控制系統(tǒng)課程設計基于模型的滯后控制系統(tǒng)設計

1、淮海工學院課程設計報告書 課程名稱： 控制系統(tǒng)課程設計 題 目 基于模型的滯后控制系統(tǒng)設計系 （院）： 電子工程學院 學 期： 專業(yè)班級： 自動化121 姓 名： 學 號： 評語：成績：簽名：日期：1引言過程控制技術(shù)近年來發(fā)展迅速，特別是在計算機，網(wǎng)絡通信和先進控制理論的帶動下，過程控制的檢測，執(zhí)行儀表及控制系統(tǒng)日益向智能化方向發(fā)展。在化工、煉油、冶金等一些復雜工業(yè)過程中，廣泛存在著較大的純滯后。純滯后往往是由于物料或能量需要一個傳輸過程而形成的，這類時間滯后系統(tǒng)的控制是世界公認的控制難題。由于純滯后的存在，使得被控量不能及時地反映所受的擾動，從而產(chǎn)生明顯的超調(diào)，使得控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，調(diào)節(jié)

2、時間延長。傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中，主要運用傳統(tǒng)的pid控制和smith控制，對于被控對象簡單的系統(tǒng)，可以得到預期的效果，但是遇到大滯后的被控對象，其控制效果難以達到預定的效果，對于滯后系統(tǒng)，其/t0.5,在這種情況下，就需要提出一種先進的pid控制器，使其在大滯后環(huán)境下，也能得到預期的控制效果。 一般認為，若純滯后時間與過程的時間常數(shù)t之比大于0.3時該過程是大滯后工藝過程。當與t之比增加時，過程中的相位滯后增加，使上述現(xiàn)象更為突出，有時甚至會因為超調(diào)嚴重而出現(xiàn)聚爆、結(jié)焦等停產(chǎn)事故；有時則可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，被調(diào)量超過安全限，從而危及設備與人身安全。因此大純滯后過程一直受到人們的關(guān)注，成為重要

3、的研究課題之一。 2 控制系統(tǒng)解決純滯后影響的方法很多，最簡單的則是利用常規(guī)pid調(diào)節(jié)器適應性強、調(diào)整方便的特點，經(jīng)過仔細的參數(shù)整定，在控制要求不太苛刻的情況下，可以滿足生產(chǎn)過程的要求。如果在控制精度要求很高的場合，則需要采取其他控制手段，例如smith預估補償控制、內(nèi)模控制等。2.1 pid控制在過去的幾十年里，pid控制，也就是比例積分微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛應用。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在工業(yè)過程控制中95%以上的控制回路都具有pid結(jié)構(gòu)，而且許多高級控制都是以pid控制為基礎的。在控制器中，設定值r與測量值y相比較，得到偏差e=r-y，控制規(guī)律根據(jù)偏差e的情況，給出控制作

4、用u。在線性連續(xù)系統(tǒng)中，控制規(guī)律通常由以下三種情況組成。（1） 比例控制：控制作用u與偏差e成比例關(guān)系。（2） 積分控制：控制作用u為偏差e對時間的積分成比例關(guān)系。（3） 微分控制：控制作用u為偏差e對時間的導數(shù)（）成比例關(guān)系。 （2-1）因此，控制作用u常用的表現(xiàn)形式為：（2-2）式中的k是控制器的比例增益，t和t都具有時間量綱 ，分別稱為積分時間和微分時間。當控制作用只包含第一項時，稱為比例（p）控制；只包含第二項時，稱為積分（i）控制；只包含第三項時，稱為微分（d）控制；包含第一、二項時，稱為比例積分（pi）控制；當包含第一、三項時，稱為比例微分（pd）控制；包含第一、二、三項時，稱為比

5、例積分微分（pid）控制。因此，pid控制器由比例單元（p）、積分單元（i）和微分單元（d）組成，它的基本原理比較簡單，基本的pid控制規(guī)律可描述為：（2-3）其中k、k和k分別稱為比例、積分、微分系數(shù)。pid控制用途廣泛，使用靈活，已有系列化控制產(chǎn)品，使用中只需設定三個參數(shù)（k、k和k）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，不過比例控制單元是必不可少的。pid控制器具有以下優(yōu)點：（1） 原理簡單，使用方便。pid參數(shù)k、k和k可以根據(jù)過程動態(tài)特性及時調(diào)整。如果過程的動態(tài)特性發(fā)生變化，如對負載變化引起的系統(tǒng)動態(tài)特性變化，pid參數(shù)就可以重新進行調(diào)整與設定。（2

