù)廣大的用戶。雖然我國(guó)智能供熱系統(tǒng)經(jīng)過了20多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的成色，但是畢竟我們國(guó)家發(fā)展智能供熱這一理念開始的時(shí)間較晚，在很多技術(shù)和理念上和西方國(guó)家還有很大的差距。并且在關(guān)鍵的技術(shù)上還是需要西方國(guó)家的進(jìn)口設(shè)備，這給我國(guó)智能供熱控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來了很大的制約。總的來說我國(guó)不論在熱能的節(jié)約量上還是控制的智能性上都和西方國(guó)家存在著很大的差距。而且我國(guó)的自主研發(fā)環(huán)節(jié)也比較落后，大多技術(shù)或產(chǎn)品依靠仿制和進(jìn)口，就是我們統(tǒng)稱的山寨，但是我們也不能太過于悲觀，就像我國(guó)的手機(jī)行業(yè)也是通過仿制進(jìn)行升級(jí)，最后通過市場(chǎng)的篩選終于留下了華為、小米、vivo等流通在全國(guó)的品牌。所以我國(guó)在仿制的過程中應(yīng)該注意創(chuàng)新和理論經(jīng)驗(yàn)的積累，抓住關(guān)進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)和最新理念的實(shí)踐，早日走向世界前列。3本設(shè)計(jì)要研究的問題及采用的方法本設(shè)計(jì)針對(duì)室內(nèi)多點(diǎn)溫度和溫度流量控制，采用單片機(jī)與工控機(jī)相結(jié)合，對(duì)四路溫度進(jìn)行控制。其中工控機(jī)主要用于對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，單片機(jī)進(jìn)行算法運(yùn)算和控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)主要形成兩個(gè)控制回路，分別是溫度、流量控制回路。本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)為核心的溫度、流量控制系統(tǒng)，利用對(duì)溫度和流量的精確測(cè)量，得出數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集起來，并可以直接傳送到單片機(jī)內(nèi)部?？刂苹芈凡捎?位的D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出變頻器需要的0-5V的模擬信號(hào)，控制加熱、制冷設(shè)備。加熱設(shè)備采用熱泵加熱系統(tǒng)，采用負(fù)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行制冷調(diào)節(jié)。引入PID控制算法，對(duì)采樣值和設(shè)定值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提高系統(tǒng)的控制的精度，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)中需要對(duì)供熱過程中室內(nèi)的溫度、流量進(jìn)行檢測(cè)及控制。利用溫度傳感器和流量傳感器檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度和流量。而單片機(jī)具有功能強(qiáng)，簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，與溫度傳感器、流量傳感器互相配合形成一個(gè)完善的溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)。本文在以單片機(jī)為核心的基礎(chǔ)上主要對(duì)以下問題進(jìn)行研究。3.1技術(shù)路線(1）對(duì)系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行分析，對(duì)單片機(jī)原理、溫度、流量檢測(cè)原理以及顯示原理以及溫度調(diào)節(jié)原理等進(jìn)行研究設(shè)計(jì)；(2)對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括溫度傳感器、流量傳感器的檢測(cè)電路、顯示電路、按鍵電路等進(jìn)行設(shè)計(jì)；(3)對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件包括主程序和子程序。3.2設(shè)計(jì)成果本設(shè)計(jì)是關(guān)于室內(nèi)溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先通過室內(nèi)的傳感器和熱能流量表將室內(nèi)的溫度和流量信息收集起來，在通過單片機(jī)內(nèi)部簡(jiǎn)單的計(jì)算，將數(shù)值反應(yīng)到液晶顯示屏上，并且單片機(jī)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)開始報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)使溫度和溫度回到正常范圍。其中溫度、流量控制都可以單獨(dú)形成一個(gè)回路，即形成溫度閉環(huán)控制、溫度閉環(huán)控制。采用溫度傳感器、流量傳感器SHT11檢測(cè)室內(nèi)溫度和流量，單片機(jī)得到測(cè)量的數(shù)據(jù)后，通過控制算法得到相應(yīng)的控制量并選擇驅(qū)動(dòng)加熱泵、負(fù)壓風(fēng)機(jī)、或流量泵來進(jìn)行加熱、制冷及流量統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)圖如下。圖3-1系統(tǒng)圖通過按照系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)我們首先在單片機(jī)的選擇和搭載傳感器的選擇上進(jìn)行分析，并在單片機(jī)上組裝相應(yīng)的電路，在按照系統(tǒng)流程對(duì)DA轉(zhuǎn)換器和變頻器進(jìn)行計(jì)算和設(shè)置，最后將反應(yīng)出的結(jié)果反饋至繼電器上，通過繼電器調(diào)整室內(nèi)的溫度。3.3方案論證AT89C51單片機(jī)使用難度低，使用教程多，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，有很高的性價(jià)比，是比較適合初學(xué)者使用的單片機(jī)。根據(jù)目前所學(xué)習(xí)的知識(shí)來看，AT89C51是比較適合我們使用的一種單片機(jī)，并且這種可反復(fù)擦寫的單片機(jī)也完全滿足這次設(shè)計(jì)的需求。