生物室温控制系统设计毕业设计论文

天津工业大学毕业设计（论文）生物室温控系统的设计

天津工业大学毕业设计（论文）任务书题目生物样品室温控系统的设计学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级课题类型课题意义随着社会的发展，科技在生物医学越来越重要，占着社会不可缺少的部分，但是人类在生物医学还在起步阶段，需要很多的实验工具，我做的课题就是为细胞创造一个比较合适的温度，控制在36℃—37℃之间一个容器，从而稳定的模拟细胞的生活环境。任务与进度要求3.1-4.15查阅相关资料，寻找合适的单片机芯片，找相关的控制电路图，模拟电路图的相关关键点的电压等相关数据，看是否适合控制的要求，记录相关的点，然后准备买材料，焊接，然后一一先关进行与模拟的数据点对比比较，慢慢达到预期的目标，5.1-5．7准备论文材料，整理毕业论文如果时间不够，就往后推移点，我也说不准，剩下的时间准备答辩主要参考文献感觉因为是控制的范围比较小，所以可能要用到放大电路，找自己的模电书看看先关点，用到单片机找个合适的单片机，就用常见的C51，书也自己有，不行到图书馆借本，主要用到水中的传感器，这个从网上找个，相关数据应该能找到的，感觉传感器应该用到AD转换，不懂得地方在找书，起止日期2012.3.1——2012.6.15备注院长教研室主任指导教师毕业设计（论文）开题报告表2012年2月28日姓名学院电子与信息工程学院专业电子信息工程班级题目生物样品室温控系统的设计指导教师一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：国内外研究情况：随着社会的发展，科技在生物医学越来越重要，占着社会不可缺少的部分，但是人类在生物医学还在起步阶段，需要很多的实验工具，我做的课题就是为细胞创造一个比较合适的温度，控制在36℃—37℃之间一个容器，从而稳定的模拟细胞的生活环境。采用单片机作为主芯片，通过相应的控制电路图，模拟电路图来控制相关关键点的电压，来为细胞创造一个比较合适的温度，从而达到生物样品室温控系统的设计。主要研究内容：设计并制作一个温控系统，通过单片机实时读取温度传感器采集的温度值，并根据实际温度值与设定温度值之间的比较结果来控制加热器工作，从而使样品室形成一个恒温的实验环境。目的和意义：生物样品特别是细胞样品，其生物学特性和生理功能高度依赖所处环境的温度变化。因此，在测量过程中使样品室保持36oC左右的温度，模拟体温环境，能够使生物样品尽可能多地保持其生物学特性和生理功能，从而能更准确地研究生物样品的光学特性与生物学特性之间的关联。二、进度及预期结果：起止日期主要内容预期结果3.1-3.153.16-3.314.1-4.204.21-5.155.16-5.316.1-6.15查阅相关资料，寻找合适的单片机芯片。找相关的控制电路图，模拟电路图的相关关键点的电压。购买元件，焊接实物电路。解决实际电路中存在的问题，完成论文初稿。修改毕业设计论文。论文定稿，准备答辩。做好电路设计的各项准备设计出电路原理图制作出实物电路实现多种电压输出完成论文修改完成课题，做好答辩准备完成课题的现有条件指导教师正在从事单片机系统的研究，实验室具有工件试块、直流电源、示波器、万用表、电烙铁等仪器和工具，可满足本课题的实验要求。审查意见指导教师：年月日学院意见主管领导：年月日天津工业大学毕业设计（论文）进度检查记录题目生物样品室温控系统的设计学生姓名付孝洪学院名称电子与信息工程学院专业班级电子081指导教师姓名指导教师职称讲师日期指导记录2013．1．10选定题目并布置任务2013．2．25指导并督促完成开题报告和任务书2013．2．28指导完成设计的总体方案2013．3．5指导查找资料2013．3．17指导完成整体电路的设计2013．3．22指导需求分析与方案选择2013．3．31指导硬件的设计与焊接2013．4．15指导软件的设计2013．4．21指导并帮助调试程序2013．4．26指导并帮助系统的调试2013．5．10指导论文的撰写格式和注意事项，要求开始写论文2013．5．20检查论文初稿，并纠正其中错误与不足2013．5．25检查修改后的论文2013．6．1检查修改后的论文，并指导答辩2013．6．8检查幻灯片，并进一步指导答辩天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表（设计类）毕业设计题目生物样品室温控系统的设计学生姓名学生班级电子092指导教师姓名评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工作量饱满，能得到较全面训练。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研文献检索能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力。15外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。5设计说明书（论文）设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全合理，能正确使用国家标准单位。15设计说明书（论文）结构严谨，表达清楚，文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。15能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处理正确无差错，对实验结果的分析准确。20设计具有创新性或实用价值。10合计100意见及建议阅人签名： 年月日天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级题目生物样品室温控系统的设计1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：成绩：成绩：指导教师签字：年月日2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：成绩：成绩：答辩主席（或组长）签字：年月日3．