比例閥雙閉環(huán)設計.

1、沈陽化工大學沈陽化工大學 本科畢業(yè)論文 題 目：比例閥流量閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件設計院 系： 信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0803 學生姓名： 胡志鵬 指導教師： 蔡勝年 論文提交日期： 年 月 日 論文答辯日期： 年 月 日畢業(yè)設計（論文）任務書電氣工程及其自動化專業(yè) 電氣0803班 學生：胡志鵬畢業(yè)設計（論文）題目：比例閥流量閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件設計畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容：1)完成比例閥流量控制系統(tǒng)硬件設計及驅(qū)動電路設計；2)設計電路原理圖，試制硬件電路；3)通過比例閥流量控制系統(tǒng)的性能測試實驗結(jié)果，驗證系統(tǒng)硬件的實用性。畢業(yè)設計（論文）專題部分：基于單片機流量控制系統(tǒng)硬件設

2、計。起止時間：2012年03月-2012年06月指導教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學院院長： 簽字 年 月 日摘要本文以國外比例閥電源控制器的功能和技術參數(shù)為參考，致力于將外部標準輸入信號轉(zhuǎn)換成PWM電壓信號,通過控制驅(qū)動PWM電壓的占空比，實現(xiàn)控制主電路的大信號;通過雙閉環(huán)設計，使比例電磁閥的電流、流量更穩(wěn)定，保持比例閥的開度不變，達到提高流量的控制精度的目的；同時，通過增加頻率可調(diào)環(huán)節(jié)，選擇適用于比例閥的最優(yōu)脈動性。由于控制途徑是采用電流閉環(huán)控制,保證了電流的穩(wěn)定性。經(jīng)過仿真與實驗分析，完成了單片機控制器的設計。在硬件電路設計方面，根據(jù)本設計控制對象的特點，本文采用了

3、AT89S52為核心控制器件在使用特殊功能寄存器功能下的PWM驅(qū)動電路方案，將理論計算和面包板調(diào)試相結(jié)合的方法,實現(xiàn)了主電路和驅(qū)動控制電路的參數(shù)研究，完成了控制主電路,PID調(diào)節(jié)電路和電流反饋控制電路的設計工作。其中工作主電路部分主要使用單片機直接輸出PWM控制信號。本文設計最后進行了實際測試，實驗結(jié)果表明本文所設計的電路基本都能滿足控制要求，對電磁閥平穩(wěn)、寬范圍內(nèi)的流量控制有著明顯的作用。關鍵詞： 電磁閥； 單片機； PWM； PIDAbstractIn this paper, the proportion of foreign power controller valve function

4、 as a reference, is committed to an external standard voltage input signal into a PWM signal, PWM voltage by controlling the duty cycle of drive to achieve control of the main circuit of the large-signal; through closed-loop design, the compensation coil The temperature rise, the solenoid valve

5、 with a stable current to maintain the same ratio of valve opening, to improve the accuracy of flow control purposes; the same time, by increasing the frequency adjustable links, choose the best for the pulse of proportional valve . As the current control approach is the use of closed-loop

6、 control to ensure that the current stability. Through simulation and experimental analysis, completed the micro-controller design. In circuit design, according to the characteristics of the design control object, we use as the core control device AT89S52 SFR functions using the PWM drive

7、circuit under the program, the theoretical calculations and bread board debugging method of combining to achieve the main circuit and drive control circuit parametric studies, completed the main control circuit, PID regulator circuit and current feedback control circuit design. The major p

8、art of the main circuit which work directly with the microcontroller output PWM control signal. Finally, this design was the actual test, experiment results show that the design of the control circuit to meet the basic requirements of the solenoid valves smooth, wide range of flow control has a

9、 significant role. Key words: Solenoid valve； SCM； PWM； PID目錄一、 緒論1.1電液比例閥概述1.2研究內(nèi)容與預期結(jié)果1.3研究意義二、總體設計方案2.1控制系統(tǒng)的組成及工作原理2.2比例閥雙閉環(huán)控制原理2.3PWM控制技術2.31脈寬調(diào)制技術的原理2.32脈寬調(diào)制技術的優(yōu)點2.4PID控制技術介紹三、系統(tǒng)硬件設計3.1硬件系統(tǒng)整體設計3.2單片機系統(tǒng)各部分介紹及功能3.21晶振電路3.22復位電路作用與原理3,23鍵盤與顯示電路3.3報警電路3.4驅(qū)動電路3.5雙閉環(huán)控制電路四、系統(tǒng)軟件設計五、實驗結(jié)果分析六、結(jié)束語一、緒論