選用這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)的好處是大家對(duì)它十分了解，在后期的編程以及外部芯片連接、I/O口的擴(kuò)展、仿真等方面都可以比較輕松的完成?？偟膩碚f是一種做畢業(yè)設(shè)計(jì)比較適合的單片機(jī)型號(hào)。所以本次采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主程序圖如下。圖3-2系統(tǒng)流程圖4硬件選型4.1單片機(jī)選型與介紹AT89C51單片機(jī)使用難度低，使用教程多，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，有很高的性價(jià)比，是比較適合初學(xué)者使用的單片機(jī)。根據(jù)目前所學(xué)習(xí)的知識(shí)來看，AT89C51是比較適合我們使用的一種單片機(jī)，并且這種可反復(fù)擦寫的單片機(jī)也完全滿足這次設(shè)計(jì)的需求。選用這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)的好處是大家對(duì)它十分了解，在后期的編程以及外部芯片連接、I/O口的擴(kuò)展、仿真等方面都可以比較輕松的完成。總的來說是一種做畢業(yè)設(shè)計(jì)比較適合的單片機(jī)型號(hào)。主要性能參數(shù)如下：類別參數(shù)存儲(chǔ)器4k字節(jié)擦寫周期1000全靜態(tài)操作0Hz～24MHzRAM128×8字節(jié)I/O口32定時(shí)／計(jì)數(shù)器2×16位中斷源6通道可編程串行UART電源低功耗空閑和掉電模式AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖4-1所示。圖4-1單片機(jī)引腳圖P0口：P0口是一個(gè)8位的雙向I/O口。在分時(shí)復(fù)用時(shí)可以將P0作為可作為低8位地址總線或者數(shù)據(jù)總線使用。P0口作為輸出時(shí)，連接的端口寫入“1”表示該端口為高阻態(tài)。本設(shè)計(jì)中由于控制量較多，單片機(jī)的I/O資源比較緊張，所以需要使用P0口向外擴(kuò)展兩片并行I/O口芯片8255A，并且P0需要作為數(shù)據(jù)總線和地址總線使用。P1口：P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口。本次設(shè)計(jì)中，P1口用來作為接鍵盤、報(bào)警電路、RS232通訊控制信號(hào)及74LS373地址鎖存器的片選信號(hào)。P2口：P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口。當(dāng)需要使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出高8位地址，P2口和P0口共同組成16位地址線，P2口也可以作為通用I/O口使用。在本設(shè)計(jì)中，P2口被用來連接4個(gè)溫溫度傳感器STH11，并且利用I/O口模擬傳感器的啟動(dòng)傳輸時(shí)序，以保證傳感器的正常使用。此外傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)還通過P2口傳送到單片機(jī)內(nèi)部。P3口：P3口同P1、P2口一樣是一組自帶上拉電阻的雙功能的8位準(zhǔn)雙向I/O口。每一位都可以分別定義第二輸入功能或輸出功能。P3口除了作為普通的I/O口線使用外，更重要的用途是使用它的各種替代功能來完成對(duì)于外擴(kuò)芯片的控制。本設(shè)計(jì)中也有用到此功能之處，例如液晶顯示器的使能端、讀寫信號(hào)以及8255A芯片的讀寫信號(hào)都是連接P3口的。P3口第二功能如表4-1所示。表4-1P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2EQ\*jc0\*hps10\o(\s\up9(________),INT0)(外中斷0)P3.3EQ\*jc0\*hps10\o(\s\up9(________),INT1)(外中斷1)P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入)P3.6EQ\*jc0\*hps10\o(\s\up9(______),WR)(寫信號(hào))P3.7EQ\*jc0\*hps10\o(\s\up9(_____),RD)(讀信號(hào))RST：復(fù)位輸入信號(hào)，置“1”時(shí)有效。當(dāng)振蕩穩(wěn)定時(shí)，在RST引腳上施加24個(gè)晶振周期以上的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。本次溫溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的復(fù)位部分就是用到此引腳。在系統(tǒng)工作的過程中遇到緊急情況需要進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，外部復(fù)位電路就可以通過此引腳來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。ALE：當(dāng)單片機(jī)需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE引腳輸出的脈沖信號(hào)可以作為地址鎖存信號(hào)。當(dāng)ALE輸出下降沿時(shí)，P0口輸出的低8位地址，并將地址鎖存在外接的地址鎖存器芯片中，之后P0口才可以作為數(shù)據(jù)總線使用。由于ALE是以固定的頻率輸送信號(hào)的，在需要的時(shí)候，也可以將其用于定時(shí)或時(shí)鐘。一般情況下，如果ALE的功能并不需要，則可以禁止ALE的功能，設(shè)置ALE無效即可。如果是通過置位實(shí)現(xiàn)的ALE的禁止操作，當(dāng)要使用ALE的功能的時(shí)候就需要使用指令來讓ALE進(jìn)行激活了，這個(gè)激活指令可以是MOVX或者M(jìn)OVC。EQ\*jc0\*hps12\o(\s\up11(),PSEN):程序儲(chǔ)存允許。輸出的是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期取兩次,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)。XTAL1：片內(nèi)振動(dòng)器振蕩器反相放大器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。4.2IPC的選型IPC指的是工控機(jī)，是工業(yè)上的計(jì)算機(jī)的一種。