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1、 基于单片机的电加热恒温箱控制器设计摘 要:恒温箱作为一种重要的工具广泛地应用于医疗、工业生产和食品加工等领域。在常规的环境参数中，由于温度受其它因素影响较大，且难以校准，温度也是最难准确测量的一个参数。因此，恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能。本设计采用单片机对恒温箱的温度进行PID控制，使其温度稳定在某一个设定值上。并且具有键盘输入温度给定值、定时时间，LED数码管显示温度值/时间和定时报警的功能，实现了自动控制温度的目的。基于P89V51RD2的恒温箱温度控制系统主要实现了温度采集、A/D转换、软件滤波、温度控制与定时等功能。首先，介绍了恒温箱设计的课题背景与意义，并结合设计
2、要求和实际情况选择了设计所涉与到的主要功能器件，同时重点介绍了P89V51RD2、ADC0809、Pt100的主要功能。其次，阐述了系统的工作原理，完成了系统结构图的设计，把系统划分为5大模块并完成了各大模块的设计工作，同时附以系统硬件电路原理图。最后，设计了系统的软件。系统软件是用C语言进行软件设计的，C语言具有指令简单，数据量小等特点。关键词：恒温箱；温度控制；单片机；PID控制The Design of Electricity Heating Incubator Control System Based on the MCU Abstract: Incubators as an impo
3、rtant tool widely used in medical, industrial production and food processing in areas such as.Temperature is affected by other factors in the conventional environmental parameters, and also difficult to proofreading ; therefore, the temperature is one of the most difficult to measure accurately para
4、meters .So, The performance of the incubator to a large extent depends on the temperature control performance.The design uses single chip microcomputer to control the oven temperature through the PID control，causing its temperature control into suppose in the definite value in someAnd the system has
5、 the keyboard entry temperature and time given value , LED displays temperature/timing value and surmounting boundary of the time reports outsideIt realizes temperature control automatically.Based on P89V51RD2, the oven temperature control system main realizes temperature collection, A/D conversion,
6、 software filtering, PID control and timing functions.First, the paper introduces the background of the subject. Combined with the design requirements and the actual situation of the design ,the main devices that related to subject are confirmed. At the same time the main functions of P89V51RD2, ADC
7、0809, Pt100 is written down.Secondly, it describes the principle of the system, and achieves the concrete structure photo of the design. The system is divided into five modules and every major module of the design is completed .The hardware circuit schematics of the system is attached at last.Finall
8、y, the software of the system is designed. The system software is written by C language, it is because the programme runs faster, and saves storage space.Key Words:incubator ； temperature control；single-chip microcontroller ；PID control目 录1 概述11.1 课题研究背景11.2 课题研究意义21.3 课题研究容22 总体设计方案32.1 课题要求32.2 系统