毕业设计（论文）总成绩：a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩(a×0.5+b×0.2+c×0.3)摘要从近几年的发展看，人们的生活蒸蒸日上，生活水平也大大的提高，不管从物质说还是从精神上说，我们生活环境不在是以前的时候，比如各种控制都在我们的生活周围，尤其是关于温度的控制。生物医学研究在现代的生活当中有着不可估量的前景，不管是当前，还是未来，对于生物的研究是不可能中断的，我们知道，对于生物的研究，离不开细胞，这就肯定了我们需求大量的，完美的，没有变异的细胞，培养细胞，温度是一个很重要的因素，各种细胞对温度的需求不同，这就要我们需要种类繁多的温度控制器。本次毕业设计是应用关于凌阳单片机的知识，根据配合SPCE061A芯片完成的温度控制，其中有凌阳的系统电路，包括关于温度的PID控制计算，继电器控制温度模块，测温部分数据采集，数码管显示电路，以及对于温度控制软件部分的编程，通过实验达到基本的要求。关键词：SPCE061A，继电器，数码管，温度数据采集ABSTRACTFromthedevelopmentinrecentyears,people'slivesbecomingmoreandmoreprosperousandthelivingstandardsimprovedgreatly.Ourlivingenvironmentisnotlikebeforetime,whetherfromthematerialorspiritually.Suchasavarietyofcontrolaroundourlives,particularlycontrolaboutthetemperature.Thebiomedicalresearchhasimmeasurableprospectsinmodernlife,itisimpossibletointerruptwhetheritiscurrentorfuture.Weknowthat,biologicalresearchcan'tproceedwithoutcells,whichmakeitcertainthatweneedalargenumberofperfect,unvariantcells.Forcellculturing,thetemperatureisaveryimportantfactor.Differentcellsdemanddifferenttemperature,soitisnecessaryforustomanufactureawidevarietyoftemperaturecontrollers.ThisgraduationprojectisatemperaturecontrolerwhichbasedontheapplicationofknowledgeofSunplusSCMandwiththecoordinateofSPCE061Achip.InitthereisaSunplussystemcircuit,whichconsistofPIDcontrolcalculationabouttemperature,electricalrelaytemperaturecontrollingmodule,dataacquisitionontemperaturemeasurement,digitaldisplaycircuit,andtheprogrammingofthetemperaturecontrolsoftware.Toreachthebasicrequirementwithexperiments.Keywords:SPCE061A,Relay,Digitaltube,Temperaturedataacquisition

第一章绪论1.1生物医学的前景领域随着社会的发展，和社会的要求，生物医学在社会当中有不可代替的部分，例如：干细胞再生，白血病骨髓移植，可再造肝等，在社会中，对于病人有着重要的地位和关系生命延续的成为可能。生物医学能够改变使用药物通过肝、肾排泄从而增加肝、肾功能的损害，部分治疗中的兴奋剂、抗精神类处方影响儿童骨骼发育的伤害，使生物医学的理念得到了充分的发挥。国内部分医院又开始应用的地方，但是还不够全面及完善。虽然我国近10年在生物医学方面的研究比较快，我国在生物医学的应用还不够全面，在生物医学的方面的研究还处在初级阶段，对于生物医学的研究还不够深入，需要研究的领域还比较多，所以研究的过程还要许多的设备来维持细胞的生长与繁殖，对于细胞的生长温度是其中重要因素之一，温度的控制对于细胞的生长发育及形态，细胞的基因稳定有至关的作用.1.2温度对细胞的影响细胞液温度的控制，对于细胞的培养及繁殖的程度和效果有着重要的关联，温度控制的比较好的，能够对细胞的基因稳定起到作用，不至于在研究过程发生突变的现象，在研究过程中不会发生对实验造成额外的其他因素，我们都知道，如果温度适合细胞生长的温度的话，对于细胞的发育是很完美的，在发酵当中我国在这方面已经验证了温度对细胞至关的作用，所以，在细胞研究的领域就必须控制好温度的关键是最重要的因素，1.3课题研究的意义我国是一个人口大国，在医疗的水平和其他的发达国家还是不能够比较的，有些需要换器官的病人在遇到这些事的时候，是很绝望的，因为谁愿意把自己的器官给自己，尽管有些无私人士在临死之前会把自己余生奉献给别人，但我们不能等待那些给自己余生的人吧，在理论上已经达成，人类能够通过可在生细胞，通过激素来改变细胞的变化，从而变成人类想要的各种各样的器官，从而使患病的病人变成一个健康的人，也和我们正常的活在这个世界，但是这个水平还停留在研究阶段，所以在研究的阶段我们需要培养大量的细胞，来进行细胞的改变，观察细胞的特性等等，所以温度控制是培养细胞的关键因素。生物医学在大量方面治疗有很好的效果意义，既可以不需消耗大量的人力，及物力，人类就可以生产出很多的细胞来产生定向的变异供大量的人类使用，还可以应用到其他产域，还有可能产出真正意义上的动物肉，那是人类不再需要猎杀那些珍贵的稀有动物，也为保护动物，保护环境做出了一份力量。因此，生物工程在以后的社会当中，甚至是在将来，也在社会当中占有不可替代的地位。所以研究温度控制，是培养细胞的第一步，有了大量的细胞，才会为后面的研究做出很好的铺垫。