工控機(jī)主要的結(jié)構(gòu)為總線結(jié)構(gòu)。是控制電氣設(shè)備、自動(dòng)控制和過程控制等控制設(shè)備的總成。和單片機(jī)、電腦都有相同的特征。他們之中都包括RAM內(nèi)存，CPU控制器，存儲(chǔ)器、外接設(shè)備和操作系統(tǒng)等。工控機(jī)的特點(diǎn)有很多，首先就是簡(jiǎn)單、實(shí)用，并且它的可靠性和擴(kuò)展性等特點(diǎn)也特別強(qiáng)。這種計(jì)算機(jī)能應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的各種復(fù)雜環(huán)境，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種問題能快速的反應(yīng)，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。此外工控機(jī)還采用了底板+板卡的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)保證了工控機(jī)具有很豐富的輸入輸出功能，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外部設(shè)備及板卡連接，可以完成不同的任務(wù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用較多的工控機(jī)有研華、天拓、研祥等。綜合考慮，選用研華公司的IPC-610-H工控機(jī)。該工控機(jī)可支持多達(dá)15個(gè)附加卡，4U上架式機(jī)箱，在性能上足夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計(jì)目標(biāo)。而且考慮到經(jīng)濟(jì)方面的原因，此設(shè)備性價(jià)比較高。本次設(shè)計(jì)中主要是使用RS232串行通訊使單片機(jī)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度和溫度數(shù)據(jù)的傳輸。4.3傳感器當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的溫度傳感器是DS18B20和SHTxx系列，他們分別具有以下特點(diǎn)：溫度傳感器DS18B20是單線接口方式，這就意味著溫度傳感器在控制電路中連接簡(jiǎn)單，只需要直接連接工控機(jī)即可，少了其他的電路，也意味著減少意外和失誤的可能性，大大增加了實(shí)驗(yàn)的成功性和設(shè)備的耐久，我們都知道在電氣設(shè)備中越簡(jiǎn)單的電路使用壽命就越長(zhǎng)，因?yàn)樯倭撕芏嚯娖骷挠绊憽ｋm然溫度傳感器DS18B20的連接方式簡(jiǎn)單，但是其測(cè)量精度很高，測(cè)量精度達(dá)到了正負(fù)0.3℃，并且其測(cè)量范圍非常寬泛。在-80℃至150℃之間。而溫度傳感器SHT11的體積更小，測(cè)量精度更高，并且普遍用于精密設(shè)備或者貴重機(jī)械器件或者電氣器件之上。正是因?yàn)闇囟葌鞲衅鱏HT11擁有更小的體積和更高的精度，所以與溫度傳感器DS18B20相比，價(jià)格也是更貴。溫度傳感器SHT11簡(jiǎn)單的說就是一個(gè)集成度很高的芯片，將傳感功能、監(jiān)測(cè)功能、數(shù)據(jù)裝換功能、加熱功能等功能集中在一個(gè)芯片上，并且芯片的體積特別小。而知支持CRC傳輸。并且其中自帶補(bǔ)償算法，可直接計(jì)算出補(bǔ)償之后的溫度值還有室內(nèi)的露點(diǎn)計(jì)算能力。綜合以上考慮，溫度傳感器SHT11的功能性更強(qiáng)，計(jì)算也更方便，本次設(shè)計(jì)選優(yōu)溫度傳感器SHT11。4.3.1SHT11的結(jié)構(gòu)和工作原理溫溫度傳感器SHT11的引腳如圖4-2所示，腳1和腳4是信號(hào)地和電源，其工作電壓為2.4V～5.5V,本次設(shè)計(jì)中為SHT11傳感器提供的是5V的直流電源；腳2和腳3是數(shù)據(jù)線DATA和時(shí)鐘線SCK，在該傳感器工作過程中DATA用于數(shù)據(jù)的傳輸。該傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。首先傳感器將采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后，送到12位的A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后通過DATA線向單片機(jī)傳送對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)[9]。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境里進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號(hào)。圖4-2SHT11引腳圖圖4-3SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖雖然該傳感器芯片與單片機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)只用兩根串行數(shù)字接口線。但是傳感器的通信協(xié)議與通用的I2C總線并不兼容，所以在傳感器工作時(shí)需要使用單片機(jī)的輸入/輸出口進(jìn)行時(shí)序仿真，以確保傳感器的正常工作[10]。單片機(jī)需要通過5位的控制代碼來實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳感器芯片的控制，命令代碼如表4-2所列。表4-2SHT11命令控制代碼命令代碼預(yù)留0000X溫度測(cè)量00011溫度測(cè)量00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110軟復(fù)位111104.3.2硬件設(shè)計(jì)傳感器SHT11與單片機(jī)的連接方式有別于其他傳感器，當(dāng)該傳感器與單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí),SCK和DATA與單片機(jī)的I/O口相連，但是DATA線上需要外接上拉電阻才能保證該傳感器的正常工作，時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V時(shí)，SCK頻率最高為10MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5V時(shí)，SCK最高頻率則為1MHz。硬件連接如圖4-4所示。