單片機(jī)控制的污水排放PH值檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

11.1污水處理的研究背景及意義隨著時(shí)代的進(jìn)步，工業(yè)化程度的不斷提高，人們的生活已經(jīng)離不開工業(yè)。在人民生活水平不斷提高的同時(shí)，人類賴以生存的水資源卻在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中遭受嚴(yán)重破壞。在全社會(huì)越來越重視自然環(huán)境和人類和諧發(fā)展工業(yè)及居民生活污水處理建設(shè)項(xiàng)目和展受到全世界的普遍關(guān)注。隨著污水處理工藝水平迅猛發(fā)展，對(duì)污水處理的自動(dòng)化要求越來越高。為使污水處理系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行工況，獲得更好的出水水質(zhì)，必須及時(shí)取得污水處理系統(tǒng)的重要過程參數(shù)及水質(zhì)參數(shù)。其中PH值是表征水質(zhì)的重要參數(shù)之一。在石油、化工、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中，給水處理和廢水處理控制過程中，都必須把值控制在一定的范圍內(nèi)。否則，將會(huì)影響企業(yè)生產(chǎn)，造成原料浪費(fèi)，產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至污染環(huán)境。與此同時(shí)，強(qiáng)酸強(qiáng)堿很有可能腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，使用壽命降低，甚至可能給生產(chǎn)造成危險(xiǎn)。因此，不僅是在工業(yè)生產(chǎn)中，而且在環(huán)境保護(hù)下，對(duì)污水值的有效控制是非常有意義的。本文針對(duì)以上對(duì)污水處理的狀況，通過查閱相關(guān)污水值控制的資料，對(duì)污水處理中的PH值控制問題進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。1.2污水處理PH值控制的目的在工業(yè)生產(chǎn)污水處理中，污水過酸或過堿都容易引發(fā)各種問題。所以，必須先對(duì)污水的PH進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)其進(jìn)行中和處理，達(dá)到要求后才可以排放。然而，PH值控制是一個(gè)復(fù)雜的非線性控制問題。由于酸堿中和反應(yīng)過程存在混合、測(cè)量等因素，需要一定的時(shí)間，時(shí)滯較大PH滴定曲線是非線性曲線，在中和反應(yīng)過程中，不同的工作點(diǎn)增益相差很大。因此，處理好PH值中和非線性是值控制的重點(diǎn)。本文根據(jù)PH值中和非線性這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了算法的智能區(qū)間控制數(shù)學(xué)模型，并基于AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)了值制系統(tǒng)。該系統(tǒng)驗(yàn)證了本算法設(shè)計(jì)的可行性，同時(shí)也提供了一種解決PH值控制問題的新思路。1.3PH值控制方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)污水處理往往需要設(shè)備工作在良好的狀況同時(shí)要及時(shí)取得污水處理系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，PH是最重要的參數(shù)之一。傳統(tǒng)的PH值控制方法需要工作人員到場(chǎng)進(jìn)行手工中和操作和監(jiān)視，導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)的意外事件反應(yīng)較慢，而且無法準(zhǔn)確對(duì)水質(zhì)的變化做出反應(yīng)和調(diào)整，從而限制了污水處理的穩(wěn)定性和處理質(zhì)量。然而這些經(jīng)驗(yàn)的積累要求具有較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和廣泛的知識(shí)，往往根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)污水處理廠進(jìn)行管理。因此，建立污水處理的檢測(cè)控制系統(tǒng)是十分有必要的。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家很早就已經(jīng)投入大量資金和科研力量加強(qiáng)污水處理的監(jiān)測(cè)運(yùn)行和管

理，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制、報(bào)警、計(jì)算和瞬時(shí)記錄。如美國(guó)20世紀(jì)70年代中期開始實(shí)現(xiàn)污水處理廠的自動(dòng)控制目前主要污水處理廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工藝流程中主要參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試和控制80年代以來美國(guó)召開了兩次水處理儀器和自動(dòng)化的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)上發(fā)表的數(shù)百篇論文反映出水處理自動(dòng)化已發(fā)展到使用水平。與國(guó)外相比，我國(guó)污水自動(dòng)化控制起步較晚。進(jìn)入年代以后污水處理廠才開始引入自動(dòng)控制系統(tǒng)，但多是直接引進(jìn)國(guó)外成套自控設(shè)備，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理廠應(yīng)用較少。因此，采用PH自動(dòng)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工控制是發(fā)展的必然趨勢(shì)。在污水PH值的控制研究上，一般采用簡(jiǎn)單PID算法或單回路控制，這樣的控制方法穩(wěn)定性較差，很難適應(yīng)當(dāng)今大型的復(fù)雜的污水處理控制且很難滿足平穩(wěn)、高效、安全等生產(chǎn)要求。所以，控制系統(tǒng)還需結(jié)合各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，如：現(xiàn)代控制理論、電工儀表技術(shù)等，從而設(shè)計(jì)出功能更大、更完善的、具有一定適應(yīng)能力的新系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)針對(duì)污水處理PH中和過程的特點(diǎn)及控制要求，研究出一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、算法簡(jiǎn)便、效果好、耗藥少且能滿足污水處理要求的值區(qū)間控制系統(tǒng)?？梢栽谖鬯幚韽S推廣，經(jīng)濟(jì)效益明顯。1.4本文完成的工作1）了解工業(yè)、生活污水的排放對(duì)環(huán)境的污染，污水處理的意義及其流程。2）對(duì)污水處理PH值控制研究，分析PH值中和非線性的原因。3）設(shè)計(jì)污水處理PH值智能區(qū)間控制模型，并且推導(dǎo)出相應(yīng)算法。4）完成污水處理PH的硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)PH值的變化范圍及控制精度，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)和顯示功能。5）完成污水處理PH的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)不同模塊所實(shí)現(xiàn)的功能，利用單片機(jī)C51語言編寫單片機(jī)程序。6）完成對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊，硬件和軟件的調(diào)試。1.5本章小結(jié)本章主要介紹了工業(yè)生活污水排放對(duì)環(huán)境的污染污水處理的意義污水處理值控制系統(tǒng)的方法研究，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)本文所應(yīng)完成的工作做一個(gè)簡(jiǎn)要闡述。

2PH值概述及其控制方法建模2.1PH值簡(jiǎn)介2.1.1PH值的定義PH是拉丁語“Pondushydrogenii”一詞的縮寫，亦稱氫離子濃度指數(shù)，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通常值是介于0和14之間的數(shù)：當(dāng)PH<7的時(shí)候，溶液呈酸性；當(dāng)PH>7的時(shí)候，溶液呈堿性；當(dāng)PH=7的時(shí)候，溶液呈中性。PH是水溶液最重要的理化參數(shù)之一?；瘜W(xué)變化以及生產(chǎn)過程都與PH值有關(guān)，因此，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)保和科研領(lǐng)域都需要測(cè)量值。2.1.2PH值中和過程特點(diǎn)在污水處理過程中，會(huì)經(jīng)常碰到PH值的控制問題。由于H值變化很大，不易控制，PH值的滴定曲線是非線性曲線，如1所示，在中和反應(yīng)過程中，不同的工作點(diǎn)增益相差很大，在實(shí)際反應(yīng)過程存在混合、測(cè)量等純滯后因素，增加了控制難度。圖2-1PH值中和滴定曲線

