第13章智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例

1、第第1313章章 智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 13.1 13.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13.2 13.2 簡(jiǎn)易單回路溫度控制器簡(jiǎn)易單回路溫度控制器首頁(yè)首頁(yè)13.1 13.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。行控制和數(shù)據(jù)處理。13.1.1 13.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般組成框圖如圖。前置放大器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般組成框圖如圖。前置放大器，濾波電路，主放大器及相關(guān)電路通常合稱(chēng)為信號(hào)調(diào)濾波電路，主放大器及相關(guān)

2、電路通常合稱(chēng)為信號(hào)調(diào)理電路。理電路。 被測(cè)信號(hào)一般先送入前置放大器初步放大到后續(xù)被測(cè)信號(hào)一般先送入前置放大器初步放大到后續(xù)電路的工作范圍內(nèi)。電路的工作范圍內(nèi)。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回圖圖13.1 13.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般組成框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般組成框圖 對(duì)于比較大的被測(cè)信號(hào)，可通過(guò)衰減手段將其調(diào)對(duì)于比較大的被測(cè)信號(hào)，可通過(guò)衰減手段將其調(diào)整到相應(yīng)的工作范圍內(nèi)。隨后送入到濾波電路。整到相應(yīng)的工作范圍內(nèi)。隨后送入到濾波電路。 主放大器可將濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大到合適范主放大器可將濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大到合適范圍，送到圍，送到A/DA/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)變換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換器將信號(hào)變換為數(shù)字量。13.1.2

3、 13.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的因素?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的因素 對(duì)于放大電路，如果是簡(jiǎn)單信號(hào)，采用一級(jí)放大對(duì)于放大電路，如果是簡(jiǎn)單信號(hào)，采用一級(jí)放大或衰減電路將信號(hào)調(diào)整到適合后續(xù)電路工作的電壓或衰減電路將信號(hào)調(diào)整到適合后續(xù)電路工作的電壓范圍即可。而實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜一些，往往要考慮抗范圍即可。而實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜一些，往往要考慮抗干擾等因素，將其設(shè)計(jì)成多級(jí)放大電路，同時(shí)在各干擾等因素，將其設(shè)計(jì)成多級(jí)放大電路，同時(shí)在各級(jí)放大電路之間加入必要的濾波電路。級(jí)放大電路之間加入必要的濾波電路。 如果是比較微弱的信號(hào)，還要求運(yùn)算放大器具有如果是比較微弱的信號(hào)，還要求運(yùn)算放大器具有低噪聲、低漂移、低輸入偏置電

4、流、非線(xiàn)性度小等低噪聲、低漂移、低輸入偏置電流、非線(xiàn)性度小等特點(diǎn)，避免在放大過(guò)程中引入干擾。特點(diǎn)，避免在放大過(guò)程中引入干擾。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 A/D A/D轉(zhuǎn)換器將原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能轉(zhuǎn)換器將原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。首先需要選擇夠處理的數(shù)字信號(hào)。首先需要選擇A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，其次是轉(zhuǎn)換速率。如果使用多次采樣取平均值數(shù)，其次是轉(zhuǎn)換速率。如果使用多次采樣取平均值的數(shù)據(jù)處理算法，則采集系統(tǒng)應(yīng)有較快采樣速度。的數(shù)據(jù)處理算法，則采集系統(tǒng)應(yīng)有較快采樣速度。 采樣采樣/ /保持電路主要是配合保持電路主要是配合A/DA/D轉(zhuǎn)換器工作。轉(zhuǎn)換器工作。 經(jīng)放大電

5、路經(jīng)放大電路放大的放大的原始信號(hào)含有各種噪聲、干擾、原始信號(hào)含有各種噪聲、干擾、耦合信號(hào)等等，需要采用信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行必要的耦合信號(hào)等等，需要采用信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行必要的處理，信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)常采用各類(lèi)濾波器對(duì)這些影處理，信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)常采用各類(lèi)濾波器對(duì)這些影響因素進(jìn)行濾除，如低通濾波、高通濾波、帶通濾響因素進(jìn)行濾除，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等。波等。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回13.1.3 13.1.3 心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是心電圖檢測(cè)儀的關(guān)鍵部件。心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是心電圖檢測(cè)儀的關(guān)鍵部件。人體心電信號(hào)的主要頻率范圍為人體心電信號(hào)的主要頻率范圍為0.050.05