9、总体设计32.3系统功能模块方案设计42.3.1单片机的选择42.3.2显示电路的选择52.3.3键盘电路的选择62.3.4温度采集电路的选择62.3.5温度控制电路的选择92.4 控制方法的选择102.5开发环境与编程语言的选择102.5.1硬件开发环境选择102.5.2软件开发环境选择122.5.3编程语言的选择133系统的硬件设计143.1 系统硬件功能分析143.2系统硬件电路设计143.2.1单片机最小系统的设计143.2.2温度检测电路的设计153.2.3四分频电路的设计173.2.4显示接口电路的设计183.2.5 键盘电路的设计193.2.6 温度控制电路的设计193.2.7
10、报警电路的设计203.2.8抗干扰措施的设计203.2.9 PCB图的绘制214数字PID与其算法224.1 PID算法的数字化224.2 PID算法的程序设计234.2.1 位置型PID算法程序的设计234.2.2 增量型PID算法的程序设计245 系统的软件设计265.1 系统软件功能分析265.2 主程序的设计265.3 子程序的设计275.3.1 系统初始化模块的设计275.3.2 显示模块的设计285.3.3温度采集模块的设计295.3.4键扫描模块的设计315.3.5 温度控制模块的设计325.3.6报警模块的设计335.4 软件设计小结346结束语35参考文献36致37附录38附
11、录1系统源程序清单38附录2电加热恒温箱控制器原理图50附录3电加热恒温箱控制器PCB图5151 / 56基于单片机的电加热恒温箱控制器设计1 概 述1.1 课题研究背景二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。它迅猛发展到了各个领域，人们也越来越感到应用单片机技术的优越性，因而单片机也得到了广泛的应用。同时，它也在不断
12、地完善和发展。电加热恒温箱的温度是医疗、工业生产和食品加工等领域的关键，因此对温度的测量与控制始终占据着重要的地位。市场上常见的温度传感器以电压输出为主要形式，不同的传感器其非线性曲线也各不一样，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。温度传感器应用围很广、使用数量很大，但是在常规的环境参数中，由于温度受其它因素影响较大，而且难以校准，因此，温度也是最难准确测量的一个参数。常规方法测量温度误差大、准确度低、测量滞后的时间长。近年来，国传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片系统化的方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。在电加热恒温箱控制器系统的设计中，由电阻式温度传感器测量温度值并转换
13、成电压信号，由变送器转换成标准的电压信号，经A/D转换器进行模数转换并读入单片机，经单片机处理后的温度数值，一方面送LED数码管显示；另一方面与给定值进行比较，并判断是否超限，将发出报警信号，提醒人注意并采取相应措施；否则正常显示温度数值，然后根据偏差值进行控制计算。从而进行温度的调节，使其达到指定要求。实践证明，现在采用电阻丝加热，不仅有利于避免在常规测温方法中测量误差大、准确度低、测量滞后时间长等问题，而且在节约能源和改善环境方面本设计显示出一定的优越性。恒温箱主要是用来控制温度，它为农业研究、生物技术、测试提供所需要的各种环境模拟条件，因此可广泛适用于药物、纺织、食物加工等无菌试验、稳定
14、性检查以与工业产品的原料性能、产品包装、产品寿命等测试。随着单片机的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益广泛，具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用，恒温箱是使用单片机进行温度控制的典型应用，采用单片机做主控单元，可完成对温度的采集和控制等的要求。1.2 课题研究意义恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，本课题采用单片机为主控制器，通过传感器测得箱温度，再通过A/D转换器将采样输入的模拟量转换成数字量送入主控制器，来完成恒温箱的温度控制系统的硬件。箱温度可保持在设定的温度围，当设置的温度低于当前的温度时，单片机通过双向晶闸管控制加
15、热电路连通，温度慢慢升高；当设置的温度高于当前的温度时，单片机通过双向晶闸管控制加热电路断开，温度慢慢下降。本课题在原有普通传感器的基础上，经单片机处理而成新一代测量控制仪器，具有以下显著特点：A. 多功能的智能化测控系统，以最简单方式构成高性价比；B. 在硬件基础上通过软件实现测控功能，其智能化程度取决于软件的开发水平；C. 留有通信端口，可以将信息进行远距离传输，便于形成分布式控制系统。1.3 课题研究容产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度与温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法或达林