由圖2-1可知，在H=7附近對(duì)象的靜態(tài)增益很大，此時(shí)添加的中和劑略有變化就能引起PH值較大幅度的變化；而遠(yuǎn)離PH=7對(duì)象的靜態(tài)增益很小，只有加入大量的中和劑，才能使PH值的少量變化。這就是PH對(duì)象明顯的非線性特性。2.2污水處理PH值過程控制模型過程控制模型如圖2-2所示，污水PH值的智能區(qū)間控制。AT89S51單片機(jī)PH值傳感器

加酸

加堿

反饋PH值變送器進(jìn)水

出水管式混合器圖2-2污水處理PH值控制模型以上模型中，包含前饋和反PH值閉環(huán)控制系統(tǒng)。前饋系統(tǒng)主要由PH值傳感器，反饋由PH值變送器完成。結(jié)合次控制模型，設(shè)計(jì)出污水處PH值的智能區(qū)間控制PID算法，再通過實(shí)際的系統(tǒng)軟硬件制作和調(diào)試來加以驗(yàn)證。2.3常規(guī)PID控制原理圖2-3PID控制系統(tǒng)原理框圖

常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-3所示，PID控制器和被控對(duì)象組成PID控制器是一種線性控制器，根據(jù)給定r(t)與實(shí)際輸出()構(gòu)成控制偏差：將偏差的比例P）、積分（I和微分（D通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1.比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的方程：（2-1）其中，

為比例調(diào)節(jié)器的輸出量K為比例系數(shù)e(t)調(diào)節(jié)器的輸入或偏差值。(t)可以表示成：，這為設(shè)定的目標(biāo)值V()t時(shí)刻的采樣值。0比例調(diào)節(jié)器的輸出變化與輸入偏差成比例。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏t)有關(guān)外，主要取決于比例系K的大小K越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，反之則越弱。對(duì)p于大多數(shù)系統(tǒng)而言，K太大時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)自激振蕩。p比例調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)及時(shí)，只要偏e(t)出現(xiàn)，就能及時(shí)產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用。缺點(diǎn)是存在振蕩，而且如果單純采用比例調(diào)節(jié)，那么系統(tǒng)一定會(huì)存在靜差。這是因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)的輸出正比于偏差值，若偏差為零，則輸出也為零，此時(shí)，系統(tǒng)不可能達(dá)到平衡。比例系數(shù)越小，過渡過程越平穩(wěn)，但靜差越大。比例系數(shù)越大，則過渡過程曲線振蕩越厲害，比例系數(shù)過大時(shí)，甚至可能出現(xiàn)發(fā)散振蕩的情況。因此，對(duì)于擾動(dòng)較大，慣性也較大的系統(tǒng)，若單純采用比例調(diào)節(jié)，就很難兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。2.積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的方程：（2-2）其中T為積分時(shí)間。i積分調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)是調(diào)節(jié)器的輸出不僅取決于偏差信號(hào)的大小而且還主要與偏差存在時(shí)間有關(guān)。只要有偏差存在，輸出就會(huì)隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，直到偏差消除后，調(diào)節(jié)器的輸出才不會(huì)變化。因此，積分作用能消除靜差，這是它的主要有點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)是動(dòng)作緩慢。而且在偏差剛一出現(xiàn)時(shí)，積分作用很弱，不能及時(shí)克服擾動(dòng)的影響，使被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差增大，調(diào)節(jié)過程變長(zhǎng)。3.微分環(huán)節(jié)

微分調(diào)節(jié)的方程：（2-3）其中T為微分時(shí)間。d微分調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)是輸出可以反映偏差的變化速度。因此，對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差，不管其數(shù)值有多大，也不會(huì)有微分作用輸出。所以微分作用不能消除靜差，而只能在偏差發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。2.4基本PID控制算法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)常常將比例分和微分三種方法進(jìn)行線性組合構(gòu)成ID控制，達(dá)到一個(gè)良好的控制效果。一般模擬系統(tǒng)的ID方程為：（2-4）其中，為比例增益，為積分時(shí)間為微分時(shí)間，P為控制量，t)為測(cè)量值與i給定值的偏差。為了便于算法的實(shí)現(xiàn)，將上面的微分方程做如下處理：其中為采樣周期，n為采樣序號(hào)e)分別為(n和n次采樣所得的偏差。由此，式（2-1）可以寫成：（2-5）為便于編程，可以將式（2-5）改寫成增量形式，即：（2-6）其中，

為積分系數(shù)，

為微分系數(shù)。整理后可得：（2-7）其中，，，。由上（2-7可以看出控制量的大小除了與偏e(、n2)有關(guān)外，還與比例增益，積分時(shí)，微分時(shí)和采樣時(shí)T有關(guān)。因此，如何確定這些pi參數(shù)是PID控制的關(guān)鍵所在。2.5污水處理PH值的智能區(qū)間控制原理由于在污水處理過程中，需要PH值控制在某一范圍，即某一設(shè)定區(qū)間，因此，提出了污水處理過程PH值設(shè)定區(qū)間智能控制方法：將設(shè)定區(qū)間的上限、下限作為控制設(shè)定值，構(gòu)成兩個(gè)設(shè)定值控制器，并根據(jù)出PH值動(dòng)態(tài)調(diào)度該兩個(gè)設(shè)定值控制器，以確保出水PH在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，滿足控制的要求。假設(shè)PH設(shè)定區(qū)間為[]，檢測(cè)得到的出PH值為，控制量為uu0表示加堿表示加酸0表示不加藥）。設(shè)定值控制采用應(yīng)用廣泛PID控制算法。這樣設(shè)定值aPID控制算法為：（2-8）其中為設(shè)定值與出水PH值之差，e=-K11同理，設(shè)定值bPID控制算法為：

p

、K為PID控制常數(shù)。id1（2-9）其中e=-，K

、K、K為PID控制常數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的控制算法為：i2d

u(,t)，且y1設(shè)定值a時(shí)(t)1

其它

（2-10）

(,)，且22設(shè)定值bu(t)22

其它圖2-4控制策略的示意圖，圖中A、、、D分別表示某一時(shí)刻出水值，(et)u(et)u(,t)u(t)表示下一時(shí)刻在BD點(diǎn)針對(duì)設(shè)定值A(chǔ)C（由控制算法得到的加藥量（控制作用）。對(duì)于A點(diǎn)（低于設(shè)定值，即與設(shè)定a圖2-4PH值區(qū)間控制示意圖比偏酸），(t)（加堿）表示要出水PH值達(dá)到設(shè)定需要加該控制使H值上A1升；對(duì)于（位于設(shè)定區(qū)間之內(nèi)，高于設(shè)定值但低于設(shè)定值，即與設(shè)定相比偏堿，與設(shè)定相比偏酸），(,t)（加酸），雖然加酸會(huì)導(dǎo)致出水PH值降低B1使之趨近a但如果不加酸，任其漂移，可能漂移b之上（但通過下一控制周期使輸出b近）或仍在區(qū)間[]之內(nèi)，因此可將控制作用如控制法2-10）式所示置0對(duì)、D也同理。注1:設(shè)定值的調(diào)度可采用增益調(diào)度方法，就近原則，也就是根據(jù)出水H值與設(shè)定a，的距離決定切換到哪個(gè)設(shè)定值進(jìn)行控制，即如果yy