6、） 適應性強。按pid控制規(guī)律進行工作的控制器早已經(jīng)商品化，即使目前最新式的過程控制計算機，其基本控制功能也仍然是pid控制。pid應用范圍廣，雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過適當簡化，可以將其變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣就可以通過pid控制了。（3） 魯棒性強，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不太敏感。但是，pid也有其固有的缺點。pid在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復雜過程時，效果不是太好，最主要的是，如果pid控制器不能控制復雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。pid控制規(guī)律是最普遍的控制規(guī)律，pid控制器是最簡單但許多時候仍是最好的控制器。2.2 史密

7、斯補償控制史密斯（smith，1958）預估補償器是最早提出的純滯后補償方案之一。其特點是預先估計出過程在基本控制輸入下的動態(tài)特性，然后由預估器進行補償，力圖使被延遲了的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程。史密斯預估器的基本思想是將純滯后環(huán)節(jié)移至控制回路外，一方面由于控制回路不包括純滯后環(huán)節(jié)，其控制頻率可大幅提高，控制性能也將顯著改善；另一方面，由于新的控制回路的輸出與實際對象的輸出僅包括一個純滯后環(huán)節(jié)，穩(wěn)態(tài)特性完全相同，動態(tài)特性相似。然而，廣義對象作為一個整體，無法進行動態(tài)特性的分解。為此，可用廣義對象的數(shù)學模型來近似描述實際對象，而該模型自然是動態(tài)特性可

8、分解的，由此可得到如圖2-1所示的原理實現(xiàn)圖。d（s）廣義對象y（s）+u（s）r（s）g(s)對象模型+-y(s)+圖2-1 史密斯預估補償器的實現(xiàn)原理圖為了討論方便，先假設對象模型與實際對象的動態(tài)特性一致，則由圖2-1可知:（2-4） 只要一個與被控對象除去純滯后環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)相同的環(huán)節(jié)和一個純滯后時間等于的純滯后環(huán)節(jié)就可以組成史密斯預估器，它將消除大純滯后對系統(tǒng)過渡過程的影響，使調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)與過程無純滯后環(huán)節(jié)時的情況一樣，只是在時間坐標上向后推遲了時間。2.3 內(nèi)?？刂苾?nèi)?？刂圃诮Y(jié)構(gòu)上與史密斯預估控制很相似，它有一個被稱為內(nèi)模的過程模型，控制器設計可由過程模型直接求取。它與史密斯預估控

9、制一樣，能明顯改進對純滯后過程的控制，又由于在設計上它考慮了對系統(tǒng)魯棒性的要求，從而大大提高了內(nèi)?？刂频膶嵱脙r值。與常規(guī)反饋控制不同的是，內(nèi)?？刂破鞯谋豢貙ο鬄閷嶋H對象與預估模型之差。當預估模型準確時，反饋信息直接反映了外部干擾的大小，而內(nèi)?？刂破鞔藭r等效于前饋控制器，不僅如此內(nèi)?？刂破骶哂性S多優(yōu)秀性質(zhì)。d（s）+y(s)u（s）r（s）-+受控對象內(nèi)?？刂破鱵(s)-+內(nèi)部模型d(s)圖2-2 內(nèi)模反饋控制由基本的內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)圖1.2，可得到： （2-5）（2-6）由式（2-5）、式（2-6）可得到內(nèi)模控制的以下性質(zhì)。性質(zhì)1（穩(wěn)定性） 當時，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的充分條件是控制器與過程本身均

10、為穩(wěn)定。由此可知，當模型精確時，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性等價于開環(huán)穩(wěn)定性，因而，與常規(guī)反饋控制相比，其穩(wěn)定性分析非常簡單。由性質(zhì)1可知，內(nèi)模控制不能直接應用于開環(huán)不穩(wěn)定的被控過程。對于不穩(wěn)定的被控過程，可考慮先用常規(guī)反饋控制（如純比例控制）使其成為穩(wěn)定對象，在應用內(nèi)?？刂?；而對于開環(huán)穩(wěn)定的被控過程，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的充分必要條件為控制器穩(wěn)定。由于控制器完全由人工設計，因而，“控制器穩(wěn)定”這一要求很容易實現(xiàn)。性質(zhì)2（無余差性） 若被控過程開環(huán)穩(wěn)定，而且控制器的穩(wěn)態(tài)增益與內(nèi)部模型穩(wěn)態(tài)增益滿足；則閉環(huán)控制系統(tǒng)對設定值與外部擾動的階躍變化均無調(diào)節(jié)余差。性質(zhì)2完全可以由式（2-6）推導得到。由性質(zhì)2

