计算机控制.docx
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计算机控制
计算机控制技术
课程设计报告
题目计算机温度测控系统设计
学院（部）电信学院
专业电气自动化技术
学生姓名邓祥
学号200920314104年级09级1班
指导教师喻晓红职称讲师
2011年7月2日
目录
1引言..............................................................................................................................................1
2系统工作原理..............................................................................................................................2
3硬件设计部分..............................................................................................................................3
3.1振荡复位电路........................................................................................................................3.
3.2显示模块...............................................................................................................................4
3.3报警电路................................................................................................................................6
3.4.温度检测变送........................................................................................................................6
3.5加热电路................................................................................................................................7
4软件设计部份..............................................................................................................................8
系统流程......................................................................................................................................8
源程序及注释..............................................................................................................................9
5设计工作总结及心得体会..........................................................................................................11
参考文献..........................................................................................................................................12
引言
温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。
而温度控制则是工业生产、科研活动中一个举足轻重的环节，它直接关系到整个生产系统的控制系统，因此温度控制的研究具有重要的现实意义。
随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，温度控制系统已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
本课程设计设计以热电偶为感温原件经A/D转换来模拟温度传感器，以单片机为控制原件，单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
故采用单片机进行温度控制，可以提高控制质量和自动化水平。
由单片机输出控制信号经D/A转换为模拟控制信号再经驱动电路放大
一、系统工作原理
在温控系统中，需要将温度的变化转化为对应的电信号的变化，选用AT89S52单片机为中央处理器，通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动电机加热或降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调控制单元的工作情况。
工作流程说明如下：
开始，先接通电源，LED就自动显示出当前温度。