，則設(shè)定值，否則設(shè)定值取b注2：從控制策略（2-10）可看出，只有在控制作用從大于0漸變到小于，或從小0漸變到大于0的過程中，才會(huì)出現(xiàn)控制作用為0的情況，因此，控制是連續(xù)的。

2.6污水處理PH值控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)和參數(shù)整定方法2.6.1PID控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)一個(gè)受控系統(tǒng)的被控過程一般是衰減振蕩的過渡，可以用曲線來描述，如圖所示：圖2-5被控系統(tǒng)過程衰減振蕩曲線衡量系統(tǒng)過程控制的品質(zhì)指標(biāo)主要有：1.最大偏差偏差是指被調(diào)參數(shù)與給定值只差。對(duì)于一個(gè)衰減振蕩過渡過程，其最大偏差是第一個(gè)波得峰值，見圖5中表示。最大偏差表示系統(tǒng)瞬時(shí)偏離給定值的最大程度，若偏離越大，偏離時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)離開規(guī)定的平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，一般要對(duì)最大偏差加以限制。2.超調(diào)量超調(diào)量是振蕩的第一個(gè)峰值與新穩(wěn)定值只差，5中用B表示。超調(diào)量也可以用來表征被調(diào)參數(shù)的偏離程度。3.靜差靜差是過渡過程終了時(shí)的殘余偏差，也就是被調(diào)參數(shù)的穩(wěn)定值與給定值之間的差值，圖5中用C表示。靜差可正負(fù)，被調(diào)參數(shù)越接近給定值越好，即靜差絕對(duì)值越小越好。4.衰減比衰減比是前后兩個(gè)峰值的比，是表示衰減程度的指標(biāo)。圖5衰減比為BB’，習(xí)慣上用n：1來表示。通俗而，若n只1大一點(diǎn)，過渡過程的衰減程度很小，它與等幅振蕩過程接近，振蕩過程過于頻繁不夠安全，一般不采用；如果n大則又太接近于非振蕩過程，通常也是不希望產(chǎn)生的。一般n=4~10為宜。因?yàn)樗p比4:110:1之間時(shí)，過渡過程開始階段的變化速度比較快，被調(diào)參數(shù)在受到干擾的影響和調(diào)節(jié)作用的影響后，能比較快地到達(dá)一個(gè)峰值，然后馬上下降，又較快地達(dá)到一個(gè)低峰值。

5.穩(wěn)定時(shí)間從干擾開始作用起至被調(diào)參數(shù)又建立新的平衡狀態(tài)為止，這段時(shí)間成為穩(wěn)定時(shí)間。嚴(yán)格的講，被調(diào)參數(shù)完全達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)需要無限長(zhǎng)的時(shí)間。實(shí)際上，由于測(cè)量?jī)x器的靈敏度限制，當(dāng)被調(diào)參數(shù)靠近穩(wěn)定值時(shí)，指示值就基本不再變化。所以有必要時(shí)，在可以測(cè)量的區(qū)域內(nèi)，在穩(wěn)定值上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)指示值進(jìn)入這一范圍而不再越出時(shí)，就認(rèn)為被調(diào)參數(shù)已達(dá)到穩(wěn)定值。穩(wěn)定時(shí)間短，說明過渡過程進(jìn)行得比較迅速，這時(shí)即使干擾頻繁出現(xiàn)，系統(tǒng)也能適應(yīng)，質(zhì)量就高。6.振蕩周期振蕩周期是指過渡過程中兩個(gè)同向波峰之間的間隔時(shí)間，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。在衰減比相同的條件下，振蕩時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間成正比。一般希望周期短些為佳。7.振蕩次數(shù)穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)被調(diào)參數(shù)振蕩的次數(shù)稱為振蕩次數(shù)。較為理想的過渡過程，振蕩兩次就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。8.上升時(shí)間從干擾變化時(shí)間起至第一個(gè)波峰時(shí)所需要的時(shí)間為振蕩的上升時(shí)間上升時(shí)間以短些為宜。2.6.2參數(shù)整定方法對(duì)于任何一個(gè)被控系統(tǒng)，一般要求過程超調(diào)量小、調(diào)整時(shí)間短、沒有靜差，要達(dá)到這樣的一個(gè)效果，合理選擇PID調(diào)節(jié)器各參數(shù)是十分重要的。在節(jié)器中，需要整定的參數(shù)有比例系Kp、積分系Ki和微分系數(shù)Kd。如何合理的選擇采樣周期T，也是影響系統(tǒng)性能的重要因素。PID數(shù)的整定有多種方法，這里只介紹湊試法。湊試法是通過模擬或閉環(huán)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)。PID各參數(shù)的影響概括如下：1增大比例系Kp一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。2減小積分系Ki有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除也將隨之減慢。3增大微分系Kd也有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性變好，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。在了解了PID各參數(shù)對(duì)被控系統(tǒng)的影響趨勢(shì)之后，采用湊試法對(duì)參數(shù)進(jìn)行整定時(shí)，一般遵循以下步驟：1首先只整定比例部分。即將比例系數(shù)由小變大并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得

到反應(yīng)快、超調(diào)量小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許的范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，那么可以只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。2如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)首先置積分系數(shù)Ki為一較小值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略為縮小（一般為原來的0.8），然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間，以得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。一般應(yīng)調(diào)整Ki，使響應(yīng)曲線的衰減比為:1。3若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過程反復(fù)調(diào)節(jié)仍不能滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)，可先置微分系數(shù)Kd為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大d，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。在整定過程中，觀察到曲線振蕩很頻繁，需把比例系數(shù)減小以減小振蕩；曲線最大偏差大且趨于非周期，需把比例系數(shù)增大。當(dāng)曲線波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)增大積分時(shí)間即減小積分系數(shù)；曲線偏離給定值后，長(zhǎng)時(shí)間回不來，則需減小積分時(shí)間即增大積分系數(shù)。如果曲線振蕩的厲害則需把微分作用減到最小暫時(shí)不加微分作用以免更加劇振蕩；曲線最大偏差而衰減慢把微分時(shí)間加長(zhǎng)直調(diào)到過渡過程兩個(gè)周期基本達(dá)到穩(wěn)定，品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到工藝要求為止。2.7本章小結(jié)本章主要針對(duì)污水處理PH值控制系統(tǒng)在對(duì)污水酸堿進(jìn)行中和過程中PH值呈非線性這樣的一個(gè)特點(diǎn)，提出污水處PH值智能區(qū)間控制算法，并設(shè)計(jì)出控制模型。在后面的章節(jié)里將闡述系統(tǒng)各部分的工作情況，驗(yàn)證本算法的可行性。