11、可知，對于開環(huán)穩(wěn)定的被控過程，穩(wěn)態(tài)無余差的實現(xiàn)僅與控制器、內(nèi)部模型有關(guān)，并不依賴于內(nèi)部模型是否正確。這給實際應用帶來了便利。內(nèi)?？刂品椒ㄊ莋arcia和morari于1982年首先正式提出，以其簡單、跟蹤調(diào)節(jié)性能好、魯棒性強、能消除不可測干擾等優(yōu)點，為控制理論界和工程界所重視。1989年morari透徹研究了內(nèi)?？刂频聂敯粜院头€(wěn)定性，并且由其他學者推廣到非線性系統(tǒng)，蓬勃發(fā)展中的神經(jīng)網(wǎng)絡也引入到內(nèi)?？刂浦小?nèi)?？刂七€和許多其它控制方式相結(jié)合，如內(nèi)?？刂婆c模糊控制、內(nèi)?？刂坪妥赃m應控制、內(nèi)?？刂坪妥顑?yōu)控制、預測控制的結(jié)合使內(nèi)?？刂撇粩嗟玫礁倪M并廣泛應用于工程實踐中，取得了良好的效果。 3 基于模型

12、的滯后控制系統(tǒng)設計過程控制系統(tǒng)中的溫度控制中常常存在較大的滯后，當滯后時間和控制對象的時間常數(shù)較大時，傳統(tǒng)的控制方案很難達到較好的控制效果，此時一般采用smith預估器方案或內(nèi)?？刂品桨竵砜朔到y(tǒng)滯后的影響。對于某熱容比較大的溫度控制系統(tǒng)燃料階躍輸入，溫度輸出測試數(shù)據(jù)如下：表3-1 溫度輸出測試數(shù)據(jù)t/s052030405060708090100110 t/000580130250260280290297300設計要求（1）：請依據(jù)上述數(shù)據(jù)，利用兩點法或者切線法確定系統(tǒng)的一階慣性控制模型，并要求對模型曲線與原有數(shù)據(jù)曲線進行合理逼真仿真。 設計要求（2）：請依據(jù)模型，分別設計控制系統(tǒng)的控制算法和

13、控制結(jié)構(gòu)，并完成控制系統(tǒng)的控制方塊圖，最好采用多種控制方案進行仿真選擇比較。設計要求（3）：請設計系統(tǒng)主要擾動量（主要是模型不準確的影響），并利用仿真分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。設計要求（4）：請采用plc或者單片機完成控制系統(tǒng)硬件的設計。參考控制方案：pid+simth預估計控制方案或內(nèi)?？刂品桨浮?.1 擬合曲線與確定控制模型程序一：原始數(shù)據(jù)擬合程序x=0,5,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110;y=0,0,0,5,80,130,250,260,280,290,297,300;a=polyfit(x,y,6);xi=linspace(min(x),max(x),leng

14、th(x);yi=polyval(a,xi);plot(x,y,*,xi,yi,r)grid on 圖3-1 原始數(shù)據(jù)擬合曲線在圖3-1上去兩點，它們的縱坐標分別為y（t）=300*0.283=84.9和y（t）=300*0.632=189.6，由圖3-1可得t=41.6，t=53.5，則根據(jù)公式可得t=1.5*（t-t）=17.85=t-t-t=35.65 然后在simulink中建立模型輸出所求得的傳遞函數(shù)的階躍響應曲線，并和實際數(shù)據(jù)對照比較，調(diào)整k、t和的值，使之與實際數(shù)據(jù)盡量接近。 最后所得傳遞函數(shù)為：（3-1） 程序二：所得模型與原始數(shù)據(jù)對比程序 x=0,5,20,30,40,50,