第二章硬件电路设计2.1方案设计2.1.1方案选取传感器本方案是通过运用的传感器是pt1000，它的工业性能比较完美，最大非线性偏差0.5摄氏度，具有很好的高温和抗氧化能力，此原件线性比较好，铂热电阻的与温度的关系RT=RO(1+AT+BT*t)其中RT是当时温度时的电阻，RO是0温度时的电阻，T为任意温度值，AB为温度系数，PT1000传感器因温度变化部分电阻的电压可以由后面的放大电路和A/D转换器直接测量,并采用2次电压测量-交换驱动电流方向,在每个电流方向上各测量一次.其特点是直接测量传感器的电阻变化量,A/D转换器利用效率高,电路输出电压同电阻变化量成线性关系.传感器采用三线制接法能有效地消除导线电阻和自热效应的影响.利用单片机系统控制两次测量电压可以避免接线势垒电压及放大器、A/D转换器的失调与漂移产生的系统误差,还可以校准铂电阻传感器精度.恒流源与A/D转换器共用参考基准,这样根据A/D转换器的计量比率变换原理,可以消除参考基准不稳定产生的误差,不过对恒流源要求较高,电路结构较为复杂.为了进一步克服噪声和随机误差对测量精度和稳定度的影响,最后在上位机中采用MLS数值算法实现噪声抵消,大大提高了温度测量精度和稳定度.2.1.2控制部分单片机选取方案采用SPCE061A单片机实现，SPCE061A内有各种DA与AD,其中包括DAC2路，ADC8路，而且都集成在这一套电路当中，方便使用，最主要的是该芯片内置在仿真线路接口，方便调试，加大了调试的工作效率，大大节省了工作者的时间。在SPCE061A有很好的压缩数据的功能，这就为高性能打好了基础，而且压缩的数据较好，能够对数据进行很好的还原，在为数据的传输，AD或DA的转换提供了很好的基础。2.2系统硬件设计2.2.1电路方框图2.2.2键盘设定用于温度控制：key1.控制十位数值0——9Key2.控制个位数值0——9Key3.控制温度确认并语音播报当系统启动时，数码管显示全部为0，随着按key1的次数升高，直到达到所需要的温度值，当按下key3时，温度开始升高，继电器开始运作，控制加热炉的温度。2.2.3数据采集：将从传感器采集的电压信号经过AD转换，换算成数据，并语音播报，2.2.4数据显示：采用8段数码管显示，设置温度值，及测量值，显示小数点后位数。2.2.5继电器：用来控制电热炉输出。2.3电路设计2.3.1CPU设计采用SPCE061A单片机，SPCE061A有32个I/O口全部引出，而且该I/O口是可编程的，可以设置成输出或者是输入接口，设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入，非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入，在5v情况下，上拉电阻为150k，下拉电阻为110k，设置为输出时，可以选择同相输出或者是反向输出。2.3.2SPCE061A性能指标SPCE061A是16位结构的微处理器。工作电压Vdd2.4-3.6vVddh2.4-5.5vCPU时钟最高可达49MHZ有2个16位可编程计数器/定时器有2个10为是DAC数模转换输出通道有14个中断源，包括定时器A/B，时基，键唤醒，2个外部时钟源输入等等，具备同步及异步串行设备接口具备低电压复位的功能，还有低电压检测的功能。有在线仿真电路接口，更具有保密的功能等2.3.3SPEC061A寄存器SPEC061A其中包括8个寄存器和4个通用寄存器R1-R4，还有一个程序计数器PC，对栈指针SP，还包括基址指针和段寄存器一个，通用寄存器R3和R4合成一个32为的寄存器MR,MR可以被用作惩罚运算和累积运算的目标寄存器，而且，SPCE061A有3个PIQ的中断14个IRQ中断，而且还有一个有指令BREAK控制的软中断。SPCE061A有2K字节的RAM,地址范围从0000000-0007FF.其中包括有32K字节的闪存，可以再ICE工作方式下被编程写入或被擦出，如果给闪存保密设定后，当中的内容不能再通过被ICE读取。2.3.4时钟锁相环振荡器（PLL）:PLL是为系统给一个32768HZ的实时时钟基频，且在对基频进行倍频升高，调整到49.152MHZ、32.768MHZ、40.96MHZ,24.576MHZ、20.480MHZ。其中PLL的自激振荡频率为24.576MHZ。系统时钟:PLL振荡器为系统时钟的信号源，其中系统时钟频率通过对P_System_Clock单元进行编程来控制，其中Fosc、CPUCLK分别为24.576MHZ，其中P_System_Clock单元可对系统时钟，还有CPU时钟频率进行定义，其中当系统当被其中的程序启动时，最开始的CPUCLK的频率为Fose/8。随后就慢慢的别调整到24.576MHZ,这样可以避免系统在启动的时候读取ROM出现偏差。实时时钟:实时时钟的频率为32768HZ,也可以说是基频，SPCE061A通过对32768HZ的实时时钟进行分频为中断提供中断源，其中一个中断源，IRQ5_2HZ,每隔0.5秒就会被启动一次，这就可以作为计时的基准。输入/输出:I/O端口是系统和其他的外接设备进行数据交换的端口，其中SPCE061包括两个编程输入输出端口：分为A口和B口，A口是具有可编程的I/O接口，可以与ADC的多路LINE_IN输入共用，而B口在具有普通的接口的功能外，在其他的一些管脚上可以完成其他的特殊功能。I/O端口连接图尽管数据能够通过数据P_IOX_Data和数据缓冲端口P_IOX_Bufferxieru写入相同的数据寄存器，但从这两个端口读出的数据却来子不同的位置，后后者读出的数据是从数据寄存器里的数据，而前者的数据是I/O端口上的死电平状态。通过读P_IOA_Latch单元来锁存IOA[0-7]端口的电平状态，从而可激活其唤醒功能。2.4键盘设置参数电路Key1接IOA0,Key2接IOA1，KEY3接IOA2外部接5v电压，提供电平。2.5温度采集及数据输出部分温度传感器使用的是Pt电阻，运放采用HT9274集成芯片，因为Pt电阻在0摄氏度时，阻值差不多在1千欧姆，在100摄氏度时，阻值差不多在1380欧姆，则表示阻值变换范围从0—380欧姆，电压从0V-3.3V。采用差动运放电路，通过可调分压电阻来满足零点调节。