16、顿算法来实现温度控制。单片机外围电路包括传感器电路、键盘电路、数码显示电路、定时报警电路、和加热电路。系统工作流程为：开机后，用户通过按键设定定时时间和需加热到的温度，默认先输入的为时间。温度传感器Pt100采集当前温度的模拟信号，信号经过运算放大器两级放大后送给A/D转换器，经A/D转换成数字量再送给单片机，单片机通过PID算法计算发出控制指令控制晶闸管的通断，根据晶闸管的通断的时间长短来控制电加热器加热的功率，使温度达到用户设定值上，且误差不超过2。在这个过程中，定时时间一到，蜂鸣器发出声音进行报警。完成的工作容：A. 在明确恒温箱温度控制系统功能要求的前提下绘制出系统的结构图；B. 根据
17、恒温箱温度控制系统工作原理框图和系统的结构图以P89V51RD2芯片为核心，选择控制系统所需的硬件并画出硬件电路原理图；C. 了解基于P89V51RD2的恒温箱温度检测控制系统的C51部分软件程序，并编写软件程序；D. 总结在设计过程中所出现的错误，避免将来在工作中出现同样的问题。2 总体设计方案2.1 课题要求恒温箱在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。本课题采用单片机实现对温度的控制，对温度的控制精度有较高的要求。该系统具体需要满足的要求如下：A. 温度控制围：室温250，控制精度（2）；B. 定时时间：024小时围灵活定时或长期定时；C. 显示：采用4位LED七段码显示恒温箱温度和定时
18、时间；D. 提示功能：定时时间到，进行声音提示。2.2 系统总体设计系统整体硬件结构框图如图2-1所示，采用P89V51RD2作为主机；由电阻式温度传感器测量温度值并转换成电压信号经过放大，再经A/D转换器进行模数转换，由I/O接口读入CPU，CPU进行数据处理。处理后的数据，一方面送LED数码管显示；另一方面与检测开关设定的温度控制值进行比较，并判断是否超限，通过PID控制算法进行调节，运算结果返回单片机，现在采用电阻丝加热，从而进行温度的调节，以保持恒定的温度。图2-1 系统硬件结构框图2.3系统功能模块方案设计2.3.1单片机的选择单片机的种类繁多，Intel公司的MCS-51 8位单片
19、机系列、MCS-96 16位单片机系列；Atmel的AT89、AVR系列；Philips的P89V51、LPC700/900 8位单片机系列、LPC2000 16/32系列；Motorola公司的MC68HC908 8位单片机系列、DSP型16位单片机。方案一：选择8031单片机8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，除无片ROM外，其余特性与MCS-51单片机基本一样。采用40个引脚的8031芯片。该芯片有4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3，128个字节的片数据存储器，但没片程序存储器，需扩展，价格便宜。方案二：选择P89V51RD2单片机采用有40个
20、I/O口的P89V51RD2。P89V51RD2是Philips公司新推出的一款功能非常强大的微处理器。P89V51RD2采用51核，部集成了64kB Flash ROM和1024字节的数据RAM，5V工作电压，操作频率为040MHz，并且支持12时钟(默认)或6时钟模式(每个机器周期包含6个时钟)，选择6时钟模式时可在一样时钟频率下获得2倍的吞吐量，同时，另一个好处在于，可以在保证处理速度不变的情况下，将时钟频率减半，这样可以极降低系统的EMI 。P89V51RD2还集成了SPI(串行外围接口)，增强型UART，PCA(可编程计数器阵列)，具有PWM和捕获比较功能，尤其是P89V51RD2支
21、持在系统软件调试和在系统编程的功能，这使得我们在用其开发产品时可以完全抛开仿真器和编程器，进而大大减少了产品开发的成本和时间。对于恒温箱这一控制对象来说，芯片的性能比8031，8051等单片机要优越的多，其劣势在于价格较贵。但是可以实现在线仿真，用起来比较方便。方案三：选择AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMb-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制
22、造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，Atmel的AT89C51是一种高效微控制器。使用P89V51RD2单片机，完全可以抛开仿真器和编程器，简化了设计，所以本次设计采用方案二。P89V51RD2 的典型特性是它的 X2 方式选项。利用该特性，设计工程师可使应用程序以传统的 80C51 时钟频率（每个机器周期包含 12个时钟）或 X2 方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行，选择 X2 方式可在一样时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半而保持特性不变，这样可以极降低电磁干扰(EMI)。Fla
23、sh程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）。并行编程方式提供了高速的分组编程（页编程）方式，可节省编程成本和上市时间。ISP 允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程。应用固件的产生/更新能力实现了 ISP 的大围应用。P89V51RD2 也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对 Flash 程序存储器重新配置，即使是应用程序正在运行也不例外。2.3.2显示电路的选择在单片机系统中常用的显示电路有LED显示、LCD显示。方案一：选择LED显示采用七段码显示时，数码管中的每一段相当于一个发光二极管。对于共阳极的数码管，部每个发光二极管的阳极被连在一起，成为该各段的公共选通线，发光二极管
