基于PCL711B采集卡的水温控制系统

编号：毕业设计（论文）说明书题目：PCL711B采集卡在水温控制中的应用院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师单位：机械设计制造及其自动化教研室姓名：职称：实验师2009摘要水温控制技术在很多工业生产设备和家用电器中广泛应用，控制算法一般采用PID控制，这是工业自动控制中常用的一种控制算法。基于PC的水温控制系统以数据采集卡作为被控量信号的反馈通道和控制量信号的输出通道，是控制器与被控对象之间的关键连接部件。本文设计了一个基于PCL711B采集卡的水温控制系统,由下位机、上位机、和通讯网络三部分组成。下位机是基于采集卡PCL711B和温度传感器AD590的高精度数据采集系统，功能是对温度的检测与输出控制。上位机采用计算机，与下位机进行数据信息的交互，并显示各路温度值及其曲线、控制参数、设定值等。其中，温度检测单元和可控硅调功控温单元是本文的设计重点。温度检测单元，根据设计指标的要求我们选择了温度传感器AD590，实现温度采集。输出控制单元是通过对加热电阻丝的电源通断来实现的，采用可控硅（晶闸管）调功方式。通过MOC3041光耦过零触发器实现对功率晶闸管的过零触发，从而实现对被控对象（如炉温）的PID温度调节。采用PID算法的控制方式控制双向可控硅的导通、关断,调整功率,使之切断或接通加热器,从而控制水温稳定在预设定值上。关键词：PCL711B采集卡；温度传感AD590；PID温度调节；可控硅调功

ABSTRACTTemperaturecontroltechnologyiswidelyusedtocontrolinmanyindustrialproductionequipmentandhouseholdappliances.Generally,thePIDcontrolalgorithmiscommonlyusedinindustrialautomaticcontrol.ThedataacquisitioncardisusedforTemperaturecontrolsystembasedonPCasachannel.Thechannelsincludethefeedbackchannelforthesignalofcontrolevolumeandtheoutputchannelforthesignalofcontroledvolume.Thedataacquisitioncardisthekeycomponentsconnectionsthecontrollerwiththetargetcontroled.ThepapermaindesignsabrainpowercontrollingsystemofwatertemperaturebasedontheAcquisitionCardAD590.Itconsistsofupamachine,bottomamachine,andcommunicationnetwork.BottomamachineisahighaccuracydatacollectionsystemthatbasesontheAcquisitionCardPCL711BandthetemperaturesensorAD590system.Itsfunctionistotemperatureandoutputthecontrol.TheupamachineisaPC.withthebottomamachineproceedingdatainformationhandsoverwitheachother,combineeachroadofmanifestationtemperaturevalueanditscurve,controlparameter,initialvalue...etc.Amongthem,theunitsofthetemperatureexaminationandtheregulatingpowerofthecan-controlledsiliconarethepointsofthisdesign.Forthetemperatureexaminationunit,consideroftheindexrequestofthedesign,wechoosingthethetemperaturesensorAD590torealizetemperaturecollection.Theoutputcontrolledunitisachievedbyturn-onandturn-offofthepowersupplyoftheheatedresistancewire,andadopttheregulatingpowerofthecan-controlledsilicon.viaphotoelectricitycouplingby-zerotriggerMOC3041,itcanactualizeby-zerotouch-offtopowerthyristor,therebyactualizethePIDthermoregulationoftheundercontroller(suchasthetemperaturecampstove).ThePIDcontrolalgorithmisusedtocontroloftwo-waythyristorconduction,turn-off,adjustingthepower,cutofforconnectedtotheheatertocontrolthewatertemperaturehasstabilizedatpre-setvalue.KeyWords:theAcquisitionCardr;PCL711B;thetemperaturesensorAD590;thePIDthermoregulation；theregulatingpowerofthecan-controlledsilico