6、100Hz100Hz，幅，幅度約為度約為0 04mV4mV。屬于低頻，微弱信號(hào)，且干擾較大。屬于低頻，微弱信號(hào)，且干擾較大。另外心電信號(hào)中通?；祀s有各種生物電信號(hào)，加。另外心電信號(hào)中通?；祀s有各種生物電信號(hào)，加之體外以之體外以50Hz50Hz工頻干擾為主的電磁場(chǎng)干擾，使得心工頻干擾為主的電磁場(chǎng)干擾，使得心電噪聲背景較強(qiáng)，測(cè)量條件比較復(fù)雜。要求心電數(shù)電噪聲背景較強(qiáng)，測(cè)量條件比較復(fù)雜。要求心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高精度，高穩(wěn)定性，高輸入阻抗，據(jù)采集系統(tǒng)具有高精度，高穩(wěn)定性，高輸入阻抗，高共模抑制比，低噪聲及強(qiáng)干擾能力等性能。高共模抑制比，低噪聲及強(qiáng)干擾能力等性能。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如下

7、圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如下圖。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回圖圖13.2 13.2 心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 圖中信號(hào)調(diào)理部分專(zhuān)指圖中信號(hào)調(diào)理部分專(zhuān)指50Hz50Hz及及35Hz35Hz陷波電路，陷波電路，濾除濾除50Hz50Hz的工頻干擾和人體生物電產(chǎn)生的的工頻干擾和人體生物電產(chǎn)生的35Hz35Hz肌肌電干擾。電干擾。 心電信號(hào)由專(zhuān)用電極（電極放在人體各個(gè)部位心電信號(hào)由專(zhuān)用電極（電極放在人體各個(gè)部位，比如：心臟、左右手，頭部等部位）拾取后送，比如：心臟、左右手，頭部等部位）拾取后送入前置放大器初步放大，并在對(duì)各干擾信號(hào)進(jìn)行入前置放大器初步放大，并在對(duì)各干擾信號(hào)

8、進(jìn)行一定抑制后送入帶通濾波器，以濾除心電主要頻一定抑制后送入帶通濾波器，以濾除心電主要頻率范圍以外的干擾信號(hào)。率范圍以外的干擾信號(hào)。 而主放大器可將帶通濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大而主放大器可將帶通濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大到合適范圍，再經(jīng)到合適范圍，再經(jīng)50Hz50Hz和和35Hz35Hz陷波器分別濾除工陷波器分別濾除工頻和肌電干擾，然后送入頻和肌電干擾，然后送入ADCADC，進(jìn)行高精度，進(jìn)行高精度A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和最后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)處理。換和最后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)處理。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 1. 1.信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 采用了兩級(jí)放大電路，包括前置放大和主放大電采用了兩

9、級(jí)放大電路，包括前置放大和主放大電路。在兩級(jí)放大電路之間又接入了一個(gè)帶通濾波電路。在兩級(jí)放大電路之間又接入了一個(gè)帶通濾波電路以使心電信號(hào)主頻路以使心電信號(hào)主頻0.05Hz0.05Hz100Hz100Hz通過(guò)后再進(jìn)一通過(guò)后再進(jìn)一步放大。前置放大約步放大。前置放大約1010倍，主放大約倍，主放大約100100倍。倍。 前置放大電路前置放大電路 主要是初步放大心電信號(hào)，并在對(duì)各干擾信號(hào)進(jìn)主要是初步放大心電信號(hào)，并在對(duì)各干擾信號(hào)進(jìn)行抑制后送入帶通濾波電路，以濾除干擾信號(hào)行抑制后送入帶通濾波電路，以濾除干擾信號(hào) 。 由于人體心電信號(hào)十分微弱，噪聲背景強(qiáng)且信號(hào)由于人體心電信號(hào)十分微弱，噪聲背景強(qiáng)且信號(hào)源阻