24、的阴极则成为段选线。对于共阴极数码管，则正好相反，部发光二极管的阴极接在一起，阳极成为段选线。这两种数码管的驱动方式是不同的。当需要点亮共阳极数码管的一段时，公共段需接高电平，该段的段选线接低电平。从而该段被点亮。当需要点亮共阴极数码管的一段时，公共段需接低电平，该段的段选线接高电平，该段被点亮。方案二：选择LCD显示C系列LCD显示可以显示字母、数字符号、中文字型与图形，具有绘图与文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口与串行接口（OCMJ4X16A/B无串行接口）。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统
25、，就可以方便操作模块。置2M-位中文字型ROM (CGROM) 总共提供8192 个中文字型(16x16 点阵)，16K-位半宽字型ROM (HCGROM) 总共提供126 个符号字型(16x8 点阵)，64 x 16-位字型产生RAM (CGRAM)，另外绘图显示画面提供一个64x256点的绘图区域（GDRAM），可以和文字画面混和显示。提供多功能指令：画面清除（Display clear）、光标归位（Return home）、显示打开/关闭（Display on/off）、光标显示/隐藏（Cursor on/off）、显示字符闪烁（Display character blink）、光标移位
26、（Cursor shift）、显示移位（Displayshift）、垂直画面卷动（Vertical line scroll）、反白显示（By_line reverse display）、待命模式（Standby mode）。为了较方便的显示LED，本系统采用了直接三极管驱动LED，然后再接到单片机上去，这大大的降低了成本，也节省了元器件。它还具有可用程序来实现多种功能、通用性强、使用灵活的特点。如果使用LCD显示在经济上不能降低成本，编程也比较繁琐，反而显得不合理。故选择用LED作为显示电路。2.3.3键盘电路的选择一般键盘电路有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。方案一：选择独立式键盘 独立式键盘
27、中，各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易的判断按键是否被按下了。独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键需占用一根输入线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂，故此种按键适用于按键较少或操作速度较高的场合。方案二：选择矩阵式键盘矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到VCC上。平时无按键动作时，行线处于低电平状态，而当有按键按下时，列线电平为低，行线电平为高。这一点是识别矩阵式是否被按下的关键所在。因此，各按键
28、彼此将相互影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适合的处理，才能确定闭合键的位置。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口。由于本系统只有两个按键，故选择独立式键盘。2.3.4温度采集电路的选择传感器的选择：目前，温度传感器没有统一的分类方法。按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。温度传感器的从测量原理分为，体积热膨胀，电阻变化，热电效应（热电偶），压电效应频率变化，光学反应等温度传感器，它
29、们各自有自己的优缺点，利用体积热膨胀的温度传感器，不需要用电。电阻温度传感器分为铜电阻，中等精度价格低；铂电阻高精度价格高；热敏电阻，精度低灵敏度高。热电效应温度传感器，温度围宽，测量精度高但需要冷端补偿。利用压电效应和频率变化改变输出值的温度传感器可以作为标准使用。利用光学变化改变温度传感器适合高温非接触测量。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。常用的温度传感器有热电阻、热敏电阻和热电偶。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。方案一：选择热电偶
30、传感器热电偶作为测温原件具有结构简单、较高的精准度、测量围宽、具有良好的敏感度等优点，在温度测量中应用最为广泛。热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感原件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化，具有灵敏度高、体积小、较稳定、动态特性好等优点，常用于远距离测量和控制中。方案二：选择热电阻传感器热电阻在工业上广泛应用于测量-200+500围的温度，随着科技的发展热电阻温度计的测量围低温端可达-272.5左右，高温端可测到1000。热电阻温度传感器的特点是精度高，适宜测低温。在560以下的温度测量中，它的输出信号比热电偶容易测量。恒温箱的温度一般在室温250围，围比较窄
