1、 PAGE56 / NUMPAGES56摘 要居室溫濕度控制系統是以居室的溫濕度為輸入量，以居室的調溫和排濕裝置(風機、步進電機、排氣扇等)為控制對象，在單片機控制系統上用模糊控制的方法使居室中溫濕度的變化滿足居住需求，達到提高動物居室生活要求目的。針對溫濕度變化的非線性和相互耦合現象，本文設計了基于單片機和模糊控制技術的動物居室溫濕度自動控制系統。本論文的工作重點主要有以下幾個方面：第一，設計和實現了以Atmega16為核心的單片機系統，配有鍵盤、顯示和干濕溫度采集處理的控制系統，設計了基于GAL的步進電機驅動控制電路、基于1-wier總線的干濕溫度多點采集電路、I2C總線器件AT24C02

2、工藝參數存儲等外圍電路，可實現信號采集、數據顯示、鍵盤控制、數據計算、排濕裝置控制、調溫裝置控制等功能。詳細介紹了硬件電路設計和軟件程序設計，并針對單片機系統的硬件和軟件介紹了一些工程上實用的抗干擾技術；第二，針對干濕溫度變化的非線性和相互耦合現象，具體研究了居室溫濕度變化的規律，設計了基于模糊控制技術的模糊控制器并制定了模糊控制查詢表。關鍵詞：溫濕控制 模糊控制 Atmega16 GAL SHT11AbstractAccording to the temperature and humidity of warm room and temperature-control and humidit

3、y-control device (such as fan stepping motor , exhaust fan and so on ) , the temperature and humidity control system for warm room , which uses fuzzy control based on MCU control system , can satisfy the process requirement of temperature and humidity chance in warm room , improve quality of living

4、room. According to the temperature and humidity nonlinearvariation and coupling phenomena, I designed the control system based on MCU and fuzzy control.The main focus of this paper are the following aspects: Firstly，the MCU control system，with keyboard input LED display and temperature-humidity coll

5、ecting , with the core of atmega16 is designed. What is more，pulse distributor of stepping motor with GAL, multi-temperature-humidity collecting circuit based on 1-wire bus and the processing parameter memory circuit with I2C bus interface device AT24C02 and so on designed for this system which has

6、the function of signal collecting data displaying, keyboard controlling , data computing , temperature-control device controlling , humidity-control device controlling and so on . The hardware design and software design are described in detail. And some practical hardware and software reliability me

7、asures of MCU system are introduced. Secondly, according to the temperature and humidity nonlinear variation and coupling phenomena in warm room, I study the temperature and humidity characteristic of warm room, and design the fuzzy controller and fuzzy control polling list.Keywords: temperature-hum

8、idity control fuzzy control Atmega16 GAL SHT11目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265231640摘 要 PAGEREF _Toc265231640 h 1HYPERLINK l _Toc265231641Abstract PAGEREF _Toc265231641 h 2HYPERLINK l _Toc265231642目錄 PAGEREF _Toc265231642 h 3HYPERLINK l _Toc265231643第一章 緒論 PAGEREF _Toc265231643 h 5HYPERLINK l

9、_Toc2652316441.1課題背景介紹 PAGEREF _Toc265231644 h 5HYPERLINK l _Toc2652316451.2 論文研究的目的與意義 PAGEREF _Toc265231645 h 5HYPERLINK l _Toc2652316461.3 系統設計簡介 PAGEREF _Toc265231646 h 5HYPERLINK l _Toc2652316471.3.1 設計要求 PAGEREF _Toc265231647 h 5HYPERLINK l _Toc2652316481.3.2 功能簡介 PAGEREF _Toc265231648 h 6HYPE

10、RLINK l _Toc265231649第二章 系統分析 PAGEREF _Toc265231649 h 7HYPERLINK l _Toc2652316502.1 系統設計原則 PAGEREF _Toc265231650 h 7HYPERLINK l _Toc2652316512.2 可行性分析 PAGEREF _Toc265231651 h 7HYPERLINK l _Toc2652316522.3 系統硬件總體設計以與說明 PAGEREF _Toc265231652 h 8HYPERLINK l _Toc265231653第三章 模糊控制理論 PAGEREF _Toc265231653

