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4 主要元器件介绍
4.1热电偶传感器
镍铬温度传感器是一种电压输出型精密温度传感器。它工作类似于齐纳二极管，其反向击穿电压随绝缘温度以10mV/K的比例变化。该器件在工作电流为400uA500uA范围内的动态电阻小于1?，当对它在25?C校准后，它在范围内具有小于的典型误差。热电偶可应用于范围在?40150?C内的任何形式的温度检测，它的低阻抗和线性输出使得其读出和控制接口电路非常简单。热电偶测温范围分别为?40100?C。其短时间使用测温上限可扩宽至120?C。 主要特点：
(1) 在绝对温度下直接校准。 (2) 1℃的初始精度。
(3) 工作于400uA~5mA电流范围。 (4) 低于1Ω的动态阻抗 。 (5) 容易校准 。
(6) -40℃~+100℃宽工作温度范围。
4.2 8255扩展芯片
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。 主要特点：
8255管脚特性如下：
(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。
(2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。 引脚功能：
(1) RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。
(2) CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯
片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输. (3) RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
(4) WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
(5) D0～D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。
(6) PA0～PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。
(7) PB0～PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 (8) PC0～PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
(9) A0,A1:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。当A0=0,A1=0时,PA口被选择;当A0=0,A1=1时,PB口被选择;当A0=1,A1=0时,PC口被选择;当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择。
4.3 C8051F020系列单片机
本系统的核心控制部件采用Silicon Laboratories公司生产的C8051F020单片机作为控制器。C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统(SOC)，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成的数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。
C8051F系列单片机的功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列(PCA)、定时器、数字I/O端口、电源监视器、看门狗定时器WDT和时钟振荡器等。
C8051F020单片机是C8051F系列中一个比较有代表性的型号，该器件是完全集成的混合信号系统级SCM芯片，具有64个数字I/O引脚。 主要性能：
(1) 高速、流水线结构的8051兼容的MCS-51内核(可达25MIPS)。 (2) 全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)。
(3) 真正12位、100ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。 (4) 真正8位、500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关。 (5) 两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。 (6) 64KB可在系统编程的Flash存储器。
(7) 4352(4096+256)B的片内RAM。
(8) 可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口。 (9) 硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口。 (10) 5个通用的16位定时器。
(11) 具有5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列。
C8051F系列单片机都可工作在工业温度范围(-45~+85℃)内用2.7~3.6V的
电压工作。端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。C8051F020为100引脚TQFP封装。
5控制算法的研究
5.1 PID算法的研究
PID是一种负反馈控制，用设定的控制目标值与受控对象的输出反馈值相比较，对其差作比例、微分、积分后用来控制受控对象。 PID控制规则:
1?1tde? u = (3-1) ?e??0edt?TD???TIdt?
式中占为比例带，介为积分时间，与为微分时间。传递函数为:
1?1??s1??TDSG?= ? (3-2) TI??
δ、TI、TD的改变对控制作用影响很大: δ越大，比例调节的残差越大，从这一点说，δ越小能使残差越小。但δ小则使调节系统的开环增益加大，从而可能导致系统激烈振荡甚至不稳定，系统首先要稳定，所以比例带的设定必须保证一定的稳定裕度TI越大即积分速度越小，积分作用越弱，使过度时间变长，达到稳定的速度越慢。TI越小积分速度越快，而增大积分速度会降低控制系统的稳定程度，直至出现发散的振荡过程；TD则主要改善系统的动态性能，TD增大会加快系统的响应，降低超调，增大系统稳定性，但TD过大，会使系统的抗干扰能力减弱，而且微分环节对纯滞后过程无效。PID控制器中，δ、TI、TD的选择如果合适，则能发挥它们的长处，从而较好地控制系统，否则，不仅不能发挥各种调节作用，反而适得其反。
5.2模糊控制系统设计
模糊控制是一种以模糊集合论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控制模仿人的思维通过把精确量模糊化，通过模糊推理，然后经过清晰化处理得到控制量。 5.2.1模糊控制算法
模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。尤其是模糊控制和遗传算法、神经网络及混沌理论等新学科相结合，正在显示出其巨大的应用潜力。