15、60,70,80,90,100,110;y=0,0,0,5,80,130,250,260,280,290,297,300;a=polyfit(x,y,8);x1=linspace(min(x),max(x),length(x);y1=polyval(a,x1);figure (2);hold onplot(x,y,*,x1,y1,r)grid onnum=300;den=18 1;sys=tf(num,den,inputdelay,29);t=0:0.1:110;y=step(sys,t);plot(t,y) 圖3-2 對比曲線3.2 控制方案的選取與比較3.2.1 pid控制用臨界比例度法整

16、定pid控制器參數(shù)。系統(tǒng)simulink模型如圖3-3所示:圖3-3 連續(xù)系統(tǒng)pid參數(shù)整定simulink模型 臨界比例度法適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過渡過程。此時的比例度稱為臨界比例度，相鄰兩個波峰間的時間間隔稱為臨界振蕩周期。連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度整定方法的控制器參考參數(shù)表如表1所示：控制器類型比例度/%積分時間常數(shù)ti微分時間p0pi0.822tk0pid0.50tk0.125tk表1 連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度法整定控制器參數(shù)結(jié)合本課題實際，被控對象為：（3-2） 斷開系統(tǒng)微分器的輸出連線、積分器的輸出

17、連線，kp值從小到大進行試驗，觀察示波器的輸出，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時的比例度，臨界振蕩周期tk。當kp=0.098時，得到了等幅震蕩曲線，記下此時的tk=4.20s，仿真結(jié)構(gòu)如圖3-4，仿真結(jié)果如圖3-5圖3-4系統(tǒng)仿真simulink模型圖3-5當kp=0.098時等幅震蕩曲線 根據(jù)表3-2，可知純比例控制（p）整定時，比例放大系數(shù)k=0.049，將“k”的值置為0.049，仿真運行，運行完畢后，雙擊“scope”得到如圖3-6所示的結(jié)果，它是p控制時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。圖3-6系統(tǒng)p控制時的單位階躍響應曲線 比例積分控制（pi）時，比例放大系數(shù)k=0.0442，積分時間常

18、數(shù)t=3.2058，將“k”的值置為0.0442，“1/t”的值置為1/3.2058,將積分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后，雙擊“scope”得到如圖3-6所示的結(jié)果，它是pi控制時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。圖3.7系統(tǒng)pi控制時的單位階躍響應曲線 pid控制整定時，比例放大系數(shù)kp=0.0572，積分時間常數(shù)ti=1.95，微分時間常數(shù)=0.975，將“kp”的值置為0.0572，“1/ti”的值置為1/1.95，“”的值置0.975。將積分器、微分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后，雙擊“scope”得到如圖3-7所示的結(jié)果，它是pid控制時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。 圖3.8系統(tǒng)

19、pid控制時的單位階躍響應曲線由圖3-6、3-7和3-8對比可以看出，p控制和pi控制的階躍響應上升速度基本相同，由于這兩種控制的比例系數(shù)不同，因此系統(tǒng)穩(wěn)定的輸出值不同。pi控制的超調(diào)量比p控制的要小，而pid控制超調(diào)量太大，而且波動較大，所以還是選擇pi整定比較好。3.2.2 pid+史密斯預估計控制由于史密斯預估器對模型的誤差十分敏感，因而難于在工業(yè)中廣泛應用。由hang等人提出的改進型史密斯預估器，可以在設定值擾動下無余差，優(yōu)于原史密斯補償方案，且對模型精度的要求明顯降低，有利于改善系統(tǒng)的控制性能。 pid+smith預估計控制的流程圖如圖3-9所示：圖3-9 smith預估計控制流程圖

20、圖3-10 pid+smith預估計控制仿真波形3.2.3 內(nèi)?？刂苾?nèi)?？刂圃诮Y(jié)構(gòu)上與史密斯預估控制很相似，它有一個被稱為內(nèi)模的過程模型，控制器設計可由過程模型直接求取。它與史密斯預估控制一樣，能明顯改進對滯后過程的控制，又由于在設計上它考慮了對系統(tǒng)魯棒性的要求，從而大大提高了內(nèi)?？刂频膶嵱脙r值。與常規(guī)反饋控制不同的是，內(nèi)?？刂破鞯谋豢貙ο鬄閷嶋H對象gp與預估模型gm之差。當預估模型精確時，反饋信息直接反映了外部干擾的大小，而內(nèi)?？刂破鞔藭r等效于前饋控制器，不僅如此，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)具有許多優(yōu)越的性質(zhì)。內(nèi)?？刂频膕imulink模型流程圖如圖3-11所示：圖3-11 內(nèi)?？刂屏鞒虉D仿真波形如圖3-