10、1.1電液比例閥概述如今，作為連接現(xiàn)代微電子技術、計算機控制技術和大功率工程控制設備之間的橋梁，電液比例控制技術已經(jīng)在工業(yè)領域獲得廣泛的應用，正如一些權威人士所指出的那樣，代表流體控制技術的發(fā)展方向。電液比例閥，如同電子技術的晶體二極管、三極管，是帶粘液比例控制技術的核心和主要功率放大原件。它以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎，采用電-機械轉(zhuǎn)換裝置，講電信號轉(zhuǎn)換為位移信號，按輸入電信號指令連續(xù)、成比例地控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量或方向等參數(shù)。雖然比例閥與伺服閥控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，性能在某些方面還有一定的差距。但是，其顯著的優(yōu)點是抗污染能力強，減少了由于污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)

11、定性和可靠性，因此更適合于工業(yè)過程；另一方面，比例閥的成本比伺服閥低，而且不包含敏感和精密的部分，更容易操作和保養(yǎng)，已在許多場合獲得廣泛應用。電液比例控制技術從形成至今，大致上可劃分為四個階段：從1967年瑞士Beri nger公司生產(chǎn)KL比例復合閥，到70年代初日本油研公司申請壓力和流量兩項比例閥專利，標志著比例技術的誕生時期。此間，比例技術開始在液壓控制領域中作為獨立的分支，并以丌環(huán)控制應用為主。這一階段的比例閥僅僅是將是將新型電一機械轉(zhuǎn)換器(比例電磁鐵)用于工業(yè)液壓閥，以代替開關電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄，閥的結(jié)構(gòu)原理和設計方法幾乎沒有變化，閥內(nèi)不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)，其工作頻寬僅在l5Hz之間，

12、滯環(huán)在47之間。從1975年到1980年，比例技術的發(fā)展進入第二階段。這是比例技術發(fā)展最快的時期。此間，采用各種內(nèi)部反饋原理的比例元件相繼問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術上已經(jīng)成熟。比例元件的工作頻寬已達515H，滯環(huán)減小到3左右，其應用領域不斷擴大。20世紀70年代后期，比例變量泵和比例執(zhí)行器相繼出現(xiàn)，為大功率系統(tǒng)的節(jié)能奠定了技術基礎。應用領域擴大到閉環(huán)控制。到了20世紀80年代比例技術的發(fā)展進入第三階段。這一階段，比例元件的設計原理進一步完善，采用了壓力、流量、位移反饋和動壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應和穩(wěn)定性都有了進一步的提高。除了制造成本的原因，比例閥在中位仍保

13、留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均已和工業(yè)伺服閥相當。這一階段的另一項重大進展是比例技術開始和插裝閥相結(jié)合，開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥，形成了電液比例插裝技術。此外，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了帶集成放大器的電液一體化比例元件。從1990年至今，是比例技術進一步完善的階段。這一階段，計算機技術開始與比例元件結(jié)合，開發(fā)出了數(shù)字式比例元件和數(shù)字式比例系統(tǒng)，并形成了不同總線標準的數(shù)字比例元件接口。1.2研究內(nèi)容與預期結(jié)果課題的研究內(nèi)容：1.利用PWM技術實現(xiàn)流量、電流雙閉環(huán)控制的比例閥流量控制系統(tǒng)；2.采用51系列單片機及相關驅(qū)動電路完成比例閥流量控制系統(tǒng)設計；3.為試制

14、比例閥流量評價系統(tǒng)做必要的前期研制工作。預期結(jié)果；1.實現(xiàn)用PWM技術對雙閉環(huán)比例閥的流量控制；2.完成比例閥流量控制系統(tǒng)的硬件設計及驅(qū)動電路設計（包括單片機、顯示、鍵盤、A/D·D/A轉(zhuǎn)換、接口電路、驅(qū)動電路等）；3.利用專用電路設計軟件，設計電路原理圖，選擇電路器件，離線調(diào)試電路功能，試制硬件電路；4.與軟件系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試，通過比例閥流量控制系統(tǒng)的性能測試實驗結(jié)果，驗證系統(tǒng)硬件的實用性1.3研究意義目前，電液比例系統(tǒng)普遍采用模擬控制，由運算放大器和功率電子元件為主組成控制放大電路控制比例電磁鐵線圈電流的大小和均加減速時間，以控制其力的大小或位移，從而控制了與比例電磁鐵相連接的比例閥