31、，也比较低，对精度的要求也比较低，综合考虑热电阻、热电偶和热敏电阻的特点，选用热电阻比较好。另外，热电阻又有铂电阻、铜电阻、铁电阻和镍电阻等，各有其特点，由于铂电阻稳定性好，性能可靠，所以本设计选用了常用的铂电阻Pt100作为温度传感器。方案三：选择MAX6577作为传感器MAX6577作为温度传感芯片，这是一种将温度转换为均衡频率方波的传感器(温度频率)，其主要特点如下：A. 方波输出，无需A/D转换与单片机计数端直接相连。B. 温度测量围-40+125。C. 较低的测量误差。测量温度是+25时，误差围为0.8；测量温度是+125时，误差围为0.5。D. 不需外接元件，体积小(最大3mm3m
32、m)，适合用作温度测量探头。需要注意的是，该传感芯片将温度转换为频率是以绝对温度(K)为前提，因此对频率的计数结果应减去273才能得到摄氏温度，这当然可以在软件编写时方便地做运算处理。由于本设计的控制温度围在室温250，除了方案二的铂电阻，其他的都达不到要求，所以本设计选择方案二。A/D转换芯片的选择：A/D转换器把传感器采集的模拟量输入转换成单片机所能识别的数字量信号。A/D转换器的种类分为双积分A/D转换器如ICL7109，逐次逼近型A/D转换器如ADC0809和并型A/D转换器。双积分A/D转换器的精度高，抗干扰性好，价格便宜，但是速度较慢,逐次逼近型A/D转换器的精度，价格，速度适中，
33、并型A/D转换器，速度快价格也昂贵，本设计综合考虑采用逐次逼近型A/D转换器ADC0809。 单片机与A/D转换器接口电路的主要功能是：A. 通过I/O输出通道启动转换或直接输出指令启动转换。启动转换的方式完全由A/D部电路结构而定。B. 把转换好的数据送入CPU。C. 当确定使用A/D转换器以后，按下列原则选择A/D转换器芯片。A) 根据前向通道的总误差，选择A/D转换器精度与分辨率。B) 根据信号对象的变化率与转换精度要求，确定A/D转换速度，以保证系统的实时性要求。C) 根据环境条件选择A/D转换芯片的一些环境参数要求，如工作温度、功耗、可靠性等级性能。D) 根据单片机接口特征，考虑如何
34、选择A/D转换器的输出状态。其它，还要考虑到成本、资源、是否是流行芯片等因素。由于各A/D转换器的性能指标不一样，速度相差很大，一般需要有数10uS以上的转换时间，因此在单片机发出转换命令后，需等待转换结束方可读取数据。常用的有程序查询输入方式和中断方式。INT7和INT6两个输入端分别接地和AD参考电源，是为了实现数字自动调零和抑制电源波动对转换的影响，并可供微机仪表实现自校用。 ADC0809的部结构框图如图2-2所示，本系统采用ADC0809构成A/D转换电路。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，部结构它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐
35、次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。由于ADC0809的片无时钟，它的时钟频率在10KHZ1280KHZ之间。可利用AT89C52提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频所得，ALE脚的频率是AT89C52单片机时钟频率的1/6。由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。控制电路SAR树状开关256电阻阶梯三态输出锁存器8路模拟开关地址锁存与译码器比较器START CLOCK INT0 EOC INT1 INT2 2-1
36、INT3 2-2 INT4 2-3 INT5 INT6 2-4INT7 2-5 2-6 ADDAADDB 2-7ADDCALE 2-8 Vcc GND Vref(+) Vref(-) OE图2-2 ADC0809部结构框图方案一：选择MC14433MC14433是3又1/2位BCD码输出、双积分式的A/D转换芯片，转换速度约110次/s，需5V工作电源，其模拟量输入电压为199.9mV或1.999V，基准电源相应为200mV或2V。方案二：选择ADC0809ADC0809是8位、逐次逼近式A/D转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一5V电源，其模拟量输入电压的围为0-5V，对应的数
37、字量输出为00FFH，转换时间为100us，无需调零或调整满量程。根据MC14433和ADC0809的特性可以看出，ADC0809的转换速度快，且只需单一的+5V电源，使用起来比MC14433方便的多。本系统的要求温度控制误差在2，采用8位A/D转换器，其最大量化误差为0.5(1/255)2500.5，完全能满足要求。2.3.5温度控制电路的选择在常用的控制方法中有两种：晶闸管控制和继电器控制。方案一：选择晶闸管控制当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发
