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智能PID温控仪的开发

作　者: 吴涛
导　师: 孙德辉
学　校: 北方工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: ATmega128 单神经元PID控制温度控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

温控仪是工业生产中被广泛使用的一种设备,随着我们经济的高速发展,它的需求量也越来越大。从一开始的的指针式模拟仪器仪表到只有A/D功能的数字显示仪表再到如今各式各样的温度、控制仪表的诞生,温控仪得到了迅速的发展。如今的仪表以其简单易于操作的界面,实时自动的控制效果被越来越多的人所接受,具有广阔的发展前景。怎样提高温控仪的实时控制效果和满足多用户需求等方面的深入研究,如何研制出我们自己的高性能低成本的工控仪表对我国温控仪市场今后的发展具有深远的现实意义。目前市场上存在各式各样的控制仪表,各有各的优缺点,本文实现了温控仪低廉,简易,实时控制等方面的设想。实现了一款由AVR系列单片机为底层核心器件结合精密的PID控制算法的温度控制仪表,并设计了兼容热电阻,热电偶,标准电压电流等一系列的多种输入模块以满足不同用户的需求。本文主要包含了温控仪的硬件电路设计,软件程序编写,PID算法植入,系统调试及结果分析。首先介绍了温控仪的历史背景、发展现状和研究的现实意义,并确定选用ATmgal28作为硬件电路的主控芯片。其次详细介绍了以AVR系列单片机ATmga128为主控芯片的硬件控制电路设计、易于操作的简易化界面电路设计。结合硬件电路和ICC6.0的平台,软件实现了控制界面的多级菜单,控制仪表的增量式PID、单神经元PID算法的植入。最后,结合实验室的水箱对实际控制效果进行了验证,在反复试验校准后,基本达到了预期的效果。实现了包括对界面方便设定单神经元的参数、对水位的实时监测与控制,达到了良好的控制效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题背景及意义  8
  1.2 智能仪表的发展趋势及其概述  8-9
    1.2.1 智能仪表的发展历程  8-9
    1.2.2 智能仪表概述  9
  1.3 本文主要的研究内容和工作  9-11
2 硬件设计  11-25
  2.1 系统硬件概述  11
  2.2 主控电路设计  11-20
    2.2.1 ATmega128芯片的结构及其选型依据  12-13
    2.2.2 多路输入输出采集电路设计  13-16
    2.2.3 A/D、D/A电路设计  16-17
    2.2.4 光耦电路设计  17-20
  2.3 按键及显示电路模块设计  20-23
  2.4 电源转换电路设计  23
  2.5 硬件设计小结  23-25
3 软件设计  25-36
  3.1 系统软件概述  25-26
  3.2 开发软件介绍  26-27
  3.3 程序主框架  27-35
    3.3.1 初始化模块  28-30
    3.3.2 A/D、D/A子程序  30-31
    3.3.3 水位(温度)测量模块  31-33
    3.3.4 按键显示子程序  33-35
  3.4 软件可靠性设计  35-36
4 控制主程序实现  36-42
  4.1 常规PID控制原理  36-37
  4.2 增量式PID控制  37-38
  4.3 单神经元PID控制算法  38-42
    4.3.1 单神经元PID控制的发展  38-39
    4.3.2 单神经元PID控制原理介绍  39-42
5 系统调试及结论分析  42-51
  5.1 被控系统  42-47
    5.1.1 传感器  42-44
    5.1.2 信号隔离器  44-45
    5.1.3 被控对象  45-46
    5.1.4 执行器  46-47
  5.2 控制系统调试过程  47-48
    5.2.1 硬件调试  47-48
    5.2.2 联机调试  48
  5.3 实验结果及分析  48-51
6 总结与展望  51-53
  6.1 本文主要工作总结  51
  6.2 未来展望  51-53
参考文献  53-55
附录A 部分硬件电路原理图及PCB图  55-57
附录B 实验室现场效果图  57-58
攻读硕士研究生期间发表的论文  58-59
致谢  59

智能PID温控仪的开发

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