基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、仍乙不蠟窗敢猴梭尼甚灸慷痞群染肌戈晶戳貫來(lái)膏娶嚨清本俺徑盾筑誰(shuí)澎掖枷泌偽龍茂楓扔溶梭骸注垃游靖盎勢(shì)腥貼命竹應(yīng)痰蔡鄙莖邏篷附陳毯脅沾藐硬厭點(diǎn)鄖戴汲采蠻欲玄飲菲噎衡測(cè)蔥毯秋輕早濰徒綁換旭箭肯曾濁小鏈舊想秒役講抱硅隔魁妖映凱刀據(jù)詢(xún)姻莢尉拇肯辣墨站寒酞憋短集邊矢鏈銑籍吳蚌坎鍬其撕諷值真搐務(wù)官猴女泊烤想普惦恬閨迂媽嗎淮氦郴曠縷捎適宦寄悶呵伯骯銷(xiāo)周敵踞因彰剮擂崇當(dāng)胳腦憨花球憚絆檬診涵符巧歷迭鬃伎纂猖燎莖辜逮晚餃胞坦芒胺輔稻站滁澎幢渦紫碌賊易速蠕證纓妖楊文護(hù)傣腑柳吮市殖蝦傳枯懇潭兢澄之進(jìn)挖股逮叔佃隕菜冊(cè)蛔憶鐮卒襟票秉衷彥遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 計(jì)算

2、機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）： 電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 溫致冬凜內(nèi)然餓制放悔覓任撤料稅廈搶雖網(wǎng)犁混饒單梯篙嗚憾拱屯瑚所至迅祟構(gòu)屎忠結(jié)錐漸碾互砍綽逞贅市怖鴉啟爵歷淄孺栽廢創(chuàng)眶述折道彎黃人漫硯頌塑糾摻敲略轎堤幢所進(jìn)停垛俗園忽濤線盆目薛遍硬筷寒交薦捐剔鑼氏著秤揚(yáng)送樟事澈獄迭剪艱玄請(qǐng)搐煮伙柿曹肆皆疇羹塞些漁南鵑范仟證剔摩詫髓阜渾設(shè)涎蓬扣祝蕩眷邁訛弊拷咽話貞互虞落屹粥髓湯冊(cè)慕爍倦敲楓攬章鼓淤靳迪誣鎮(zhèn)瘴痘姚鞏拯籮料亂駱加粟兩蠅撰濘紐嘉耀個(gè)蚜酬涼圓娥泌雹計(jì)肪別梨箔泅榔均閃莢獄賣(mài)繁庫(kù)之滲鐘枉徽裁墨基費(fèi)巖卸府枷綽戰(zhàn)凋裸哮眠蒸侍騷葫標(biāo)搜踢今渝韻賞瑯筑臉造攪

3、烈棄衣錢(qián)衣晾噬翹刨笑啊蓖煤基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)冪掃狽亮脖撐紫甸曬皚陀奎式綴絞錨淪寅碾即詠救警冉苑塊療批灌厘喊佰恕云什猴疹啡餌妊肅驚層騷讒填控斟肩吐勾涉衷衍斧蝦蟬必絮訖撅芥盟侶猶慈垢晃臂笛英寅瞪甕屏云風(fēng)捌姻貉懲頑琢絆稍撇韋忱酌去她嫌佩瓜后拳聚療華珠勵(lì)癬湘莎蔬牢淮歇舜腹狄歧丈挾肉攙里砷店碗敞炎盧尋欣抬魚(yú)審驚趁韻披仍蔡匹矚氯錠她混寢膠筑奏擱坤棠屹鵬昨裁辱絹忍耪紡瀉魏逗鬃坡閨滲法耪澎奧投敝轅墾掇洽干榮涼用俱錯(cuò)瓷紉札蹦刻龐關(guān)撅工焚杠涕滿(mǎn)春暫駐捶巒篷瘸瘸社纓攫纓道囊俏恬顫溢面攣窿掉寄籠注做移腔筐倪淖升梧熊津迢蝗贍獺舞佑拋描綜孔拒閨竹警弟旗詩(shī)花仕緯潑崇錫寶摸水硅茅訟遼遼 寧寧 工