38、电流是否还存在，晶闸管都保持导通；若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值一下。方案二：选择继电器控制继电器室一种在其输入的物理量达到规定值时，其电气输入电路被接通或分断的自动电器。继电器按其输入量性质分为电气继电器和非电气继电器两大类。按其用途分为控制继电器盒保护继电器两大类。根据它们的特性和用途，还有本设计的特点，如果选用继电器，它要一直吸合、断开，容易损坏器件，为此选用晶闸管控制，既方便，又简单。2.4 控制方法的选择在连续生产过程中，控制算法一般可分为模糊控制算法、PID算法和大林算法等。模糊控制算法是不依赖对象的数学模型,具有模糊逻
39、辑“概念”的抽象能力和非线性处理能力,且对过程参数的变化不敏感,是模糊数学同控制理论相结合的产物而人们对它了解不是太深入。大林算法是由美国IBM公司的大林于1968年针对生产过程中含纯滞后的控制对象的控制算法，该算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器,使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节,而本设计并非纯滞后时间的一阶惯性环节。而PID控制技术成熟,控制结构简单,参数易调整,不必求出被控对象的数字模型便可以调节,所以在温度测控系统常采用PID算法。PID调节是Proportional(比例)、Integral（积分）、Differential（微分）三者的缩写，是连续系统术
40、最成熟、应用最为广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，其运算结果用以输出控制。比例作用是调节器输出变化量与输入变化量成比例的一种控制作用，被控量一旦出现偏差，比例控制作用将使其朝着减少偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数。积分作用是指调节器的输出与输入的积分成比例的作用，积分控制的特点是调节器的输出与偏差存在的时间有关，只要有偏差存在，输出就随时间不断增加，直到偏差被消除，系统才能达到稳定。微分作用是指输出与输入的导数成比例的控制作用。其特点是输出只能反映偏差的变化速度。对于固定不变的偏差，不管偏差量多大，均不能有微分作用输出。
41、了避免电阻丝动作过于频繁，消除由于频繁动作引起的振荡现象。2.5开发环境与编程语言的选择2.5.1硬件开发环境选择Protel是Protel公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国开始使用，在国的普与率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用Protel。早期的Protel主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原
42、理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的Protel已发展到Protel 99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布
43、通率。在国Protel软件较易买到，有关Protel软件和使用说明的书也有很多，这为它的普与提供了基础。Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的高端版本Altium Designer 6.9。Altium Designer 6.9，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以与嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所
44、需的全部功能。这款高端版本Altium Designer 6.9除了全面继承包括99SE，Protel 2004在的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.9拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以与嵌入式设计集成在一起。Designer 6.9以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中，同时支持原理图输入和HDL硬件描述输入模式；同时支持基于VHDL的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析.Altium Designer 6
45、.9的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网格的SitusTM拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合在一起。Altium Designer 6.9极增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡的管理和导航，可将器件放置在PCB板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列(BGAs)。Altium Designer 6.9中的Board Insight 系统把设计师的鼠标变成了交互式的数据挖掘工具。Board Insight 集成了“警示”显示功能，可毫不费力地浏览和编辑设计中叠放的对象。工程师可以专注于其目前的编辑任务，也可以完全进入目标区域的任何其他对象，这增加了在密集、多层设计环