当温度值低于设定值温度时，加热器加热。
加热到预设温度时，加热器自动停止加热。
当温度高于设定值n度时，报警电路报警。
系统的主要技术指标如下：
测温范围：
0℃~120℃
原理流程图如下：
图1
二、硬件设计部分
整体图：
图2
各部分介绍：
1、振荡源和复位电路设计
复位电路
单片机的复位是靠外部电路实现的。
无论是HMOS还是CHMOS型，在振荡器正运行的情况下，RST引脚保持二个机器周期以上时间的高电平，系统复位。
在RST端出现高电平的第二个周期，执行内部复位，以后每个周期复位一次，直至RST端变低。
本文采用上电外部复位电路，
振荡源电路
内部方式时钟电路如图2-5所示。
外接晶体以及电容
、
构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中，内部振荡器产生自激振荡，一般晶振可在2～12MHz之间任选。
对外接电容值虽然没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。
外接晶体时，
和
通常选30pF左右；。
图3
2、显示模块设计
本次设计中显示模块部分选择的是LED数码显示屏。
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
发光二极管（LightEmittingDiode,LED）是一种由某些特殊的半导体材料制作成的PN结。
当正向偏置时，由大量的电子—空穴复合，LED释放出热量而发光。
LED的正向工作压降一般为1.2-2.6V,发光工作电流为5-20mA，发光强度基本上与正向电流成正比。
LED显示器由发光二极管构成，具有工作电压低、体积小、寿命长（约10万小时）、响应速度快（小于1us），颜色丰富（红、黄、绿等）等特点，是只能仪器最常用的显示器。
LED显示器分为断码式显示器和点阵式显示器。
点断码式LED显示器由数个LED组成一个阵列，并封装于一个标准尺寸的管壳内，就形成了LED数码字符显示器。
这类显示器的结构主要有：
有7个LED（加上一个小数点为8个LED）构成的“日”字形7段（或8段）数码显示器LED显示器的显示方式有静态显示和动态显示之分。
（1）静态显示方式是指显示器在显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定导通或截止，使显示字符的字段连续发光。
在静态方式中，每位数码管都应有各自的驱动器件。
为了便于程序控制，在选择LED驱动器件时，往往选择带锁存功能的器件，用以锁存各自待显示数码。
因此，静态显示系统在每一次输出后能够保持不变，仅在待显示数码需要改变时，才更新其数字显示器中锁存的内容。
这种显示方式的优点是亮度高，控制程序简单，显示稳定可靠；缺点是功耗大，当显示的位数较多时，占用的I/O端口较多，此时可以采用动态显示方式。
（2）动态显示方式：
实用于显示位数较多的情况。
所有位的段选线并联起来，由一个8位I/O端口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O端口控制，形各位的轮流选通，即LED显示部分轮流工作，每次只能使一个器件显示1-5ms。
由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余晖效应，人眼扔感觉所有的器件都在同时显示，获得稳定的视觉效果。
此种显示方式的优点是占用I/O端口少，随着高亮度LED数码管的出现，动态显示同样可以打到很好的显示效果。
动态显示方式的实现有程序控制扫描和定时中断扫描两种。
程序控制扫描方式要占
用许多CPU时间，在计算机的任务较重时，将影响CPU的工作效率，所以在实际应用中常采用定时中断扫描方式。
这种方式是每隔一定时间让一位数码管显示，假设有4位数码管，则显示扫描周期为4ms。
图形如下：
图4
3、报警电路设计
在该设计中报警电路是不可缺少的。
由于设计的是实时检测系统的温度，作为恒温控制的。
当温度高于设定值时，就应及时通知现场人员，本设计采用蜂鸣器做报警器。
如图所示；
图5
4、温度检测变送电路设计
本次设计以热电偶为感温原件，将温度转为电信号，再经ADC0804转换为数字信号送入单片机。
图形如下：
图6
5、加热电路设计
由单片机输出控制信号，经DAC0832转换信号在经运放放大信号，最后由三极管驱动加热电阻
图7
三、软件设计部分
主程序流程图
由于本课程设计主要针对作为数据采集与控制的单片机系统而非PC机，故软件编程为单片机系统编程。
系统采用模块化编程，将各部分功能分别实现，主要的功能子程序有：
温度采集、LED显示。
主程序流程图如图8所示。
图8
1、温度转换模块
温度转换采用12位分辨率时的转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换流程图如图9所示。
图9
温度转换流程图中跳过ROM的命令代码为CCH,启动温度转换的命令代码为44H.，读取温度寄存器的命令代码为BEH。
以下是读取ds18b20当前温度的关键代码：
a=ReadOneChar（）;//读取温度值低位
b=ReadOneChar（）;//读取温度值高位
temp1=b<<4;
temp1+=（a&0xf0）>>4;
temp2=a&0x0f;
temp=（（b*256+a）>>4）;//当前采集温度值除16得实际温度值
其中ReadOneChar（）是DS18B20读取一个字节子程序，b、a分别是温度值的高低位。
此程序将温度移入缓存寄存器后，分别将高低位赋给临时值，再进行十六进制与十进制的转换。
2、液晶显示模块
液晶显示程序流程图如图4-6所示。
液晶显示模块的主要功能是通过读取DS18B20的信息，在LCD上显示实时温度、设定温度等各种状态量。
图10液晶显示程序流程图
液晶显示程序流程图中先选中选择数据寄存器，再进行写操作，E端为使能端，当EN端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