目录TOC\o"1-3"\u引言 11绪论 21.1课题研究背景和意义 21.1.1数据采集 21.1.2基于PC的控制系统 51.1.3温度控制系统的发展 51.2本课题的研究内容和要求 62系统方案设计 83硬件设计 93.1检测电路设计 93.2控制电路设计 113.3系统电源设计 143.4总体电路设计 154PCL711B采集卡介绍 174.1简介 174.1.1规格 174.1.2一般特性 184.2PCL711B参数设置 184.2.1I/O端口设置 184.2.2I/O地址选择 194.3D/A范围选择 194.4连接针头的分配 205软件设计 225.1程序设计 225.1.1温度控制程序设计 225.1.2界面设计 255.1.3PID运算程序设计 275.2PID程序调试： 295.2.1参数选择方法 295.2.2采样周期的选择 316水温电热装置分析 337结论 35谢辞 36参考文献 37引言众所周知，温度控制在我们的日常生活及工业上生产上都有着广泛的应用。科学在进步，人们对温度控制的要求越来越高，在工业生产当中更是如此。因此测量控制系统的精度将成为衡量一个系统成败的重要指标。水温控制系统作为一种比较常见的温控系统，在我们的生活中的应用更加广泛。功能上对其稍加扩展可以进一步用于室温控制、其他温控设施。水温控制的方法很多，在一些温控系统中，一般我们常见的有热敏电阻、温度传感器PT100、热电偶转换成A/D转换器能接收的模拟量，经过采样/保持电路进行A/D转换后，再送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号处理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高，所以在我们这个系统当中采用线性变化的AD590温度传感器与性价比良好的晶闸管和功能强大的PCL711B采集卡。PCL711B是一款ISA总线的半长卡，能够为PC/AT及其兼容系统提供四相基本I/O功能：A/D转换、D/A转换、数字量输入和数字量输出。PCL711B成本低，能够执行多种I/O工作，是OEM、学校和企业的理想选择。

1绪论进入21世纪后，数据采集领域正在发生着重要的变化。首先,分布式控制应用场合中的智能数据采集系统正在发展。其次,总线兼容型数据采集插件的数量正在增大,与个人计算机兼客的数据采集系统的数量也在增加。数据采集与控制数据采集已长时间地被认为与数据记录及其它数据收集系统相等同。在工作时,一些要打印出硬拷贝,而另一些则把采集的数据馈送给主计算机处理。但是,随着分布式控制在各个领域里越来越普遍地应用,数据采集设备开始同控制设备相结合。1.1课题研究背景和意义1.1.1数据采集数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包抱对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先,分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次,总线兼容型数据采集插件的数量不断增大,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。（1）数据采集系统的发展近况现代的数据采集系统在系统初始化、编程、修改、扩充等方面,变得比过去更加容易。变换器的技术进展,允许以更高的分辨率,更快的采样速率和更低的成本实现更精密的测量其他硬件的改进使功能模块能够互换。这些功能模块通过对电流、电压和电阻的检测,实现对诸如应变、温度、压力和流量等物理量的测量。附加模块有助于控制任务的圆满完成。各制造厂家正在用接口技术如变压器祸和光隔离技术来消除“黑盒子”接口和解决噪声间题。大多数数据采集系统使用菜单驱动软件,用户可以采用诸如这样的高级语言或用提供更高级控制的扩展型语言来编程。为了增强数据显示能力,也可买到作图软件包。不久以前,要实现一个数据采集系统还需要购买一台计算机，购买或设计接口板,然后把这些硬件组合起来,并研制驱动这些硬件的软件—这一切,说起来容易,做起来难。把这样的系统建立并运行起来,不仅要耗费大量的时间,而且投资巨大。结果,尽管工程师们需要精良的测量设备,但他们总是有点不愿意从事数据采集系统研制开发工作。这样的系统投入运行,常常只在有限的应用中,完成一项任务。显然,要想使这样的系统有较高的效费比,其测量或采集任务必须在一个相当长的时间里保持不变。如果任务改变,我们就又要付出巨大的努力来重新组合这个系统,从而导致开支增加,成本提高。幸而,上面所述的情况已不再是一成不变的了。技术的进步已经消除或显著地减少了上述的在系统实现中出现的大多数问题。现在可供选择的范广,用户可以定做设备,也可以购买成套的数据采集系统。今天的系统正在全面地解决过去如何进行名目繁多的、常常是同时的测量以及如何完成数据分析等问题。（2）发展趋势及其代表有几个因素影响着今天的数据采集系统的发展。最重要的是,现在许多公司终于充供了解决测量和完成数据分析的省钱的途径,它当然会对数据采集市场产生影响。然而,当选择这种性质的系统时,用户必须在一定的采样速率要求下进行价格性能的析衷考虑。目前可以得到的大多数兼容系统具有位的分辨率,最大单通道采样速度大约为,它们的价格在美元至美元之间。按照这些系统制造厂商的说法,更快的采样速度接近即将问世。不过对许多应用来说,这些兼容的数据采集系统,足以满足要求。但,在冲击和噪声测量这样的应用场合,则应提供更高的采样速度的系统。①PC兼容的数据采集系统美国公司生产的ACRO-SYSTEM800型是与或与Apple个人计算机兼容的数据采集系统的一个实例。当800型构成一个单通道系统时，它能达到5000次秒的数据采样速度。其互锁模块的设计便于系统的重新组合。一台8088微处理机可控制15个输入/输出功能模块（即测量温度应变等的插件）,从而把PC主机解放出来,使它能进行附加的数据分析。浮动的（变压器藕合）输入和输出能提供电气上最大抗扰性。另外,软件包括联机求助功能,该能按照程序语法规程给用户以帮助。作为首批进入PC兼容数据采集市场公司之一的Cyborgg计算机提供了ISSAC和ISSA2000。ISSA2000的突发式采样速度接近200KHZ(分辨率为12位),反映了个人计机驱动的系统是朝着提高采样速度方向发展。它的程序设计语言（Labsoft）包含于数据采集的命令,可通过IBMBASIC存取。最后, ISSAC2000能控制到8个高速A/D模块或16个较低速模块(例如较低速的A/D模块),热电偶接口,等等。②高速数据采集尽管PC兼容的数据采集系统正在开辟一个新的市场,但ADAC、GOULD、惠普、ANALOGIC和NEFF仪器这些公司所生产的高速系统其采样速度高于40KHZ仍占据重要的位置。相应地,速度的加快和处理能力的增强还意味着价格的提高这一类的完整系统价格一般在1--10万美元之间。除本文前面提到的那些应用之外,这样的系统还能产生快速付里叶变换,能完成振荡分析和暂态分析。ADAC公司提供了在广阔领域内应用的数据采集设备。这种设备包括称之为的成套系统。若和一系统包括一和一一配套时,据说能以每秒万次的转换速率分辨率为位连续地把数据送入磁盘。该系统的速度是从它的高速变换器模块和个接存贮器存取控制器得到的。由于FASTRAK的软件是菜单驱动的,用户就没必要进行程序设计。一系列提示和提问指导着操作人员完成解释数据文本和规定如增益、通道扫描和触发方式这些参数的任务。公司宣称:FASTRAK装上那天,就可以开始收集数据。整个系统成套设备包括一个有滚轮的机箱,系统箱体,一个LSI-11/23CPU,512K字节的存贮器,两个串联端口,一个温盘,VT101终端,FASTRAK模块和安装在机箱后面的螺旋式终端板。③低速数据采集有许多应用不需要采用高速数据采集系统。