基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计课程设计论文1.doc

《基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计课程设计论文1.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计课程设计论文1.doc（19页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、本科生课程设计（论文） I 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 计算机控制技术计算机控制技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计 本科生课程设计（论文） II 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设计 题目 基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实

2、现功能实现功能 婴儿培养箱是对新生儿培养、护理及治疗的一种医疗设备，可为早产儿、体重偏低、 病危儿等发育不良新生儿创造一个温湿度适宜的环境，本设计采用单片机作为控制器，设 计相应的输入输出通道，控制算法采用达林算法，对培养箱的温度加以控制，能达到期望 的质量标准，两位 LED 显示温度值。 设计任务及要求设计任务及要求 1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路； 2、建立被控对象的数学模型； 3、设计PID算法的程序流程图，给出程序清单； 4、仿真研究，验证设计结果； 5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以上。 技术参数技术参数 1、培养箱温度控

3、制范围 3038 极限温度小于 39 2、空气温度检测温度精度 5% 3、婴儿皮肤检测温度精度1% 进度计划 1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1 天） 2、 系统功能分析（1 天） 3、 系统建模（1 天） 4、 算法推导，程序设计（2 天） 5、 仿真分析与研究（2 天） 6、 撰写、打印设计说明书（2 天） 7、 答辩（1天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） III 摘 要 婴儿培养箱主要应用于早产儿、低体重儿、病危儿或发育不良的新生儿的临 床医疗。在儿科的医疗护理中占有重要地位，是医院不可或缺的医疗器械

4、。由于 此类婴儿的特殊性，所以婴儿培养箱对控制精度、稳定性能和安全性都有较高要 求。传统的 PID 算法是最为广泛的一种基本控制规律，具有稳定性高、鲁棒性好 等优点。但其对时变非线性系统来说控制就难以达到很好的效果。 本设计采用达林算法对婴儿培养箱的温度加以控制，大林算法是运用于自动 控制领域中的一种算法，设计的算法使闭环系统的特性具有时间滞后的一阶惯性 环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后 有补偿作用等特点。适用于温度，湿度，这种纯滞后的检测量控制。 关键词：达林算法；婴儿培养箱；温湿度检测；PID 本科生课程设计（论文） IV 目 录 第 1 章 绪论 1

5、 第 2 章 课程设计的方案 2 2.1 概述 .2 2.2 系统结构框图 .2 2.3 单片机选型 .3 2.4 温湿度传感器选型 .3 第 3 章 硬件设计 4 3.1 单片机最小系统 .4 3.2 温度检测电路 .4 3.3 A/D 转换电路 5 3.4 湿度传感器电路 .5 3.5 显示电路 .6 3.6 电源电路 .7 3.7 键盘模块 .7 第 4 章 软件设计 9 4.1 控制系统软件设计 .9 4.2 基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计 10 4.3 控制过程 12 第 5 章 系统测试与分析/实验数据及分析 13 第 6 章 课程设计总结 .14 参考文献 15 本科生

6、课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和控制技术以其逻辑简 单、控制灵活、使用方便及性能价格比高的优点得到了迅猛发展和广泛应用。尤 其是许多智能仪表和测控系统中引入电脑控制技术后，使传统仪器、仪表设备发 生了根本变化，为工业生产的自动化、智能化奠定了坚实的技术基础。 本课题对婴儿培养箱的控制是要很好的把温度，湿度稳定在某个值或某个区 间，并采用达林算法对培养箱温湿度进行控制。通过对婴儿培养箱的温度进行实 时精确测量、自动检测和控制，有效的提高了控制系统的实时性和控制精度，大 大改善了婴儿培养箱温度控制的自动化程度，具有高的实用价。 为婴儿提供稳定

7、的生存环境是婴儿培养箱的主要作用，其中温度是极为重要 的参数之一。为了保证婴儿的正常生理活动需要，提高婴儿存活率，以及减轻工 人的劳动强度、节约能源，要求对温度进行测、显示、控制，使之达到工艺标准， 以单片机为核心设计的箱温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通 讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望温度控制系 统能够有很高的精确度，帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。 在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。而当今，随着电 子 行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的 价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实