圖4-4硬件連接圖4.3.3軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)與傳感器連接使用時(shí)，單片機(jī)需要使用I/O口模擬一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序，這組時(shí)序表示啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)序圖如圖3.5所示。先將SCK置“1”，DATA拉低；緊接著將SCK拉低，隨后又置“1”；在SCK時(shí)鐘為“1”時(shí)，DATA再次置為“1”。圖4-5數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序4.3.4溫度線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償傳感器是通過數(shù)據(jù)總線直接向單片機(jī)輸出數(shù)字量溫度值。這種溫度值被稱之為“相對(duì)溫度”，得到相對(duì)溫度后還需要進(jìn)行線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，這樣才能得到較為準(zhǔn)確的溫度值[11]。由于相對(duì)溫度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補(bǔ)償溫度傳感器的非線性，可按下式修正溫度值：RHlinear=C1+C2×SORH+C3×SO2RH(3-1)RHlinear是補(bǔ)償后的溫度值，SORH為相對(duì)溫度測(cè)量值，C1、C2、C3為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值如表4-3所列。由于溫度對(duì)溫度的耦合較大，所以需要對(duì)線性補(bǔ)償后的溫度值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償公式如下：RHtrue=（T-25）×(t1+t2×SORH)+RHlinear(4-1)式中：RHtrue為經(jīng)過線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的溫度值，T為測(cè)試溫度值時(shí)的溫度(℃)，t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取值如表4-4所列。表4-3溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)SORHC1C2C312bit-40.0405-2.8*10-68bit-40.648-7.2*10-4表3.4溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)SOTt1t212bit0.010.000088bit0.010.001284.3.5溫度值輸出因?yàn)閭鞲衅鞯臏囟葯z測(cè)組件使用的是PTAT材料，因此具有很好的線性輸出曲線。實(shí)際溫度值可由下式算得：Temperature=d1+d2×SOT（3-3）本設(shè)計(jì)中因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ麟妷簽?V，所以d1的取值為-40?C，由于設(shè)計(jì)要求，所以傳感器的分辨率選擇14位的A/D轉(zhuǎn)換，故d2取0.01?C，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-5和表4-6所列。表4-5d1與工作電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系VDDd1[℃]d1[?F]5V-40.00-40.004V-39.75-39.553.5V3-39.66-39.393V3-39.60-39.282.5V3-39.55-39.19表4-6d2與分辨率的對(duì)應(yīng)關(guān)系SOTd2[℃]d2[?F]14bit0.010.01812bit0.040.0724.3.6露點(diǎn)計(jì)算露點(diǎn)是一種特殊的溫度值，是空氣保持某一定溫度必須達(dá)到的最低溫度，當(dāng)空氣的溫度低于露點(diǎn)時(shí)，空氣容納不了過多的水分，這些水分會(huì)變成霧、露水或霜，露點(diǎn)可以根據(jù)當(dāng)前相對(duì)溫度值和溫度值計(jì)算得出，具體的計(jì)算公式如下[12]：LogEW=0.66077+7.5×T／(237.3+T)+log10(SORH)-2(4-1)Dp=((0.66077-logEW)×237.3)／(logEW-8.16077)(4-2)式中：T為當(dāng)前溫度值，SORH為相對(duì)溫度值，Dp為露點(diǎn)。4.4變頻器變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成[13]。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。本次設(shè)計(jì)中主要選用富士變頻器FRN11F1S2C911對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。富士變頻器的主電路電源端子L1/R，L2/S，L3/T通過線路保護(hù)用斷路器或帶漏電保護(hù)的斷路器連接至三相交流電源。不需考慮連接相序。變頻器的主電路端子如下表4-7所列。表4-7變頻器主電路端子端子標(biāo)記端子名稱說明L1/R，L2/S，L3/T主電路電源的輸入連接三相電源U,V,W變頻器輸出連接連接三相電動(dòng)機(jī)R0,T0控制電源輔助輸入連接控制電路備用電源輸入（≤0.75W沒有）P1，P(+)直流電抗器連接用連接直流電抗器（選件）P(+)，DB外部制動(dòng)電阻連接用連接外部制動(dòng)電阻（選件）（≤0.75W沒有）P(+)，N(-)主電路中間直流電路中間直流電路電壓輸出，可連接外部制動(dòng)單元（選件）電源再生單元GND變頻器接地變頻器箱體的接線端子，應(yīng)良好接大地除了主電路，這里還要介紹控制端子的內(nèi)容。模擬輸入端子(13，12，C1，11)分別是電位器用電源、設(shè)定電壓輸入、電流輸入、模擬輸入信號(hào)公共端。接點(diǎn)輸入端子(FWD，REV，X1-X9，PLC，CM）分別是正傳運(yùn)行/停止命令、反轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止命令、選擇輸入1-9、PLC信號(hào)電源、接點(diǎn)輸入公共端。晶體管輸出端子(Y1-Y4，CME）分別是晶體管輸出1-4、晶體管輸出公共端。其他的就是模擬量輸出FMA、脈沖輸出FMP、通信RS485的輸入輸出：DX+/DX-。同時(shí)還有各種可裝在變頻器內(nèi)的選件片。變頻器內(nèi)的選件片如表4-8所示。