15、的開口大小，達到控制液壓回路油的壓力或流量的目的。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點，用這種控制方法制造的控制系統(tǒng)的控制功能很簡單，也難以適應各種需要場合，并且存在明顯的溫度漂移和零點漂移?？刂葡到y(tǒng)的參數(shù)設定需要電位器調(diào)節(jié)。而調(diào)節(jié)的結(jié)果即設定值不易被復制或記錄。此外，電位器的可靠性也是一個問題，頻繁的調(diào)節(jié)可能對電位器產(chǎn)生磨損，出現(xiàn)故障非專業(yè)人員難以排查。因此難以滿足飛速發(fā)展的機電液一體化技術的要求。數(shù)字化的比例閥控制方法可以避免上述弊端，參數(shù)重復設定，可記憶存儲。參數(shù)設定可用軟件通過軟件完成，避免了活動元器件的機械磨損。所有調(diào)節(jié)都能自動記錄。同模擬控制相比，它集系統(tǒng)控制功能于一體，使得閥控系

16、統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟性、可靠性和靈活性和使用維護的方便性，使得它具有較廣闊的應用前景。就我國的液壓技術發(fā)展現(xiàn)狀而言，對性能良好，價格適宜的電液比例閥具有相當?shù)氖袌鲂枨蟆Ｒ虼烁鶕?jù)電液比例系統(tǒng)的特點和控制要求，開發(fā)出比例閥的數(shù)字化控制方法，并轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，用以取代常規(guī)模擬控制及其他附加元件，不僅能在結(jié)構(gòu)上簡化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性，而且可以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和應用的靈活性，將為比例閥推廣使用奠定良好的基礎，具有很強的現(xiàn)實意義二、總體設計方案2.1控制系統(tǒng)的組成及工作原理系統(tǒng)以單片機為核心，輔助以輸入、報警、驅(qū)動等功能電路，通過單片機調(diào)制產(chǎn)生的PWM脈沖來控制驅(qū)動電路使比例閥正常工作。接通電源時，系統(tǒng)先初始

17、化，之后經(jīng)過鍵盤將流量的設定值輸入到單片機中，正常工作后流量傳感器將實際的流量值經(jīng)轉(zhuǎn)換后反饋給單片機，單片機通過調(diào)節(jié)器運算產(chǎn)生相應的PWM脈沖，輸出電流也會相應的改變，從而達到調(diào)節(jié)控制流量的目的。單片機鍵盤輸入顯示器驅(qū)動電路比例閥檢測裝置A/D轉(zhuǎn)換報警電路PWM圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2比例閥雙閉環(huán)控制原理電流比較器流量比較器比例閥流量反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)圖2.2 比例閥控制原理在比例電磁閥控制系統(tǒng)中，比例閥為主要研究對象。當電磁閥通電后，由于電磁閥的感抗作用，電磁閥內(nèi)阻升高，流經(jīng)電磁閥的電流發(fā)生改變，是輸出偏離設定值，因此加入電流環(huán)，這樣可以保證驅(qū)動電流的穩(wěn)定。系統(tǒng)的外環(huán)是流量環(huán)，它將流量傳

18、感器采集的實時流量數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機，單片機將設定值與傳感器的反饋值送入流量調(diào)節(jié)器，經(jīng)過運算后輸出PWM脈沖，通過驅(qū)動電路控制比例閥的開度，從而達到精確控制。2.3PWM控制技術2.31脈寬調(diào)制的原理PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關斷器件，開關頻率大

19、幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。脈寬調(diào)制的原理，把一個正弦半波分為若干等份，然后把每一等份的正弦曲線和橫軸t所包圍的面積計算出來，在這個正弦曲線圖的下方，繪制一個相同的坐標，并在這個新坐標的圖中，用一個與所計算的面積相等的等高矩形脈沖替代那些計算過面積的每一等份，這個矩形脈沖的中點應該與正弦波上所對應的這一等份的中點重合。由若干個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦的半周等效,如圖2.3所示。 uua)OOb)圖2.3 用PWM波代替正弦波2.32脈寬調(diào)制的優(yōu)點PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有

20、在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。2.4PID控制技術介紹PID調(diào)節(jié)器中有比例微分（PD）、比例積分（PI）和比例積分微分（PID）三種類型。由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)的穩(wěn)定性；用PI

21、D調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的滯后-超前校正則兼有二者的優(yōu)點，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但具體實現(xiàn)與調(diào)試要復雜一些。一般調(diào)速系統(tǒng)的要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI調(diào)節(jié)器；在隨動系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用PD或PID調(diào)節(jié)器。在雙閉環(huán)流量控制系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器的作用是補償線圈溫度上升。當流經(jīng)電磁閥的電流發(fā)生變化時，須依靠積分作用來抑制電流的變化，使電磁閥的驅(qū)動電流快速跟隨給定，以保證流量的穩(wěn)定輸出。三、系統(tǒng)硬件設計3.1硬件系統(tǒng)整體設計系統(tǒng)的總體設計思想是流量傳感器采集實際流量信息，將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號，A/D轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的電壓信號處理為05V的離散信號送入單片機，