8、现温度控制并提高控制的精 确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。 利用计算机控制技术来实现婴儿培养箱的温度和湿度精确控制，可以大大提 高婴儿成活率，提高婴儿培养箱的使用价值。 本科生课程设计（论文） 2 第 2 章 课程设计的方案 2.1 概述 本课程设计设计的婴儿培养箱应当具有检测温度，检测湿度，控制箱内温湿 度，实时显示，修改的功能。针对以上要求，进行如下方案的选择。 2.2 系统结构框图 婴儿培养箱温度控制实现过程是:首先温度传感器将加热炉的温度传回单片机， 然后 89C51 芯片将给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过最小无纹波 算法运算处理后，传给温度控制系统，判断加热器材输出

9、端导通与否从而使加热 炉开始加热或停止加热。既加热炉温度控制得到实现。其中单片机的 89C51 系统 为婴儿培养箱温度控制系统的核心部分起重要作用。如图 2.1 系统结构框图 图 2.1 系统结构框图 AT89C51 LED显示 键盘 加热装置 温度控制器 温度传感器 本科生课程设计（论文） 3 2.3 单片机选型 本设计采集模拟的温度信号，键盘输入，显示输出，根据输入输出数量以及 控制要求，在硬件部分选择了单片机的 AT89C51 芯片为核心控制部分，其硬件 功能可以满足本课程设计对系统的要求。 2.4 温湿度传感器选型 方案一：选用 DHT11 作为温湿度检测模块。DHT11 是一款数字输

10、出的复合 传感器，包含一个电阻式感湿元件和 NTC 式温度检测元件，可测 2090%RH 湿 度，误差 5%RH，050 摄氏度，误差 2 摄氏度。 方案二：选用 LM35 温度传感器和 HS1101 湿度传感器。LM35 输出电压与 摄氏温标呈线性关系，不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率，输出 可为电压或者电流信号。测量范围在 0 到 100。 HS1101 是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在 0%100%RH，误差为- +2%RH，可以与 555 定时器构振荡电路输出与湿度对应的脉冲信号。 由上述数据可知，方案一的集成温湿度传感器输出数字信号，且传感器的误 差较大，而方案二的

11、分立温度传感器输出模拟信号，适宜温室内的远距离传输， 精度较高，并且湿度传感器的输出脉冲信号抗干扰能力强。 本科生课程设计（论文） 4 第 3 章 硬件设计 3.1 单片机最小系统 本系统设计的单片机采用89C1系列芯片，采用24MHZ或更高频率晶振，以获 得较高的刷新频率，时期显示更稳定。在芯片中，P1口低4位与行驱动器相连， 送出行选信号；P1.5P1.7口则用来发送控制信号。P0口和P2口空着，在有必要 的时候可以扩展系统的ROM和RAM。如图3.1单片机最小系统电路 图3.1单片机最小系统电路 3.2 温度检测电路 本设计选用 LM35 为温度传感器，LM35 温度传感器输出电压与摄氏

12、温标的 线性度好，而且输出模拟量信号适合远距离传输，LM35 输出与温度值对应的电 压信号经放大 10 倍后变为标准信号送往 A/D 转换电路，温度检测电路如图 3.2 温度检测电路所示。 本科生课程设计（论文） 5 图 3.2 温度检测电路 3.3 A/D 转换电路 LM35 输出的电压信号要转换为对应的数字信号才可被单片机接收，本设计 选取 ADC0809 作为 A/D 转换器即可满足要求，由于 ADC0809 的时钟信号为 500KHZ，故将单片机的 ALE 端接四分频器后给转换器作为时钟。A/D 转换电路 如图 3.3 A/D 转换电路 所示。 图 3.3 A/D 转换电路 3.4 湿

13、度传感器电路 本设计的湿度检测电路由 555 多谐振荡器来实现，HS1101 作为电容变量接 在 555 芯片的 2、5 脚之间，引脚 7 用作电阻 R2 的短路，等量电容 HS1101 通过 R3、R4 充电到门限电压（约 0.67V） ，通过 R5 放电到触发电平，然后 R4 通过 7 短路到地，传感器由不同的电阻 R3、R4 充放电，进行工作循环,形成方波。其周 EA/V P 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 IN T0 12 IN T1 13 T 0 14 T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P1