表4-8變頻器內(nèi)的選件片名稱功能繼電器輸出片(OPC-G11S-RY）變頻器本體的控制輸出端子Y1-Y4的個(gè)體等輸出改為繼電器輸出·繼電器驅(qū)動(dòng)用電源由變頻器本體供給·繼電器輸出：4電路內(nèi)裝·信號(hào)種類：1C接點(diǎn)·接點(diǎn)容量：AC250V，0.3A，COS=0.3DC48V，0.5A（對(duì)應(yīng)低電壓時(shí)）數(shù)字量接口片(OPC-G11S-DIO)以二進(jìn)制碼設(shè)定頻率（最大16位）以二進(jìn)制設(shè)定頻率、電流、電壓的監(jiān)管（8位）·設(shè)定頻率和分辨率：最高頻率的1/65535Hz（16位飛進(jìn)制時(shí)）·BCD頻率設(shè)定范圍單位0-99.99Hz：0.01Hz單位0-400.0Hz：0.1Hz單位·輸入：繼電器觸點(diǎn)或晶體管開關(guān)·輸出：晶體管開關(guān)模擬量接口片(OPC-G11S-A10)模擬方式轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定、頻率設(shè)定、頻率同步設(shè)定變頻器的輸出頻率電流、轉(zhuǎn)矩等可用模擬量監(jiān)視·監(jiān)視器輸出：0-±10Vdc可連接2個(gè)模擬電壓計(jì)輸入阻抗：10Ω4-20mA適用負(fù)載500Ω以下·輸入：0-±10Vdc/0-100%，輸入電阻22kΩ：0-+10Vdc/0-100%，輸入電阻22kΩ：4-20mAdc/0-100%，輸入阻抗250ΩT鏈接片(OPC-G11S-TL)將本公司產(chǎn)PLC(MICREX-F)變頻器和T鏈連接的選配件最多可連接12臺(tái)變頻器，從PLC可進(jìn)行下列操作：·運(yùn)行頻率的設(shè)定·運(yùn)行命令(FWD，REV，RST等)的設(shè)定·各種功能碼的設(shè)定、讀取·運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視·跳閘信息讀取PG反饋片(OPC-G11S-PG)通過來自計(jì)算機(jī)的反饋信號(hào)進(jìn)行PG矢量控制脈沖輸入頻率指令(矢量控制時(shí)為速度指令)速度控制范圍：3-3600[r/min](電動(dòng)機(jī)4極機(jī)時(shí))1：100(最低速度：基本頻率，4極換算為15-1500r/min，1024P/R直連時(shí))1：2(恒轉(zhuǎn)矩范圍：恒功率輸出范圍，基本頻率60Hz時(shí))最大速度：3600r/min（120Hz）·速度控制精度:±0.02%，速度響應(yīng)：40Hz·適用編碼脈沖數(shù):20-3000P/R，A/B相(增量)·最高響應(yīng)頻率：100kHz/25kHz(推挽式/開路集電極)·適用編碼輸出：推挽式/開路集電極·內(nèi)部電源：+15Vdc±10%/120mA，+12Vdc±10%/120mA（可在Pt板上切換）4.5三相異步電機(jī)三項(xiàng)異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用。繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)中選用的是河南豫通公司的三項(xiàng)異步電機(jī)180M-2，其額定功率為22KW，轉(zhuǎn)速為2955r/min，額定電流為41.00A，效率為91.4%，功率因數(shù)為0.89，額定轉(zhuǎn)矩為71.10N.M。本次設(shè)計(jì)采用熱泵加熱，為提高加熱效率,保證發(fā)酵房的溫度快速回到合理的范圍。本次設(shè)計(jì)中主要控制其電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制加熱量的大小。空氣斷路器對(duì)主電路具有過載、短路和欠電壓的保護(hù)功能，能夠保護(hù)線路和電源,它往往能夠承受較大的負(fù)荷和短路電流，并具有自動(dòng)斷開的功能。根據(jù)所選擇的三相異步電機(jī)的性能，選用德力西DZ47L3D50型空氣斷路器，它的電流調(diào)節(jié)范圍滿足系統(tǒng)要求。交流接觸器是用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來執(zhí)行控制命令。本設(shè)計(jì)選用額定功率為22KW的三項(xiàng)異步電機(jī)，選用的接觸器的額定功率應(yīng)是其1.5-2.5倍，故而本設(shè)計(jì)選用施耐德LC1-D50Q7C型接觸器。5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1電源部分電源在整個(gè)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的一環(huán)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到重要作用，是所有電氣設(shè)備的物質(zhì)基礎(chǔ)，是整個(gè)系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的動(dòng)力部分?？梢酝ㄟ^對(duì)220V交流電源進(jìn)行全橋整流，然后穩(wěn)壓以及濾波來得到所需要的固定大小的電壓，這就是將要設(shè)計(jì)的電源電路部分了。這次設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的電路共需要用到5V，12V以及24V三種不同的電壓值。24V的電壓值可以通過選用物美價(jià)廉的開關(guān)電源來實(shí)現(xiàn)。而5V，12V的電壓值則是通過自己設(shè)計(jì)的電源電路部分得到的。電源電路設(shè)計(jì)如下圖5-1所示。圖5-1直流電源電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)中TR1是一個(gè)單路輸入，單路輸出的變壓器，起到降壓的作用。每組四個(gè)二極管是全橋整流，目的是為了讓交流電變成直流電。C8、C9和C12、C14和C10、C11就是起到濾波作用的濾波電容。后邊7812以及7805是為了穩(wěn)壓準(zhǔn)備的。這樣就可以得到需要的5V以及12V的直流電源了。24V的直流電源在本設(shè)計(jì)中是為了給繼電器供電所用，這里采用了一個(gè)外部的24V電源供電。24V開關(guān)電源選用的是華立牌S-250-24型號(hào)的開關(guān)電源。該開關(guān)電源參數(shù)如下，完全滿足本設(shè)計(jì)所需。這款開關(guān)電源的價(jià)格大概在35元左右，物美價(jià)廉并且其使用壽命還很長(zhǎng)，非常值得選用。