11、 h 9HYPERLINK l _Toc2652316543.1 空氣溫濕度解耦理論依據 PAGEREF _Toc265231654 h 9HYPERLINK l _Toc2652316553.2模糊控制特點 PAGEREF _Toc265231655 h 10HYPERLINK l _Toc2652316563.3模糊控制的基本原理 PAGEREF _Toc265231656 h 10HYPERLINK l _Toc2652316573.4模糊控制系統的組成 PAGEREF _Toc265231657 h 11HYPERLINK l _Toc2652316583.5本溫室溫濕度模糊解耦控制算

12、法的實現 PAGEREF _Toc265231658 h 12HYPERLINK l _Toc2652316593.5.1溫濕度模糊解耦器設計 PAGEREF _Toc265231659 h 12HYPERLINK l _Toc2652316603.5.2清晰化處理 PAGEREF _Toc265231660 h 17HYPERLINK l _Toc2652316613.5.3溫濕度模糊控制 PAGEREF _Toc265231661 h 20HYPERLINK l _Toc265231662第四章 系統的設計與實現 PAGEREF _Toc265231662 h 23HYPERLINK l

13、_Toc2652316634.1系統硬件方案 PAGEREF _Toc265231663 h 23HYPERLINK l _Toc2652316644.2單片機芯片的選用 PAGEREF _Toc265231664 h 24HYPERLINK l _Toc2652316654.3電源轉換電路的設計 PAGEREF _Toc265231665 h 25HYPERLINK l _Toc2652316664.4鍵盤控制電路設計 PAGEREF _Toc265231666 h 25HYPERLINK l _Toc2652316674.5顯示電路設計 PAGEREF _Toc265231667 h 26

14、HYPERLINK l _Toc2652316684.6步進電機驅動控制電路設計 PAGEREF _Toc265231668 h 27HYPERLINK l _Toc2652316694.6.1步進電機控制原理 PAGEREF _Toc265231669 h 28HYPERLINK l _Toc2652316704.6.2 GAL脈沖分配器 PAGEREF _Toc265231670 h 30HYPERLINK l _Toc2652316714.6.4 步進電機驅動控制電路 PAGEREF _Toc265231671 h 31HYPERLINK l _Toc2652316724.7傳感器模塊的

15、設計與實現 PAGEREF _Toc265231672 h 32HYPERLINK l _Toc2652316734.7.1 溫濕度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc265231673 h 32HYPERLINK l _Toc2652316744.7.2 SHT11(溫濕度傳感器)傳感器描述 PAGEREF _Toc265231674 h 33HYPERLINK l _Toc2652316754.7.3 SHT11工作時序 PAGEREF _Toc265231675 h 34HYPERLINK l _Toc2652316764.7.4 SHT11與單片機的連接 PAGEREF _Toc26

16、5231676 h 35HYPERLINK l _Toc2652316774.7.5濕度線性補償和溫度補償 PAGEREF _Toc265231677 h 36HYPERLINK l _Toc2652316784.7.6 溫度值輸出 PAGEREF _Toc265231678 h 37HYPERLINK l _Toc2652316794.7.7露點計算 PAGEREF _Toc265231679 h 37HYPERLINK l _Toc2652316804.8 參數存儲電路設計 PAGEREF _Toc265231680 h 38HYPERLINK l _Toc2652316814.8.1 總

17、線 PAGEREF _Toc265231681 h 38HYPERLINK l _Toc2652316824.8.2參數存儲芯片AT24C02 PAGEREF _Toc265231682 h 40HYPERLINK l _Toc2652316834.9通信接口與聲光報警電路 PAGEREF _Toc265231683 h 41HYPERLINK l _Toc265231684第五章 系統的軟件設計與實現 PAGEREF _Toc265231684 h 43HYPERLINK l _Toc2652316855.1初始化程序 PAGEREF _Toc265231685 h 43HYPERLINK

18、l _Toc2652316865.2 按鍵處理模塊 PAGEREF _Toc265231686 h 44HYPERLINK l _Toc2652316875.3 顯示模塊 PAGEREF _Toc265231687 h 45HYPERLINK l _Toc2652316885.4 模糊控制模塊 PAGEREF _Toc265231688 h 46HYPERLINK l _Toc2652316895.5 溫濕度測量模塊 PAGEREF _Toc265231689 h 47HYPERLINK l _Toc265231690第六章 系統抗干擾技術 PAGEREF _Toc265231690 h 49