14、6 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 T X D 11 RX D 10 U1 AT 89C52 V CC Y1 12M C1 30pF C2 30pF C310uF S0 SW-PB R1 10k +5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J2LCD1602 GND VDD VL RS RW EN D0 D1 D2

15、D3 D4 D5 D6 D7 BL+ BL- R2 2k RS RW EN AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 V CC T RIG 2 Q 3 R 4 CV olt 5 T HR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 HS1101 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 R3 576K +5 R4 49.9K R5 1K R6 909K T 0 RD WR T X D 1 RX D 4 V REF 5 V CC 3 CANH 7 CANL 6 RS 8 GND 2 R8 82C50 IN 3 V DD 2 V CC 8 EN 7

16、OUT 6 GND 5 6N137 AD6 1 AD7 2 ALE 3 CS 4 RD 5 WR 6 CLOCKOU T 7 X T AL1 9 X T AL2 10 RST 17 IN T 16 V SS1 8 V SS2 21 V SS3 15 AD0 23 AD1 24 AD2 25 AD3 26 AD4 27 AD5 28 T X 0 13 T X 1 14 V DD1 22 V DD2 18 RX 0 19 M OD E 11 V DD3 12 RX 1 20 SJA1000 IN -0 26 m sb2-1 21 2-2 20 IN -1 27 2-3 19 2-4 18 IN -

17、2 28 2-5 8 2-6 15 IN -3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN -4 2 EOC 7 IN -5 3 ADD-A 25 IN -6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN -7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 ST ART 6 ref(+) 12 CLOCK 10 ADC0809 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P27 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P26 RD WR IN T0 ALE IN 3 V DD 2 V CC 8 EN 7 OUT 6 GND 5 6N137

18、R7 390 R8 390 R9 6.2K R10 4.7K V CC C4100pF R11 390 V CC1 R12 390 R13 5 R145 C5100nF C6 100nF C7 30pF C8 30pFR15 47kD1 D2 CANBUS P27 P21 P22 P20 P23 P23 ALE P20 P21 P22 P23 P26 P27 T 0 IN T0 RS RW EN S1 SW-PB S2 SW-PB S3 SW-PB S4 SW-PB S5 SW-PB S6 SW-PB GND 3 VCC 1 V out 2 LM 35 3 2 1 411 U1A LM 324

19、 R18 500K R17 1K R16 10K +12V V CC IN D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U3A D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U2A CLK ALE P13 P14 P15 P16 P17 T 1 T RANS1 1 2 3 4 D3 BRID GE1 C9 2200uF C12 2200uF C14 2200uF V in 1 GND 2 V out 3L7812 V in 1 GND 2 V out 3L7805 C10 0.1uF C11 0.1uF C13 0.1uF +12VV CC 220V 12V IN R19 10K

20、 R20 10K R21 10K +5V P17 P16 P13 P14 P15 V CC GND 1 V in 2 OV 3 +V 4 B0505S R22 240 C15 35uF V CC1 本科生课程设计（论文） 6 期计算如公式 3-1，3-2： T充电=C*（R3+R4）*ln2 （3-1） T放电=C*R4*In2；（3-2） 由此可知输出方波频率如公式 3-3 f =1/（T充电+ T放电）=1/C*（R3+2R4）*ln2 （3-3） HS1101 传感器的电容值与温室湿度成线性关系，可见空气湿度通过 555 测 量振荡电路后，就转变为与之呈反比例的频率信号，后将频率信号送单

21、片机的计 数器即可计算出湿度值。湿度检测电路如图 3.4 湿度显示电路 所示。 图 3.4 湿度检测电路 3.5 显示电路 由于智能节点的需要实时显示室内的温湿度值和报警信息，数据较为复杂， 故选择 LCD1602 液晶显示器，可以显示 162 个字符，具有显示质量高、数字 式接口 、体积小、重量轻 、功耗低等优点，可以满足设计的要求。显示电路如 下图 3.5 现实电路所示。 EA/V P 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 IN T0 12 IN T1 13 T 0 14 T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15