3理H值3.1污水處理PH值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先必須先確定選用什么主控器作為系統(tǒng)的控制核心。本設(shè)計(jì)選用通用單片機(jī)作為主控芯片單片機(jī)周圍電路所用到的芯片可以由課題要求來選擇，但應(yīng)該遵循選擇功耗小、體積小、穩(wěn)定性高和實(shí)用性強(qiáng)的原則。單片機(jī)是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計(jì)算機(jī)隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，包括中央處理CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM、程序存儲(chǔ)ROM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及輸/輸出（接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，都可集成在一塊電路芯片上。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上，它已經(jīng)具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義。由于單片機(jī)能獨(dú)立執(zhí)行內(nèi)部程序，所以又稱它為微型控制器。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，單片機(jī)也從一開始的8位單片機(jī)發(fā)展16位、32等諸多系列，其中51系列單片機(jī)由于其靈活方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，在眾多制造廠商的支持下已經(jīng)發(fā)展成為具有上百個(gè)品種的大家族，如51單片機(jī)是應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)，是大學(xué)里電子、自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的必修學(xué)科。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8中央處理器ISPFlash存儲(chǔ)單元能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案此設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)作為主控制器。AT89S51單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)如圖所示：數(shù)據(jù)采集電路模塊PH值傳感器換執(zhí)行電路模塊執(zhí)行機(jī)構(gòu)D/A轉(zhuǎn)

AT單片機(jī)

輔助電路模塊時(shí)鐘電路穩(wěn)壓電路復(fù)位電路顯示模塊液晶屏顯示上位機(jī)顯示報(bào)警圖3-1污水處理PH值控制系統(tǒng)原理框圖

其中，數(shù)據(jù)采集電路模塊中主要利用PH值傳感器對(duì)污水采集其值，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，如果所采集值不在所設(shè)定的上限、下限參數(shù)時(shí)，則將產(chǎn)生報(bào)警，提醒工作人員檢查報(bào)警原因并采取措施。輔助電路模塊主要是為了給單片機(jī)提供穩(wěn)定電壓、時(shí)間記錄等輔助功能，以保證整個(gè)系統(tǒng)能在穩(wěn)定的前提下運(yùn)作。顯示模塊主要是顯示被測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理之后，經(jīng)液晶顯示屏和上位機(jī)界面顯示監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，主要包含時(shí)間及該時(shí)刻的PH。執(zhí)行電路模塊主要是把系統(tǒng)輸出的控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制效果。3.2污水處理PH值控制系統(tǒng)各部分電路設(shè)計(jì)3.2.1AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓性能CMOS8位單片機(jī)AT89S51單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)層中斷嵌套中斷2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口看門（WDT電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。單片機(jī)芯片如圖3-2所示：圖3-2AT89S51單片機(jī)芯片圖主要特征如下：·8031CPU與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000/擦循環(huán))·全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM·32條可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路其管腳功能說明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)口的管腳第一次寫1時(shí)被定義為高阻輸入P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。FIASH編程時(shí)P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口，P2口緩沖器可接收，輸出個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故?？诋?dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向口，可接收輸出個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了口外P0P2P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持R腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀A(yù)LE止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式1時(shí)/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

3.2.2A/D轉(zhuǎn)換器本設(shè)計(jì)中，對(duì)于模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換采用的TLC0820芯片。TLC0820是德州儀器公司（TI）推出的，采用先進(jìn)LinCMOS工藝制造的位A/D轉(zhuǎn)換器，它由2個(gè)4位的閃速（FLASH）轉(zhuǎn)換器1個(gè)4位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，個(gè)計(jì)算誤差放大器，控制邏輯電路和結(jié)果鎖存電路組成其可校正的LASH技術(shù)可以保證芯片在工作溫度范圍內(nèi)完成一個(gè)位轉(zhuǎn)換僅僅需要1.18us。芯片的跟蹤保持電路有100ns的采樣窗口，它允許芯片以00mV/us的轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換連續(xù)的模擬信號(hào)而不需要外部的采樣電路。兼容的3態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)和種操作模式可以方便的與各種微處理器接口。TLC0820片引腳圖如圖3-3所示：圖3-3TLC0820芯片引腳圖TLC0820芯片特征如下：·先進(jìn)的LinCMOS硅工藝·8位轉(zhuǎn)換結(jié)果·差分基準(zhǔn)輸入·并行微處理器接口·轉(zhuǎn)換和訪問時(shí)間在溫度范圍內(nèi)，讀模式最大.5us·無需外部時(shí)鐘或振蕩器元件·芯片上跟蹤保持電路·單一5V供電·工作溫度范圍：0℃～70℃（TLC0820A）；℃～85℃（TLC0820AI因此，TLC0820芯片被廣泛應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)控制、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)等領(lǐng)域。TLC0820芯片各引腳功能如下表所示：

引腳號(hào)

名稱

I/O

說

明113234514151617109

ANLGLNCSD0D1D2D3D4D5D6D7GNDINT

IIOOOOOOOOOO

模擬輸入端片選端，CS須保持低電平以使ADC識(shí)別RD或WR數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位0（LSB）數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位1數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位2數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位3數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位4數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位5數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位6數(shù)據(jù)端，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出，位7（MSB）地中斷。在寫方式時(shí)，中斷輸出（INT）變低提示內(nèi)部計(jì)數(shù)延遲時(shí)（int）完成及結(jié)果數(shù)據(jù)在輸出鎖定。典型的延遲d時(shí)（int00nsS上升緣后開始果RDt（）dd結(jié)束前變低，則INTt（RIL）結(jié)束時(shí)變低且轉(zhuǎn)換結(jié)果即可d讀出。INT由RD可CS上升緣復(fù)位71918

MODENCOFLW

IO

方式選擇MODE通過類似下拉電阻的50uA電流源與ND相連。當(dāng)MODE低電平選擇讀方式，當(dāng)MODE高電平則選擇讀-寫方式無內(nèi)部連接溢出指示端。正常情況OFLW是一邏輯高電平?？墒侨绻M輸入V高OFLW在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)將變低?？捎糜诩?jí)聯(lián)兩ref8RDI

個(gè)或多個(gè)器件以提高分辨率（9位或10位）讀。CS低電平的寫讀方式下，3態(tài)數(shù)據(jù)輸出D0D7在RD變低時(shí)被激活。通過在內(nèi)部計(jì)數(shù)延遲時(shí)間結(jié)束之前讀數(shù)據(jù)RD也可用來提高轉(zhuǎn)換速度。結(jié)果，傳送至輸出鎖定電路的數(shù)據(jù)在RD的下降沿被鎖定。讀方式下CS低電平，轉(zhuǎn)換RD變低開始RD變?cè)谵D(zhuǎn)換完成時(shí)允許3態(tài)數(shù)據(jù)輸出端輸出RDY進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)及INT變低指示轉(zhuǎn)換完成。1112136

REFREFVccWR/RDY

III/O

基準(zhǔn)電壓。REF接電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的底部。基準(zhǔn)電壓。REF接電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的頂部。電源寫準(zhǔn)備好。在寫讀方式CS為低電平時(shí)WR輸入信號(hào)的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開始只要RD輸入在內(nèi)部計(jì)數(shù)延遲時(shí)間完成之前