这些系统的用户一般都只用它们来监控象温度和应变这样的参数,以及监控各种各样的环境条件。大多数这样的数据采集控制系统的起始价格约为1万美元。本月,JOHNFLUKEMANUFACTURING公司介绍了一种称为2452MCS型的新测量和控制系统。这个系统把FLUKE1722A仪表控制器和2400B智能计算机前端结合起来。2400B提供数字和模拟侧量,信号波形修整和智能判定。而1722A则斌予该系统计算能力。惠普公司生产的另一种低速系统,允许用户在4种机型中任选一种机型来驱动系统。HP3054A型数据采集/控制系统可选用HP85A、HP9825T、HP9835A或。这些计算机每种都为用户提供不同的编程、数据存贮和格式化能力。由于许多低速系统是在生产现场作业环境中工作,因此这些设备一般都能经受住有害大气条件(例如热、湿、化学污染物)的危害。这样的环境能大大降低没有采取同这些不利环境隔离措施系统的性能,当选择系统时,用户应考虑这一特点。（3）应用的扩大为了满足测试工程师的需要,现在许多厂商大大扩大了前端模拟数字输入输出插件的选择范围。这些插件斌予数据采集系统以多种功能,因而现在开辟了这种系统的许多新的应用领域。此外,最近推出用来装备测试工程师的以个人计算机为基础的数据采集系统都价格低廉,可以取代那些性能较高但价格昂贵的专用系统。可以展望数据采集的发展前景价廉、快速、高分辨率的A/D变换器的发展,肯定可使更高速度的价廉物美的数据采集系统付诸实现。1.1.2基于PC的控制系统基于PC的控制系统的优势：PC自身的软、硬件条件为开发基于PC的超声磁力复合研磨控制系统提供了可能。相对基于单片机、PLC等控制器件的控制系统，基于PC的控制系统无论功能、稳定性还是性价比方面都有更大的优势：第一，无论是处理器的频率、存储器的容量，还是输入输出以及显示功能，PC都有较高的性能。PC强大的I/O接口功能和运算速度是单片机、PLC等其他控制器件可望而不可即的。第二，PC的硬件是标准化产品，性能可靠，互换性好，价格低廉，性能高。采用PC作为控制系统的硬件平台，将大大降低系统构建的难度，高度集成的各种板卡为控制系统的功能和稳定性都提供了保证。第三，PC上的软件资源相当丰富。通用的图形化窗口操作系统提供了文件管理、应用程序并行调度、进程间通信、网络通信和数据库功能等等，都可直接或间接地支持控制系统的开发和运行。系统软件开发以操作系统和高级语言为基础，简化了控制系统的软件实现，增强了控制系统软件功能和稳定性。因此不仅可以大大缩短系统的开发周期和减少资金投入，而且系统功能也得到了保证。1.1.3温度控制系统的发展（1）国外温度控制系统的发展概况自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国的技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：①适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。②能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。③能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。④这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。⑤普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。⑥温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。（2）国内温度控制系统的发展概况温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少目前，我国在温度等控制仪表业与国外的差距主要表现在如下几个方面:①行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约技术发展。②商品化产品以PID控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大，目前，国内企业复杂的及精度要求高的温度控制系统大多采用进口温度控制仪表。③仪表控制用关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。例如:在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试来确定。这些差距，是我们必须努力克服的。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展。1.2本课题的研究内容和要求水温控制技术在很多工业生产设备和家用电器中广泛应用，控制算法一般采用PID控制，这是工业自动控制中常用的一种控制算法。基于PC的水温控制系统以数据采集卡作为被控量信号的反馈通道和控制量信号的输出通道，是控制器与被控对象之间的关键连接部件。本课题在对PCL711B数据采集卡进行分析的基础上，将其应用于水温的恒值控制。本课题的具体任务是：（1）掌握在DOS编程环境下开发工业控制程序的知识和方法。（2）掌握PCL711B数据采集卡用于温度测量和控制的编程方法。（3）分析一个水温电热系统的动态特性，确定PID控制参数。（4）设计并调试水温反馈控制系统的DOS应用程序。（5）测试控制程序运行时的水温控制效果。本课题的具体要求是：以PCL711B数据采集卡和工控微机为控制平台开发水温反馈控制的DOS应用程序，采用简洁的彩色图形用户界面，软件具备水温控制的基本功能。以传递函数描述水温电热系统的动态特性，采用MATLAB对PID参数的控制效果进行仿真。水温控制在60℃，温度显示分辨力0.1℃，控制精度3%，最大超调量≤15%，实时显示水温及其变化曲线。

