统控制量，然后以脉宽调制波的形式输出给功率器件。并且为了保证系统稳定运行，在软硬件方面都采取了相应的措施。水温控制系统的总体流程系统总体流程图所示图系统总体流程图数据采集系统采用单片机的数据采集系统，该系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括控制器及其固件程序接芯片转换电路。软件部分主要包括设备驱动程序和客户端应用软件。固件程序编写是整个数据采集系统硬件设计中最重要的部分，是系统的灵固件程序的优劣直接影响到系统的性能和质量。中断服务程序负责判别主机发来的命令并且把数据传输到缓冲器中以待主循环函数处理，芯片命令接包含了芯片的各种功能子程序，其他部分只要调用子程序就可实现对芯片的控制。温度采集电路是用来采集被控对象的温度，由温度传感器和运放构成温度电压转换，构成转换，并由软件对所采集数据进行非线性校正。温敏传感器是种新型的体积小适用电压宽与微处理器接口简单的数字化温度传感器，测量温度范围为。，精度为土现场温度直接以线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。的分辨率可根据实际情况在位间选择。温度检测是电器中常见的物理量检测，利用温度传感器可以将温度的变化转换为电信号，以此对电器进行智能控制。功率模块采用随机型固态继电器控制加热设备的方式。随机型继电器采用低电压输入方式，般为，用可控硅做输出器件。这样控制部分与大功率部分实现隔离，可抑制干扰。过零型交流固态继电器中，的输入端采用隔离耦合电路，元件多为光耦合器，可以在输入输出端形成很高的绝缘耐压，它为入输出端提供个通道的同时，在电气上也隔开了输出对输入的影响，因此可直接与计算机输出接口相接。光耦合器具有输入功率小灵敏度高输入电压范围宽等特性，使的输入端能由微处理器或集成电路输出电平直接驱动。由于光耦合器为电流驱动型器件，若采用或等逻辑电平控制时，最好采用有足够带载能力的低电平驱动，即输入端采用低电平控制。输出端采用功率器件，般为可控硅或大功率场效应管，可以驱动大功率负载。固态继电器是在输入信号的控制下实现对负载电路的通断切换，成功地实现了微小信号数字逻辑电平对大功率负载的控制人机交换模块机键盘接口相连的不再是标准的机键盘，而是只有脚的单片机和简单按键开关组成的仿真机键盘，如图所示图仿真机键盘键盘扫描程序的设计在此设计这仿真键盘的键盘扫描程序，采用单片机汇编语言，程序调试后固化在单片机的中采用行扫描法判断按键的扫描码，具体的方法如下首先判断键盘中有无键按下将全部行线全置低，然后读取输入列线值，查看其输入值，若输入列线值全为，则表示无键按下，若输入列线值不全为，则表示键盘中有键按下，进行第步操作判断按键的扫描码依次将各行线输出置为低电平，再输入列线值，若发现列为低，则说明该列与置为低电平的行交叉点处的按键被按下了，就此形成的行线例线值即是按键的扫描码抗干扰模块为了加强系统的稳定性，提高其抗干扰能力，在软件和硬件上都采取了相应的措施。外围电路采用固态继电器来控制加热器件由于固态继电器是以可控硅做输出的器件，所以避免了大电流信号对系统的干扰。增加了看门狗芯片，设定好复位时间后他可以在程序跑飞的情况下给单片机复位。软件设计方面，采集温度数据时为了防止偶然的干扰使采集到的信号发生偏差，因而采用了数值滤波的方法。为了防止单片机中的重要数据在受干扰时被冲毁，在程序中的偏差量为采样周期为积分时间为微分时间为比例系数。根据推理写出输出表达式为本系统采用单片机控制，系统实际采用的增量式控制算法为两个式子相减得增量计算法公式用控制系统的阶跃响应曲线，分析了不同响应时间阶段三个增益调节参数的理想变化情况，并根据这种变化，分别给出两个目标位置，第二目标位置是最终要求到达的位置通过这样的调整结合传统算法。可以有效的改善快速性和超调量之间的矛盾，使控制系统达到满意的控制效果。传统数字算法的改进传统数字算法位置式控制算法。位置式控制算法描述为式中⋯⋯为采样序号为第次采样时刻的计算机输出值为第次采样时刻输入的偏差值为积分系数为微分系数为比例系数为积分时间常数为微分时间常数为采样周期。该算法的优点是原理简单易于实现缺点是每次输出均与先前状态有关，要对进行累加，运算工作量大，而且输出的对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。增量式控制算法。增量式控制算法描述为式中。该算法的优点是由于计算机输出增量，误动作时影响小当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号锁存作用，故仍能保持原值。控制增量的确定仅与最近次的采样值有关，易通过加权处理而获得较好的控制效果。其不足之处为积分截断效应大有静态误差溢出的影响大。积分分离式控制算法。积分分离控制算法描述为当即偏差值比较大时，采用控制，可避免过大的超调，又使系统有较快的响应。当时，即偏差值比较小时，采用控制，可保证系统的控制精度。