以下是写数据到LCM的关键代码：
lcd_wait（）;//检测忙信号
DATAPORT=WDLCM;//将变量传给数据端
LCM_RS=1;//选择数据寄存器
LCM_RW=0;//写模式
LCM_EN=1;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//空操作三个机器周期
LCM_EN=0;
lcd_wait（）是lcm用来检测信号是否忙的信号函数；WDLCM是一个字符型变量；RS定义为P2.0脚，为数据/命令端；RW定义为P2.1脚，为读/写选择端；EN定义为P2.2脚，为使能端；DATAPORT定义P0口为LCD通讯端口。
RS为高电平时，选择数据寄存器；为低电平时，选择指令寄存器。
RW为高电平时，进行读操作；为低电平时，进行写操作。
EN从高电平转换到低电平时，执行命令。
将变量传给数据端P0口后，选择数据寄存器，再进行写操作，将芯片进行使能操作，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令，数据就写入LCM了。
3、延时程序的处理
延时时间约为18ms的延时程序。
C语言程序:
voiddelay18ms（void）
{
unsignedchari,j;
for（i=90;i>0;i--）
for（j=98;j>0;j--）
}
该程序采用for语句的嵌套式循环设计，利用累减赋值的执行时间实现程序上的延迟。
但是分析具体的延时时间转换成汇编语言分析会更加清楚明了。
产生的汇编程序如下:
MOV R6,#TIME1//TIME1为i的16进制数值
LOOP2:
MOV R5,#TIME2//TIME2为j的16进制数值
LOOP1:
DJNZ R5,LOOP1
DJNZ R6,LOOP2
RET
四、设计工作总结及心得体会
本次历经一周的计算机控制技术课程设计在此次设计过程中学到了很多特别是温度控制这块，获益匪浅。
此外我们在本设计中还必须对温度进行测量，温度测量在工业控制中是很重要的，因为它作为系统或产品状态的直接指标，或者作为如反应率、能量流、涡轮机效率和润滑质量等间接指标。
现行的温度分度已使用了约200年，最初的仪器是基于气体和液体的热膨胀。
现在尽管有许多其他类型的仪器在使用，这些填充式系统仍常用于直接的温度测量。
有代表性的温度传感器包括：
填充式热系统、玻璃液体温度计、热电偶、电阻温度探测器、热敏电阻、双金属器件、光学和辐射高温计和热敏涂料。
电气系统的优点包括高的精度和灵敏度，能实现开关切换或扫描多个测量点，可在测量元件和控制器之间长距离传输，出现事故时可调换元件，快速响应，以及具有测量高温的能力。
其中热电偶和电阻温度探测器则被最广泛的使用。
参考文献：
[1]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京：
清华大学出版社，2005，9：
204-205.
[2]王吉龙.基于模糊PID的温度控制系统[J].电子工程师，2008，5，34（5）：
77.
[3]ZhengxiLi，JieLiu，DehuiSun，RentaoZhao.AcomplexcontrolsystembasedonthefuzzyPIDcontrolandstatepredictorfeedbackcontrol[J].JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,2004,
（1）：
90.
[4]何跃，林春梅.PID控制系统的参数选择研究及应用[J]。
计算机工程与设计，2006，4，27（8）：
1496.
[5]AppendixF:
PIDTemperatureControl[EB/OL].[2009-11-23].http:
//www.
[6]马建伟，李银伢.满意PID控制设计理论与方法[M].北京：
科学出版社，2007，8：
8-10.
[7]自动控制系统中PID参数整定[EB/OL].[2009-11-23].http:
//www.symcukf.com/DataSheet/002/006/2.pdf.
[8]徐安，陈耀，李锐华，郭其一.微型计算机控制技术[M].北京：
电子工业出版社，2008，10：
121-122.
[9]实验经验法调整PID参数的方法[EB/OL].[2009-11-25].http:
//www.dz3w.com/info/control/0075539.html
[10]数字PID调节器算法的研究[EB/OL].[2009-11-25].http:
//web.nuis
[11]数字PID控制算法之一[EB/OL].[2009-11-25]./getattach.php?
a=%CA%FD%D7%D6PID%BF%D8%D6%C6%CB%E3%B7%A8%D6%AE%D2%BB.ppt&b=forumid_729%2Fyv3X1lBJRLY1g%3D%3D_XbJHwzeZqPSc.ppt&c=application%2Fvnd.ms-powerpoint
[12]PID常用口诀[EB/OL].[2009-11-25]
[13]马壮，张国旭，张雅静，刘陟升.基于PROTEUS的PC机与单片机串行通信仿真系统的设计[J].机床与液压,2009,7,37（7）:
236-238.
[14]余瑾,姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].单片机开发与应用，2009，25（3-2）：
105-106.
[15]文代琼.智能水温控制系统实验设计[J].宜宾学院学报,2007,7（12）:
56-58.
[16]酿酒槽的温度检测与控制[EB/OL].[2010-03-23].http:
//proteu
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