2系统方案设计水温控制系统的工作原理：通过热敏电阻、温度传感器PT100、热电偶等传感器直接对水温进行检测，产生的电压模拟信号传送到采集卡，由计算机进行连续采集，做出相应的比较后控制采集卡输出数字信号到继电器或可控硅等电路开关，从而快速控制电热装置接通或关断，最后实现对水温的控制。系统框图如下：图2.1系统框图根据题目要求，采用PCL711B采集卡为核心，我们提出了以下三种方案：方案一：此方案采用热敏电阻、继电器和精密电阻，通过热电偶转换成相应的模拟量供采集卡接收，再由采集卡输出控制信号控制继电器通断，以达到控制水温的目的；方案二：此方案采用18B20温度传感器、晶闸管和单片机，通过18B20温度传感器对水温进行检测，输出信号经单片机处理后供采集卡接收，再由采集卡输出信号控制晶闸管通断，以达到控制水温的目的。方案三：此方案采用MOC3041芯片、AD590温度传感器、晶闸管，利用AD590串联一个适当的电阻组成检测电路，直接输出电压供采集卡采集，经过处理后输出数字信号给MOC3041来控制晶闸管的通断，进而达到恒温效果。方案对比分析：方案一中由于热敏电阻的温度变化不是线性的，需要一个不受温度影响或影响不大的精密电阻，这无疑增加了成本。还有就是继电器的被控温度在一定范围内变化，不能实现PID控制，因此该方案行不通。对于方案二中采用的是应用相当频繁的18B20温度传感器，虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用线少等优点，但不能实现与采集卡直接连接，需要加一个单片机才能实行通讯，这将使设计变得复杂，增加了工作量。而方案三使用的是线性很好的AD590温度传感器，它严格按照电流随着温度线性变化，使得输出的电压也线性变化，那么采集卡所采集到的数据就相当可靠，进而输出更准确的控制信号，MOC3041接收信号后控制晶闸管的通断，实现控温。经过对比后，方案三是最优选择。3硬件设计3.1检测电路设计检测电路部分是AD590温度传感器和一个普通电阻串联的简单电路。温度传感器AD590经过封装后放入水中，在电路接通后，开始采集温度，将温度转换为电流，从而得到采集卡能直接采集的电压模拟量。图3.1检测电路集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b—e结压降的不饱和值V与热力学温度T和通过发射极电流I的关系实现对温度的检测。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度O℃时输出为O，温度25℃时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1uA/K。集成温度传感器是集成温度传感技术与集成电路技术相结合的产物，利用集成电路工艺技术，将感温元件与外围电路集成在同一块芯片上，从而和传统的温度传感器相比具有很多优越性，诸如不需要线性化或冷补偿，体积小，功耗低，精确度高，可以与数字系统直接相连等。其中美国ANALOGDEVICE公司生产的AD59O以其良好的性能/价格比得到了广泛的应用。AD590是继电压输出型温度传感器之后发展的一种电流输出型温度传感器，以电流输出作为温度指标，在激励电压为430V时，AD590的输出电流与绝对温度成正比，表现出高阻抗恒流调节的优良特性。作为正比于温度的高阻电流源，AD59O可以和数百欧姆的电阻串联使用，不易受接触电阻、引线电阻和电压噪声的干扰，适合于多点温度测量和远距离温度测量和控制。AD590简介(1)AD59O温度传感器的工作原理随着半导体技术和测温技术的发展，人们发现在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度具有很好的线性关系。AD590就是利用硅晶体管的基本性能实现与温度成正比的。根据PN结理论，对于理想二极管，只要正向电压大于几个，其正向电流与正向电压和温度之间的关系可表示为(3-1)式中为二极管反向饱和电流，为玻尔兹曼常数(),为绝对温度(K)，为电子电荷(库伦)；将式(3-1)两边除以，并取对数，整理后得到(3-2)从式(3-2)中可知，在一定的电流下，二极管的正向电压随温度的升高而降低，故呈现负的温度系数，AD590就是根据上式进行工作的。由半导体理论可知，对于实际的二极管来说，只要它们工作在PN结空间电荷区中的复合电流和表面漏电流可以忽略，而又未发生在大注入效应的电压和温度范围内，其特性与上述理想二极管是相符的。经研究表明，对于锗和硅二极管，在相当宽的一个温度范围内，其在正向电压和温度之间的关系与式(3-2)是吻合的。（2）AD590的性能特点AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：①流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数；②AD590的测温范围为-55℃～+150℃：③AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V～6V范围变化，电流变化1uA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏；④输出电阻为71OMΩ；⑤精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+15O℃范围内，非线性误差为±0.3℃。AD590实物图如下：图3.2AD590实物图图3.3AD590符号简图3.2控制电路设计控制电路部分采用MOC3041和晶闸管，温度控制方法如下：该系统使用PCL711B采集卡的DO口发出的脉冲来控制MOC3041何时发出使可控硅导通的触发脉冲。具体的控制电路如图：图3.4控制电路MOC3041介绍：MOC3041的实物图及内部结构和外部引脚如下图:图3.5MOC3041实物图图3.6MOC3041内部结构外部引脚MOC3041芯片是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路,内部集成了发光二极管,双向可控硅和过零触发电路等器件。使用MOC3041的过程是:当D/O0口输出为低电平时,3041内部导通,4端发出同步触发脉冲,控制可控硅导通,打开加热器,当D/O0口为高电平时,MOC3041内部截止,可控硅断开,停止加热关闭加热器。控制编程来控制D/O0口的输出状态即何时为低电平,低电平维持多久就可以控制加热器何时加热,加热多久,从而达到对温度的控制。可控硅-晶闸管介绍:晶闸管，又称可控硅（单向SCR、双向BCR）是一种4层的（PNPN）三端器件。在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。

（1）锁存器电路。

图1是一种由继电器J、电源（+12）、开关K1和微动开关K2组成的锁存器电路。当电源开关K1闭合时，因J回路中的开关K2和其触点J-1是断开的，继电器J不工作，其触点J-2也未闭合，所以电珠L不亮。一旦人工触动一下K2，J得电激活，对应的触点J-1、J-2闭合，L点亮。此时微动开关K2不再起作用（已自锁）。要使电珠L熄灭，只有断开电源开关K1使继电器释放，电珠L才会熄灭。所以该电路具有锁存器（J-1自锁）的功能。图2电路是用单向可控硅SCR代替图1中的继电器J,仍可完成图1的锁存器功能，即开关K1闭合时，电路不工作，电珠L不亮。当触动一下微动开关K2时，SCR因电源电压通过R1对门极加电而被触发导通且自锁,L点亮，此时K2不再起作用，要使L熄灭，只有断开K1。由此可见，图2电路也具有锁存器的功能。图2与图1虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：(1)图1的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其J线圈和L的电流，但图2中，是利用SCR自身导通完成锁存功能。(2)图1的J与控制器件L完全处于隔离状态，但图2中的SCR与L不能隔离。所以在实际应用电路中，常把图1和图2电路混合使用，完成所需的锁存器功能。（2）单向可控硅SCR振荡器。