19、HYPERLINK l _Toc2652316916.1 硬件抗干擾技術 PAGEREF _Toc265231691 h 49HYPERLINK l _Toc2652316926.2 軟件抗干擾技術 PAGEREF _Toc265231692 h 50HYPERLINK l _Toc265231693第七章 系統仿真 PAGEREF _Toc265231693 h 51HYPERLINK l _Toc265231694總結 PAGEREF _Toc265231694 h 54HYPERLINK l _Toc265231695參考文獻 PAGEREF _Toc265231695 h 55HYPE

20、RLINK l _Toc265231696致 PAGEREF _Toc265231696 h 58第一章 緒論1.1課題背景介紹溫濕度的測控在工農業生產、日常生活與科學研究中有著廣泛的應用，諸如農業生產中蔬菜大棚溫濕度測控，糧倉中的溫濕度測控以與發電廠，電力部門等都需要溫濕度測控。由于常用的溫濕度傳感器的非線性輸出，使溫濕度的測量方法和手段相對比較復雜，也給電路的調試增加了難度；為此，采用一體化集成溫濕度傳感器有利于提高測控系統的抗干擾能力和可靠性。1.2 論文研究的目的與意義目的：對基于Atmega16單片機的溫濕度監控系統進行研究和設計，能夠對周圍環境的溫度和濕度進行實時測量；實現基于At

21、mega16單片機的溫濕度監控系統的軟、硬件設計。其意義：1、基于Atmega16單片機的溫濕度監控系統可以為一些對溫度、濕度比較敏感的場合提供準確的溫度、濕度信息，還可以用于糧庫、機房等場所。能夠創造一定的社會經濟效益。2、通過對溫濕度監控系統的設計來學習并掌握有關單片機的知識和傳感器通信技術以與數碼管的顯示原理，達到進一步鞏固平時所學的專業知識。3、將所學的理論知識和實踐相結合，為以后在此基礎上結合相關領域設計產品和改進某些產品性能具有很好的實踐意義。1.3 系統設計簡介1.3.1 設計要求 1、能對輸入的溫濕度傳感器信號進行檢測。 2、能判斷檢測的信號是否越界，在設計程序過程中，考慮到檢

22、測的信號在低于或高于設定溫濕度的圍時應做些什么。 3、通過監控主機或 PC來實時查看當前溫度和濕度值 ，并可在監控主或 PC 上設置報警參數以便實時監控環境溫度和濕度值。 4、溫度測量圍：-40123.8， 精度： +0.4； 濕度測量圍：0%RH100%RH， 精度： +3%RH； 響應時間：t 95 %RH) 環境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。圖4-10 SHT11部結構框圖微處理器是通過二線串行數字接口與 SHT11 進行通信的。通信協議與通用的總線協議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I/

23、O口模擬該通信序。微處理器對SHT11的控制是通過5個 5位命令代碼來實現的，命令代碼的含義如下表所列。表4-2 SHT11命令代碼命令代碼含義00011測量溫度00101測量濕度00111讀部狀態寄存器00110寫部狀態寄存器11110復位命令，使部寄存器恢復默認值，下次命令前至少等待11ms其他保留SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式， 接口非常簡單，引腳名稱與排列順序如下圖所示。各引腳的功能如下：腳1 和4 ：信號地和電源，其工作電壓圍是2.45.5 V；腳2和腳3：二線串行數字接口，其中DATA為數據線， SCK為時鐘線； 腳5腳8：未連接。 圖4-11 SHT1

24、1 HYPERLINK l _Toc170315657 4.7.3 SHT11工作時序首先對數據傳輸進行初始化來啟動SHT11測量時序，即在第一個SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為低電平，并在第二個SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為高電平。SHT11測量命令包含3個地址位和5個命令位 (其中溫度測量代碼為00011，濕度測量代碼為00101)。單片機發布一組 8 bit測量命令 (如00000101，即濕度測量 )后，DATA在第 8個 SCK時鐘的下降沿被置為低電平。再發送第9個 SCK時鐘作為命令確認，DA2T A在其下降沿之后，恢復為高電平。同時，單片機可以暫時停止發送時鐘序列以進入空閑

