发布时间 : 星期二 文章电子系统设计 室内温度湿度测控系统设计更新完毕开始阅读923053700b1c59eef8c7b434
2009级 电子信息科学与技术专业 电子系统设计报告
B 积分作用
积分作用的引入，主要是为了保证被控量在稳态时对设定值的无静差跟踪，它对系统的性能影响可以体现在以下两方面：
(1) 对动态特性的影响
积分作用通常使系统的稳定性下降。如果积分时间Ti太小系统将不稳定，Ti偏小，振荡次数较多；如果Ti太大，对系统性能的影响减少，当Ti合适时，过渡特性比较理想。
(2) 对稳态特性的影响
积分作用能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是Ti太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。
C 微分作用
微分作用通常与比例作用或积分作用联合作用，构成PD控制或者PID控制。 微分作用的引入，主要是为了改善闭环系统的稳定性和动态特性，如使超调量较小，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当微分时间Td偏大时，超调量较大，调节时间较长；当Td偏小时，超调量也较大，调节时间也较长只有合适时，可以得到比较满意的过渡过程。直观地分析，假设被控对象存在一定的惯性，微分作用将使得控制作用与被控量，与偏差量未来变化趋势之间形成近似的比例关系。
从频域分析的角度讲，微分作用等效于一个高通滤波器，即有可能在控制 输出中引入较强的高频噪声，这是实际控制所不希望的。
在现代由于计算机进入控制领域，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统，用软件实现PID控制算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID控制更加灵活。计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此，连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。目前有位置式PID控制算法以及增量式PID控制算法[10]。
本系统采用了增量数字化PID算法。增量式控制器是指控制器每次输出的只是控制量的增量，当执行机构，例如步进电机，需要的是增量而不是位置量的绝对数值时，就可以使用增量式PID控制器进行控制[10]。
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增量?u(k)，当执行机构需要的是控制量的增量时，应采用增量式PID控制。根据递推原理可得
u(k?1)?kpe(k?1)?ki?e(j)T?kdj?0k?1e(k?1)?e(k?2) (5.3)
T用式(4.3)减式(4.4)，可得增量式PID控制算法
?u(k)?kp(e(k)?e(k?1))?kie(k)T?kde(k)?2e(k?1)?e(k?2) (5.4)
T式(4.5)称为增量式PID控制算法，将其进一步可改写为
?u(k)?a0e(k)?a1e(k?1)?a2e(k?2) (5.5)
式中，a0?kp(1?2TTTTd?)，a1?kp(1?d)，a2?kpd TiTTiTi 增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了不少的优点[11]：
(1) 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。
(2) 手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍能保持原值。
(3) 算式中不需要累加。控制增量u(k)的确定，仅与最近k次的采样值有关， 所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。
但是增量式控制也有其不足之处[12]：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。因此，在选择时不可一概而论，一般认为在以晶闸管作为执行器或在控制精度要求高的系统中，可采用位置式控制算法，而在以步进电动机或电动阀门作为执行器的系统中，则可采用增量式控制算法。
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5.2 系统主程序流程图设计
本系统软件主程序主要由各数据测量、模块控制、报警等程序组成。主程序流程图，如图5.1所示。传感器采集的数据存储入单片机，单片机初始化，开始比较采集的空气温湿度是否在测量范围内，如果在测量范围内，则显示测量值，否则进入空气温湿度度调整子程序，控制加热炉加热或者通风系统通风以升高或降低空气温度，或是控制喷雾系统或排潮系统以升高或降低空气湿度。
空气湿度调整子程序 空气温度调整子程序 N 开始 系统初始化 上限限值设定 空气温度测量 空气温度是否在测量范围内 空气湿度测量 空气湿度是否在测量范围内 显示温湿度值
图5.1 系统主程序流程图
6 结论
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本次设计结合单片机技术传感器技术，以AT89S52单片机为核心，对温度和湿度的检测与控制智能化进行了简单的设计与阐述，对MCS-51单片机系统的温湿度检测控制原理与结构进行了论述。本次设计以硬件为主，软件程序为辅，给出了检测系统与控制系统的各部分电路以及相对应的程序。采用模块化、层次化设计。使用新型的智能集成温湿度传感器SHT10主要实现对温度、湿度的检测，将温湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89S52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温湿度的控制报警。报警系统根据设定报警的上下限值实现声光报警功能，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示所测温湿度值。结果表明该系统实现了对室内温湿度精确控制，达到了相应的效果，系统电路简单、集成度高、工作稳定、检测精度高，具有一定的实用价值。
参考文献
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