图3电路是利用SCR的锁存性制作的低频振荡器电路。图中的扬声器LS(8Ω/0.5W）作为振荡器的负载。当电路接上电源时，由于电源通过R1对C1充电，初始时，C1电压很低，A、B端的电位器W的分压不能触发SCR，SCR不导通。当C1充得电压达到一定值时，A、B端电压升高，SCR被触发而导通。一旦SCR导通，电容器C1通过SCR和LS放电，结果A、B端的电压又下降，当A、B端电压下降到很低时，又使SCR截止，一旦SCR截止，电容器C1又通过R1充电，这种充放电过程反复进行形成电路的振荡，此时LS发出响声。电路中的Ｗ可用来调节SCR门极电压的大小，以达到控制振荡器的频率变化。按图中元件数据，C1取值为0．22～4μF，电路均可正常工作。（3）SCR半波整流稳压电源。

如图4电路，是一种输出电压为＋12V的稳压电源。该电路的特点是变压器B将220V的电压变换为低压（16～20V），采用单向可控硅SCR半波整流。SCR的门极G从R1、D1和D2的回路中的C点取出约13．4V的电压作为SCR门阴间的偏置电压。电容器C1起滤波和储能作用。在输出CD端可获得约＋12V的稳压。（4）SCR全波整流稳压电源。上述的半波整流稳压电源，其缺点是电源的效率低，其纹波也较大。图5的SCR全波整流稳压电源，完全克服了上述的缺点。该电路的输出电压也为12V（也可改接成其他电压输出）。该电路实际是由图4的两个半波整流和稳压电路组合而成。D1、SCR1、D4等工作在交流的正半周；D2、SCR2、D6等工作在交流的负半周，他们共同向输出的C、D端提供电流。电路中的D3、D5起隔离作用，即D3是防止A点交流负半周时，其电流通过R1；D5是防止A点交流正半周时，其电流通过R2的。电路的其他工作过程与上期图4相同。（5）双向可控硅和固体继器(SSR)。

利用双向可控硅BCR制作调光器是BCR最常见的应用，这里不再复述。笔者剖析过一种Sharp（夏普）固体继电器SSR（S201S02型）产品的内部电路，以此说明BCR的应用，如图6所示。由图可见，该SSR产品是由双向可控硅BCR和光耦合交流过零触发电路共同组成的，因此该SSR的效率高（即功耗小）、自身引起的电噪声（脉冲式干扰）很小。利用图6的内部电路，读者完全可以自制SSR，并把他应用到控制电路中，如图7可控制交流（220V）电源的插座电路。图中的光耦合器MOC3041为BCR提供交流过流触发信号。一般MOC3041的输入控制电流约20MA，所以当控制信号为5V时，其限流电阻取270Ω。图中的R2是控制BCR门极（G）触发电流的，该值应随使用BCR型号而调整的，一般6A／700V的BCR，其G极所需的触发电流约10MA，即可可靠触发BCR工作。图中的Z为交流电源插座。当图7中的控制信号输出5V电平时，BCR导通，Z上即有220V的电压输出，反之，Z无输出电压。（6）抑制RF干扰的辅助电路

当电路中使用了可控硅作多种控制电路时，一般应附加抑制RF干扰的辅助电路，尤其是使用了双向可控硅的电路。一般抑制RF干扰的电路是加在交流电源的输入端，如图8所示。电路中的电感L1、L2和电容器C1的值已在图中标注。图3.7晶闸管的工作原理图3.3系统电源设计除了电热装置需要DC220V电源外，系统其他部分需设计直流电源。其中控制电路的MOC3041芯片需要DC5V电源，检测部分的温度传感器需要DC12V电源。电源设计是电路设计很重要关节。它的稳定与否涉及到电路是否能稳定工作。遵照要求需要一个+5V电压和一个+12V电压。LM7805和LM7812都是三端稳压集成电路，LM7805输出是＋5V，LM7812输出是+12V。AC220V经220：15V变压器变压后得到AC15V，经过全桥整流得到DC18V左右电源，再经过LM7812稳压得到DC12V作为电机电源；该DC12V电源滤波后经过LM7805稳压得到DC5V电源。图3.8电源电路3.4总体电路设计完成对各部分电路的设计后，将其进行分析组合，得到图3.10所示完整的总电路图74LS14芯片介绍74LS14是一个6反向器，引脚定义如下图：图3.974LS14芯片A端为输入端，Y端为输出端，一片芯片一共6路，即1，3，5，9，11，13为输入端，2，4，6，8，10，12为输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平，那么输出为低电平。如果输入低电平，输出为高电平。图3.10总设计图

4PCL711B采集卡介绍4.1简介系统选用的是研华公司制造的用于IBM个人计算机和其他兼容机的高性能、高速多功能的数据采集控制卡PCL711B。它提供了A/D转换、D/A转换、数字量输入和数字量输出等I/O功能。PCL711B可实现8路模拟量单端输入,其A/D转换支持3种触发模式软件触发、可编程计时器触发和外部脉冲触发。另外,还具有一个用于读取微弱输入信号的高增益可编程放大器,可对每个输入通道的增益进行编程设置。4.1.1规格(1)模拟量输入（A/D转换）通道：8路单端输入分辨率：12位输入范围：+0.625V，+1.25V，+2.5，+5V,+0.3125V,可编程转换器：AD574或兼容转换时间：25uS（最大）精度：+1LSB非线性度：+1位放大增益：*1、*2、*4、*8或*16，软件可编程触发模式：软件触发、定时器触发或外部触发数据传输：轮询方式或中断方式过载电压：持续+30V（最大）IRQ级：IRQ2-IRQ7(2)模拟量输出（D/A转换）通道：1路模拟输出分辨率：12位输出范围：0+5V或0+10V建立时间：30uS基准电压：内部-5V或-10V（+0.05V）转换器：PM7548GP或兼容线性度：+1/2LSB输出驱动能力：+5mA(最大)(3)数字量输入通道：16路电平：与TTL电平兼容输入电压：低电平：00.8V高电平：最小2V输入负载：低电平：+0.5V@0.4mA(最大)高电平：+2.7V@0.05mA最大）(4)数字量输出通道：16路电平：与TTL电平兼容驱动能力：低电平：8mA@0.5V(最大)高电平：-0.4mA@2.4V(最小)4.1.2一般特性(1)功耗：+5V@500mA(典型)，1.0A（最大）+12V@50mA(典型)，100mA(最大)-12V@14mA(典型)，20mA(最大)(2)工作温度：0°50°C（32°122°） (3)存储温度：-2065°C（-4149°F）(4)工作湿度：5%95%RH，无凝结。