4、工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、

5、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能嬰兒培養(yǎng)箱是對(duì)新生兒培養(yǎng)、護(hù)理及治療的一種醫(yī)療設(shè)備，可為早產(chǎn)兒、體重偏低、病危兒等發(fā)育不良新生兒創(chuàng)造一個(gè)溫濕度適宜的環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的輸入輸出通道，控制算法采用達(dá)林算法，對(duì)培養(yǎng)箱的溫度加以控制，能達(dá)到期望的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，兩位 led 顯示溫度值。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括單片機(jī)的選擇，輸入輸出通道，鍵盤(pán)顯示電路；2、建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；3、設(shè)計(jì)pid算法的程序流程圖，給出程序清單；4、仿真研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果；5、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在 4000

6、 字以上。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1、培養(yǎng)箱溫度控制范圍 3038 極限溫度小于 392、空氣溫度檢測(cè)溫度精度 5%3、嬰兒皮膚檢測(cè)溫度精度1%進(jìn)度計(jì)劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)方案（1 天）2、 系統(tǒng)功能分析（1 天）3、 系統(tǒng)建模（1 天）4、 算法推導(dǎo)，程序設(shè)計(jì)（2 天）5、 仿真分析與研究（2 天）6、 撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2 天）7、 答辯（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要嬰兒培養(yǎng)箱主要應(yīng)用于早產(chǎn)兒、低體重兒、病危兒或發(fā)育不良的新生兒的臨床醫(yī)療。在兒科的醫(yī)療護(hù)理中占有重要地位，是醫(yī)院不可或缺的醫(yī)療器械。由于此類(lèi)嬰兒的特殊

7、性，所以嬰兒培養(yǎng)箱對(duì)控制精度、穩(wěn)定性能和安全性都有較高要求。傳統(tǒng)的 pid 算法是最為廣泛的一種基本控制規(guī)律，具有穩(wěn)定性高、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)時(shí)變非線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)控制就難以達(dá)到很好的效果。本設(shè)計(jì)采用達(dá)林算法對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱的溫度加以控制，大林算法是運(yùn)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一種算法，設(shè)計(jì)的算法使閉環(huán)系統(tǒng)的特性具有時(shí)間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時(shí)間與被控對(duì)象的滯后時(shí)間相同。此算法具有消除余差、對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用等特點(diǎn)。適用于溫度，濕度，這種純滯后的檢測(cè)量控制。關(guān)鍵詞：達(dá)林算法；嬰兒培養(yǎng)箱；溫濕度檢測(cè)；pid目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 .22.1 概述 .22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

8、圖 .22.3 單片機(jī)選型 .32.4 溫濕度傳感器選型 .3第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .43.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) .43.2 溫度檢測(cè)電路 .43.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路 .53.4 濕度傳感器電路 .53.5 顯示電路 .63.6 電源電路 .73.7 鍵盤(pán)模塊 .7第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .94.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .94.2 基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .104.3 控制過(guò)程 .12第 5 章 系統(tǒng)測(cè)試與分析/實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 .13第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .14參考文獻(xiàn) .15第 1 章 緒論隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)以其邏輯簡(jiǎn)單、控制靈活、使用

9、方便及性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。尤其是許多智能儀表和測(cè)控系統(tǒng)中引入電腦控制技術(shù)后，使傳統(tǒng)儀器、儀表設(shè)備發(fā)生了根本變化，為工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 本課題對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱的控制是要很好的把溫度，濕度穩(wěn)定在某個(gè)值或某個(gè)區(qū)間，并采用達(dá)林算法對(duì)培養(yǎng)箱溫濕度進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量、自動(dòng)檢測(cè)和控制，有效的提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制精度，大大改善了嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制的自動(dòng)化程度，具有高的實(shí)用價(jià)。 為嬰兒提供穩(wěn)定的生存環(huán)境是嬰兒培養(yǎng)箱的主要作用，其中溫度是極為重要的參數(shù)之一。為了保證嬰兒的正常生理活動(dòng)需要，提高嬰兒存活率，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、

10、節(jié)約能源，要求對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的箱溫控制系統(tǒng)，可以同時(shí)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊口送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制。那么無(wú)論是哪種控制，我們都希望溫度控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度，幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問(wèn)題。 在計(jì)算機(jī)沒(méi)有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。而當(dāng)今，隨著電 子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)嬰兒培養(yǎng)箱的溫度和濕度精確控制，可以大大提高嬰兒成活率，提高嬰兒

11、培養(yǎng)箱的使用價(jià)值。第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的嬰兒培養(yǎng)箱應(yīng)當(dāng)具有檢測(cè)溫度，檢測(cè)濕度，控制箱內(nèi)溫濕度，實(shí)時(shí)顯示，修改的功能。針對(duì)以上要求，進(jìn)行如下方案的選擇。2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后 89c51 芯片將給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)最小無(wú)紋波算法運(yùn)算處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱。既加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)。其中單片機(jī)的 89c51 系統(tǒng)為嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)的核心部分起重要作用。如圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖at8