10、抗較大等，通常要求前置放大器具有高輸入阻源阻抗較大等，通常要求前置放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線(xiàn)性度小、抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線(xiàn)性度小、合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍等性能，設(shè)計(jì)時(shí)選用儀用放合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍等性能，設(shè)計(jì)時(shí)選用儀用放大器大器AD620AD620作為前置放大器，采用差分放大電路。作為前置放大器，采用差分放大電路。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 帶通濾波電路：帶通濾波電路： 帶通濾波由雙運(yùn)放集成電路帶通濾波由雙運(yùn)放集成電路OP2177OP2177構(gòu)成。構(gòu)成。OP2177OP2177具有高精度、低偏置、低功耗等特性，片內(nèi)集成了具有高精度、低偏置、低功耗等特性，片

11、內(nèi)集成了兩個(gè)運(yùn)放。由于心電信號(hào)頻帶主要集中在兩個(gè)運(yùn)放。由于心電信號(hào)頻帶主要集中在0.050.05100Hz100Hz左右，頻帶較寬，為此，采用左右，頻帶較寬，為此，采用OP2177OP2177的兩個(gè)的兩個(gè)運(yùn)放分別設(shè)計(jì)二階壓控有源高通和低通濾波器并組運(yùn)放分別設(shè)計(jì)二階壓控有源高通和低通濾波器并組合成帶通濾波器。合成帶通濾波器。 2.2.信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路 由于心電信號(hào)的極其微弱。信號(hào)調(diào)理采用由于心電信號(hào)的極其微弱。信號(hào)調(diào)理采用50Hz50Hz及及35Hz35Hz陷波電路，濾除陷波電路，濾除50Hz50Hz和和35Hz35Hz的干擾。的干擾。 工頻干擾是心電信號(hào)的主要干擾，且有部分工頻工頻干擾

12、是心電信號(hào)的主要干擾，且有部分工頻干擾會(huì)以差模信號(hào)方式進(jìn)入電路的，且頻率處于心干擾會(huì)以差模信號(hào)方式進(jìn)入電路的，且頻率處于心電信號(hào)的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等電信號(hào)的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等下 頁(yè)上 頁(yè)返 回因素，前級(jí)電路輸出的心電信號(hào)仍存在較強(qiáng)的工頻因素，前級(jí)電路輸出的心電信號(hào)仍存在較強(qiáng)的工頻干擾。采用開(kāi)關(guān)電容集成濾波器，它無(wú)需外接決定干擾。采用開(kāi)關(guān)電容集成濾波器，它無(wú)需外接決定頻率的電阻或電容，濾波頻率僅由外接或片內(nèi)時(shí)鐘頻率的電阻或電容，濾波頻率僅由外接或片內(nèi)時(shí)鐘頻率決定，且其頻率特性對(duì)時(shí)鐘和外圍電路的參數(shù)頻率決定，且其頻率特性對(duì)時(shí)鐘和外圍電路的參數(shù)不敏感，因而性能較穩(wěn)

13、定。不敏感，因而性能較穩(wěn)定。 凌特公司的凌特公司的LTC1068-50LTC1068-50集成開(kāi)關(guān)電容濾波器內(nèi)部集成開(kāi)關(guān)電容濾波器內(nèi)部集成了四個(gè)獨(dú)立的二階開(kāi)關(guān)電容濾波器，時(shí)鐘與中集成了四個(gè)獨(dú)立的二階開(kāi)關(guān)電容濾波器，時(shí)鐘與中心頻率之比為心頻率之比為5050：1 1，誤差為，誤差為 0.30.3，可采用，可采用5V5V、5V5V供電。因此，配合廠家提供的供電。因此，配合廠家提供的FilterCADFilterCAD濾波器設(shè)計(jì)軟件，可靈活配置成各類(lèi)濾波器（低通濾波器設(shè)計(jì)軟件，可靈活配置成各類(lèi)濾波器（低通、高通、帶通、全通等）。為較好地濾除工頻干擾、高通、帶通、全通等）。為較好地濾除工頻干擾，設(shè)計(jì)中利

14、用，設(shè)計(jì)中利用LTC1068-50LTC1068-50的優(yōu)點(diǎn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)的優(yōu)點(diǎn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)8 8階巴特沃斯階巴特沃斯50Hz50Hz陷波器，采用的時(shí)鐘信號(hào)頻率為陷波器，采用的時(shí)鐘信號(hào)頻率為下 頁(yè)上 頁(yè)返 回2.5KH2.5KH。經(jīng)測(cè)試，陷波深度可達(dá)。經(jīng)測(cè)試，陷波深度可達(dá)5050B B，可衰減，可衰減100100倍左右，效果比較理想。倍左右，效果比較理想。 3.3.單片機(jī)電路單片機(jī)電路 本系統(tǒng)采用本系統(tǒng)采用C8051F206C8051F206單片機(jī)。其內(nèi)部帶有單片機(jī)。其內(nèi)部帶有A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。圖換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。圖11.311.3所示是單片機(jī)與信號(hào)調(diào)理電所示是單片機(jī)與信號(hào)調(diào)理電路連