(5)接口：1个用于A/D和D/A的20心扁平电缆接口1个用于数字量输入的20心扁平电缆接口1个用于数字量输出的20心扁平电缆接口(6)尺寸：155mm(L)*100mm(H)4.2PCL711B参数设置4.2.1I/O端口设置PCL711B卡占用PC机的16位连续的I/O地址单元,该卡I/O地址的有效范围为000H-3FFH,它的出厂缺省值220H-22FH。在PCL711B卡上有一组DIP开关(称为SW1),用于设置PCL711B卡的I/O端口地址。SW1只调节地址的A9-A4位,A3-A0位已定位为0。4.2.2I/O地址选择大多数外围的设备和接口卡通过你的PC的I/O口来控制。这些设备和卡应被放置在一个适当I/O空间以便它们间和PCL711B没有冲突。注意PCL711B在你的PC的I/O空间爱你使用16位连续地址位置。I/O口基本地址被从DIP开关中选择出来，SW1,板载PCL711B。有效地址是从000H—3F0H（16进制）。出厂默认地址设置是220。经常性的，你可能发现你必须给其他设备提供其中一些空间。如果出现这种情况，你可以通过下面表格提供的信息改变地址。表4-1基本地址设置开关表I/O地址范围开关位置（SW1）（16位）123456A9A000-00F000000100-10F010000200—20F100000201—21F100000220—22F100000300—30F1100003F0—3FF111111NOTE:0=ON1=OFF通过A9对应A4你的电脑的地址线。4.3D/A范围选择PCL711B的输出范围依靠你在jumper，JP1选择的参考电压。参考电压分别被指定作为每-5V或者10V，D/A输出范围从0--+5V或者0--+10V。当需要D/A输出范围是0到5V时，把JP1设置到-5V。图4.1跳闸如果你的应用程序需要一个0—10V的D/A输出范围，把JP1设置到-10V。图4.2跳闸注意：当选择了参考电压-10V，D/A输出最大电压应是+10V。虽然，可能因为你的PC机提供低于11.5V电压给D/A电路本要求的+12V电压资源，导致低于10V。4.4连接针头的分配PCL—711B装备有20针连接头。2个连接头在CN3和CN4位置。CN4用来数字输入，CN3用来数字输出。第三个连接头是CN1，用来模拟输入和输出。每个接口都能用相同型号的带状电缆连接。也能用PCLK-1050工业接线包与D37口连接。下面是每个接口的说明A/D=模拟量输入AGND=模拟量接地D/A=模拟量输出D/O=数字量输出D/I=数字量输入DGND=数字量接地VREF=参考电压源图4.3A/D接口图4.4D/O接口图4.5D/I接口5软件设计5.1程序设计5.1.1温度控制程序设计图5.1温度控制程序流程图本系统对温度控制控制主要是通过对检测采样到的温度值和预定的温度值作比较，进行不断的调整，最终达到预定的目标温度并保持，达到恒温的要求。程序设计可能用到的函数：CStringstrMessage=_T(“数据采集卡信息”);charszErrMsg[80];//数据卡返回的错误信息FLOATfarfVoltage=0;//存放转换后的电压值LRESULTErrCde;//数据卡返回的错误代码LONGDriverHandle=(LONG)NULL;//数据采集卡的句柄.//以下为软件触发方式需用到PT_AIConfigptAIConfig;PT_AIVoltageInptAIVoltageIn;//以下为检查采样过程需用到USHORTgwActiveBuf=0;USHORTgwStopped=0;ULONGgulRetrieved=0;USHORTgwOverrun=0;USHORTgwHalfReady=0;USHORTgwOverrun2=0;//FAITransfer返回的值unsignedshortdata[2000];//用来存放正在采集的数据unsignedshort3pdata=data;unsignedshortdata[2000];//用来存放正在采集的数据unsignedshort3pdata=data;FLOATfarDataVoltage[2000];//存放从buffer读进来的数据(浮点型的电压值)FLOATfar3pDataVoltage=DataVoltage;//升压触发信号的采集采用软件触发的形式if((ErrCde=DRV_DeviceOpen(0,(LONGfar3)&DriverHandle))!=SUCCESS){DRV_GetErrorMessage(ErrCde,(LPSTR)szErrMsg);MessageBox((LPCSTR)szErrMsg,strMessage);DRV_DeviceClose((LONGfar3)&DriverHandle);return;}ptFAIIntStart.buffer=(USHORTfar3)pdata;//存放正在采集的数据intmain(void){intiKeyValue;status=system_temperature_set;System_Initial();PIDinit(); while(1){ iKeyValue=SP_GetCh(); //取键值 key_value_process(iKeyValue); //键值处理 if(status==system_temperature_control) display_temperature();//测量温度显示PID计算 System_ServiceLoop();//键盘扫描if(fOut<=0)turn_off_timerB();}}voiddisplay_temperature(void){floatfT,K;unsignedshortdata;staticintsiTlast=0; if(flag){//判断是否有温度采样1，有0，无 flag=0; buff_data=data_cmp();//计算温度平均值 if(buff_data>0x0255)K=0.079;//确定温度系数 elseK=0.076; fT=buff_data*K;//换算成温度值 guiLED_Value[0]=(int)fT/10; //将温度值转换成十进制用于LED显示 guiLED_Value[1]=(int)fT%10; guiLED_Value[2]=(int)(fT*10)%10;stPID.Proportion=1.5;//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=PIDCalc(&stPID,(int)(fT*10));//PID计算active(); }}voidactive(){ if(fOut<=0){ turn_off_thyristor();//温度高于设定值，关闭电饭锅 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_thyristor();//开电饭锅加热 else{turn_on_thyristor();SP_INT_TIMEB();}//初始化定时器，开始定时加热 }}intdata_cmp(){intmax;intmin;intSum;inti;max=ptFAIIntStart.Buffer[1];for(i=1;i<11;i++){ if(ptFAIIntStart.buffer[i]>max) max=ptFAIIntStart.buffer[i];//取出最大值}min=ptFAIIntStart.buffer[i];for(i=1;i<11;i++){ if(ptFAIIntStart.buffer[i]<min) min=ptFAIIntStart.buffer[i];//取出最小值}for(i=1;i<11;i++)Sum+=ptFAIIntStart.buffer[i];//累计值Sum=Sum-max-min;//排除最大最小值return(Sum);}voidkey_value_process(intkey){ intiAddr; switch(key){ case0:break; case1: if(status==system_temperature_set){//温度设置状态下 guiLED_Value[0]++;//温度值增加 if(guiLED_Value[0]==10) guiLED_Value[0]=0; } break;}}5.1.2界面设计通过设计一个简单友好界面，能够实现更直观的人机操作。本次设计是在DOS下选择用TurboC++进行图形编程，TurboC提供了非常丰富的图形函数，所有的函数原型都在graphics.h中。程序如下：#include<stdio.h>#include<graphics.h>main(){intgdriver,gmode;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver,&gmode,"c:\\TC30");clrscr();voidwindow(1,1,80,25);textbackground(LIGHTBLUE);/*定义整个屏幕背景颜色为淡蓝*/clrscr();interface();/*调用界面子函数*/voidInitialization();window(20,5,50,20);/*定义一个窗口*/textbackcolor(WHITE);textcolor(BLACK);/*定义背景为白色，字体为黑色*/clrscr();rectangle(23,8,34,17);rectangle(28,10,33,11);rectangle(30,12,31,13);rectangle(30,15,31,16);textbackcolor(LIGHTGRAY);textcolor(RED);getch();getfillsettings(&save);closegraph();clrscr();printf("Thepatternis%d,Thecoloroffillingis%d",save.pattern,save.color);getch();}5.1.3PID运算程序设计采用PID调节控制的优点如下:（1）比例环节:作用快，无滞后。只要一有偏差，立即就能给出相应的调节作用，它能及时克服扰动，使被调参数稳定在给定值附近。加大比例系数可以提高系统对偏差的分辨率，提高系统的调节精度。缺点是对具有自平衡性的控制对象有余差(自平衡性是指系统阶跃响应终值为一有限值)，扰动出现后，比例调节的结果使被调量不能回到给定值，只能恢复到给定值附近。对带有滞后的系统，可能产生振荡，动态特性也差。比例系数过大会产生较大的超调,甚至导致系统不稳定:若取的过小，可以减小系统的超调量，增大稳定裕度，但会降低系统的调节精度，使过渡时间延长。（2）积分环节:提高系统的抗干扰能力，消除系统的静态误差。适用于有自平衡性的系统。只要有偏差存在，输出调节信号就不断动作，直到把偏差信号消除。但它有滞后现象，使系统的响应速度变慢，超调量变大，并可能产生振荡。加大积分系数有利于减小系统的静差，但过强的积分作用会使超调增大。（3）微分环节：阻止偏差的变化，偏差变化越快，微分调节器的输出也越大。因此微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。它加快了系统跟踪的速度。适当选择微分常数TD的大小，对恰当实现上述微分作用是至关重要的。图5.2模拟PID控制模拟PID调节器的框图如图5.2所示，图中是设定值，y为系统输出，e=-y构成控制偏差，为PID控制器的输入，u为PID控制器的输出，也是被控对象的输入。模拟PID调节器的控制规律为：(5-1)——比例系数；——积分系数；微分常数。在单片机的应用中，可选的控制算法很多，但常用的仍是数字PID算法。最优控制理论可以证明，PID控制能满足相当多工业对象的控制要求。离散化后的PID算式为：(5-2)式中，K是比例系数；是偏差为零时的控制作用；是积分时间；是微分时间；是设定值与实际输出值构成的控制偏差。PID调节程序框图如图5.3所示：图5.3PID调节程序框图程序如下:typedefstructPID{doubleSetPoint;//设定目标doubleProportion;//比例常数doubleIntegral;//积分常数doubleDerivative;//微分常数doubleLastError;//误差Error[k-1]doublePrevError;//误差Error[k-2]doubleSumError;//误差的和}PID;//PID的计算部分doublePIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint){doubledError,Error;Error=pp->SetPoint-NextPoint;//计算当前偏差pp->SumError+=Error;//积分《总偏差》dError=pp->LastError-pp->PrevError;//当前微分pp->PrevError=pp->LastError;pp->LastError=Error;//三个误差值移位return(pp->Proportion*Error//比例项 +pp->Integral*pp->SumError//积分项 +pp->Derivative*dError);//微分项}//初始化PID参数*********************voidPIDInit(PID*pp){memset(pp,0,sizeof(PID));}enumsystem_status{system_temperature_set,system_temperature_control};enumsystem_statusstatus;5.2PID程序调试：5.2.1参数选择方法在数字PID控制中，如果采样周期选得比较小，则PID控制参数、，。可按模拟PID控制器中的方法来选择。