不變低，轉(zhuǎn)換結(jié)果在其之后被選通入輸出鎖定。延遲時(shí)間

（int）大約為800ns。在讀方式，RDY（一開漏輸出）在CS的下降沿變低且當(dāng)轉(zhuǎn)換選通入輸出鎖定電路時(shí)進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。這可簡(jiǎn)化微處理器的接口TLC0820芯片的工作原理：TLC0820AC和TLC0820AI均采用取樣數(shù)據(jù)比較器技術(shù)及普遍用于許多高速轉(zhuǎn)換器的快閃技術(shù)。應(yīng)用兩4位快閃模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成8位輸出。推薦的模擬輸入電壓范圍0.1V至VCC+0.1V。小于Vref-+1/2LSB或大于Vref++1/2LSB模擬輸入信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為00000000或111111?；鶞?zhǔn)輸入是全差分的，其共模極限為電源決定?；鶞?zhǔn)輸入值決定模擬輸入滿量程范圍。這允許ADC的增益通過改變r(jià)ef+及Vref-電壓值而變化以便于比率轉(zhuǎn)換。器件在兩種方式下工作：讀及寫讀方式，可通過ODE選擇。當(dāng)MODE處于低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器被設(shè)為（只）讀方式。在讀方式，WR/RDY用作輸出且被認(rèn)為是準(zhǔn)備好端。在此狀態(tài)，WR/RDY低電平且CS低電平指示器件忙。轉(zhuǎn)換開始RD的下降沿且在INT下降和WR/RDY恢復(fù)至高阻抗?fàn)顟B(tài)后2.5μs內(nèi)完成此時(shí)數(shù)據(jù)輸出亦從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)。數(shù)據(jù)讀出后，RD處高電平狀態(tài)，INT恢復(fù)高電平狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸出恢復(fù)至高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)MODE處高電平狀態(tài)，轉(zhuǎn)換器被設(shè)為寫讀方式且R/RDY被看作是寫端。保持CS和WR/RDY低電平可選擇轉(zhuǎn)換器并開始輸入信號(hào)的測(cè)量。大約在WR/RDY恢復(fù)高電平后的600ns，轉(zhuǎn)換完成。在寫讀方式，轉(zhuǎn)換開始于WR/RDY上升沿。高4位快閃ADC通過同時(shí)工作的16個(gè)比較器測(cè)量輸入信號(hào)。高精度的位DAC這時(shí)從轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生一離散的模擬電壓。一段延遲時(shí)間后，第二組比較器根據(jù)輸入電平及DAC輸出間的模擬電壓差完成低四位轉(zhuǎn)換每一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入一個(gè)位鎖定電路并且在RD的下降沿輸出至3態(tài)輸出緩沖器。3.2.3時(shí)鐘電路由于本系統(tǒng)是對(duì)污水處理的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制所以在設(shè)計(jì)中有必要對(duì)不同時(shí)刻污水PH值進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以時(shí)鐘電路部分是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是不可缺少的。系統(tǒng)中選用的是DS1302時(shí)鐘芯片來設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路部分。時(shí)鐘芯片DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的其在測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用中可以對(duì)年月、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些

具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的性能分析及正常運(yùn)行具有重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS1302能很好地解決這個(gè)問題。時(shí)鐘芯片DS1302引腳圖及內(nèi)部原理圖如圖3-4示：圖3-4DS1302引腳圖及內(nèi)部原理圖DS1302結(jié)構(gòu)與工作原理：DS1302[1]是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能功耗RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用三線接口與CPU行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×８的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302各引腳功能如下表：

引腳號(hào)

引腳名稱

功

能12.345678

Vcc2X1.X2GNDRSTI/OSCLKVcc1

主電源振蕩源，外接32768Hz晶振地線復(fù)位/片選線串行數(shù)據(jù)輸入/輸出雙向）串行數(shù)據(jù)輸入端后備電源DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。其數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序如圖3-5所示：圖3-5DS1302數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序3.2.4液晶屏顯示模塊在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，處理后的數(shù)據(jù)（包含具體時(shí)間和該時(shí)刻PH值）是用1602液晶顯示屏顯示，因?yàn)槠渚哂姓加靡_少、方便布線、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)1602字符型LCD模塊的應(yīng)用非常廣泛，而各種液晶廠家均有提供幾乎都是同樣規(guī)格的1602模塊或兼容模塊。在各廠家生產(chǎn)的1602模塊當(dāng)中，基本上也都采用了與之兼容的控制IC，所以從特性上基本上是一樣的；當(dāng)然，很多廠商提供了不同的字符顏色、背光色之類的顯示模塊。通常所見的1602模塊的規(guī)格基本如下表所示：

顯示容量：16*2個(gè)字符芯片工作電壓：4.5~5.5V工作電流：2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（WXH）mm模塊的引腳說明如下表：編號(hào)123

符號(hào)VSSVDDVL

引腳說明電源地電源正極液晶顯示偏壓信號(hào)

編號(hào)91011

符號(hào)D2D3D4

引腳說明DataI/ODataI/ODataI/O4

RS

數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12

D5

DataI/O5678

R/WED0D1

讀/寫選擇端（H/L）使能信號(hào)DataI/ODataI/O

13141516

D6D7BLABLK

DataI/ODataI/O背光源正極背光源負(fù)極3.2.5上位機(jī)顯示界面模塊上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般PC。而上位機(jī)控制界面主要是屏幕上顯示各種信號(hào)變化，本設(shè)計(jì)中主要是把系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)（時(shí)間PH值）在屏幕上顯示。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)硬件采MAX232芯片來連接上位機(jī)，使數(shù)據(jù)得以在上位機(jī)界面顯示。是一種把電腦的串行口rs232信號(hào)電平（-10，+10V）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平（0，+5V）的芯片。MAX232芯片引腳如圖3-6所示：圖3-6MAX232芯片引腳圖

各引腳定義及符號(hào)如下：引腳

定

義

符號(hào)123456789上位機(jī)界面如圖3-7所示：

載波檢測(cè)DCD接收數(shù)據(jù)RXD發(fā)送數(shù)據(jù)TXD數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR信號(hào)地SG數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR請(qǐng)求發(fā)送RTS清除發(fā)送CTS振鈴提示RI圖3-7上位機(jī)界面

3.2.6報(bào)警電路在本設(shè)計(jì)中，設(shè)置了污水允許PH值區(qū)間，根據(jù)環(huán)保部門要求污水處理PH值應(yīng)該在6到8之間，因此，系統(tǒng)設(shè)置PH值參數(shù)的上限值為8，下限值為6。PH值超出上限值或下限值時(shí)，發(fā)光二極管將以發(fā)光形式報(bào)警，提示工作人員檢查原因并采取相應(yīng)的措施解決問題。3.3本章小結(jié)本章主要介紹了污水處理PH值控制系統(tǒng)的硬件組成部分及其工作原理系統(tǒng)的核心控制是通過AT89S51單片機(jī)對(duì)被采集的信號(hào)處理，在通過顯示模塊顯示處理后的信息，輸出量實(shí)施于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制。硬件設(shè)計(jì)思路條理清晰，電路簡(jiǎn)單，能基本滿足污水處理過程的各項(xiàng)要求。