算法的调试在实际应用中，传统算法在超调的处理上都是采用现场调试，使其尽可能的小，而且稳定时间较长。对于些需要快速达到稳定状态的情况，利用传统控制算法实现较传统算法难，而超调量从理论上分析是不响应曲线图可避的过大的超调量还会给生产实践带来很多不必要的损失。我们期望系统能够实现快速稳定抗干扰能力强的状态快速性会带来超调量大的后果，超调量大自然带来的是稳定时间加长，影响系统的快速性。超调量的产生不仅与所调参数有关，而且与具体控制的对象属性有很大的关系。对于传统数字算法的些改进在改进传统算法基础上利用控制过程所产生的超调量来进行系统运动控制。控制响应曲线如图所示。图改进曲线响应图理论分析实际应用系统中采用算法可以利用产生的超调量来进行系统控制，使得系统能够实现较为满意的控制效果。超调顶点的特点为速度基本为接近目标位置。利用超调量实际上就是以前次控制算法的超调顶点助起点，以最终实现控制位置为终点，即以初速度为。短距离运动。例如在圆周运动中我们可以称这为小角度运动控制。由以上可知。实际调试过程中。只需要调节小角度小距离算法参数。如图所示为最终控制目标位置，为虚拟目标位置，和分别为传统控制算法和改进控制算法的上升时间和稳定时间。首先应该确定的位置，最大超调量余量，运动控制先以虚拟目标位置为运动目标，当到达超调顶点时，立刻转为小角度小距离控制。从图中可以看出牺牲了部分上升时间，却缩短了稳定时间，使得系统能够实现快速稳定的控制效果。数字控制算法可以表示为式中为时刻的控制输出，为时刻的偏差值，为设置值，为被控量时刻输出分别为采样时间，积分时间和微分时间，为比例控制系数。对典型控制曲线进行分析如图所示，可以将曲线分成，段，其中，段温度变化是逼近设定点的段温度变化是远离设定点的，因此可以在，段减小参数值，降低控制强度，减少超调和振荡，在，段加大参数值，增强控制作用，使其迅速回到平衡点，达到平衡上述模糊控制思想对参数的变化与偏差和控制曲线斜率的关系进行分析，可以得到如下数学模型图其中为符号函数，且有,的选取与有关，通常有。在动态控温系统中，采用传统控制与参数模糊整定相结合的方法。首先由试验给出组参数和阈值，当时，采用传统控制较小，且不进行参数整定，当时采用。式进行模糊整定的参数较大进行控制。结束语经试验验证，该系统静态误差和调节误差鞍小，快速性和灵活性较高，同时整个系统使用的芯片较少，造价较低。该系统具有转换模块，键盘显示器模块是个完整的单片机系统，不仅可以用来作为温控系统，还可以扩展用于其他领域具有较高的实用价值。致谢语感谢物理与机电工程学院的领导和老师的指导以及为我完成论文提供的各种便利,感谢赖义汉老师的辛勤指导,感谢我班同学的支持,参考文献王幸之，王雷单片机应用系统抗干扰技术北京北京航空航天大学出版社，沙占友，王彦朋，盂志永单片机外围电路设计北京电子工业出版社沙占友，王书海，张永昌智能化温度测试系统的优化设计电子测量与器学报增刊李大友微型计算机接口技术北京清华大学出版社。宋建国单片机原理度应用北京航空航天大学出版社。康华光电子技术基础模拟部分北京高等教育版社史宇光信号工车站信号及道口信号北京中国铁道出版社周立功固件编程与驱动开发北京航空航天大学出版社，马伟计算机系统原理及其主从机设计北京北京航天航空大学出版社漳州师范学院毕业论文设计成绩表论文设计题目算法在水温控制中的应用作者刘启平所在院系物理学与电子信息工程系年级物本专业物理学指导教师赖义汉指导教师意见初评成绩中评语能阅读有关参考文献并能按要求完成外文翻译对问题研究提出见解反映出基本掌握基础理论和专业知识学习态度的良好,论文结构基本合理基本达到规范要求指导教师签名赖义汉年月日答辩小组意见答辩成绩中评语基本能叙述出论文的主要内容,对提出的主要问题能答出要点,无原则性组长签名张剑锋年月日评审结果系盖章年月日漳州师范学院毕业论文设计题目在水温控制系统中的应用专业物理学作者刘启平指导教师职称赖义汉老师讲师年月日漳州师范学院毕业论文设计开题报告年月日论文设计题目算法在水温控制系统中的应用姓名刘启平年级物本所在院系物理学与电子信息工程系专业物理学指导教师赖义汉老师开展本课题的意义及工作内容对水温控制系统有个较系统，较细微的理解，主要是算法的更深的认识，希望能在对水温控制系统更精确了解下对整个系统能够有效的控制，尽力达到理想的结果。对系统各模块进步了解的前提下，对算法做些修改，再对软硬件做出调整及整体程序的协调，进步完善系统。总体安排及进度完成整个电路的初稿和各个模块电路设计确定整个设计详细方案完成实际电路的设计以及论文报告课题预期达到的效果实现对水温的有效控制指导教师意见算法在水温控制系统中的应用,有定研究价值同意开题签名赖义汉漳州师范学院毕业论文设计中期报告年月日论文设计题目算法在水温控制系统中的应用姓名刘启平年级级所在院系物理与机电工程学院专业物理学指导老师赖义汉讲师简述毕业设计开始以来所做的具体工作和取得的进展或成果查阅大量资料，首先对系统各模块的工作原理电路图，相关元