華立牌S-250-24型號(hào)開關(guān)電源參數(shù)：輸入電壓：175VAC～264VAC/110VAC～220VAC輸入頻率：47HZ～63HZ輸出電壓調(diào)整范圍：±10%散熱方式：風(fēng)扇風(fēng)扇開關(guān)控制：≥75℃風(fēng)扇開，≤75℃風(fēng)扇關(guān)輸出過壓保護(hù)：115%～145%耐壓測(cè)試：輸入對(duì)輸出1.5KVAC/1min，輸入對(duì)地1.5KVAC/1min開啟時(shí)間：50ms～1000ms保持時(shí)間：50ms～1000ms工作溫度：-25℃～45℃外形尺寸：198x110x34（mm）接線使用說明：AC/L：接交流電火線AC/N：接交流電零線-V：輸出ＤＣ負(fù)端接線+V：輸出ＤＣ正極接線+VADJ：電壓上下限調(diào)節(jié)輸出24V，10.5A5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路5.2.1晶振電路晶振電路的作用是至關(guān)重要的，對(duì)于初學(xué)者來說，很容易忽視它的重要性，這里需要引起注意。晶振的大小直接影響程序運(yùn)行的時(shí)序問題，在對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)格的地方，比如說I2C通訊，晶振的錯(cuò)誤會(huì)直接導(dǎo)致無法通訊成功。所以在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候必須嚴(yán)格重視晶振部分，否則會(huì)無法得出準(zhǔn)確的時(shí)間程序。80C51系列單片機(jī)本身內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，在使用的時(shí)候，如果不在程序中對(duì)晶振進(jìn)行修改，則默認(rèn)使用內(nèi)部的晶振。本設(shè)計(jì)使用了常用的外部的晶體振蕩器，方便快捷，其振蕩頻率為12MHz。外部晶振電路如圖5-2所示。圖5-2晶振電路在圖5-2中，電容C2和C1取30pf，晶體的振蕩頻率取12MHz，晶體振蕩器的頻率與系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率、單片機(jī)運(yùn)行速度都是成正比的，但也是需要在CPU的支持范圍內(nèi)的[15]。此晶振電路與AT89C51單片機(jī)直接相連，兩引腳分別與單片機(jī)的XTAL1、XTAL2相連即可[16]。5.2.2復(fù)位電路在單片機(jī)中，復(fù)位狀態(tài)是單片機(jī)的一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)緊急情況需要復(fù)位時(shí)，復(fù)位源接收到相應(yīng)的復(fù)位信號(hào)，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位后，單片機(jī)的所有寄存器，包括SFR都被初始化為預(yù)定的值，中斷和定時(shí)器也將處于關(guān)斷狀態(tài)。幾種復(fù)位方式如下：1）上電自動(dòng)復(fù)位：這種方式主要是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的復(fù)位的，電源的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位[17]。2）上電按鍵復(fù)位：當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，RST端產(chǎn)生高電平，使單片機(jī)復(fù)位。本設(shè)計(jì)中就采用了該種方式，復(fù)位電路如圖5-3所示。圖5-3復(fù)位電路其他的復(fù)位源有時(shí)鐘檢測(cè)器、比較器、看門狗、軟件復(fù)位，可以根據(jù)需要來進(jìn)行軟件編程開啟或者禁止。本電路與單片機(jī)的RST引腳連接即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。5.2.3報(bào)警電路在實(shí)際各種電路設(shè)計(jì)以及工程應(yīng)用中，電路中都會(huì)增加報(bào)警模塊。報(bào)警的模式可以為聲音報(bào)警，也可以是LED燈光報(bào)警。報(bào)警的主要目的是為了安全生產(chǎn)，避免各種事故的發(fā)生，防范于未然。當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)或者檢測(cè)到的數(shù)值超出了預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行查看，或者通過預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終消除報(bào)警狀態(tài)，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。常用設(shè)計(jì)中的報(bào)警主要有燈光報(bào)警和聲音報(bào)警兩種，其中聲音報(bào)警主要是采樣值超出了上下限之后的報(bào)警。而燈光報(bào)警則用于備份的從機(jī)檢測(cè)到主機(jī)工作不正常后發(fā)出的報(bào)警。本設(shè)計(jì)中選擇了成本比較低、電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單的蜂鳴器報(bào)警電路，電路圖如圖5-4所示。由于蜂鳴器使用的時(shí)候所需電流較大，所以不能直接從單片機(jī)引腳接出，必須通過三極管對(duì)電流進(jìn)行放大后才能使蜂鳴器正常工作，從而達(dá)到報(bào)警的目的。這次設(shè)計(jì)中外部報(bào)警連接在單片機(jī)的P1口中的一個(gè)引腳。傳感器檢測(cè)的溫度、溫度數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)超過設(shè)定的上下限值時(shí)，報(bào)警電路開始報(bào)警[18]。或者在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)開始報(bào)警，在溫度、溫度回到限定范圍內(nèi)后停止報(bào)警，或者系統(tǒng)復(fù)位后停止報(bào)警。圖5-4蜂鳴器報(bào)警電路5.2.4按鍵電路設(shè)計(jì)智能儀器的人工干預(yù)控制部分也是非常重要的一個(gè)構(gòu)成。鍵盤是最簡(jiǎn)單的控制方法之一。通過檢測(cè)按鍵所處的狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的程序，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的儀器所應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功用。鍵盤電路常見的有獨(dú)立按鍵和矩陣鍵盤兩種。獨(dú)立鍵盤的各鍵是各自相互獨(dú)立的，每個(gè)按鍵都會(huì)各自連接各自單獨(dú)的一根輸入線，按鍵是否按下是通過檢查各自輸入線的電平狀態(tài)決定的（適合按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合）。