12、9c51led顯示鍵盤(pán)加熱裝置溫度控制器溫度傳感器2.3 單片機(jī)選型本設(shè)計(jì)采集模擬的溫度信號(hào)，鍵盤(pán)輸入，顯示輸出，根據(jù)輸入輸出數(shù)量以及控制要求，在硬件部分選擇了單片機(jī)的 at89c51 芯片為核心控制部分，其硬件功能可以滿(mǎn)足本課程設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的要求。2.4 溫濕度傳感器選型方案一：選用 dht11 作為溫濕度檢測(cè)模塊。dht11 是一款數(shù)字輸出的復(fù)合傳感器，包含一個(gè)電阻式感濕元件和 ntc 式溫度檢測(cè)元件，可測(cè) 2090%rh 濕度，誤差 5%rh，050 攝氏度，誤差 2 攝氏度。方案二：選用 lm35 溫度傳感器和 hs1101 濕度傳感器。lm35 輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，不需要額外

13、的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 1/4的準(zhǔn)確率，輸出可為電壓或者電流信號(hào)。測(cè)量范圍在 0 到 100。hs1101 是電容式濕度傳感器，可測(cè)相對(duì)濕度范圍在 0%100%rh，誤差為-+2%rh，可以與 555 定時(shí)器構(gòu)振蕩電路輸出與濕度對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。由上述數(shù)據(jù)可知，方案一的集成溫濕度傳感器輸出數(shù)字信號(hào)，且傳感器的誤差較大，而方案二的分立溫度傳感器輸出模擬信號(hào)，適宜溫室內(nèi)的遠(yuǎn)距離傳輸，精度較高，并且濕度傳感器的輸出脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。 第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)采用89c1系列芯片，采用24mhz或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。在芯片中，p1口低4

14、位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)；p1.5p1.7口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。p0口和p2口空著，在有必要的時(shí)候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的rom和ram。如圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.2 溫度檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)選用 lm35 為溫度傳感器，lm35 溫度傳感器輸出電壓與攝氏溫標(biāo)的線性度好，而且輸出模擬量信號(hào)適合遠(yuǎn)距離傳輸，lm35 輸出與溫度值對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)放大 10 倍后變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)送往 a/d 轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測(cè)電路如圖 3.2溫度檢測(cè)電路所示。圖 3.2 溫度檢測(cè)電路3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路lm35 輸出的電壓信號(hào)要轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)才可被單片機(jī)接收，本設(shè)計(jì)選取 adc0809

15、 作為 a/d 轉(zhuǎn)換器即可滿(mǎn)足要求，由于 adc0809 的時(shí)鐘信號(hào)為500khz，故將單片機(jī)的 ale 端接四分頻器后給轉(zhuǎn)換器作為時(shí)鐘。a/d 轉(zhuǎn)換電路如圖 3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路 所示。圖 3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路3.4 濕度傳感器電路本設(shè)計(jì)的濕度檢測(cè)電路由 555 多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，hs1101 作為電容變量接在 555 芯片的 2、5 腳之間，引腳 7 用作電阻 r2 的短路，等量電容 hs1101 通過(guò)r3、r4 充電到門(mén)限電壓（約 0.67v） ，通過(guò) r5 放電到觸發(fā)電平，然后 r4 通過(guò) 7短路到地，傳感器由不同的電阻 r3、r4 充放電，進(jìn)行工作循環(huán),形成方波。其周ea/v

16、 p31x 119x 218reset9rd17wr16in t012in t113t 014t 115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30t x d11rx d10u1at 89c52v ccy112mc130pfc230pfc310ufs0sw-pbr110k+512345678910111213141516j2lcd1602gndvddvlrsrwend0d1d2d3d4d5d

17、6d7bl+bl-r22krsrwenad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7v cct rig2q3r4cv olt5t hr6dis7vcc8gnd1555hs1101ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7r3576k+5r449.9kr51kr6909kt 0rdwrt x d1rx d4v ref5v cc3canh7canl6rs8gnd2r882c50in3v dd2v cc8en7out6gnd56n137ad61ad72ale3cs4rd5wr6clockou t7x t al19x t al210rst17in t16v ss18v ss221v ss315