4理H值4.1污水處理PH值控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)是否能夠正常、穩(wěn)定的工作，不僅要有硬件部分，而且軟件設(shè)計(jì)上也是相當(dāng)重要的件設(shè)計(jì)體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的控制思路個(gè)模塊的控制功能也是由軟件所決定的。因此，軟件程序的編寫應(yīng)該充分考慮到系統(tǒng)控制的各項(xiàng)要求，邏輯思路嚴(yán)謹(jǐn)，具有一定的靈活性。本系統(tǒng)中，軟件程序的編寫是先針對(duì)各個(gè)模塊所需實(shí)現(xiàn)的功能做編寫，然后針對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試。在完成了每一個(gè)模塊的功能調(diào)試后，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟件調(diào)試，以確保各個(gè)模塊之間能在單片機(jī)的主控制下，相互協(xié)調(diào)。這樣的設(shè)計(jì)方法有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)。整個(gè)軟件系統(tǒng)的組成是由主程序和多個(gè)子程序，主程序是負(fù)責(zé)系統(tǒng)主控制，而子程序是實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。當(dāng)主程序初始化結(jié)束后，再經(jīng)過各個(gè)子程序依次完成該模塊的功能，直到把任務(wù)完成。系統(tǒng)程序的子程序模塊包括：初始化子程序、轉(zhuǎn)換子程序、時(shí)鐘子程序、顯示子程序。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如下：初始化子程序主程序

A/D換子程序時(shí)鐘子程序顯示子程序圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖4.2軟件開發(fā)語言及環(huán)境本系統(tǒng)的軟件編程語言可以選用兩種，一種是匯編語言，另一種是語言。匯編語言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。它能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O口，不受編譯器的限制，對(duì)生成二進(jìn)制代碼進(jìn)行完全控制，還能根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度。但考慮到其編寫的代碼非常難懂，不好維護(hù)，而且容易產(chǎn)生漏洞，難調(diào)試，只能針對(duì)特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)效率很低，時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào)等因素，因此，在本設(shè)計(jì)

中采用C語言作為設(shè)計(jì)語言。C語言有很好的結(jié)構(gòu)性，比較適合復(fù)雜的，多個(gè)子程序的程序編寫，容易閱讀和維護(hù)，能有效縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，減少程序員的工作量。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件是在Windows集成開發(fā)環(huán)境ision51下用單片機(jī)C51高級(jí)語言編寫。軟件開發(fā)流程如圖4-2所示。編譯源程序文件包括*.c文件和*.h文件組譯/編譯器生成目標(biāo)文件*.obj鏈接器生成可執(zhí)行文件*.hex仿真調(diào)試

代碼燒寫選擇操作仿真器

編程器單片機(jī)圖4-2軟件開發(fā)流程框圖4.3污水處理PH值控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.3.1主程序設(shè)計(jì)主程序是本系統(tǒng)的核心控制思想，此部分設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗钦麄€(gè)軟件部分的中心樞紐。主程序主要是通過調(diào)用子程序命令，從而完成控制。在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)主要控制實(shí)現(xiàn)的功能有：數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和輸出控制量、液晶屏顯示、上位機(jī)顯示及按鍵。主程序控制框圖如圖4-3所示：

開始液晶屏1602初始化串口初始化顯示Low（PH<6）A/D采集及顯示OKDS1302及顯示

顯示Up（PH>8）關(guān)

掃描按鍵開串口上傳圖4-3主程序控制框圖4.3.2初始化當(dāng)系統(tǒng)程序開始運(yùn)行之前，都需要把變量賦為默認(rèn)值，把控件設(shè)為默認(rèn)狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，主要是堆棧I/O口、定/計(jì)數(shù)器等特殊功能的寄存器做好初始化。程序初始化將對(duì)各個(gè)模塊賦初值，使硬件在系統(tǒng)工作開始時(shí)符合程序設(shè)計(jì)的要求，并能按照軟件的指令執(zhí)行。4.3.3A/D轉(zhuǎn)換子程序在A/D采樣子程序中A/D轉(zhuǎn)換器首先接收PH值傳感器采集的模擬信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)處理，將其存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，通過與設(shè)定的上限與下限對(duì)比，如果超過系統(tǒng)設(shè)置的區(qū)間，則發(fā)出報(bào)警信息。A/D轉(zhuǎn)換控制框圖如圖4-4所示：

等待

開始Read=0轉(zhuǎn)換完成？INT=0？P0讀取數(shù)據(jù)Read=1判斷是否Y超過設(shè)定值？N結(jié)束圖4-4A/D轉(zhuǎn)換控制框圖

報(bào)警4.3.4時(shí)鐘子程序由于本系統(tǒng)對(duì)污水PH值有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，所以時(shí)間記錄是非常有意義的。這部分主要是DS1302芯片完成。芯片與CPU進(jìn)行同步通信，采用突發(fā)方式一次傳輸多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)到芯片內(nèi)部的31*8的臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的AM寄存器。控制框圖如下：開始讀時(shí)間寄存器數(shù)據(jù)分解顯示結(jié)束圖4-5時(shí)鐘芯片控制框圖

4.4本章小結(jié)本章主要介紹了污水處理PH值控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，單片機(jī)51作為編寫語言及編寫環(huán)境Vision51。軟件是控制系統(tǒng)的重要組成部分，在理解了整個(gè)系統(tǒng)的控制思路下，編寫系統(tǒng)的主控制程序及各個(gè)模塊的子程序個(gè)程序控制思路清晰合理邏輯清晰，為后面調(diào)試系統(tǒng)，驗(yàn)證其是否能完成污水PH值監(jiān)測(cè)控制功能打下基礎(chǔ)。

5理PH對(duì)本系統(tǒng)的調(diào)試主要分為三個(gè)部分，分別是硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及整體調(diào)試。調(diào)試是最直觀的檢驗(yàn)系統(tǒng)的工作情況的手段，同時(shí)，也可以驗(yàn)證算法的可行性。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，我們需要一些工具，如萬用表、示波器等。通過執(zhí)行開發(fā)的軟件程序或適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行一些測(cè)試程序，從而檢測(cè)硬件的故障；也可通過硬件的顯示，來檢驗(yàn)軟件程序的邏輯編寫是否存在錯(cuò)誤。因此，硬件調(diào)試和軟件調(diào)試沒有嚴(yán)格的區(qū)分。5.1硬件調(diào)試由于污水處理PH值控制系統(tǒng)的絕大部分芯片都是焊接在電路板上所以首先應(yīng)該檢測(cè)電路的連接是否良好。主要可以利用萬用表檢測(cè)是否存在斷路、短路、焊接錯(cuò)誤等。對(duì)于AT89S51單片機(jī)的供電情況做測(cè)試，可以給其通電，用萬用表測(cè)單片機(jī)的工作電壓，如果為5V左右，說明單片機(jī)正常工作。然后可以對(duì)單片機(jī)引腳測(cè)試，如果口都為高電平，說明引腳正常工作。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片、時(shí)鐘芯片也可以用相同的方法測(cè)試。液晶顯示屏可以經(jīng)過電位器調(diào)節(jié)亮度。在給各芯片供電之后，應(yīng)該注意觀察芯片是否有過熱、冒煙、出現(xiàn)異味等情況，如果出現(xiàn)異常情況，應(yīng)該立即停止供電，用萬用表對(duì)電路檢測(cè)是否有短路或者其他原因，并及時(shí)解決。5.2軟件調(diào)試本系統(tǒng)是污水處理PH值控制系統(tǒng)，主要是利用T89S51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制核心。根據(jù)系統(tǒng)所要系統(tǒng)各個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能，用indows集成軟件的人機(jī)界面開發(fā)環(huán)境Vision51用C51進(jìn)行編程，通過編程器將程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行調(diào)試。也可以通過仿真的方法來調(diào)試軟件系統(tǒng)。打開roteus仿真軟件，從軟件中找到對(duì)應(yīng)的芯片并且按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)連接電路。然后給系統(tǒng)加模擬電壓，并點(diǎn)擊開始仿真按鈕。如果這個(gè)時(shí)候單片機(jī)的端口有閃爍，證明A/D轉(zhuǎn)換器開始工作等?？傊到y(tǒng)軟件的調(diào)試方法有很多，Vision51仿真軟件proteus只能對(duì)程序的邏輯和編寫規(guī)范做調(diào)試，具體的細(xì)節(jié)和系統(tǒng)能否真正實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)的功能，還得看整體調(diào)試的結(jié)果。5.3整體調(diào)試對(duì)系統(tǒng)做整體調(diào)試之前，首先把編寫好的單片C51程序下載到AT89S51單片機(jī)，然后分別對(duì)AT89S51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘模塊、上位機(jī)模塊進(jìn)行調(diào)試。這樣可以避某一模塊出現(xiàn)問題而導(dǎo)致其他模塊受到損壞。首先對(duì)A/D進(jìn)行調(diào)試，利用電位器給A/D提供電壓，為V到5V，A/D轉(zhuǎn)換器將對(duì)其進(jìn)行采樣，這個(gè)時(shí)候如果A/D正常工作，在液晶顯示屏上將顯示一個(gè)數(shù)字量。顯示的數(shù)值