22、6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 T X D 11 RX D 10 U1 AT 89C52 V CC Y1 12M C1 30pF C2 30pF C310uF S0 SW-PB R1 10k +5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J2 LCD1602 GND VDD VL RS RW EN D0 D

23、1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BL+ BL- R2 2k RS RW EN AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 V CC T RIG 2 Q 3 R 4 CV olt 5 T HR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 HS1101 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 R3 576K +5 R4 49.9K R5 1K R6 909K T 0 RD WR T X D 1 RX D 4 V REF 5 V CC 3 CANH 7 CANL 6 RS 8 GND 2 R8 82C50 IN 3 V DD 2 V CC 8

24、EN 7 OUT 6 GND 5 6N137 AD6 1 AD7 2 ALE 3 CS 4 RD 5 WR 6 CLOCKOU T 7 X T AL1 9 X T AL2 10 RST 17 IN T 16 V SS1 8 V SS2 21 V SS3 15 AD0 23 AD1 24 AD2 25 AD3 26 AD4 27 AD5 28 T X 0 13 T X 1 14 V DD1 22 V DD2 18 RX 0 19 MOD E 11 V DD3 12 RX 1 20 SJA1000 IN -0 26 m sb2-1 21 2-2 20 IN -1 27 2-3 19 2-4 18

25、IN -2 28 2-5 8 2-6 15 IN -3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN -4 2 EOC 7 IN -5 3 ADD-A 25 IN -6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN -7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 ST ART 6 ref(+) 12 CLOCK 10 ADC0809 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P27 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P26 RD WR IN T0 ALE IN 3 V DD 2 V CC 8 EN 7 OUT 6 GND 5 6N

26、137 R7 390 R8 390 R9 6.2K R10 4.7K V CC C4 100pF R11390 V CC1 R12 390 R13 5 R14 5 C5100nF C6 100nF C7 30pF C8 30pFR15 47k D1 D2 CANBUS P27 P21 P22 P20 P23 P23 ALE P20 P21 P22 P23 P26 P27 T 0 IN T0 RS RW EN S1 SW-PB S2 SW-PB S3 SW-PB S4 SW-PB S5 SW-PB S6 SW-PB GND 3 VCC 1 V out 2 LM35 3 2 1 411 U1A L

27、M324 R18 500K R17 1K R16 10K +12V V CC IN D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U3A D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U2A CLK ALE P13 P14 P15 P16 P17 T 1 T RANS1 1 2 3 4 D3 BRID GE1 C9 2200uF C12 2200uF C14 2200uF V in 1 GND 2 V out 3L7812 V in 1 GND 2 V out 3L7805 C10 0.1uF C11 0.1uF C13 0.1uF +12VV CC 220V 12V IN R19

28、 10K R20 10K R21 10K +5V P17 P16 P13 P14 P15 V CC GND 1 V in 2 OV 3 +V 4 B0505S R22 240 C15 35uF V CC1 本科生课程设计（论文） 7 图 3.5 显示电路 3.6 电源电路 由于单片机最小系统、温湿度传感器、A/D 转换器和 CAN 驱动发送模块都 需要供电，而且电压不同，故将 220V 交流电经变压、滤波后，经稳压器 LM7812 输出 12V 电压给放大器供电，后经 LM7805 输出 VCC 电压给单片机、 温湿度传感器和总线控制器供电，而光电耦合电路要实现与 CAN 总线电气隔离， 故将

29、 LM7805 后接 B0505S-1W 进行电源隔离 VCC1 给耦合器和收发器供电。电 源电路如图 3.7 电源电路图 所示。 图 3.7 电源电路 3.7 键盘模块 单片机组成的小系统中，有的需要人机交互功能，按键是最常见的输入方式。 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21

30、 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U1 AT89C52 VCC Y1 12M C1 30pF C2 30pF C310uF S0 SW-PB R1 10k +5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J2 LCD1602 GND VDD VL RS RW EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BL+ BL- R2 2k RS RW EN AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 VCC TR

