圖2 溫、濕度顯示模塊圖
AT89C51通過2-4譯碼器對4只MC14495芯片進行控制。MC14495的輸出端與LED數碼管的7段a,b,c,d,e,f,g相連。MC14495芯片的作用是輸入被顯示字符的二進制碼(或BCD碼)，井把他自動轉換成相應的字形碼，送給LED顯示。
圖2中，4個輸出端口用于輸出顯示字符的二進制碼 (或BCD碼)。1個輸出端口用于控制2-4譯碼器工作，還有2個輸出口經譯碼器輸出后控制哪一片MC14495顯示輸出，從而直觀的看出溫度、濕度經過閉環調節之后的效果值。如我們假定溫度上限、下限為50，0，濕度為70，30。我們可根據現場檢測直觀的顯示溫、濕度值，超出系統將做報警處理。程序簡單思路如下[5]：
#include<iostream.h>
Void main( ){ int a,b,c,d,e,f,g,g;//設置檢測點a,b用來檢測溫度上下限，c,d檢測濕度上下限，e,f,g,h對應顯示溫度與濕度的測量值。
If(a>0&&a<5&&c>3&&c<7)//如果溫度、濕度都在我們設定的范圍內，正常顯示。
a=e;b=f;c=g;d=h;//把檢測對應連接顯示接口，顯示溫度、濕度值。
else
報警}
3系統軟件設計
3.1數據采集
溫度數據的采集經過DS18B20獨特的功能，直接將采集的數據自動轉化為數字量傳入單片機，濕度數據是由傳感器測得現場濕度信號經變送器轉換成0~5V的直流信號，送到A/D模數轉換器轉換成數字量后，再送入單片機進行數據處理，處理后的數據進入PID算法比較做出控制量的選擇。
3.2數字濾波
當采樣過程完成后，要對采樣所得的數據進行數字濾波。數字濾波程序用于濾去來自控制現場對采樣值的干擾，數字濾波的算法很多，這里采用中值濾波。中值濾波原理很簡單，就是對采樣過程中的n個 (一般是3個)采樣值進行比較，取中間值放入指定的存儲單元。
3.3單片機抗干擾電路的設計
在抗干擾方面的許多技術，如設計軟件陷阱、加硬件看門狗電路等。若失控的程序進入“死循環”，通常采用“看門狗”技術使程序脫離“死循環”。通過不斷檢測程序循環運行時間，若發現程序循環時間超過最大循環運行時間，則認為系統陷入“死循環”，需進行出錯處理�！翱撮T狗”技術大大提高了系統可靠性，本系統“看門狗”讓系統運行更加穩定可靠。
3.4系統的PID控制算法[6]
控制算法是控制系統的核心部分，是控制系統能否穩定和調節品質是否優良的關鍵。本系統是一個閉環控制的單片機直接控制系統(DDC)，它的工作原理是按照一定的采樣周期T去對被控量（溫度、濕度）進行采樣，并經過控制算法算出控制量，以此控制量作為輸出控制執行器，實現對被控對象的控制，采用單片機作為控制器核心所構成的自動控制系統，軟件算法流程圖如圖3。閉環溫度、濕度控制程序，由求偏差E和偏差變化率Ec,數據量化算法、增量PID控制算法等程序模塊組成。單片機首先讀取數字化的實際轉速，并與設定的轉速相比較，得出差值，單片機再根據差值，調用PID程序，計算并輸出模擬電壓控制變頻調速器，調節被控對象電機轉速的大小，同時，尋找最優條件，改變PID參數。
PID的計算公式為：
U（K）=U（K-1）+KP[E（K）-E（K-1）]+KI×E（K）+KD[E（K）-2 E（K-1）+ E（K-2）]
= U（K-1）+PP+PI+PD （2）
KI=T/TK （3）
KD=Td/T （4）
式中：KP為比例系數；T為采樣周期；TK為積分時間；Td為微分時間。
根據公式進行編程，相應的程序流程如圖4
4 結束語
該閉環控制系統實現了AT89C51單片機為核心，通過PID算法達到對溫度、濕度的檢測及其控制，運行可靠，操作簡單，精度高，響應速度快，可以滿足溫、濕度的控制。同時，通過LED數碼管直觀的顯示通過控制系統后的溫、濕度值，當出現異�，F象時，通過報警裝置發出警告，及時得到處理，從而滿足現場需要，具有廣泛的應用前景。
本文創新點：采用單片機AT89C51性價比高，溫度DS18B20轉化溫度簡潔，整個閉環控制系統通過PID設置的參數，根據單片機自動修正啟動溫、濕度控制裝置，調整滿足現場需要，同時可通過數碼顯示，清楚的觀測到溫、濕度值，超過限定值進行報警處理。此套裝置實施方便、可靠。
參考文獻：
[1]劉攀,俞杰.基于單片機的溫度測控系統[J]. 蘭州交通大學學報,2005,6-12: 103-106.
[2]夏曉南.基于單片機的溫箱溫度和濕度的控制[J].現代電子技術,2005,215-24: 117-118.
[3]趙娜,趙剛.基于51單片機的溫度測量系統[J].微計算機信息,2007,23-1:146-148.
[4]馮建華,趙亮.單片機應用系統設計與產品開發[M].北京：人民郵電出版社 2004
[5]譚浩強.C語言程序設計[M].北京：清華大學出版社 1999
[6]王德玉等.智能井控系統的控制研究[J].西南石油大學學報，2006,28-4:97-100.
作者簡介:李俊, 男，1981年12生, 漢族，西南石油大學機電工程學院碩士研究生。研究方向:自適應控制系統
作者簡介：張曉東，男，1959年生，漢族，教授，西南石油大學機電工程學院，從事石油鉆采設備新技術、現代設計理論與方法的教學及石油鉆采工具，特別是井下動力鉆具和井下工具的研發工作。
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