25、模式，準備讀取測量數據。SHT11在轉換結束后，將DATA置為低電平，單片機繼續發出時鐘序列，來讀取 2個 8 Byte的測量數據和 1個 8 Byte的 CRC奇偶校驗。所有的數據從 MS B 開始，右值有效(例如：對于 12 bit數據 ，從第 5個 SCK時鐘起算作 MS B；對于 8 bit數據 ，首字節無意義 )。其中，在每個字節傳輸結束之后，都要發出一個時鐘高電平 ACK，并將 DATA置為低電平，以確認讀取成功。當然，如果不使用 CRC2 8校驗，控制器可以在讀取測量值LS B后，通過保持確認位ACK高電平，來中止數據傳輸。在測量和傳輸結束后，SHT11自動轉入休眠模式。SHT1

26、1的工作時序如下圖所示。圖4-12 SHT11的工作時序 HYPERLINK l _Toc170315658 4.7.4 SHT11與單片機的連接SHT11通過兩線串行接口電路與單片機連接 ，具體電路如圖4-12所示。其中，串行時鐘輸入線SCK用于單片機控制器與 SHT11之間的通信同步。串行數據線 DAT A用于部數據的輸出和外部數據的輸入。DAT A在 SCK時鐘下降沿之后改變狀態 ，并僅在 SCK時鐘上升沿后有效。因此單片機可以在 SCK高電平時讀取數據 ，而當其向SHT11發送數據時 ，在 SCK時鐘下降沿之后改變狀態 ，同時保證 DAT A線上的電平狀態在 SCK高電平段穩定。其程序

27、流程圖見第五章。圖4-13 SHT11與單片機的連接 HYPERLINK l _Toc170315660 4.7.5濕度線性補償和溫度補償SHT11 可通過 DATA 數據總線直接輸出數字量濕度值。該濕度值稱為 “相對濕度”，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值： （4-1）式中：為經過線性補償后的濕度值，為相對濕度測量值，、 、 為線性補償系數，取值如表4-5 所列。由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25 有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償

28、公式如下： （4-2）式中：RHture為經過線性補償和溫度補償后的濕度值，T為測試濕度值時的溫度( ) ， 和 為溫度補償系數，取值如表4-6所列。表4-3濕度線性補償系數SOrhC1C2C312位-40.04052. 8 10 - 68位-40.648- 7. 2 10 - 4表4-4溫度線性補償系數SOrht1t212位0.010.000088位0.010.001284.7.6 溫度值輸出由于SHT11是采用 PTAT 能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由下式算得： （4-3） 式中： 和 為特定系數， 的取值與 SHT11 工作電壓有關， 的取值則與 SH

29、T11 部 A/ D 轉換器采用的分辨率有關，其對應關系分別如表3-6 和表3-7所列。表4-5 d1對應關系表4-6 d2對應關系V DD/ Vd1 / d1 / F5- 40. 00- 40. 004- 39. 75- 39. 503.5- 39. 66- 39. 353- 39. 60- 39. 282.5- 39. 55- 39. 23SOTd2 / d2 /F14位0.010.01812位0.040.072 HYPERLINK l _Toc170315661 4.7.7露點計算露點是一個特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達到的最低溫度。當空氣的溫度低于露點時，空氣容納不了過多的水

30、分，這些水分會變成霧、 露水或霜。露點可以根據當前相對濕度值和溫度值計算得出， 具體的計算公式如下： （4-4） （4-5）式中： 為當前溫度值，為相對濕度值，為露點值。4.8 參數存儲電路設計4.8.1總線總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線，它通過SDA(串行數據線)與SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、LCD驅動器還是鍵盤接口。1、總線的基本結構采用總線標準的單片機或IC器件，其部不僅有接口電路，而且將部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某

31、個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現對硬件系統的既簡單又靈活的擴展與控制。總線接口電路結構如圖4-14所示。圖4-14 總線接口電路結構2、雙向傳輸的接口特性傳統的單片機串行接口的發送和接收一般都各用一條線，如AVR系列的TXD和RXD，而總線則根據器件的功能通過軟件程序使其可工作于發送或接收方式。當某個器件向總線上發送信息時，它就是發送器(也叫主器件)，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動總線上傳送數據并產生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數據決定。在