15、接框圖。路連接框圖。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回圖圖13.3 13.3 單單片機(jī)與信號(hào)片機(jī)與信號(hào)調(diào)理電路連調(diào)理電路連接框圖接框圖 C8051F206 C8051F206是一種混合信號(hào)是一種混合信號(hào)ISPFLASHISPFLASH微控制器，微控制器，該芯片內(nèi)含與該芯片內(nèi)含與80518051完全兼容的高速微控制器內(nèi)核、完全兼容的高速微控制器內(nèi)核、8K Flash8K Flash、4 4字節(jié)寬的字節(jié)寬的I/OI/O端口、硬件端口、硬件UARTUART和和SPISPI總總線(xiàn)、線(xiàn)、1212位高精度位高精度ADCADC和多達(dá)和多達(dá)3232通道模擬輸入多路選通道模擬輸入多路選擇器。根據(jù)系統(tǒng)需要，可將其端口擇器。根據(jù)系

16、統(tǒng)需要，可將其端口P1.0P1.0P1.7P1.7，P3.0P3.0P3.3P3.3配置成配置成1212路心電模擬信號(hào)的輸入端。路心電模擬信號(hào)的輸入端。 將將1212路來(lái)自信號(hào)調(diào)理部分的信號(hào)接入路來(lái)自信號(hào)調(diào)理部分的信號(hào)接入C8051F206C8051F206的已經(jīng)配置成模擬輸入端口的的已經(jīng)配置成模擬輸入端口的P1P1口的口的0 07 7和和P3P3口的口的0 03 3引腳。單片機(jī)中的逐次逼近式引腳。單片機(jī)中的逐次逼近式ADCADC的轉(zhuǎn)換精度的轉(zhuǎn)換精度可達(dá)可達(dá)1212位。位。A/DA/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，C8051F206C8051F206的的SPISP

17、I總線(xiàn)也可將數(shù)據(jù)傳送給其它器件進(jìn)總線(xiàn)也可將數(shù)據(jù)傳送給其它器件進(jìn)行數(shù)據(jù)的后續(xù)分析和處理。行數(shù)據(jù)的后續(xù)分析和處理。 4.4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中軟件部分的設(shè)計(jì)（略）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中軟件部分的設(shè)計(jì)（略）下 頁(yè)上 頁(yè)返 回13.2 13.2 簡(jiǎn)易單回路溫度控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易單回路溫度控制器設(shè)計(jì)13.2.1 13.2.1 功能需求和總體思路功能需求和總體思路 1.1.功能需求功能需求 設(shè)定溫度顯示、實(shí)時(shí)溫度顯示；設(shè)定溫度顯示、實(shí)時(shí)溫度顯示； 溫度上、下限報(bào)警；溫度上、下限報(bào)警； 溫度上、下限報(bào)警值設(shè)定；溫度上、下限報(bào)警值設(shè)定； 放大電路放大倍數(shù)設(shè)定；放大電路放大倍數(shù)設(shè)定； PIDPID控制參數(shù)的設(shè)定；控制參數(shù)的設(shè)定

18、； 手動(dòng)加熱設(shè)定值；手動(dòng)加熱設(shè)定值； 手動(dòng)手動(dòng)/ /自動(dòng)設(shè)定；自動(dòng)設(shè)定； 溫度零點(diǎn)標(biāo)定；溫度零點(diǎn)標(biāo)定； 參數(shù)保存；參數(shù)保存； 上位機(jī)目標(biāo)溫度值設(shè)定；上位機(jī)目標(biāo)溫度值設(shè)定； 上位機(jī)實(shí)時(shí)溫度波形曲線(xiàn)圖顯示；上位機(jī)實(shí)時(shí)溫度波形曲線(xiàn)圖顯示；下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)返 回2.2.總體設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)思路圖圖13.4 13.4 單回路溫度控制器組成框圖單回路溫度控制器組成框圖下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 3. 3.操作模式操作模式 本系統(tǒng)可用本系統(tǒng)可用3 3個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)模式切換和參數(shù)修改操個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)模式切換和參數(shù)修改操作，這作，這3 3個(gè)鍵分別定義為模式鍵、數(shù)值增加鍵和數(shù)個(gè)鍵分別定義為模式鍵、數(shù)值增加鍵和數(shù)值減