31、IG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 HS1101 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 R3 576K +5 R4 49.9K R5 1K R6 909K T0 RD WR TXD 1 RXD 4 VREF 5 VCC 3 CANH 7 CANL 6 RS 8 GND 2 R8 82C50 IN 3 VDD 2 VCC 8 EN 7 OUT 6 GND 5 6N137 AD6 1 AD7 2 ALE 3 CS 4 RD 5 WR 6 CLOCKOUT 7 XTAL1 9 XTAL2 10 RST 17 IN

32、T 16 VSS1 8 VSS2 21 VSS3 15 AD0 23 AD1 24 AD2 25 AD3 26 AD4 27 AD5 28 TX0 13 TX1 14 VDD1 22 VDD2 18 RX0 19 MODE 11 VDD3 12 RX1 20 SJA1000 IN-0 26 m sb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 r

33、ef(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 ADC0809 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P27 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 P26 RD WR INT0 ALE IN 3 VDD 2 VCC 8 EN 7 OUT 6 GND 5 6N137 R7 390 R8 390 R9 6.2K R10 4.7K VCC C4 100pF R11390 VCC1 R12 390 R13 5 R145 C5100nF C6 100nF C7 30pF C8 30pFR15 47k D1 D2

34、 CANBUS P27 P21 P22 P20 P23 P23 ALE P20 P21 P22 P23 P26 P27 T0 INT0 RS RW EN S1 SW-PB S2 SW-PB S3 SW-PB S4 SW-PB S5 SW-PB S6 SW-PB GND 3 VCC 1 Vout 2 LM35 3 2 1 411 U1A LM324 R18 500K R17 1K R16 10K +12V VCC IN D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U3A D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 U2A CLK ALE P13 P14 P15 P16 P17 T

35、1 TRANS1 1 2 3 4 D3 BRIDGE1 C9 2200uF C12 2200uF C14 2200uF Vin 1 GND 2 Vout 3L7812 Vin 1 GND 2 Vout 3L7805 C10 0.1uF C11 0.1uF C13 0.1uF +12VVCC 220V12V IN R19 10K R20 10K R21 10K +5V P17 P16 P13 P14 P15 VCC GND 1 Vin 2 OV 3 +V 4 B0505S R22 240 C15 35uF VCC1 本科生课程设计（论文） 8 最常见的按键电路大致有两种：一对一的直接连接和动态扫

36、描的矩阵式连接。 一对一的直接连接就是一个按键直接对应一个 CPU 的输入口，这样的电路简 单直接，一个按键独占一个端口，在按键数量较少端口数量富裕时可以直接使用。 但很多场合需要的按键数比较多，必须使用矩阵式的按键连接。矩阵键盘是单 片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组，在矩阵式键盘中，每条水平 线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。使用矩阵式的按 键连接可以大大的节约 I/O 接口的占用，如图 3.8 按键电路图 图 3.8 按键电路图 本科生课程设计（论文） 9 第 4 章 软件设计 4.1 控制系统软件设计 控制系统的软件主要包括：温度的采样和处理、控制计算、

37、控制输出、中断、 显示、调节参数修改、温度设定及修改。其中控制算法采用最小拍无纹波控制算 法，以达到更好的控制效果。 考虑到电加热炉是一个非线性、时变和分布参数系统，所以本文采用一种新 型的智能控制算法。它充分吸取数学和自动控制理论成果，与定性知识相结合， 做到取长补短，在实时控制中取得较好的成果。其中，系统的软件流程图如图 4.1 系统流程图 图 4.1 系统流程图 本科生课程设计（论文） 10 4.2 基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计 达林算法中 D(z)的基本形式 设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，其传递函数分别 为： （4-1） （4-2） 其中为被控对象的时

38、间常数，为被控对象的纯延迟时间，为了 简化，设其为采样周期的整数倍，即 N 为正整数。 由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞 后的一阶惯性环节，即 ，其中 由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的 脉冲传递函数是 （4-3） 于是数字控制器的脉冲传递函数为 （4-4） D(z)可由计算机程序实现。由上式可知，它与被控对象有关。下面分别对一 阶或二阶纯滞后环节进行讨论。 一阶惯性环节的大林算法的 D(z)基本形式 当被控对象是带有纯滞后的一阶惯性环节时，由式（4-1）的传递函数可知， 其脉冲传递函数为 ： 本科生课程设计（论文） 11 将此