矩陣鍵盤又叫行列式鍵盤，這種鍵盤是比較復(fù)雜的一種按鍵方式，確定按鍵是否按下需要由行、列線信號(hào)配合處理才可以確定（適用于按鍵數(shù)較多的場(chǎng)合）。本次設(shè)計(jì)只使用4個(gè)按鍵即可滿足溫溫度上下限的設(shè)定，且在整體設(shè)計(jì)的過程中I/O口的個(gè)數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，故采用獨(dú)立式鍵盤，每一個(gè)按鍵的功能如表1所示。原理圖如下圖5-5所示。表5-1按鍵功能按鍵按鍵功能S1加S2減S3溫度上、下限切換S4溫度上、下限切換圖5-5按鍵電路在有按鍵按下的過程中，應(yīng)考慮有抖動(dòng)的情況發(fā)生，因此應(yīng)進(jìn)行消抖。消抖的方式通常分兩種：硬件消抖法和軟件消抖法;軟件消抖法是指通過程序的作用使開關(guān)在抖動(dòng)時(shí)不起作用，最常使用的方法是使用延時(shí)程序，只有在一段時(shí)間內(nèi)一直是高電平或者低電平的情況下才將該電平寫入單片機(jī)內(nèi)，否則將不對(duì)改抖動(dòng)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)在考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益且考慮安全、穩(wěn)定性等條件下，采用軟件消抖法，延時(shí)的時(shí)間為20ms。5.3串行通訊RS232電路RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS(recommendedstandard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改(1969)，在這之前，有RS232B、RS232A。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有EIARS-422A、EIARS-423A、EIARS-485。RS-232是一種全雙工通信，在本設(shè)計(jì)中使用RS232通訊讓單片機(jī)與工控機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。連接如圖5-6所示。圖5-6RS232通訊接口連接圖5.4電機(jī)控制電路在本設(shè)計(jì)中需要用變頻器控制三相異步電機(jī)，其中變頻器的11腳需要直接接地，12腳為0-5V的模擬信號(hào)輸入。FWD、REV及CM引腳是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)的接口。本設(shè)計(jì)中由于不需要控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)，所以只需要使用變頻器的FWD與CM引腳控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，為了方便控制，同時(shí)保證安全，使用了繼電器吸合導(dǎo)通的方式，外接了一個(gè)24V的繼電器，圖中的RL1是一個(gè)直流電磁繼電器，采用的是晶體管驅(qū)動(dòng)的方式，當(dāng)?shù)诙?255A的PA1管腳置“1”時(shí)，繼電器吸合，電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸入到變頻器的12腳控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。連接圖如5-7所示。圖5-7電機(jī)控制電路6軟件設(shè)計(jì)6.1主程序流程圖設(shè)計(jì)圖6-1主程序流程圖在詳細(xì)了解過自己的設(shè)計(jì)任務(wù)后，構(gòu)思大概的思路，設(shè)計(jì)出大概的進(jìn)行方向，然后分別對(duì)各部分功能一步步進(jìn)行編程。此過程需要畫出各個(gè)子程序流程圖，各流程圖如下文所示。6.2溫度采集子程序溫度采集子程序是用于檢測(cè)溫度、溫度的數(shù)值，之后傳送到單片機(jī)中與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)算法計(jì)算結(jié)果單片機(jī)輸出控制量調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行升溫、降溫、加濕等[20]。具體流程圖如下：圖6-2溫度采集流程圖6.3顯示子程序流程圖在系統(tǒng)運(yùn)行中，需要使用液晶顯示器來顯示當(dāng)前生態(tài)室內(nèi)的溫度和溫度，可以讓用戶實(shí)時(shí)觀察生態(tài)室內(nèi)的狀態(tài)。子程序流程圖如圖11所示。圖6-3顯示子程序流程圖7控制系統(tǒng)建模仿真本次設(shè)計(jì)需要對(duì)控制算法進(jìn)行仿真，一般是使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，因?yàn)镸ATLAB中的SIMULINK仿真平臺(tái)可以搭建出完整的控制系統(tǒng)，可以很清楚直觀的看到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)曲線，這樣有利于我們對(duì)系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性等方面的分析。本次設(shè)計(jì)中主要是菜用PID算法進(jìn)行仿真。PID算法中的比例P主要是用來反映系統(tǒng)的偏差，積分I使用消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，I的強(qiáng)弱主要是由系統(tǒng)模型中的積分時(shí)間常數(shù)所決定的[21]。如果積分時(shí)間常數(shù)越小，那么I的作用會(huì)越強(qiáng)；時(shí)間常數(shù)越大的話，I的作用會(huì)越弱。微分D主要是用來加快系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)的快速性，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間[22]。如圖7-1所示，是PID算法仿真模型圖。圖7-1PID仿真模型本設(shè)計(jì)對(duì)生態(tài)房的溫溫度進(jìn)行控制，由于溫度的大慣量、強(qiáng)耦合、大滯后等特點(diǎn)，假設(shè)各個(gè)位置的溫度互相影響很小，溫度耦合很小，根據(jù)生態(tài)房溫度的特點(diǎn)，將生態(tài)房的溫度控制數(shù)學(xué)模型等效為一階慣性環(huán)節(jié)，且具有滯后環(huán)節(jié)，如式7-1所示。0.95330s+1在MATLAB的SIMULINK中搭建如下仿真模型。