跟程序有關(guān)，但只要液晶顯示屏上有顯示，證A/D在工作。再試著改變電位器的大小，讓電壓發(fā)生變化，如果液晶顯示屏上的數(shù)值也隨著變化，說明此模塊可以正常使用。下面對(duì)時(shí)鐘模塊進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)給芯DS1302供電之后，發(fā)現(xiàn)顯示屏上沒有日期和時(shí)間等顯示內(nèi)容經(jīng)過檢查原來是時(shí)鐘電路里面所用的電容太大使晶振不起振對(duì)此，更換了容值較小的電容，液晶顯示屏上就出現(xiàn)了顯示信息。為了使時(shí)鐘記錄的信息不會(huì)因掉電而丟失，我們準(zhǔn)備了鋰電池對(duì)其供電，這樣時(shí)鐘信息就能被保存，也就不需要重復(fù)給時(shí)鐘芯片DS1302初始化。以上幾個(gè)模塊調(diào)試成功之后，我們就可以把它們連接，進(jìn)行調(diào)試。首先是設(shè)置電壓與PH值的轉(zhuǎn)化，把0V設(shè)置為PH=0，把5V設(shè)置為PH=14這樣就能符合實(shí)際地模擬出PH值測(cè)試。系統(tǒng)上設(shè)置了一個(gè)報(bào)警模塊，是由兩個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管發(fā)出報(bào)警信號(hào)的。其中，把電位轉(zhuǎn)換為PH值之后，如果采集的PH值在小于時(shí)，黃色的二極管將發(fā)光，液晶顯示屏上將顯示LOW，提示要加堿中和；如果采集PH值在大于8時(shí)，紅色的二極管將發(fā)光，液晶顯示屏上將顯示UP,提示要加酸中和。這時(shí)也可以用上位機(jī)顯示控制的信息，首先可以把AX232的端口與電腦的USB接口連接。然后，根據(jù)向?qū)崾?，給該端口下載驅(qū)動(dòng)程序，再打開串口調(diào)試助手工具，根據(jù)電腦硬件屬性選擇合適的COM，接著在板子上按下上傳信息的按鈕，在上位機(jī)界面上點(diǎn)擊連接，則顯示信息將會(huì)在上位機(jī)界面顯示。以上每個(gè)模塊都調(diào)試成功后，我們可以按步驟讓系統(tǒng)重新工作一次。首先給板子供電，此時(shí)，表示接入電源的二極管發(fā)光。然后，按下復(fù)位鍵，液晶顯示屏上將出現(xiàn)日期和時(shí)（顯示月日時(shí)分并計(jì)時(shí)和當(dāng)前的PH值數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)開關(guān)顯示K:OFF。此時(shí)，可以調(diào)節(jié)給A/D電壓的電位器，PH值發(fā)生變化，當(dāng)調(diào)節(jié)PH值小于時(shí)，黃色二極管發(fā)光，報(bào)警提示加堿中和，液晶顯示屏顯LOW；當(dāng)調(diào)節(jié)PH值大于時(shí)，紅色二極管發(fā)光，報(bào)警提示加酸中和，液晶顯示屏顯示UP。此時(shí)，連接AX232端口與電腦USB接口，按向?qū)螺d驅(qū)動(dòng)程序，在串口調(diào)試助手上選擇正確的OM，選擇合適的刷新顯示頻率，此時(shí)，按下板子上傳上位機(jī)開關(guān)，顯示K：ON。再點(diǎn)擊串口調(diào)試助手的連接按鈕，在窗口上將顯示日期時(shí)間及采集的PH值，并按照頻率刷新顯示一次。以上就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試過程，結(jié)果表明本系統(tǒng)能模擬污水處PH值控制，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，并報(bào)警。5.4本章小結(jié)本章主要介紹了一些芯片的常規(guī)調(diào)試方法，通過對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊單獨(dú)調(diào)試，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試，分析了板子在污水處PH值監(jiān)測(cè)控制的實(shí)際，實(shí)現(xiàn)了模擬其控制并采集數(shù)據(jù)和顯示，同時(shí)驗(yàn)證了PID算法的可行性。

6隨著我國(guó)工業(yè)化不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，水資源問題成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最突出的問題之一，也是人們最關(guān)注的社會(huì)問題之一。在一些污水處理廠中，存在處理效果不佳，運(yùn)行費(fèi)用高和污染環(huán)境等問題，而這些問題往往是由于設(shè)備運(yùn)行引起的。而在傳統(tǒng)的污水處理過程控制需要工作人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工操作和監(jiān)視，導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)的意外事件反應(yīng)較慢，無法對(duì)水質(zhì)做出反應(yīng)和調(diào)整，限制了污水處理的穩(wěn)定性和處理質(zhì)量。本系統(tǒng)結(jié)合污水處理廠處理污水PH值的過程要求由于水在發(fā)生中和反應(yīng)呈明顯的非線性，所以在設(shè)PID算法時(shí)采用了智能區(qū)間控制的算法。經(jīng)過系統(tǒng)電路硬件的調(diào)試，結(jié)果表明污水PH值智能區(qū)間控制能適應(yīng)PH值中和非線性，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、算法簡(jiǎn)便、效果良好且耗藥少，在污水處理廠得到推廣，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。以下是對(duì)本系統(tǒng)所做工作的總結(jié)：（1）了解現(xiàn)代污水處理廠對(duì)污水處理的流程，國(guó)內(nèi)外對(duì)污水處理技術(shù)發(fā)展情況。（2）了解PH值中和過程非線性的原因。（3）對(duì)污水PH值中和特點(diǎn)，建立控制模型，完成智能區(qū)間控制ID算法。（4）設(shè)計(jì)AT89S51單片機(jī)為主控制芯片的PH值控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水H值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和顯示，對(duì)PH值超標(biāo)產(chǎn)生報(bào)警。（5）在Vision2環(huán)境下用單片機(jī)C51語言編寫AT89S51片機(jī)程序，先編寫主控程序，然后分別對(duì)各個(gè)模塊編寫子程序，然后對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功后，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做連接調(diào)試。（6）在確認(rèn)硬件和軟件在各個(gè)模塊調(diào)試下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試。結(jié)果表明了智能區(qū)間控制PID算法的可行性，給現(xiàn)代污水處理自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制提供了一個(gè)新思路。本系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到制作并調(diào)試成功，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C一種控制思想，具有一定理論價(jià)值。但也還有很多不夠完善的地方，有些功能是利用相近的模塊來進(jìn)行模擬，而且對(duì)報(bào)警之后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制部分還需要結(jié)合電工儀表等領(lǐng)域的知識(shí)來解決。對(duì)于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制思路對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制領(lǐng)域具有一定參考價(jià)值但對(duì)于污水處理過程的復(fù)雜性，控制方法還有待進(jìn)入更深的研究和完善。