32、總線上，既沒有中心機，也沒有優先機。總線上主和從(即發送和接收)的關系不是一成不變的，而是取決于此時數據傳送的方向。SDA和SCL均為雙向I/O線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路。總線的數據傳送速率在標準工作方式下為100kbit/s此，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s。3、總線上的時鐘信號在總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在SCL時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使SCL線一直保持低電平，使SCL線上的所有器件開

33、始低電平周期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態，于是這些器件將進入高電平等待的狀態。4、數據的傳送在數據傳送過程中，必須確認數據傳送的開始和結束。在總線技術規中，開始和結束信號(也稱啟動和停止信號)的定義如圖4-15所示。當時鐘線SCL為高電平時，數據線SDA由高電平跳變為低電平定義為“開始”信號;當SCL線為高電平時，SDA線發生低電平到高電平的跳變為“結束”信號。開始和結束信號都是由主器件產生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態;在結束信號以后的一段時間，總線被認為是空閑的。圖4-15 總線開始和結束信號總線的數據傳送格式是：在總線開始信號后，送出的

34、第一個字節數據是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發送信息則由第8位(R/W)確定。在總線上每次傳送的數據字節數不限，但每一個字節必須為8位，而且每個傳送的字節后面必須跟一個認可位(第9位)，也叫應答位(ACK)。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節后都會作出響應，即釋放SCL線返回高電平，準備接收

35、下一個數據字節，主器件可繼續傳送。如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數據時，(例如正在處理一個部中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收總線上的數據字節)可以使時鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時主器件產生1個結束信號，使傳送異常結束，迫使主器件處于等待狀態。當從器件處理完畢時將釋放SCL線，主器件繼續傳送。當主器件發送完一個字節的數據后，接著發出對應于SCL線上的一個時鐘(ACK)認可位，在此時鐘主器件釋放SDA線，一個字節傳送結束，而從器件的響應信號將SDA線拉成低電平，使SDA在該時鐘的高電平期間為穩定的低電平。從器件的響應信號結束后，SDA線返回高電平，進入下一

36、個傳送周期。總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數據，則可以忽略該地址不作響應。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數據，則應對地址作出響應，其表現為一個接收器。5、總線接口器件目前在視頻處理、移動通信等領域采用總線接口器件己經比較普遍。另外，通用的總線接口器件，如帶總線的單片機、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅動器等器件，也越來越多地應用于計算機與自動控制系統中。4.8.2參數存儲芯片AT24C02AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是含2568位存儲空間，具有工作電壓寬(2.55.5V)、擦寫

37、次數多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)等特點。圖4-16中AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在系統主板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數據輸入/輸出，數據通過這條雙向總線串行傳送，在系統主板上上和單片機的SDA連接。第6腳SCL為串行時鐘輸入線，在系統主板上和單片機的SCL連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個10K的電阻上拉。第7腳需要接地。AT24C02中帶有片地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，以實現對下一個存儲單元的讀寫。所有字節均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次

38、操作可寫入多達8個字節的數據。圖4-16 AT24C02接口電路4.9通信接口與聲光報警電路1、通信接口電路通信接口采用單片機的全雙工異步串行接口，用于軟件的升級和聯機通訊。接口電路如圖4-17所示。接口芯片采用MAXIM公司的MAX232C芯片。圖4-17 RS-232接口電路2、聲光報警電路系統提供了溫濕度上下限報苦、時間超限報警、系統異常報警。報警電路如圖4-18所示，蜂鳴器采用長聲型，由PNP型三極管驅動。圖4-18 聲光報警電路圖第五章 系統的軟件設計與實現5.1初始化程序程序的初始化在任何硬件模塊程序設計中，必不可少的一部分。程序初始化是對系統中所使用到的模塊進行初始設置，其目的就

39、是為了讓硬件模塊符合在控制軟件中的使用要求。對硬件所使用到的部資源和外部資源，必須一一進行初始化設置，同時還需要對單片機的一些外圍電路進行初始化設置。這些初始化設置包括：全局變量初始化、I/O口配置、外部中斷0初始化設置、定時器0和1初始化、鍵盤鎖定、數據緩沖區初始化、MAX7219顯示驅動芯片初始化、溫度傳感器DS18B20初始化、外部輸出設置、工作模式等，其流程圖如圖5-1所示。圖5-1初始化程序流程圖5.2 按鍵處理模塊系統提供了5個按鍵，采用中斷0的擴展方式，每個按鍵被按下都會產生一個外部0中斷，每個按鍵都有相應的處理函數。首先有鍵按下就會產生INT0中斷，進入中斷入口，然后判斷是哪個