因为Pt电阻中的电流基本为1—2mA,所以Pt电阻电压应该在0—380mV波动。所以采用10倍电压放大，来满足SPCE061A的模数转换，2.5.1HT9274集成芯片介绍Ht9274是一款4位的功率运算放大器，电压范围在1.6-5.5v之间，工作电压比较稳定，这就对完美的输出驱动创造了良好的条件，，而且它具有高输入阻抗，单供应操作，在这个响应环保节能的时代，HT9274也是有具有功耗低的特点，主要应用在电池系统，传感器放大，低功率低功率增益模块，低功率比较器，信号探测器，有源滤波器及各个领域，总的来说，HT9274，是一个高输入阻抗的放大器，以及超低功率，高增益的放大器。2.6数码管显示在外面接三级数码管，通过对三级管控制来控制LED片选。在其中用到LED5641A这款数码管本图采用了共阴极数码管LED5641A进行显示，LED5641A具有四位数码管，这四个数码管的段选a、b、c、d、e、f、g分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端。IOB0—IOB2口分别接三极管的p端，通过三极管来控制LED的片选。IOA8—IOA15口传输要显示的数据，利用其串/并转换功能，送入数码管显示。在此外接了两个电阻R-PACK4来保护LED。数据线也可直接接凌阳SPCE061A单片机的I/O口，因为I/O口输出电流很小，一般不会对LED造成很大的损坏，而它的电压值却足以驱动LED，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻。采用凌阳SPCE061A单片机，将大大减化了设计过程和硬件电路.2.6.1LED5641A简介能在低电压，小电流条件下驱动发光发光响应时间极端，高频特性好，单色性较好，亮度高，体积小，重量轻，抗冲击性能好，固态封装，稳定性好，寿命长，使用寿命在5w小时以上可持续扫描驱动各字节良好的显示效果。视觉宽2.7热电炉加热控制2.7.1继电器简介继电器是一种经常运用在工厂，生活等场所的一种电子控制器件，是一种变动开关，当输入值达到一定的预定值时，在电气输出控制量中，会使的被控制量发生变话，导致结果发生改变，它具有控制系统和被控制系统两个方面互动的效果，从而达到对一个控制点达到不断控制，达到预期效果，继电器通常运用在电气行业当中。实际作用是用小电流去控制较大的大电流运作的一种开关。故在电路中起着安全保护，自动调节，转换电路等等作用。继电器可分为电磁继电器:电磁继电器是通过电路当中输入的电流，对电路当中的衔铁产生一种吸引的作用，从而达到控制的目的，固体继电器：电子元件为无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。温度继电器：当达到某一温度时，进行改变控制对象运作现状的控制器件。舌簧继电器：它是一种具有触电簧片，且在衔铁磁路双重作用下的舌簧开动来开闭，或转换线路的继电器。高频继电器：也就是一种改变高频状态的继电器。通过单片机输出的一个信号，激发三极管，使三极管导通，从而有电流在衔铁里流通，从而产生电磁效应，再加上弹簧的效应，使下面的铁片产生吸引的作用，在上下两个出点来会走动，从而达到对电热炉开关控制的目的，此部份用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，此处被控对象为电炉丝，采用对加在电炉丝两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。对电炉丝通断的控制采用SSR固态继电器，SSR是半导体继电器，所以较小的驱动功率即可使SSR工作。它的使用非常简单，只要在控制台端加上一TTL、CMOS电平或一晶体管，即可实现对继电器的开关2.8音频输出SPY0030是一款较好的语音放大芯片，他可以直接接受来自单片的模拟信号，进而对其直接放大，而且有较好的放大效果，且音质不错，他的工作电压差相比其他较大为2.4-6v之间，有良好的稳定效果能力。在我们日常的生活当中，所遇到的大多数都是波形声音信号，波形声音是自然界中很常见的，是数字化声音的基础，通常我们对模拟信号进行数字化的处理，来处理日常的检查，这就需将模拟信号转换成数字信号，模拟信号数字化有很多种方式，而且现在采用最多的是A/D变换法，它是将时域信号转换成数字序列，这种方法接受信号后，能够恢复到最大本来的效果，凌阳音频压缩的处理信号的范围是字200HZ-3.4HZ。表2编码技术标准频响信号类型频率范围（Hz）采样率（kHz）量化精度（位）电话话音200~340088宽带音频（AM质量）50~70001616调频广播（FM质量）20~15k37.816高质量音频（CD质量）20~20k44.116压缩一般分为无损压缩和有损压缩，无损压缩的比例一般在2:1-4:1.而有损压缩一般在指压缩比例在100：1。而凌阳的音频压缩算法根据不同的压缩有好几种比例：SACM-A2000：压缩比为8:１，8:1.25，8:1.5SACM-S480：压缩比为80:3，80:4.5SACM-S240：压缩比为80:1.5按音质排序：A2000>S480>S240我们了解我经常对语音处理要分别进行为A/D、编码处理、进行存储、解码处理以及D/A处理，而对麦克风输入的生成的WAVE文件，他占用的存储空间很多，比较占地方，这对相对存储空间较小的单片机有点多，而SOCE061A提出解决的方法，级SACM-LIB,它将A/D、编码、解码、存储、D/A来做成相应的模块，每个模块都有相应的应用程序接口API，所以只要了解相应的模块程序的功能及接口参数，然后调用相应的函数就可以实现相应的功能。。通过对从SPCE061A单片机DAC输出的信号放大，从DAC通道出来的是电流信号，DAC输出通过SPY0030，进行音频放大，放大进过滤波之后，得到的是平稳的电流信号，然后通过对外接滑动电阻进行调节，从而进行对放大器放大功率的调整，达到合适的效果目标，然后进过SPY0030放大，然后进过喇叭，进行播报的功能，