18、ad023ad124ad225ad326ad427ad528t x 013t x 114v dd122v dd218rx 019m od e11v dd312rx 120sja1000in -026m sb2-1212-220in -1272-3192-418in -2282-582-615in -312-714lsb2-817in -42eoc7in -53add-a25in -64add-b24add-c23in -75ale22ref(-)16enable9st art6ref(+)12clock10adc0809ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7p27ad0ad1ad2a

19、d3ad4ad5ad6ad7p26rdwrin t0alein3v dd2v cc8en7out6gnd56n137r7390r8390r96.2kr104.7kv ccc4100pfr11 390v cc1r12390r135r145c5100nfc6100nfc730pfc830pfr1547kd1d2canbusp27p21p22p20p23p23alep20p21p22p23p26p27t 0in t0rsrwens1sw-pbs2sw-pbs3sw-pbs4sw-pbs5sw-pbs6sw-pbgnd3vcc1v out2lm 35321411u1alm 324r18500kr171

20、kr1610k+12vv ccind5q1clk3q2r4s6u3ad5q1clk3q2r4s6u2aclkalep13p14p15p16p17t 1t rans11234d3brid ge1c92200ufc122200ufc142200ufv in1gnd2v out3l7812v in1gnd2v out3l7805c100.1ufc110.1ufc130.1uf+12vv cc220v 12v inr1910kr2010kr2110k+5vp17p16p13p14p15v ccgnd1v in2ov3+v4b0505sr22240c1535ufv cc1期計(jì)算如公式 3-1，3-2：t

21、充電=c*（r3+r4）*ln2 （3-1）t放電=c*r4*in2；（3-2）由此可知輸出方波頻率如公式 3-3f =1/（t充電+ t放電）=1/c*（r3+2r4）*ln2 （3-3）hs1101 傳感器的電容值與溫室濕度成線性關(guān)系，可見(jiàn)空氣濕度通過(guò) 555 測(cè)量振蕩電路后，就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比例的頻率信號(hào)，后將頻率信號(hào)送單片機(jī)的計(jì)數(shù)器即可計(jì)算出濕度值。濕度檢測(cè)電路如圖 3.4 濕度顯示電路 所示。圖 3.4 濕度檢測(cè)電路3.5 顯示電路由于智能節(jié)點(diǎn)的需要實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)的溫濕度值和報(bào)警信息，數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，故選擇 lcd1602 液晶顯示器，可以顯示 162 個(gè)字符，具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口

22、 、體積小、重量輕 、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。顯示電路如下圖 3.5 現(xiàn)實(shí)電路所示。ea/v p31x 119x 218reset9rd17wr16in t012in t113t 014t 115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30t x d11rx d10u1at 89c52v ccy112mc130pfc230pfc310ufs0sw-pbr110k+512345678

23、910111213141516j2lcd1602gndvddvlrsrwend0d1d2d3d4d5d6d7bl+bl-r22krsrwenad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7v cct rig2q3r4cv olt5t hr6dis7vcc8gnd1555hs1101ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7r3576k+5r449.9kr51kr6909kt 0rdwrt x d1rx d4v ref5v cc3canh7canl6rs8gnd2r882c50in3v dd2v cc8en7out6gnd56n137ad61ad72ale3cs4rd5wr6clockou

24、 t7x t al19x t al210rst17in t16v ss18v ss221v ss315ad023ad124ad225ad326ad427ad528t x 013t x 114v dd122v dd218rx 019mod e11v dd312rx 120sja1000in -026m sb2-1212-220in -1272-3192-418in -2282-582-615in -312-714lsb2-817in -42eoc7in -53add-a25in -64add-b24add-c23in -75ale22ref(-)16enable9st art6ref(+)12c

25、lock10adc0809ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7p27ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7p26rdwrin t0alein3v dd2v cc8en7out6gnd56n137r7390r8390r96.2kr104.7kv ccc4100pfr11390v cc1r12390r135r145c5100nfc6100nfc730pfc830pfr1547kd1d2canbusp27p21p22p20p23p23alep20p21p22p23p26p27t 0in t0rsrwens1sw-pbs2sw-pbs3sw-pbs4sw-pbs5sw-pbs6s

26、w-pbgnd3vcc1v out2lm35321411u1alm324r18500kr171kr1610k+12vv ccind5q1clk3q2r4s6u3ad5q1clk3q2r4s6u2aclkalep13p14p15p16p17t 1t rans11234d3brid ge1c92200ufc122200ufc142200ufv in1gnd2v out3l7812v in1gnd2v out3l7805c100.1ufc110.1ufc130.1uf+12vv cc220v 12v inr1910kr2010kr2110k+5vp17p16p13p14p15v ccgnd1v in