22、單片機將設定值與實際值比較處理后，經(jīng)調(diào)節(jié)器運算產(chǎn)生相應的PWM信號，以此控制比例閥開度及流量，實現(xiàn)流量的精確控制。圖3.1 系統(tǒng)連接圖3.2單片機系統(tǒng)各部分介紹及功能3.21晶振電路晶振，全稱晶體振蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大,它結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。圖3.2 晶振電路3.22復位電路作用與原理當單片機系統(tǒng)在運行中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕，內(nèi)部的程序便會自動從

23、頭開始執(zhí)行。在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。圖3.3 復位電路3.23鍵盤與顯示電路圖3.4 鍵盤與顯示電路3.3報警電路比例閥控制系統(tǒng)在工作過程中發(fā)生故障時，報警系統(tǒng)工

24、作報警，如圖3.所示，報警裝置選用5V直流型蜂鳴器。當檢測到的流量值遠大于設定值時，單片機管腳送出高電平，三極管導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。當故障解除后，按下單片機復位按鈕，解除警報，實現(xiàn)保護。圖3.5 報警系統(tǒng)接線圖3.4驅(qū)動電路場效應管的優(yōu)點：開關速度快，高輸入阻抗和低電平驅(qū)動，安全工作區(qū)寬；熱穩(wěn)定性高；易于并聯(lián)使用；跨導高度線性；管內(nèi)存在漏源二極管；MOS管的這些特點很符合本設計的要求，因此采用MOS管作為控制開關與電磁閥相連接。為避免產(chǎn)生振蕩，在光耦12V電源處加12uf的電容濾波，而為了使MOS管能正常工作，在其柵極與源極之間并聯(lián)10千歐的電阻以使MOS管獲得10V的電壓。在驅(qū)動部分為了

25、防止控制電路部分發(fā)生過電壓或者過電流故障時產(chǎn)生的沖擊電壓或電流對控制部分產(chǎn)生損害，在單片機控制電路與電磁閥工作電路之間采用光耦隔離器TLP250相隔離。系統(tǒng)工作時，通過鍵盤輸入設定值，單片機運算后產(chǎn)生相應的PWM脈沖，脈沖信號經(jīng)驅(qū)動電路來控制比例閥的開度以達到對比例閥流量的控制。圖3.6 驅(qū)動電路接線圖3.5采樣放大電路采樣放大電路是電流環(huán)設計中的一個環(huán)節(jié)。本設計中利用同相比例運算電路將采樣電阻上的電壓放大到05V后送入到AD轉(zhuǎn)換模擬量輸入端。比例閥工作時的額定電流為1A，采樣電阻選用1歐的精密電阻，因此，工作狀態(tài)下采樣電阻上的電壓為01V，放大5倍后可滿足要求。如圖，在同相比例運算電路中，圖

26、3.7 采樣放大電路3.6A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。圖3.8 ADC0809芯片引腳圖IN0IN7為8路模擬量輸入端；D0D7為數(shù)字量輸出端；ADDA、ADDB、ADDC為3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；ALE是地址鎖存允許信號輸入，高電平有效；START為A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）；EOC為 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）；OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時

27、，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；CLK為時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ；REF（+）、REF（-）是基準電壓。被選模擬量路數(shù)與地址的關系如下表所示。在本設計中，只有兩路模擬量輸入，因此在設計時將ADDB、ADDC接地，而把ADDA接到單片機引腳上，通過單片機的輸出來控制兩路通道的選擇。時鐘信號的輸入則是將單片機的時鐘信號通過用74HC74芯片搭建的二分頻電路后接入ADC0809的CLK端。選擇的通道CBAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111表3.1 被選模擬量路數(shù)與地址的關系四、系統(tǒng)軟件設計4.1

28、 軟件設計的整體思路本設計整體采用CPU空閑等待的方法進行系統(tǒng)編程，當所有初始化結(jié)束后，進入空閑等待，即等待有鍵按下或者進入中斷響應。如果沒有鍵按下，即正常輸出初始化時PWM狀態(tài)，如有鍵按下，即進入設定狀態(tài)，設定狀態(tài)時，不輸出PWM，即關閉所有中斷和管腳等信號，設定結(jié)束后，開中斷等，然后輸出設定的PWM并顯示當前流量。在采集反饋電流時，使用AD轉(zhuǎn)換，單片機得到的即是數(shù)字量，然后通過程序算法即PID算法構(gòu)成閉環(huán)電流。因為程序中多次使用中斷，例如定期器0中斷還有AD中斷等，在程序中必須先執(zhí)行定時器0中斷，所以本程序中斷采用優(yōu)先級判斷方法，在多個中斷同時到來時，則先執(zhí)行優(yōu)先級高的，執(zhí)行完后，返回上一