第三章软件部分的设计3.1算法介绍算法有两种：直接算法就是当前需要的控制量。公式：Pout=Kp*e(t)+Ki*Σe(t)+Kd(e(t)–e(t-1));增加量计算法就是在相对于标准算法的相邻两次运算之差，从而得到的结果是增加量，换个说法就是说在上一次控制量的基础上要增加的控制量。公式：Pout(t-1)=Kp*(e(t)–e(t-1)+Kie(t)+Kd(e(t)–2*e(t-1)+e(t-2));基本偏差:e(t)表示的是当前测量值与设定的目标之差，设定目标为被减数，结果可以是正或负，正数表示的是还没有达到，负数表示的事已经超过了预期的设定值。这是面向比例项用的变动数据。累计偏差：Σe(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+…….+e(1),这是每一次测量到的偏差值的总和，即代数和，考虑到正负符号运算，即面向积分项用运的变动数据而已。基本偏差和相对偏差：e(t)–e(t-1)，将本次的基偏差减去上次的基偏差，来考察当前控制量对象的发展趋势，这块作为快速反应的一个重要依据，即面向微分项的可变动的一个数据。比例调节作用：这个是按比例反应的系统偏差，如果系统出现了偏差，比例调节系统立即便会产生调节作用，来减少偏差。比例作用大，就可以加快调节的作用，这样减少误差，但是如果比例过大，这便使系统的稳定性能下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：即使系统消除或减少稳态误差，来提高无差度的标准。因为有误差，积分调节就在进行，直至到无差，如果积分调节停止，积分调节便会输出一常值。积分作用的强弱在于与积分的时间常数Ti，如果Ti越小，积分作用便会就越强。反过来Ti大，积分作用就会弱，积分调节会使系统稳定性能下降，动态响应变慢。积分作用便与另外两种调节规律结合，来组成PI调节器或者是PID调节器。微分调节作用：微分作用是反映系统偏差信号的变化情况，具有预见性，它能预测到偏差变化的趋势，这便能使系统产生预知的控制作用，即在偏差还没有成形之前，就已经被微分调节的作用消除了。因此，在微分调节可以改变系统的动态性能。如果微分时间在选择合适情况下，便可以减少超调的情况，减少调节时间。加快率，但是微分调节的作用对噪声干扰有很大的作用，所以过强的加强微分调节，对系统抗干扰能力不利。而且，微分反应即是变化率，对当输入没有变化时，微分作用输出为0；而且微分作用不能单独作用，需要和其他两种调节作用规律相结合，组成PD或者是PID控制器。由图可知PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成偏差模拟PID控制并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其动态方程为：（1）其中---为调节器的比例放大系数---为积分时间常数---为微分时间常数PID调节器的离散化表达式为其增量表达形式为：其中T为采样周期。可见温度PID调节器有三个可设定参数，即比例放大系数、积分时间常数、微分时间常数。3.2程序流程图intmain(void){intiKeyValue;status=system_temperature_set;guifgSpeechPlay=0; System_Initial(); PIDinit(); while(1){System_ServiceLoop();//键盘扫描、去抖动处理 iKeyValue=SP_GetCh(); //取键值 key_value_process(iKeyValue); //键值处理 if(guifgSpeechPlay) temperature_speech_play();//语音播放 if(status==system_temperature_control) display_speech_ADC_temperature();//测量温度显示、温度播报、PID计算 Clear_WatchDog();//清看门狗 System_ServiceLoop();//键盘扫描 if(fOut<=0)turn_off_timerB();}}程序刚开始进行系统的一个初始化，然后开始进行读取输入的值，对值进行转换，变成电脑能够识别的编码，然后同时对采集的数据进行转化,判断，如果达到一个设定的标准，就进行在DAC输出口输出数据，通过SPY0030进行放大，通过喇叭进行语音播报，同时进行数据处理与判断，通过改变电磁继电器的状态给电热炉加热或停止加热。从主程序看，在进行一系列的程序调用之前对系统进行初始化，然后在对键盘的其他程序进行调试，看是否有所反应，从而判断是否有温度样本的采集，如果有就进行温度的A/D转换盒PID计算，然后用控制继电器。SPCE061A内置的看门狗监视器，其作用就是看是系统是否正常运行，其实就是一个计数器，每隔一段时间就被清除了，其中的清除时间为0.75s，不然的话，计数将溢出，是系统运行出现差错，导致系统复位，并开始执行程序，看门狗监视系统可以通过指令来设置火屏蔽。看门狗清除寄存器P_Watchdog_Clear在SPCE061A系统正常运行时，只要每隔0.75s向P_Watchdog_Clear写入相应的清除程序便可对看门狗计数器进行清除，这样就不会反正看门狗计数发生溢出，在运行时就不会导致系统出现复位，保证了系统正常的运行。3.2.1 A/D值转换处理voiddisplay_speech_ADC_temperature(void){floatfT,K;intadc_data;staticintsiTlast=0; if(G_ADC_flag){//判断是否有温度采样1，有0，无 G_ADC_flag=0; adc_data=adc_data_cmp(); adc_data/=SET_ADC_TIME;//计算温度平均值 if(adc_data>0x0255)K=0.079;//确定温度系数 elseK=0.076; fT=adc_data*K;//换算成温度值 //将温度值转换成十进制用于LED显示guiLED_Value[0]=(int)fT/10; guiLED_Value[1]=(int)fT%10; guiLED_Value[2]=(int)(fT*10)%10;if((int)fT!