40、按鍵按下，再進入對應的按鍵處理程序進行相應的處理(比如按下KS，KS是參數設置鍵，程序就會進入KS的處理函數部分，將原來顯示的實測值切換到設定值顯示模式，并且在這種模式下可以改變參數)。程序流程圖如圖5-2所示。圖5-2 按鍵處理模塊流程圖5.3 顯示模塊1、MAX7219的初始化對MAX7219的初始化，實際上就是對MAX7219的掃描限制寄存器(掃描數碼管的個數)、亮度寄存器、譯碼模式寄存器與工作寄存器進行正確的設置。在進行程序前，必須清楚一點，就是MAX7219采用16位數據包的形式，也就是說對MAX7219寫入時是以16位數作為一個整體來進行的，也即兩個字節，高字節為寄存器地址或顯示R

41、AM地址，低字節為命令或數據。2、字寫MAX7219程序字寫MAX7219也就是將16位數據包寫入MAX7219，其程序設計只要遵循MAX7219的時序要求即可，簡要描述為：在時鐘上升沿數據被鎖入片16位移位寄存器；16位數據的輸出順序必須是從高位到低位。對于處理器來說，一般均自然滿足MAX7219對串行時鐘不能高于10MHz的要求。16位寫入以后，必須通過12管腳(LOAD)的正跳變(即上升沿)將數據鎖入，從而使更新數據(命令)有效。3、顯示子程序顯示子程序的作用是將非壓縮的BCD碼形式的顯示代碼寫入對應的數碼管顯示RAM寄存器，常用的09和AF的顯示代碼對應為00H09H和0AH0FH。如

42、要在對應的位上顯示小數點，只要將對應的顯示代碼的最高位置1即可。例如要顯示“0”，其顯示代碼為80H。圖5-3顯示模塊流程圖5.4 模糊控制模塊系統模糊控制模塊軟件流程圖如圖5-4所示，系統進入模糊控制模塊，首先讀取設定工藝曲線溫濕度的值，根據采集到的溫濕度計算出Et，Eh，ECt，ECh的值，然后查詢模糊控制表得到對應的模糊控制輸出量Ct和Ch，進一步進行解耦運算，得到最終的控制輸出量Ut和Uh，輸出控制信號，完成模糊處理。由于模糊控制表的建立是離線進行的，因此它絲毫沒有影響模糊控制器實時運行的速度。一旦模糊控制表建立起來，模糊邏輯推理控制的算法就是簡單的查表法，其運算速度是相當快的，完全能

43、夠滿足實時控制的要求。圖5-4模糊控制模塊軟件流程圖5.5 溫濕度測量模塊溫濕度測量子程序。該設計中，溫濕度測量程序放在定時器 T0的中斷服務程序中，定時器 T0為工作方式1，每次定時周期為50ms，軟件計數600次，溫濕度采樣周期為30s。中斷服務程序包含啟動轉換子程序、讀測量數據子程序、數值處理子程序等基本程序。軟件溫濕度測量流程圖如圖5-5所示。圖5-5 溫濕度測量流程圖第六章 系統抗干擾技術6.1 硬件抗干擾技術系統通過溫度傳感器直接與測試現場相接觸，檢測環境的電磁干擾(來自加熱和排濕設備)直接干擾傳感器的輸入和輸出；電源電壓的波動也會影響整個系統的輸入輸出信號；信號源和控制系統之間有

44、幾米到幾十米的距離，信號在傳送過程中很容易受到周圍強電設備的干擾；執行器(鼓風機、排氣扇、步進電機、循環風機等)的驅動需要高電壓、大功率電源，該電源會在后向通道直接干擾住控制系統；執行器距離現場較遠，控制現場也會干擾主控系統。在硬件系統上主要采取以下措施：1、從傳感器輸出的信號經過RC阻容濾波后再進入主控系統。為了抑制開關量執行機構對主控系統的干擾，在通道上采用具有隔離作用的固態繼電器來抑制干擾。對于步進電機控制量輸出，采用TLP521來隔離兩路不同電壓。2、對于各類電源采用環形地線的布線方式，地線盡量加粗，接地電路布成團環路以提高抗噪聲能力。3、對于傳感器通信外接線，采用屏蔽雙絞線，以減少環

