计算机控制技术实验报告文档格式.docx
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如何精准测量储粉仓内粉位高度？
可能对测量过程产生影响的扰动有哪些？
如何减小甚至消除这些扰动？
测量后的模拟信号要经过什么样的AD转换器输入到电子显示设备中并经由什么样的DA转换器将分析后产生的处理方案数字信号输出到相应的执行单元中？
（上述问题中的超标处理方案具体内容即方法）
1.3实验要求：
粉仓高度12米，正常工作粉位在2米至9米之间，精度为±
10cm，实现粉位上、下控制，有越线报警，若出现上、下粉位越线后，通过控制系统实现控制，快速回归到控制区。
a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；
b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；
c、电路的基本工作原理应有一定说明；
d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
二．方案论证（及设备选择）
设备选择：
AD转换器目前选择TLC0831，如有更合适或先进的则更换；
DA转换器选择TLC5620，同上；
单片机作为数字信号的输入输出端选择8051,，外接键盘、蜂鸣器、储存器、数码管；
执行元件有送粉器、磨煤机相关、燃煤相关。
测量方案：
传感器采用物位雷达传感器，将声波输出方向垂直于储粉仓粉位面，通过对声波发出后至接收到这一段时间的分析计算，来粗略确定粉位离传感器的距离，并由此计算得出此时粉位高度，（由于粉位是时变的，所以不能多次测量来减小误差，但可通过多个传感器的同时测量取其均值来减小误差）。
当粉位超过9M时，蜂鸣器报警，此时需要减小磨煤机的功率，或加大煤粉燃烧速率，来使储粉仓粉位下降，直到粉位高度低于9M；
同理，当粉位高度低于2M时，需要加大磨煤机的功率，提高给煤速率，或减小燃煤速率，来使粉位提升，直至高于2M。
（关于提前预估：
可根据传感器传回的粉位高度绘制T-H曲线，通过对曲线的分析，可以估计其变化趋势，例如在粉位接近9M时每S内H的变化量仍在递增，则未来时间内粉位必将超过9M线，所以可以提前进行使粉位下降的控制）。
三．过程论述
3.1各元件工作原理
3.1.1物位雷达传感器工作原理：
（1）PULSE脉冲技术
这种技术就是由雷达头发射一个脉冲信号，并测量从发出到接收回波的时间。
这种技术根本上是一种模拟技术。
（2）FMCW，调频连续波技术
这种技术不是测量时间。
雷达头发射连续变化的频率信号，雷达信号被液体表面反射后，天线接收回波。
由于信号频率在改变，回波与信号发射瞬间的频率不同，该频率差正比于自雷达头到液面的距离。
FMCW技术就是测量这种频率差，这是一种数字技术。
（3）导波雷达
导波雷达物位传感器运用TDR原理，TDR发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波，当遇到比先前传导介质介电常数大的液体表面时，脉冲波会被反射。
用超高速计时电路来计算脉冲波的传导时间，电磁脉冲波传输距离s=vt，从而达到精确液位测量。
图1.1微博物位雷达传感器电路图
3.1.2AD转换器工作原理：
TLC0831
TLC0831/TLC0831C/TLC0831I是TI公司生产的八位逐次逼近式AD转换器，它有一个差分输入通道，串行输出配置为与标准移位寄存器或微处理器兼容的Microwire总线接口，极性设置固定，不需寻址。
其内部有一采样数据比较器将输入的模拟信号微分比较后转换为数字信号。
模拟电压的差分输入方式有利于抑制共模信号和减少或消除转换的偏移误差，而且电压基准输入可调，使得小范围模拟电压信号转化时的分辨率更高。
由于标准移位寄存器或微处理器将时间变化的数字信号分配到串口输出，当IN-接地时为单端工作，此时IN+为输入，也可将信号差分后输入到N+与N-之间，此时器件处于双端工作状态。
图1.2TCL0831引脚图
TCL0831接线图
3.1.3DA转换器工作原理：
TLC5620
TLC5620是美国德州仪器公司生产的8位串行DAC，有四路独立的电压输出和独立的基准源，其输出可编程为1倍或2倍，只需单电源供电,具有上电复位功能。
其引脚图如图所示，引脚功能如下图所述。
图1.3TLC5620引脚图
TCL5620接线图
3.1.48051单片机工作原理：
8051单芯片是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号，用以来产生各种动作周期及同步信号。
在8051单片机中已内建时钟产生器，在使用时只需接上石英晶体谐振器（或其它振荡子）及电容，就可以让系统产生正确的时钟信号。
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分地布请参照-
---单片机引脚图：
l P0.0~P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。
lP1.0~P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。
lP2.0~P2.7P2口8位双向口线
（在引脚的21~28号端子）。
lP3.0~P3.7P3口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）。
图1.48051单片机管脚图
3.2实验软件框图
3.3系统仿真
四．结果分析
运行前所有元件初始化，并由人工键入需要控制的高度。
运行开始后，物位雷达传感器通过发射微波测量出当前粉位高度，将此信号转换后输入PC端，并由数码管电路来显示，当粉位接近9M或2M时，通过PC端的对当前粉位高度变化的微分计算，得出其变化趋势，若判断其有可能越过阈值，则进行相关调节，增大或减小送粉器阀门开度，来使粉位高度向反方向变化，一旦调节来不及，粉位高度越过阈值，触发报警器报警，人工进行相应紧急措施。
相关干扰由于并没有相关干扰回路无法实现。
五．结论或总结
本次自主创新设计性试验是前所未有的，从开始时的无从下手，到最后的设计成果，整个实验所需的各方面知识大部分来源于网络，例如AD、DA转换器的引脚接法和电路原理，并没有选取老旧的ADC0809，而是从网络上了解的TCL系列，单片机虽然选用了8051这个试验专用型号，但更建议使用包含了A/D转换器和加法器等等元件于一体的MCS-51系列，可以省去很多麻烦，但我目前还不会用就是了。
其次是同学间的相互询问，由于个实验的基本思路是大体相仿的，所以所需电路可以相互讨论，加深理解。
最主要的是，这次试验，在整个实验思路的设计上，老师给了我很大的启发，不必拘泥于前人的想法，在当今科技发展的条件下，有更好的设备支持更好的思路。
而且，想法要符合实际，例如此实验的粉位高度不能整的越过阈值，要在其有越过阈值的倾向时就开始调节，这样更符合实际要求，更有利于调节过程。
六．参考文献：
1.百度文库
2.中国知网相关
3.《MCS-51单片机应用开发实用子程序》 边春远
4.《单片机技术课程设计与项目实例》 李海滨 中国电力出版社
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