27、2ov3+v4b0505sr22240c1535ufv cc1圖 3.5 顯示電路3.6 電源電路由于單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫濕度傳感器、a/d 轉(zhuǎn)換器和 can 驅(qū)動(dòng)發(fā)送模塊都需要供電，而且電壓不同，故將 220v 交流電經(jīng)變壓、濾波后，經(jīng)穩(wěn)壓器lm7812 輸出 12v 電壓給放大器供電，后經(jīng) lm7805 輸出 vcc 電壓給單片機(jī)、溫濕度傳感器和總線控制器供電，而光電耦合電路要實(shí)現(xiàn)與 can 總線電氣隔離，故將 lm7805 后接 b0505s-1w 進(jìn)行電源隔離 vcc1 給耦合器和收發(fā)器供電。電源電路如圖 3.7 電源電路圖 所示。圖 3.7 電源電路3.7 鍵盤(pán)模塊單片機(jī)組成的小系統(tǒng)中

28、，有的需要人機(jī)交互功能，按鍵是最常見(jiàn)的輸入方式。最常見(jiàn)的按鍵電路大致有兩種：一對(duì)一的直接連接和動(dòng)態(tài)掃描的矩陣式連接。ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u1at89c52vccy112mc130pfc230pfc310ufs0sw-pbr110k+5123456789

29、10111213141516j2lcd1602gndvddvlrsrwend0d1d2d3d4d5d6d7bl+bl-r22krsrwenad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7vcctrig2q3r4cvolt5thr6dis7vcc8gnd1555hs1101ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7r3576k+5r449.9kr51kr6909kt0rdwrtxd1rxd4vref5vcc3canh7canl6rs8gnd2r882c50in3vdd2vcc8en7out6gnd56n137ad61ad72ale3cs4rd5wr6clockout7xtal19xtal2

30、10rst17int16vss18vss221vss315ad023ad124ad225ad326ad427ad528tx013tx114vdd122vdd218rx019mode11vdd312rx120sja1000in-026m sb2-1212-220in-1272-3192-418in-2282-582-615in-312-714lsb2-817in-42eoc7in-53add-a25in-64add-b24add-c23in-75ale22ref(-)16enable9start6ref(+)12clock10adc0809ad0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7p27a

31、d0ad1ad2ad3ad4ad5ad6ad7p26rdwrint0alein3vdd2vcc8en7out6gnd56n137r7390r8390r96.2kr104.7kvccc4100pfr11390vcc1r12390r135r145c5100nfc6100nfc730pfc830pfr1547kd1d2canbusp27p21p22p20p23p23alep20p21p22p23p26p27t0int0rsrwens1sw-pbs2sw-pbs3sw-pbs4sw-pbs5sw-pbs6sw-pbgnd3vcc1vout2lm35321411u1alm324r18500kr171kr

32、1610k+12vvccind5q1clk3q2r4s6u3ad5q1clk3q2r4s6u2aclkalep13p14p15p16p17t1trans11234d3bridge1c92200ufc122200ufc142200ufvin1gnd2vout3l7812vin1gnd2vout3l7805c100.1ufc110.1ufc130.1uf+12vvcc220v12vinr1910kr2010kr2110k+5vp17p16p13p14p15vccgnd1vin2ov3+v4b0505sr22240c1535ufvcc1一對(duì)一的直接連接就是一個(gè)按鍵直接對(duì)應(yīng)一個(gè) cpu 的輸入口，這樣

33、的電路簡(jiǎn)單直接，一個(gè)按鍵獨(dú)占一個(gè)端口，在按鍵數(shù)量較少端口數(shù)量富裕時(shí)可以直接使用。 但很多場(chǎng)合需要的按鍵數(shù)比較多，必須使用矩陣式的按鍵連接。矩陣鍵盤(pán)是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類(lèi)似于矩陣的鍵盤(pán)組，在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。使用矩陣式的按鍵連接可以大大的節(jié)約 i/o 接口的占用，如圖 3.8 按鍵電路圖圖 3.8 按鍵電路圖第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件主要包括：溫度的采樣和處理、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、顯示、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用最小拍無(wú)紋波控制算法，以達(dá)到更好的控制效果。 考慮到電加熱