45、境對信號的干擾。4、采用看門狗監控，在系統運行過程中可能出現死機和程序跑飛的情況下，強制處理器復位；另外采用阻容加手動復位電路，在上電和電源波動過程中實現可靠復位。5、每個芯片在工作中都會產生一些諧波震蕩，或多或少，這些震蕩會對后面電路中的芯片造成一定的干擾，尤其在一些本身就存在強烈干擾源的環境中更是如此。因此，將主控芯片和存儲芯片的電源和地之間跨接多個退藕電容，以消除干擾。6.2 軟件抗干擾技術利用軟件措施來提高系統的抗干擾能力，不僅可以得到滿意的效果，還可以降低系統的體積和成本。對于實時控制程序，為了防止程序指針PC的容出錯，使程序“跑飛”，在進行跳轉、多字節、中斷、堆棧操作中加入空操作指

46、令NOP，它對CPU的工作狀態無任何影響，但可以使得失去控制的程序調整PC的容，轉到正確的指令處執行程序。為了防止程序進入死循環，設計了系統監視程序WATCHDOG，當進入死循環時，產生最高優先級中斷，強制系統復位。第七章 系統仿真為了驗證P I D參數自調整模糊控制器的效果，我們在MATLAB中利用SIMULINK工具箱對2個不同階次的被控制對象進行仿真研究。設被控對象的數學模型為：在M A T L A B中創建圖7-1所示的模糊控制系統仿真模型，該方框圖中的P I D控制器和模糊控制器分別是封裝好的子系統，其部模型如圖7-2、圖7-3所示，其中圖7-3中的模糊邏輯控制器中隱含了輸入輸出關系

47、的FIS需要利用行命令或者G U I編輯函數事先建立。圖7-1模糊PID控制系統仿真模型圖7-2 封裝好的PID子系統圖7-3 封裝好的參數自調整子系統仿真運行后得到圖7-4、圖7-5所示的結果（階躍響應）。顯然參數自組織模糊控制系統比參數固定的系統的控制效果好得多。圖7-4 G1(s)仿真結果圖圖7-5G2(s)仿真結果圖本系統采用離線處理和在線計算相結合的方法，在不增加系統開銷的情況下，保證了處理過程中的穩定性和數據的準確性。通過仿真試驗表明，本設計溫度精度優于0.2，濕度精度可保證0.5 %RH，完全滿足常見的設計要求。由于在溫濕度控制方面運用了模糊PID控制技術，使得溫濕度調節的動態性

48、能得到了很大的提高，響應速度加快，有效地抑制了溫濕度控制系統大滯后帶來的不利影響；同時，也兼備了常規PID控制技術高穩態精度的特點。總結本系統通用性強，抗干擾能力強，成本低，具有一定的智能化，適用于各種溫濕度檢測控制環境，具有以下特點：1、采用性價比較高的單片機ATmega16設計了該控制系統。該系統具有鍵盤控制和顯示功能，同時擴展了LCD顯示功能和RS-232通信功能，以便后續的功能擴展。2、利用模糊控制算法離線計算了輸入量和輸出量的量化值，形成了模糊控制表，基本實現了系統控制的實時性。3、設計了基于可編程邏輯器件GAL的步進電機脈沖分配器，節省了步進電機控制電路的成本，實驗證明由GAL設計

49、的步進電機控制電路具有較好的穩定性和控制性能。4、設計了基于單總線資源，降低了電路成本。5、為了提高系統的安的數字式溫度傳感器檢測電路，大大降低了電路的復雜度，節省了單片機的I/O全性和可靠性，經過對系統干擾因素的分析，系統采用硬件抗干擾措施(電源退禍、看門狗電路等)和軟件抗干擾措施(指令冗余技術等)，減少了實際運行環境對系統的干擾，保證系統運行穩定、可靠。本系統在今后的工作中還有待于進一步改進與完善：1、按照北方和南方的氣候差異選擇不同的控制機構和制定不同的控制規則；2、按照冬季和夏季的不同制定不同的控制規則。參考文獻1 曉妮.單片機溫度控制系統的設計J .學院學報，2005，(02)：20

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