=siTlast){//判断温度的整数值是否变化 temperature_speech_index(guiLED_Value); //温度整数值语音播放排序 SACM_A2000_Initial(0); //非自动方式播放的初始化 SACM_A2000_InitDecoder(DAC2);//开始对A2000的语音数据以非自动方式解码 SP_INT_IRQ6(); iAddrSpeech=speech_start_address(iaSpeech_index[0]);//语音播放始地址 guifgSpeechPlay=1;//设置语音为播放状态 siTlast=(int)fT;}stPID.Proportion=1;//设置PID比例值stPID.Integral=0.5;//设置PID积分值stPID.Derivative=0.0;//设置PID微分值fOut=100*PIDCalc(&stPID,(int)(fT*10));//PID计算active(); }}当单片机收到温度数据采样时，对采集的温度进行均值处理，来防止在采样的过程中由外界干扰造成对采样数据的不准确。然后来确定温度的系数，使得采样转换进行，得到电压信号进而转换成温度值，并且进行十进制的转换，用于LED显示、语音播报和PID计算。其中均值处理处于很重要的地位，而A/D转换是必须进行的工作。采样数据中断程序流程3.2.2继电器控制其中继电器是与61单片机的IOA4口相连的，继电器的开断完全在于IOA4口的输出结果，也就是PID计算的结果。如果输出小于零则就表示设定的值小于输出值，这是就要表示关闭电炉，同时要关闭定时器B的计时状态。如果输出的值大于或等于设定值2摄氏度时就对开电炉对水开始加热。这样设定值与实际输出值差值在2摄氏度以内时，我们就调用中断程序来定时加热。voidactive(){ if(fOut<=0){ turn_off_relay();//温度高于设定值，关闭电炉 turn_off_timerB();//停止计时 } else{ if(fOut>30*stPID.Proportion)//温度低于设定值2摄氏度 turn_on_relay();//开电炉加热 else{turn_on_relay();SP_INT_TIMEB()};//初始化定时器，开始定时加热 }}上图是相关继电器控制程序的中断服务子程序流程图，它是用来控制继电器来定时加热。它通过中断定时器10ms确定加热时间大小，当加热时间未到预定数时，则继续时间累积，如果加热时间到预定时，就调用关定时器子程序，停止计时。3.2.3PID计算由于单片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，因此式（1）中的积分和微分项不能直接准确计算，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)。式（1）所示的PID调节规律可通过数值公式（2）近似计算。（2）由式（2）可以得到：（3）由（2）-（3）可得增量式算法公式：这个计算的过程可用一个简单的程序来实现。voidPIDinit(void)//描述：PID初始化{ stPID.LastError=0; stPID.PrevError=0; stPID.SumError=0;}floatPIDCalc(PID*pp,intNextPoint)//描述：PID计算{intdError,Error;Error=pp->SetPoint*10-NextPoint;//偏差pp->SumError+=Error;//积分dError=pp->LastError-pp->PrevError;//当前微分pp->PrevError=pp->LastError;pp->LastError=Error;return(pp->Proportion*Error//比例项+pp->Integral*pp->SumError//积分项+pp->Derivative*dError//微分项);}第四章测试4.1单片机系统及温度采集的接口让单片机的IOA0接KEY1,IOA1接KEY2,IOA2接KEY3。其中KEY1来设置温度的十位数；0—9KEY2:设置温度的个位数；0—9KEY3:工作模式选择键，共有三种工作模式：正常工作状态、温度重新设置、语音播报设置。数码管的8个接口分别接单片机的IOA8-IOA15来进行数据的传输，通过三极管来控制数码管的片选部分，IOBO-IOB2口分别接三极管的P端，IOA4接一个三极管来控制继电器的控制，IOA2接在温度采集的输出部分。4.2调试给通电源，以及电源及接地部分，通过凌阳单片机自带的suaplus把程序下载进去，进行调试，系统给电自后，数码管的全不显示为零，根据按KEY1次数，和KEY2的次数，来确定开始的初始温度，然后开始按KEY3，系统开始测温，并与采集的温度进行比较，通过软件的设定来控制电炉的开关。下图是根据上述进行的操作，然后的出的结果图结束语在凌阳单片机SPCE061A的控制的基础上，温度控制及数码显示在调试过程中的到很好的效果，证明了温度采集模块的数据采集性能较好，而且能够很好的显示温度的过程，温度控制在生活的各个领域都有不可替代的作用，而且用途较为广泛，中国正处于发展阶段，工业是发展的源头，工业中各个需要温度的控制，这样不会导致重大事故的发生，更重要的是在未来的生活中，生物医学有不可估量的作用，温度对于生物医学的研究也起着一部分作用，温度控制这位以后的生物医学发展提供了很好的基础。本课题研究的温度控制中有几个重要的模块：1温度传感器pt1000；2继电器控制住电路；3温度数据采集模块；4数码管显示点路5凌阳单片机开发板。本论文主要工作首先完成了对温度数据采集，以及pt1000温度传感器的工作原理，其次学习了对于单片机AD及DA的转换，以及数码管的显示，根据温度传感器能够输出的电压和单片机能够接受的电压采用了合适的同相比例放大，对电压跟随器的原理理解了部分，然后根据凌阳单片机自带的软件sunplus进行了对软件部分的学习，以及对程序进行了下载进行了调试。该系统是温度控制，是通过继电器控制加热，可以应用在很多的场合，控制的温度范围较大，对于室温，及水温度的控制有很好的效果，具有好的应用意义，以及各个实验当中有很好的模块作用，在未来的生活中无处不在有着关于温度的控制，对于社会的发展也起一部力，我们相信在未来，温度控制有着自己一部分辉煌的时代，对社会有很好的促进意义。