单片机温度控制英文文献及翻译(9)

图2-2 温度控制器硬件结构图

摩托罗拉MC68HC705B16（简称6805），是系统的核心。它通过一个简单的4键小键盘对温度进行设定，同时使用两个显示驱动控制7段LED数码管来显示定值和气室温度的测量值。所有这些，输入和输出信号与6805的并行口相连。气室的温度值使用预校准热敏电阻测量，并通过6805的数模转换输入。最后，6085的脉冲宽度调制（PWM）输出用来驱动一个继电器，以控制线性电阻加热器的闭合和断开。

图3更详细的显示了6805的接口和电子器件。使用暴风3K041103型号四键键盘，通过PA0-PA3端口进行数据输入。其中一个重要的功能是进行模式切换。两种模式：固定模式和运行模式。在固定模式下，其他两个键用于设定温度，一个增加，一个减少，第四个按键暂无作用。LED显示屏由哈里斯半导体ICM7212进行驱动，通过PB0-PB6端口与芯片相连，作为输出。热敏电阻由电压分频器驱动，通过AN0针脚（八个模拟输入端口中的一个）相连。最后，PLMA针脚（两个PWM输出端口中的一个）驱动加热继电器。

图2-3 单片机原理图

图3单片机原理图是关于用软件实现温度控制算法、保持温度显示以及改变键盘输入响应，这将不会在本文详细讨论，因为这并不是本文的重点，也没有编译完成。软件部分还没有确定控制算法，但很可能是一个简单的比例控制，比PID算法简单。一些控制设计的问题将在第四节讨论。

4 设计过程

虽然该项目的本质是建立一个恒温器，但它有许多很好的契机可以供教学借鉴。高级工程本科教育的知识只是能够让学生们具有解决问题的能力。然而，很多情况下，实际情况却和理论有些不同。不过，这些不是问题，参与这个项目的设计，将获得很多设计方面的宝贵经验。本节的其余部分着眼于其他的几个方面：4.1节讨论系统的一些特征，简化系统热性能的数学模型，以及一些简单理论的证明。4.2节介绍确定实际控制算法。4.3节指出控制设计程序的一些不足，并通过模拟环境，指出怎样克服问题。4.4节给出单片机的一些设计相关概述，以及出现问题和值得借鉴之处。

4.1数学模型

集总元件热系统符合线性控制，适用于载玻片干燥机的问题。图4显示了二阶集总元件热量模型的载玻片干燥机。状态变量是温度，Ta是箱内空气的温度，Tb是箱子本身的温度。该系统输入功率等于q(t)的热量和环境温度T的和。ma，mb分别对应空气和箱子的质量。

Ca和Cb则分别是其对应热量。m1和m2分别是空气与箱子间以及箱子与外界间的传热系数。

图4-1 集总元件热模型

由图4可以推出（线性）状态方程

拉普拉斯变换(1)和(2)等式，并整理Ta(s)。有趣的是，可以推出一个开环的热系统方程。