辭不知不覺畢業(yè)設(shè)計(jì)論文已經(jīng)寫到謝辭部分，在此，謹(jǐn)向我尊敬的導(dǎo)師王紅老師表示最誠(chéng)摯的敬意和感謝?；叵肫鹫撐牡倪x題到論文的圓滿完成，王老師給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。剛開題不久，由于本人到深圳實(shí)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)就一直耽誤著，直到月底回校之后，才開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)。而這個(gè)時(shí)候，其他同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)做了很多，有的甚至已經(jīng)完成。相比之下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展滯后很多。這一個(gè)多月來，我開始了真正意義上的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從上網(wǎng)、到圖書館查閱課題相關(guān)資料，到制作污水處PH值系統(tǒng)的硬件和軟件制作及調(diào)試，直到把論文完成，讓我學(xué)會(huì)了很多東西。在制作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，讓我學(xué)會(huì)了工程技術(shù)中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S，在科研中鍛煉了分析問題和解決問題的能力，受益匪淺。在此，還要感謝我的家人。感謝父母在這段時(shí)間對(duì)我的關(guān)心和鼓勵(lì)，不論處境多么艱難，他們都默默的在背后支持我。寒窗苦讀十多年，在父母的支持下，讓我有機(jī)會(huì)踏進(jìn)大學(xué)，學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，學(xué)習(xí)一技之長(zhǎng)。我將在畢業(yè)之后，用自己勤勞的雙手好好報(bào)答我的父母。同時(shí)，還要感謝我的朋友蘇釗、溫海、何鈞、韋志龍，在學(xué)習(xí)上，他們給了我很多幫助。他們?cè)鷮?shí)的專業(yè)知識(shí)和高超的動(dòng)手能力，一直都是我學(xué)習(xí)的榜樣和努力的方向。大學(xué)，這段即美好又刻骨銘心的日子，將永遠(yuǎn)保存在我的記憶里。在大學(xué)四年里，還有許許多多朋友在背后默默支持我，在此，也向曾經(jīng)幫助我支持我的朋友表示感謝，祝愿大家：前程似錦，事事順利！最后，感謝審閱本人畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的老師，企盼您的指正，您辛苦了！

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錄附錄一系統(tǒng)原理圖A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘DS1302

USB供電口

下載口上位機(jī)接口

AT89S51單片機(jī)液晶顯示屏1602

附錄二PCB圖附錄三程序"DS1302.h"http://#defineuintunsignedintRW=P2^7;Read=P2^6;INT=P2^5;key1=P1^3;key2=P1^4;led1=P2^4;led2=P2^3;a,i;data1[3];

getdata;floatnum1;unsignedintunsignedcharold_data,flag,done1;voiddelay(unsignedn);voidLCD_Init(void);voidDisplay_List_Char(uchar*str);voidvoid(void);unsignedcharcharvoid(void);voidAD()//轉(zhuǎn)換的子函數(shù){//CS=0;Read=0;//選中和開始信號(hào)，非阻塞吧，是順序?qū)嵭斜容^好{等待轉(zhuǎn)換結(jié)束{delay(5);//非阻delay(2);Read=1;break;}}}showAD(){num1=getdata*140/256;num=(unsignedif(num>80){led1=0;led2=1;Display_List_Char(1,5,"Up");}{led1=0;led2=0;Display_List_Char(1,5,"OK!");}data1[0]=num%10;data1[1]=num/10%10;

}串初始化操作voidinit(){TMOD=0x20;//T1定器工作方式2//初值TL1=0xfd;//初值TR1=1;//啟動(dòng)定時(shí)器//***********************************//設(shè)定串口工作方式//上//允串口接收//***********************************EA=1;//開總中斷ES=1;//開串口中斷//因?yàn)槎〞r(shí)器是自動(dòng)重裝初值的因此不需要開定時(shí)中斷}/*---------------------------------*/void{if(key1==0){delay(200);//delay(200);if(key1==0){if(done1==1)}}if(key2==0){delay(200);//delay(200);}}void{extern初化日期externtime_temp[3];//初始化時(shí)間

externdat[22];dat[8]=0x3A;LCD_Init();LCD_Init();//DS1302_init();Display_List_Char(1,0,"k:OF");Display_List_Char(1,9,"PH:");//Display_One_Char(1,14,0x49);{AD();showAD();DS1302_read_string();if(dat[13]!=old_data){flag=1;}if(flag&&done1){ES=0;for(i=0;i<22;i++){TI=0;}ES=1;

//發(fā)送數(shù)據(jù)

flag=0;}}}//end串中斷-voidser()interrupt4{RI=0;flag=1;z++;if(a=='/')z=2;}/*------------------------------------*/LCDRS=P1^0;//數(shù)指令控制LCDRW=P1^1;//寫控制LCDEN=P1^2;//液屏使能控制LP0=P3^4;LP1=P3^5;LP2=P3^6;LP3=P3^7;//**********時(shí)函數(shù)，延時(shí)n*1ms*********voiddelay(unsignedn){inti,j;for(i=0;i++)for(j=0;j++);}//*************寫令***************voidWrite_Cmd(unsignedcharC){LCDEN=1;//能端，由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶屏模塊執(zhí)行命令

LCDRS=0;//令寄存器選擇LP0=C&0x10;LP1=C&0x20;LP2=C&0x40;LP3=C&0x80;LCDEN=0;LCDEN=1;LP0=C&0x01;LP1=C&0x02;LP2=C&0x04;LP3=C&0x08;LCDEN=0;delay(10);}//**************數(shù)**************voidD){LCDEN=1;//能端，由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶屏模塊執(zhí)行命令LCDRS=1;//擇數(shù)據(jù)寄存器LP0=D&0x10;LP1=D&0x20;LP2=D&0x40;LP3=D&0x80;LCDEN=0;LCDEN=1;LP0=D&0x01;LP1=D&0x02;LP2=D&0x04;LP3=D&0x08;LCDEN=0;delay(10);}//**********LCD初始化*****************voidLCD_Init(void){寫擇(該可選擇要不要寫數(shù)據(jù)，要寫時(shí)必低，大多不放在初始化里，而在函數(shù))LCDRS=0;//令寄存器選擇W