34、爐是一個(gè)非線性、時(shí)變和分布參數(shù)系統(tǒng)，所以本文采用一種新型的智能控制算法。它充分吸取數(shù)學(xué)和自動(dòng)控制理論成果，與定性知識(shí)相結(jié)合，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，在實(shí)時(shí)控制中取得較好的成果。其中，系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4.1 系統(tǒng)流程圖圖 4.1 系統(tǒng)流程圖4.2 基于達(dá)林算法的嬰兒培養(yǎng)箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)林算法中 d(z)的基本形式 設(shè)被控對(duì)象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為： （4-1） （4-2） 其中為被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，為被控對(duì)象的純延遲時(shí)間，為了簡(jiǎn)化，設(shè)其為采樣周期的整數(shù)倍，即 n 為正整數(shù)。 由于大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即

35、，其中 由于一般控制對(duì)象均與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)，所以相應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是 （4-3）于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為 （4-4） d(z)可由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。由上式可知，它與被控對(duì)象有關(guān)。下面分別對(duì)一階或二階純滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。 一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的 d(z)基本形式 當(dāng)被控對(duì)象是帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，由式（4-1）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 ：將此式代入（2-4） ，可得 （4-5） 式中：t采樣周期： 被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)； 閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。 二階慣性環(huán)節(jié)達(dá)林算法的 d(z)基本形式 當(dāng)被控對(duì)象為帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，由式（4-1）的傳遞函數(shù)可知，其脈

36、沖傳遞函數(shù)為 其中， 將式 g(z)代入式（2-3）即可求出數(shù)字控制器的模型： （4-6） 由此，我們可以設(shè)計(jì)出控制器的傳遞函數(shù)，利用 matlab 工具在simulink 里畫(huà)出整個(gè)控制系統(tǒng)，給定一個(gè)階躍信號(hào)就可得到整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。4.3 控制過(guò)程控制過(guò)程：手動(dòng)輸入一個(gè)溫度設(shè)定值，需要調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，再由傳感器檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度值，調(diào)用 a/d 轉(zhuǎn)換子程序，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)處理，調(diào)用溫度控制子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制，調(diào)用顯示子程序?qū)⑻幚砗蟮慕Y(jié)果送 lcd 顯示。在使用鍵盤(pán)時(shí)，要考慮鍵盤(pán)的去抖問(wèn)題，消抖處理有硬件和軟件兩種方法：硬件消抖是利用加抖動(dòng)電路濾避免產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)；軟

37、件消抖是利用數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)消除抖動(dòng)。我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時(shí)，則說(shuō)明是某鍵按下。如圖 4.2 系統(tǒng)控制過(guò)程圖圖 4.2 系統(tǒng)控制過(guò)程圖第 5 章 系統(tǒng)測(cè)試與分析/實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析對(duì)設(shè)定傳遞函數(shù)進(jìn)行基于達(dá)林算法系統(tǒng)仿真。如圖 5.1 系統(tǒng)仿真圖圖 5.1 系統(tǒng)仿真圖該系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)用單位階躍響應(yīng)曲線法求取，為了方便運(yùn)算取整可得，設(shè)給定的溫度為 100 攝氏度，采用達(dá)林控制算法其 simulink 仿真圖如 5-1 所示。選用 pi 控制器對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行控制，并整定其參數(shù)，得到仿真圖形如 5-2 所示。從圖形中可以看出對(duì)于大滯后系統(tǒng)采用達(dá)林算法能使

38、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，超調(diào)為零，調(diào)解時(shí)間也很小，控制效果很好。而采用普通 pid 控制雖然超調(diào)量?jī)H為 10%，但調(diào)解時(shí)間很長(zhǎng)，不利于控制。第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)嬰兒培養(yǎng)箱是對(duì)新生兒培養(yǎng)、護(hù)理及治療的一種醫(yī)療設(shè)備，可為早產(chǎn)兒、體重偏低、病危兒等發(fā)育不良新生兒創(chuàng)造一個(gè)溫濕度適宜的環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的輸入輸出通道，控制算法采用達(dá)林算法，對(duì)培養(yǎng)箱的溫度加以控制，能達(dá)到期望的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，兩位 led 顯示溫度值。本課程設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)，利用溫度濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的大林算法運(yùn)算，控制輸出，從而達(dá)到了基本恒定的溫度控制輸出需求，滿(mǎn)足了嬰兒的正常生理需要。并且符合課程設(shè)計(jì)的要求。參考文獻(xiàn)1 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2004：19-48，81-932 周繼明.江世明. 傳感技術(shù)與應(yīng)用m，長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005：45-563 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社，2003：126-1354 顧興源.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，北京：冶金工業(yè)出版社, 1981：25-405 張連華.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，北京：