在对温度的控制中，首先要求系统是稳定的。在给定值变化时，被控量应能迅速、乎稳地跟踪。越调量要小。在各种干扰下。被控量应能保持在给定值附近。另外。控制变量不宣过大，以避免系统过载。显然，上述要求要都满足是很困难的。因此。必须根据具体的实际情况。抓主要方面，兼顾其他方面。在选择控制器参数前。应首先确定控制器结构，以保证被控系统的稳定。并尽可能消除静态误差。PID参数的选择有两种可用方法：理论设汁法和试验确定法。理论设计法确定PID按制参数的前提，是要有被控对象明确的数学模则，这在实际控制中往往很难做到。因此，用下列两种试验确定法来选择PID控制参数，就成为目前经常采用的。并且是行之有效的方法。（1）凑试法凑试法是通过模拟或闭环运行系统。来观察系统的响应曲线，然后根据各控制参数对系统响应的大致影响，来改变参数，反复凄试。直到认为得到满意的响应为让。凄试前，要先了解PID控制器参数值对系统的响应有哪些影响。增大比例系数：可以加快系统的响应速度，有利于减少静态误差；但是，过大的比例系数会使系统有较大的超调，因此产生振荡。破坏系统的稳定性。增大积分常数：会有利于减小超调。减少振荡，使系统更稳定；但系统静态误差的消除将随之减慢。增大微分常数：也可以加快系统的响应。使超调量减少，稳定性增加；但系统的抗干扰能力降低。在考虑了参数对控制过程的影响后，凑试时，可按先比例—后积分一再微分的顺序反复调试参数。具体步骤如下：①首先只调整比例部分，将比例系数由小变大，并观察系统所对应的响应，直到得到响应快、超调旦小的响应曲线为止。如果这时系统的静态误差已在允许范围内，并且达到1/4衰减度的响应曲线(最大超调衰减到1/4时，已进入允许的静态误差范围)，那么只需用比例环节即可，比例系数可由此确定。②如果在比例调节的基础上。系统的静态误差还达不到设计要求，则必须加入积分环节。积分常数在凑试时，先给一个较大使，并将上一步调整时获得的比例系数略微减小(例如取原值的80％)。然后逐渐减小积分常数进行凑试，并根据历获得的响应曲线进一步调试比例系数值和积分常数值v直到消除静态误差，并且保持良好的动态性能为止。③如果使用比例积分环节虽然消除了静态误差，但系统的动态性能仍不能令人满意，这时可加入微分环节。在凄试时，可先给一个很小的微分常数，以后逐渐增大，同时相应地改变比例系数和积分常数，直到获得满意的效果为止。注意：所谓“满意”的效果，是根据被控对象的不同和对控制要求的不同。而得到的相对满意程度。因为比例、积分、微分三者的控制作用有相互重叠之处。某一环节作用的减小往往可以由其他环节作用的增加来补偿。因此，能达到“满意”效果的参数组合并不是惟一的。（2）经验法用凑试法确定PID参数需要经过多次反复的试验，为了减少凄试次数，提高工作效率，可以借鉴他人的经验。并根据一定的要求，事先作少量的试验。以得到若干基准参数。然后按照经验公式，用这些基淮参数导出PID控制参数，这就是经验法。临界比例法就是一种经验法。这种方法首先将控制器选为纯比例控制器，并形成闭环，改变比例系数。使系统对阶跃输入的响应达到临界状态，这时记下比例系数、临界振荡周期为，根据Ziegler-Nichols提供的经验公式。就可以由这两个基准参数得到不同类型控制器的系数，如表5-1所示。表5-1临界比例法确定的模拟控制器参数控制器类型P0.5PI0.450.85PID25.2.2采样周期的选择数字PID控制算法是模仿连续系统的PID控制器。在近似离散化的基础，通过计算机实现数字控制。这种控制方式要求采样周期要足够短，一般要远小于系统的时间常数，这是采用数字PID控制器的前提。采样周期越小，数字控制效果就越接近连续控制。采样周期的选择要受到多方面因素的影响,在实际选择采样周期时，必须从需要和可能两方面综合考虑，一般要考由的因素如下：（1）从调节品质和数字PID算法要求方面考虑。采样周期应取得短些。一般来说。控制精度要求越高，采样周期应该越短。采样周期应比被控对象的时间常数小得多，否则，采样信号无法反映系统的瞬变过程。（2）为了使连续信号采样后输入计算机而不失真，应根据香农(Shannon)采样定理，采样周期需要满足下列关系式:（5-3）式中为被采样信号的最高频率。由于很难准确确定，所以如香农定理选择采样周期。实际取用的还须要放大4-6倍。（3）从控制系统的动态性能和抗干扰性能来考虑，也要求采样周期短些。这样，给定值的改变可以迅速地通过来样得到。而不至于在控制中产生较大的延迟。此外。对低频扰动，采用短的采样周期可以迅速加以校正。（4）从执行元件的响应速度和要求来看，有时需要输出信号保持件响应速度侵，那么过短的采样周期往往没有必要。（5）一般要求采样周期长些，以保证能有充分的实时运算时间和处理时间。（6）从精度方面考虑，过短的采样周期是不实际的。如果采样周期过短。前、后两次采样信号的数值接近，而无法区分，使控制作用减弱。此外，在用积分项消除静态误差的控制算法中，如果采样周期太短。将会使积分部分的增益（/）过低，当偏差小到一定限度以下时。增量算法中（）的就有可能受计算精度的限制而始终为0，积分部分起不了消除静态误差的作用。因此。采样周期的选择必须足够长。使因计算精度造成的积分静态误差减小到可以接受的程度。从以上分析可以看到，各种因素对采样周期的要求是不同的，甚至是相互矛盾的，因此。必须根据具体情况和要求综合作出选择。

6水温电热装置分析水温电热装置的选择：可选用热得快等电阻丝加热方式，电饭锅加热和电壶加热。考虑到电热装置如果选择的功率过大，会造成工作电路中电流过大，随之产生的尖端脉冲较大，可能会使晶闸管烧掉。因此本系统选用300w的电饭锅作为水温电热装置。下面是对该装置进行介绍：结构介绍首先，我们看一下这种电饭锅有哪些主要结构，电饭锅主要由内锅(胆)、外壳、发热板和温控器构成。(用己拆开的电饭锅介绍)分析原理其次，我们重点看看它是根据什么原理来煮饭的，其实电饭锅来源于这种最简单的电炉，电热丝在电流作用下产生热。在电炉的基础上人们把电热丝加工制成管状的电热管，再把它埋铸在铝合金板内，形成这样的发热板。这样，就形成了最原始的电饭锅。分析限温器但是，这种电饭锅存在很多缺点，比如饭煮熟后，它不能自动，饭熟后发热板继续发热，这不仅会把饭烧焦，而且可能会造成危险。人们为了克服这一缺点，在电路中接一个限温器，饭煮熟时，它会自动断开，发热盘停止发热，起到限温作用。它主要由感温软磁铁和永久磁铁构成。感温软磁铁与受热面固定在一起，内锅底部的热量直接通过受热面传递给它，当温度低于103℃时，感温软磁铁和永久磁铁一样具有磁性，当温度高于103℃时，感温软磁铁会突然失去磁性。煮饭时用手按动启动开关，通过传动杆使永久磁铁和软磁铁吸合，其吸力大于弹簧的弹力和永久磁铁的自身重力，所以(对软黑板上原理图进行分析)永久磁铁不会落下，触点闭合，电路接通，发热板开始发热。当饭煮熟后，温度继续上升，当达到103℃时，软磁铁突然失去磁性，永久磁铁在自身重力及弹簧的弹力作用下落下，通过传动杆使触点分开，电路断开，发热板停止发热。这