设计电烤箱温度自动控制系统。电烤箱温度可在一定范围内由人工设定，温度信号检测方案自行确定，用单片机采用单神经元自适应PID控制算法实现温度实时控制，静态误差1度，超调量〈10%，控制输出采用D/A转换为一个0到5V的电压量，通过固体继电器来调节电烤箱加热有效功率，从而达到温度调节的目的，用十进制数码显示电烤箱内的温度。并且设计串口电路，实现单片机与PC机的相互通信。
（1）、对电烤箱的温度进行检测和升温、恒温控制；
（2）、在升温阶段，控制电烤箱温度上升的速率和限度；
（3）、显示检测温度值、控制温度值；
（4）、通过串口和微机连接，波形显示当前温度和控制效果。
根据上述功能要求进行可行性分析后，决定选用单片机AT89C51芯片。
整个系统由硬件模块和软件模块构成。硬件模块由温度采集，模数转换电路，单片机最小系统，键盘控制及数码显示电路，数模转换电路，和串口通信电路组成。软件模块包括温度采集及模数转换部分，键盘控制及数码显示部分，温度控制及数模转换部分，还有PC机显示界面部分，其中重点体现在神经元自适应PID算法部分。整个温控系统结构框图如图3.1所示。
本系统工作过程是这样的。温度采集部分主要由传感器组成（由实验室提供），由传感器把电烤箱温度通过传感器的作用产生一个电流信号，经A/D采样转换为数字信号后送给单片机，由单片机分析计算（算法基于单神经元自适应PID控制）后发出数字控制信号，经D/A转换成电压后传送给固体继电器，固体继电器通过控制电压的升降来控制电烤箱，以使温度控制到期望的值。串口的作用是跟PC机连接，PC机显示当前的温度状态，也可以在界面上设定温度值送到单片机实现控制，以便于实际应用。至于键盘控制和数码显示部分，通过按键选择，可以设定期望温度值，显示当前温度值，显示控制参数等，不同的按键组合可以通过编程实现不同的显示内容。为使控制有较好的响应特性，依据神经网络的自学习和自适应能力，利用结构简单而且易于计算的单神经元控制器。具体算法和实现将在后续章节给出，下面分模块来具体描述系统硬件设计及其实现功能。
体现了神经网络思想的单神经元自适应PID控制器，结合神经网络和常规PID控制器的优点，使系统具有在线学习、自适应和抗干扰能力，是常规PID控制器无法比拟的。
本设计系统的运行情况表明，设计完成的控制器成功的应用于电烤箱温度控制过程中。与传统的PID控制算法不同，本系统中基于单神经元的自适应PID控制策略算法简洁、思路清晰、运算量小，系统运行过程中鲁棒性强、响应速度快、超调量小、控制精度较高，很好的实现了设计的初衷。
而与PC机的通讯连接实现，一定程度上解决了现实操作场所的限制问题，具有一定的实际应用价值。
由于本人水平、实验条件、时间等因素的限制，所设计的控制器的不足之处在于：
（1）数码显示部分的设计没有显示到小数位之后，这对实时温度的了解带来了偏差。但这是系统与外界人员间的一个信息交换方面的缺点，跟系统的控制作用并没有本质的联系和影响。然而从系统的工业应用考虑，这仍然是有待改进的地方。
（2）精度和测温范围有待于进一步提高。温度测量的精确度和范围因受选用元件及试验条件所限，还不能满足温度要求较高的工业应用的要求，有待于进一步的完善。
 
目录
摘要
Abstract
引言1
1  系统概论1
1.1 温度控制及其特点1
1.2 温度控制的现状2
1.3 神经网络控制和PID控制研究现状2
1.4 神经网络自适应PID温度控制的研究和意义3
2  单神经元自适应PID控制的算法原理3
2.1 神经元自适应PID控制算法4
2.2改进的神经元自适应PID控制算法5
3  单片机温度控制系统的总体设计6
3.1 设计任务6
3.2 系统功能7
3.3 系统设计方案7
4  系统硬件设计8
4.1 温度采集部分8
4.2 模数转换部分9
4.3 单片机最小系统部分10
4.4 数码显示及键盘控制部分11
4.5 数模转换部分13
4.6 串口通信部分16
5  系统软件设计19
5.1 单神经元自适应PID算法设计20
5.2 PC机界面显示设计22
5.3 数字滤波设计23
6  系统调试24
6.1 硬件调试24
6.1.1温度采集部分与模数转换部分24
6.1.2数模转换部分25
6.1.3串口通信部分25
6.2 软件调试25
7  系统控制效果26
8  结论28
谢辞29
参考文献30
附录31
 

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