21、12所示: 圖3-12 內(nèi)?？刂品抡娌ㄐ?.2.4 pid+smith和內(nèi)?？刂频姆抡娌ㄐ伪容^兩者皆有的特性：穩(wěn)定性和無余差性。穩(wěn)定性：內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的充分條件是控制器與過程本身均為穩(wěn)定。由此可知，當模型精確時，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性等價于開環(huán)穩(wěn)定性，因而，與常規(guī)反饋控制相比，其穩(wěn)定性分析非常簡單。無余差性：若被控過程開環(huán)穩(wěn)定，而且控制器的穩(wěn)態(tài)增益與內(nèi)部模型的穩(wěn)態(tài)增益gm(0)滿足倆者積為1；則閉環(huán)控制系統(tǒng)對設定值與外部擾動的階躍變化均無調(diào)節(jié)余差。兩種控制方案比較流程圖如圖3-13所示：圖3-13 兩種控制方案比較流程圖 對其進行仿真，仿真結(jié)果如圖3-14所示：圖3-14 兩種控制方案

22、仿真波形對比圖由圖3-14可知，在兩種控制方案中，兩種控制方案都有很好的控制效果，pid+史密斯預估器具有較大的超調(diào)量，相比較而言，內(nèi)膜控制相對較好。3.2.5 模型不準確時的smith結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性只改變對象特性模型k的值，其他模型不變時，對仿真波形作比較，其流程圖如圖3-15所示:圖3-15 不同k值的史密斯流程圖仿真波形如圖3-16所示：圖3-16 不同k值的史密斯仿真波形對比圖3.2.6 模型不準確時的內(nèi)模結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性只改變對象模型k的值，其他模型不變時，對仿真波形作比較，其流程圖如圖3-17所示:圖3-17 不同k值的內(nèi)模控制流程圖 仿真波形如圖3-18所示:圖3-18 不同k值的內(nèi)?？刂?/p>

23、波形對比圖在模型不準確時，兩種控制方案都出現(xiàn)了差不多的超調(diào)量，可見控制系統(tǒng)雖然在模型準確時具有很好的動態(tài)特性，然而對被控對象特性缺乏較強的魯棒性。3.2.7 加入擾動之后的內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定性分析經(jīng)過前面的幾個仿真比較，最后選取內(nèi)模控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，由圖3-12可知系統(tǒng)在3s之前就達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以在5s加入一個階躍擾動，觀察它的抗干擾能力，流程圖如圖3-19所示:圖3-19 擾動下模型流程圖 圖3-19 擾動下模型流程圖仿真波形如圖3-20所示:圖3-20 擾動下仿真波形圖由圖可知，內(nèi)模控制在有擾動的情況下，能夠在較短的時間內(nèi)克服擾動的影響。由此可見，當模型準確時，內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的設定值跟蹤

24、性能與抗干擾能力令人滿意。3.3 控制系統(tǒng)硬件電路設計利用單片機設計控制系統(tǒng)的硬件，硬件應該包含以下內(nèi)容： 接口電路和i/o通道的擴充 組合邏輯或時序邏輯電路 供電電源 光電隔離 電平轉(zhuǎn)換 驅(qū)動放大電路 a/d、d/a轉(zhuǎn)換 流量檢測 自動、手動轉(zhuǎn)換 報警電路 緊急故障停車電路 鍵盤顯示電路（人機交互） 3.3.1 單片機最小系統(tǒng) 80c51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。80c51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12mhz的晶振頻率。由于80c51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富

25、來源廣，應用也很成熟，故采用來作為控制核心。80c51單片機對鍵盤、a/d轉(zhuǎn)換來的數(shù)據(jù)進行處理，處理后的數(shù)據(jù)送給d/a轉(zhuǎn)換電路、報警器、顯示器和調(diào)節(jié)閥。單片機最小系統(tǒng)見圖3-21。圖3-21 80c51單片機時鐘電路與單片機的xtal1和xtal2端口相連，它為單片機提供外部振蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號。80c51單片機內(nèi)有一高增益反相放大器，按圖3-21連接即可構(gòu)成自激振蕩電路，振蕩頻率取決于石英晶體的振蕩頻率，在這里為單片機提供12mhz的時鐘信號。要實現(xiàn)復位操作，必須使ret引腳（9）保持兩個機器周期以上的高電平。按下復位按鈕即可復位，復位完畢c3經(jīng)電阻放電，之后單片機正常工作，等待下一次復位