19、少鍵。值減少鍵。 用用8 8個(gè)數(shù)碼管顯示模式和對(duì)應(yīng)的參數(shù)，左邊個(gè)數(shù)碼管顯示模式和對(duì)應(yīng)的參數(shù)，左邊4 4個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)碼管顯示模式值，右邊碼管顯示模式值，右邊4 4個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)模式對(duì)個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)模式對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。應(yīng)的參數(shù)值。1010種工作模式種工作模式模式模式0 0：溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時(shí)值顯示（前：溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時(shí)值顯示（前4 4位數(shù)碼位數(shù)碼管顯示溫度設(shè)定值，后管顯示溫度設(shè)定值，后4 4位顯示實(shí)時(shí)溫度值）；位顯示實(shí)時(shí)溫度值）；模式模式1 1：設(shè)置和顯示溫度上限報(bào)警值（：設(shè)置和顯示溫度上限報(bào)警值（0 012001200）；）；模式模式2 2：設(shè)置和顯示溫度下限報(bào)警值（：設(shè)置和顯示溫度下限報(bào)警

20、值（0 012001200）；）；模式模式3 3：設(shè)置和顯示溫度設(shè)定值（：設(shè)置和顯示溫度設(shè)定值（0 012001200）；）；下 頁(yè)上 頁(yè)返 回模式模式4 4：設(shè)置實(shí)時(shí)溫度采集放大電路的放大倍數(shù)；：設(shè)置實(shí)時(shí)溫度采集放大電路的放大倍數(shù)；模式模式5 5：設(shè)置和顯示：設(shè)置和顯示PIDPID中的比例系數(shù)（中的比例系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；模式模式6 6：設(shè)置和顯示：設(shè)置和顯示PIDPID中的積分系數(shù)（中的積分系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；模式模式7 7：設(shè)置和顯示：設(shè)置和顯示PIDPID中的微分系數(shù)（中的微分系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；

21、模式模式8 8：設(shè)置和顯示手動(dòng)輸出值（：設(shè)置和顯示手動(dòng)輸出值（0 0100100）模式模式9 9：手動(dòng)：手動(dòng)/ /自動(dòng)切換（自動(dòng)切換（1 1：手動(dòng)；：手動(dòng)；0 0：自動(dòng)）：自動(dòng)）模式模式1010：標(biāo)定和顯示實(shí)時(shí)溫度的零點(diǎn)：標(biāo)定和顯示實(shí)時(shí)溫度的零點(diǎn)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回13.2.2 13.2.2 溫度測(cè)控電路設(shè)計(jì)溫度測(cè)控電路設(shè)計(jì) 1. 1. 溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路圖圖13.5 13.5 熱電偶溫度檢測(cè)電路熱電偶溫度檢測(cè)電路下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 本系統(tǒng)采用鎳鉻本系統(tǒng)采用鎳鉻- -鎳硅（鎳硅（K K分度）熱電偶作為溫度分度）熱電偶作為溫度傳感器。冷端處于室溫，熱端為加熱爐溫度，單片傳感器。冷端處于室溫，

22、熱端為加熱爐溫度，單片機(jī)的機(jī)的A/DA/D通道可以直接采集熱電偶信號(hào)，經(jīng)冷端溫通道可以直接采集熱電偶信號(hào)，經(jīng)冷端溫度補(bǔ)償后，再查表度補(bǔ)償后，再查表K K分度則可以得到熱端溫度值。分度則可以得到熱端溫度值。 室溫測(cè)量采用室溫測(cè)量采用AD590AD590將室溫變化為電壓信號(hào)，經(jīng)將室溫變化為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后直接送給單片機(jī)的放大后直接送給單片機(jī)的A/DA/D通道，提供冷端信號(hào)。通道，提供冷端信號(hào)。 2.2.溫度控制電路溫度控制電路 控制方式：對(duì)于加熱爐的溫度控制可以采用移相控制方式：對(duì)于加熱爐的溫度控制可以采用移相控制或周波控制方式?？刂苹蛑懿刂品绞?。 移相控制方式：通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制移