39、式代入（2-4） ，可得 （4-5） 式中：T采样周期： 被控对象的时间常数； 闭环系统的时间常数。 二阶惯性环节达林算法的 D(z)基本形式 当被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节时，由式（4-1）的传递函数可知， 其脉冲传递函数为 其中， 将式 G(z)代入式（2-3）即可求出数字控制器的模型： （4- 本科生课程设计（论文） 12 6） 由此，我们可以设计出控制器的传递函数，利用 MATLAB 工具在 SIMULINK 里画出整个控制系统，给定一个阶跃信号就可得到整个控制系统的响 应曲线。 4.3 控制过程 控制过程：手动输入一个温度设定值，需要调用键盘扫描子程序，再由传感 器检测现场的温

40、度值，调用 A/D 转换子程序，将模拟信号转换为数字信号送单片 机处理，调用温度控制子程序来实现温度控制，调用显示子程序将处理后的结果 送 LCD 显示。在使用键盘时，要考虑键盘的去抖问题，消抖处理有硬件和软件 两种方法：硬件消抖是利用加抖动电路滤避免产生抖动信号；软件消抖是利用数 字滤波技术来消除抖动。我们采用软件的方法，利用主程序循环扫描，主程序每 循环一次扫描到的键值相同时，则说明是某键按下。如图 4.2 系统控制过程图 图 4.2 系统控制过程图 本科生课程设计（论文） 13 第 5 章 系统测试与分析/实验数据及分析 对设定传递函数进行基于达林算法系统仿真。如图 5.1 系统仿真图

41、图 5.1 系统仿真图 该系统数学模型的参数用单位阶跃响应曲线法求取，为了方便运算取整可得 ，设给定的温度为 100 摄氏度，采 用达林控制算法其 simulink 仿真图如 5-1 所示。选用 PI 控制器对该系统进行控制， 并整定其参数，得到仿真图形如 5-2 所示。从图形中可以看出对于大滞后系统采 用达林算法能使系统稳态无静差，超调为零，调解时间也很小，控制效果很好。 而采用普通 PID 控制虽然超调量仅为 10%，但调解时间很长，不利于控制。 本科生课程设计（论文） 14 第 6 章 课程设计总结 婴儿培养箱是对新生儿培养、护理及治疗的一种医疗设备，可为早产儿、体 重偏低、病危儿等发育

42、不良新生儿创造一个温湿度适宜的环境，本设计采用单片 机作为控制器，设计相应的输入输出通道，控制算法采用达林算法，对培养箱的 温度加以控制，能达到期望的质量标准，两位 LED 显示温度值。 本课程设计通过单片机，利用温度湿度传感器采集的数据信息，经过单片机 的大林算法运算，控制输出，从而达到了基本恒定的温度控制输出需求，满足了 婴儿的正常生理需要。并且符合课程设计的要求。 本科生课程设计（论文） 15 参考文献 1 梅丽凤.单片机原理及接口技术，北京：清华大学出版社，2004：19-48，81- 93 2 周继明.江世明. 传感技术与应用M，长沙：中南大学出版社，2005：45-56 3 张毅刚

43、.单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，2003：126-135 4 顾兴源.计算机控制系统，北京：冶金工业出版社, 1981：25-40 5 张连华.单片机应用系统设计方法，北京： 科学之友, 2010, 07 ：27-28 6 楼然苗.51 系列单片机设计实例，北京：北京航空航天出版社， 2003.3-35 7 李生明.单片机 LED 显示接口技术，长江职工大学学报，2003，(4)：18-24 8 袁强.基于单片机 89C51 和 89C2051 点阵 LED 图文显示，工程地质计算机应 用 2006，(4)：5-55 9 刘昆山.如何快速入门单片机，电子制作, 2010, (01)：64-66 10 刘昆山.用单片机控制一个 LED，电子制作, 2010, (02) ：58-61 11 俞荣.赵子真.单片机自动控制应用系统的设计探讨,机械管理开发, 2010, (01): 201-204 12 何立民.我国单片机技术的应用与发展， 电子报, 2001,(09):01-07 13 袁龙MCS-51 系列单片机指令快速记忆法， 电子报, 2005,（011）:5-15