26、。3.3.2 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)換模塊本電路使用了adc0809芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，adc0809有8個模擬量輸入通道，8位數(shù)字量輸出，其中或非門與單片機的wr、p2.7和rd相連，而一個或非門另一端與start和ale相連，另一個或非門與oe相連。74ls373作為地址鎖存器，將單片機輸出的地址鎖存住，然后傳給adc0809。該模塊工作時，模擬量通過傳感器將流量和濃度轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號，并轉(zhuǎn)變成標準信號作為模擬的輸入信號，輸入的模擬量隨著測量值變化而發(fā)生改變，并將模擬量信號輸入給a/d轉(zhuǎn)換器，再由a/d轉(zhuǎn)換器將信號變?yōu)槟M信號，通過out1-out8端口傳送給8051單片機，同時經(jīng)單片機

27、處理后在顯示器上顯示出來。a/d轉(zhuǎn)換模塊圖如下：圖3-22 a/d轉(zhuǎn)換模塊3.3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與放大電路dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個da芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。d/a轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其主要參數(shù)為：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；可以單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需要在滿量程下調(diào)整它的線性度 ； 單一電源供電（+5v+15v）；低功耗，20mw。由于dac0832內(nèi)部有輸入寄存器和dac寄存器，所以它不需要外加其他電路便可以與

28、微型計算機的數(shù)據(jù)總線相連。根據(jù)dac0832的5個控制信號的不同連接方式，使得它可以有3種工作方式。(1)直通方式；(2)單緩沖方式（有3種連接方法）；(3)雙緩沖方式；單片機將控制信號傳輸給d/a轉(zhuǎn)換器，d/a轉(zhuǎn)換器再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)過運算放大器放大作為最終輸出傳輸出去。放大電路接收dac0832的輸出電流信號，將其轉(zhuǎn)換為電流信號并放大適當倍數(shù)。其反饋接dac0832的片內(nèi)固有電阻，由rfb端接入。其接線圖如圖3-23所示：圖3-24 d/a轉(zhuǎn)換與放大電路圖3-23 d/a轉(zhuǎn)換與放大電路3.3.4報警電路報警電路有兩個二極管和一個蜂鳴器組成，系統(tǒng)正常工作時綠色二極管亮，當系統(tǒng)出現(xiàn)

29、故障時，紅色二極管亮，同時蜂鳴器開始報警。調(diào)節(jié)時間超過60秒時就會工作。其電路圖如圖3-24所示:圖3-25 報警電路圖3-24 報警電路3.3.5 溫度傳感器新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟 dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。ds18b20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55c+125c，在-10+85c范圍內(nèi),精度為0.5c。ds1822的精度較差為 2c 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系

30、統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。電路圖如圖3-25所示:圖3-25 溫度傳感器3.3.6 自動手動切換開關(guān) 當出現(xiàn)報警時，切換到手動狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，若手動調(diào)節(jié)也不起作用，緊急停車，對系統(tǒng)進行全面檢查，如圖3-26，自動/手動切換電路與緊急停車電路。圖3-27 自動/手動切換與緊急停車電路圖3-26 自動/手動切換與緊急停車電路3.3.7 鍵盤和顯示鍵盤輸入模塊按鍵輸入采用矩陣式鍵盤實現(xiàn)，鍵盤與8255a的pa0-pa7和pc0-pc3端口相連，組成4*8矩陣式鍵盤。按鍵的信號傳送給8255a，然后通過8255a傳送給單片機，并經(jīng)過單片機處理后傳輸給顯示器，顯示出按鍵信息。對應的模塊圖如下：圖3-27鍵盤輸入電路顯示模塊顯示器由4個74ls164和4個七段數(shù)碼管構(gòu)成，74ls164的clk與單片機的p1.1相連，第一個74ls164的ab與單片機的p1.0。顯示器可將鍵盤輸入信號和測量信號顯示出來。便于人為手動對系統(tǒng)進行控制，以及實時顯示操作情況