23、相控制方式：通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓。輸出電壓。 周波控制方式：通過(guò)調(diào)節(jié)一定時(shí)間周期內(nèi)的供電周波控制方式：通過(guò)調(diào)節(jié)一定時(shí)間周期內(nèi)的供電時(shí)間比例（即交流周波數(shù)）來(lái)控制加熱對(duì)象在本周時(shí)間比例（即交流周波數(shù)）來(lái)控制加熱對(duì)象在本周期內(nèi)獲得的電能。期內(nèi)獲得的電能。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回周波控制的輸出電路周波控制的輸出電路 圖圖13.6 13.6 周波控制的輸出電路周波控制的輸出電路 單片機(jī)的單片機(jī)的I/0I/0腳輸出低電平時(shí)，控制腳輸出低電平時(shí)，控制SSRSSR使加熱元使加熱元件接通件接通220V220V交流電源，加熱元件獲得電能，溫度升交流電源，加熱元件獲得電能，溫度升高；高；I/0I/0腳

24、輸出高電平時(shí)，腳輸出高電平時(shí)，SSRSSR開(kāi)路，加熱元件兩端開(kāi)路，加熱元件兩端無(wú)電壓，停止加熱，對(duì)象的溫度開(kāi)始下降。無(wú)電壓，停止加熱，對(duì)象的溫度開(kāi)始下降。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 控制的具體方法控制的具體方法 設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期T T，以，以T T為周期對(duì)溫度為周期對(duì)溫度進(jìn)行采樣，獲得溫度測(cè)量值；進(jìn)行采樣，獲得溫度測(cè)量值； 根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差，進(jìn)行根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差，進(jìn)行PIDPID運(yùn)算；運(yùn)算； 將將PIDPID的輸出轉(zhuǎn)換為的輸出轉(zhuǎn)換為SSRSSR的通斷時(shí)間。的通斷時(shí)間。PIDPID的輸出的輸出為為0 0，則，則SSRSSR接通時(shí)間為接通時(shí)間為0 0，即本周期無(wú)

25、輸出；如果，即本周期無(wú)輸出；如果PIDPID輸出為輸出為100%100%，則，則SSRSSR接通時(shí)間為接通時(shí)間為T(mén) T，即本周期為全，即本周期為全輸出；如果輸出；如果PIDPID的輸出為的輸出為MVMV（百分?jǐn)?shù)表示），則（百分?jǐn)?shù)表示），則SSRSSR的接通時(shí)間為的接通時(shí)間為T(mén) TMV/100MV/100，斷開(kāi)時(shí)間為，斷開(kāi)時(shí)間為T(mén)-TT-TMV/100MV/100。 例如：例如：T=120T=120秒，秒，PIDPID計(jì)算結(jié)果為計(jì)算結(jié)果為1 1分分3030秒，則本次秒，則本次2 2分鐘內(nèi)就應(yīng)加溫分鐘內(nèi)就應(yīng)加溫9090秒，停秒，停3030秒；又如秒；又如T=120T=120秒，秒，PIDPID的計(jì)

26、算結(jié)果為的計(jì)算結(jié)果為1 1分分2525秒，則本周期就應(yīng)加溫秒，則本周期就應(yīng)加溫8585秒，停秒，停3535秒。秒。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回13.2.3 PID13.2.3 PID控制算法的實(shí)現(xiàn)控制算法的實(shí)現(xiàn) 位置式位置式PIDPID算法計(jì)算公式算法計(jì)算公式 Pout(t)=KpPout(t)=Kpe(t)+Kie(t)+KiSum_e(t)+KdSum_e(t)+Kd(e(t)-e(t-1)(e(t)-e(t-1) 基本偏差為基本偏差為e(t) e(t) ，表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)值，表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)值之間的差值，結(jié)果可以是正或負(fù)，設(shè)定目標(biāo)作為被之間的差值，結(jié)果可以是正或負(fù)，設(shè)定目標(biāo)作為被減數(shù)的話(huà)，正數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，負(fù)數(shù)表示減數(shù)的話(huà)，正數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。 累計(jì)偏差累計(jì)偏差Sum_e