如圖7-2所示。圖7-2仿真模型取KP=300;KI=0.02;KD=0時(shí)，得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-3所示。當(dāng)前系統(tǒng)的超調(diào)量為33%，上升時(shí)間為1.528S，峰值時(shí)間為4.021S。圖7-3KP=300;KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線取KP=200,KI=0.02;KD=0時(shí)，得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-4所示。超調(diào)量為10%，上升時(shí)間為2.138S，峰值時(shí)間為5.11S。圖7-4KP=200,KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線取KP=150,KI=0.02;KD=0時(shí)，得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-5所示。沒有超調(diào)量，上升時(shí)間2.54S，峰值時(shí)間6.81S圖7-5KP=150,KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線根據(jù)以上仿真數(shù)據(jù)，算出超調(diào)量、上升時(shí)間和峰值時(shí)間，圖15和圖16相比較，雖然快速性較好，但是穩(wěn)定性較差；圖16與圖15相比較時(shí)，雖然穩(wěn)定性更好，但是快速性太差；綜上所述，選擇KP=200,KI=0.02;KD=0這組參數(shù)得出系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性方面較為適中。溫度的仿真模型在simulink中搭建完成。如下圖7-6所示。圖7-6仿真模型取KP=500;KI=0.02;KD=0時(shí)，得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-7所示。當(dāng)前系統(tǒng)的超調(diào)量為20%，上升時(shí)間為1.2S，峰值時(shí)間為4.479S。圖7-7KP=500;KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線選取KP=400,KI=0.02;KD=0時(shí)得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-8所示。超調(diào)量為10%，上升時(shí)間為1.835S，峰值時(shí)間為5.004S。圖19KP=400,KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線超調(diào)量為10%，上升時(shí)間為1.835S，峰值時(shí)間為5.004S。選取KP=300,KI=0.02;KD=0時(shí)得到矯正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線如下圖7-9所示。沒有超調(diào)量，上升時(shí)間2.491S，峰值時(shí)間7S。圖7-9KP=300,KI=0.02;KD=0時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線根據(jù)以上仿真數(shù)據(jù)，算出超調(diào)量、上升時(shí)間和峰值時(shí)間，圖18和圖19相比較，雖然快速性較好，但是穩(wěn)定性較差；圖7-8與圖7-9相比較時(shí)，雖然穩(wěn)定性更好，但是快速性太差；綜上所述，選擇KP=300,KI=0.02;KD=0時(shí)這組參數(shù)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)在穩(wěn)定性和快速性方面較為適中。所以選擇這組參數(shù)。8結(jié)論智能熱量表的重點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確控制，室內(nèi)各處溫度之間耦合較大，容易相互干擾?？刂七^程中存在大滯后、強(qiáng)耦合及非線性。所以要建立合理的溫度過程自動(dòng)控制系統(tǒng)就要綜合各方面的因素。本次智能熱量表的設(shè)計(jì)工作至此已經(jīng)完成，基本滿足了學(xué)校和老師對(duì)于該設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)中采用了變頻器控制三項(xiàng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)很精確的控制，對(duì)于升溫、降溫具有很好的效果。設(shè)計(jì)中還運(yùn)用Matlab軟件的simulink仿真平臺(tái)對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，通過計(jì)算和調(diào)整參數(shù)，得到了比較好的仿真效果。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓自己對(duì)單片機(jī)相關(guān)的知識(shí)有了更多的了解和更深刻的認(rèn)識(shí)。以前只是在課堂上學(xué)習(xí)，不夠深刻，都是理論上的。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，不僅學(xué)習(xí)到了AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造和外部接口的相關(guān)知識(shí)，還學(xué)會(huì)了使用LM016L液晶顯示器進(jìn)行相關(guān)的顯示工作。最為重要的還是編程能力的提高。在以前只會(huì)一些最簡(jiǎn)單、基本的程序編制，現(xiàn)在已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)并編寫一些常用器件的程序。相信這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)一定會(huì)為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。致謝致謝回憶起每一個(gè)困難和每一點(diǎn)進(jìn)步，我最想感謝的是我的指導(dǎo)教師。在我的學(xué)習(xí)時(shí)期，老師廣博深厚的學(xué)識(shí)和睿智的思想給了我莫大的啟迪，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的奮斗精神，為我樹立了標(biāo)桿，為我的學(xué)習(xí)和奮斗指明了方向。從選題到定稿，都包含著老師大量的心血和極大地理解與支持。在導(dǎo)師