参考文献周雪，模拟电子基础，西安电子科技大学出版社.2005.5杨欣，王玉凤，刘湘黔，电路设计与仿真.清华大学出版社.2006.8童诗白，华成英.模拟电子计数基础.北京高等教育出版社。2006林立，张俊亮，曹旭东.单片机原理及应用.北京电子工业出版社，2009.阎石编著，数字电子技术基础，北京高等教育出版社.1988.11.132-352李元.数字电路与逻辑设计.南京大学出版社.1997.2陈在熏.电路与电子基础.中山大学出版社.2000.6付少波.付兰云.传感器及其应用电路夏银桥.吴亮.李莫传感器技术及应用.张庆双.家用控制欲保护经典实用电路耿瑞辰.郝敏.传感器与检测技术附录附件1：英文资料及中文翻译英文资料PIDcontrolalgorithm1,PIDisaclosedloopcontrolalgorithm.Therefore,toachievethePIDalgorithm,youmusthavethehardwareloopcontrol,thatis,musthavefeedback.Suchascontrollingamotorspeed,youhavetohaveameasurementofspeedsensor,andtheresultsfedbacktothecontrolline,thefollowingwillalsobespeedcontrol,forexample.2,PIDistheproportional(P),integral(I),Derivative(D)controlalgorithms.Butnotmusthavethesethreealgorithms,itcanbePD,PI,orevenonlytheP-controlalgorithm.Iusedforclosed-loopcontrolofoneofthemostsimpleideaonlyPcontrol,thecurrentresultsfedback,andthensubtractthetarget,ispositive,thenslowdown,thenitisnegativeacceleration.Nowknowthatthisisjustthesimplestclosed-loopcontrolalgorithms.3,theratio(P),integral(I),differential(D)controlalgorithmshaveeffect:?????Proportionofthereactionsystem,thebasic(current)deviatione(t),coefficient,canspeeduptheregulation,reduceerrors,butthesystemistoolargeproportiondecreasedstability,orevencausesysteminstability;?????Integral,thecumulativedeviationofthereactionsystem,allowingthesystemtoeliminatethesteadystateerror,nogradienttoimprove,becausethereisanerror,integralcontrolwillbecarriedoutuntilnoerror;?????Differential,reflectingtherateofchangeofthesystemdeviationsignale(t)-e(t-1),isforeseentoanticipatetrendsdeviationgeneratedaheadofthecontrolaction,thedeviationisnotformed,hasbeenthedifferentialregulationofremove,soyoucanimprovethedynamicperformance.However,differentialinterferencetonoiseamplificationroleinstrengtheningdifferentialinterferencedetrimentaltothesystem.Integralanddifferentialcannotworkaloneandmustbeproportionalcontrolcooperation.4,thecontrolleroftheP,I,Ditemselection.Thefollowingruleswillbeusedtocontrolvariouscontrolfeaturesbrieflysummarizedhere:1,theproportionalcontrollawP:Pcontrollawusedtoquicklyovercomethedisturbances,whichactontheoutputvalueofthefast,butnotverystableatadesiredvalue,comparedwithanegativeresultistoeffectivelyovercomethedisturbances,butmorethanadifferenceappears.Itissuitableforthecontrolchannellagissmall,littlechangeintheloadcontrolislessdemanding,controlledparameterswithinacertainrangetoallowmorethanpooroccasions.Suchas:JinBiaoundertheMinistryofPublicWorkspumphousecold,heatpoolwaterlevelcontrol;pumproomintermediatetankoillevelcontrol.2,proportionalintegralcontrollaw(PI):inengineeringproportionalintegralcontrollawisthemostwidelyusedcontrollaw.Pointsthatcanbeeliminatedonthebasisoftheproportionofresidualerror,whichappliestothecontrolchannellagissmall,littlechangeinload,waschargedwithparametersdonotallowmorethanapooroccasions.Eg:InthemainchamberkilnheavycommutationNo.F1419F1401toheavygunflowcontrolsystem;pumproomforthepipelineflowcontrolsystem;annealingfurnacetemperaturecontrolsystem,etc.districts.3,proportionalanddifferentialcontrollaw(PD):Differentialeffectshasadvanced,withcapacityforhysteresiscontrolchannel,theintroductionofdifferentialinvolvedinthecontrol,thederivativetermissetproperlyinthecase,forimprovingthesystem'sdynamicperformanceindicators,haveasignificanteffect.Therefore,forthetimeconstantofthecontrolchannelorcapacitylagslargeroccasions,inordertoimprovethestabilityofthesystem,reducingthedynamicdeviationproportionalderivativecontrollawcanbeused.Suchas:heatedtemperaturecontrol,compositioncontrol.Itshouldbenotedthat,forthosepurelaglargerarea,thederivativetermispowerless,andinthemeasuredsignalisnoisyorperiodicvibrationsystem,youshouldnotusederivativecontrol.Suchas:largekilnglasslevelcontrol.4,forexample,integralderivativecontrollaws(PID):PIDcontrollawisanidealcontrollaw,itisbasedontheintroductionofproportionalintegral,caneliminateresidualerror,thenaddthederivativeaction,butalsoimprovesystemstability.Itissuitableforthecontrolchannelorcapacitylagtimeconstantislarge,thecontrolrequirementsoftheoccasion.Suchastemperaturecontrol,compositioncontrol.????GivenDroleofthelaw,wemustalsounderstandtheconceptoftimelag,thetimelagincludingcapacitylagandpurelag.Capacityinwhichtheylagusuallyinclude:measurementandtransmissionlaglag.Measurementhysteresisisdetectingelementinthedetectionneedtoestablishabalance,suchasthermocouples,RTD,pressure,etc.resultingfromaslowresponselag.Thetransmissionlagisinthesensors,transmitters,actuatorsandotherdevicesproduceacontroldelay.Puredelayismeasuredrelativelaginindustry,mostofthetimedelaycausedduetomaterialtransport,suchas:largekilnglasslevel,feedingmaneuverdoneinthenuclearlevelgaugedetectionrequiresaverylongperiodoftime.????Inshort,thechoiceofcontrollawaccordingtotheprocesscharacteristicsandprocessrequirementstoselect,andneversayPIDcontrollawinanycase,hasbettercontrolperformance,regardlessoftheoccasionareusedisunwise.Ifyoudoso,itwillonlyaddcomplexitytotheotherworkandgiveparametertuningdifficult.WhenusingPIDcontrollerhasnotyetreachedtechnologicalrequirements,youneedtoconsiderothercontrolscheme.Ifcascadecontrol,feedforwardcontrol,largehysteresiscontrol.5theproblem.Kp,Ti,TdsettingthethreeparametersofthePIDcontrolalgorithmkeyissues.Generallytheycanonlybesetwhenprogrammingtheapproximatevalueandthesystemisrunningthroughrepeatedtestingtodeterminethebestvalue.Therefore,theprogrammustapplyfor