29、狀態(tài)，再執(zhí)行次級中斷程序。在進行PID運算的設計思想是分時運算，先給流量付一個初始值，然后進行流量環(huán)進行第一次PID運算確定輸出電流，再通過電流環(huán)反饋回來與電流設定值做第二次PI運算給定輸出。4.2 數(shù)字濾波4.2.1數(shù)字濾波設計原理數(shù)字濾波有很多方法，我們見選用其中幾種來進行設計，如中值濾波、算術平均濾波、加權平均濾波等。4.2.2中值濾波中位值濾波是先對某一參數(shù)連續(xù)采樣N次（一般N取奇數(shù)），然后把N次采樣值按從小到大排列，取中間值為本次采樣值。該濾波方法實際上是一種排序方法，我在此采用的是冒泡法排序。由于在冒泡法排序中，每出現(xiàn)一次前者數(shù)據(jù)大于后者數(shù)據(jù)，就要進行二者數(shù)據(jù)的交換。中位值濾波能有

30、效地克服偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。對溫度、液位等緩慢變化的被測參數(shù)采用此算法能收到良好的濾波效果，但對于流量、壓力等快速變化的數(shù)據(jù)，不宜采用中位值濾波。4.2.3 算術平均濾波算術平均濾波法適用于對一般的具有隨機干擾的信號進行濾波。這種信號的特點是信號本身在某一數(shù)值范圍附近上下波動，如測量流量、液位時經(jīng)常遇到這種情況。算術平均濾波法是要按輸入的N 個采樣數(shù)據(jù)，尋找這樣一個Y，使得Y 與各個采樣值之間的偏差的平方和最小。算術平均濾波適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波。這種信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近做上下波動，在這種情況下僅取一個采樣值做依據(jù)顯

31、然是不準確的。算術平均濾波對信號的平滑程序完全取決于N，當N較大時，平滑度高，但靈敏度低；當N較小時，平滑度低，但靈敏度高，應視具體情況選取N，以便既少占用計算時間，又達到最好的效果。4.2.4 加權平均濾波在算術平均濾波和移動平均濾波中，N次采樣值在輸出結(jié)果中的權重是均等的，取1/N。用這樣的濾波算法，對于時變信號會引入滯后，N值越大，滯后越嚴重。為了增加新采樣數(shù)據(jù)在移動平均中的權重，以提高系統(tǒng)對當前采樣值中所受干擾的靈敏度，可采用加權平均濾波，它是移動平均濾波算法的改進。加權平均濾波是對連續(xù)N次采樣值分別乘上不同的加權系統(tǒng)之后再求累加和，加權系統(tǒng)一般先小后大，以突出后面若干采樣的效果，加強

32、系統(tǒng)對參數(shù)變化趨勢的辨識。各個加權系統(tǒng)均為小于1的小數(shù)，且滿足總和等于1的約束條件。這樣，加權運算之后的累加和即為有效采樣值。4.3 編程工具Keil uVision44.3.1 Keil的概述單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。C語言是一種通用的計算機程序設計語言，既可以編寫計算機的系統(tǒng)

33、程序，也可以編寫一般的應用程序。2Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起7。4.3.2 Keil uVision4的組成C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程?？捎肐DE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由

34、LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試。4.4 主程序主程序流程圖見圖5.1所示。圖5.1 主程序流程圖系統(tǒng)上電后，首先對單片機系統(tǒng)的各個控制引腳初始化，以確保各硬件功能塊正常工作。系統(tǒng)初始化后，則對任務初始化，使各個任務處于正常狀態(tài)。在While循環(huán)中則不停的查詢?nèi)蝿諛酥镜臓顟B(tài)，取出處于就緒狀態(tài)的任務標志。根據(jù)任務的標志調(diào)用相應的子函數(shù)，在子函數(shù)中使任務處于非就緒狀態(tài)。當完成就緒的任務后，返回到主函數(shù)，繼續(xù)查詢?nèi)蝿諣顟B(tài)。4.5 子程序

35、4.5.1 初始化子程序初始化流程圖見圖圖5.1 主程序流程圖在主程序執(zhí)行之前,需要對各個功能塊進行初始化,對需要調(diào)用的模塊付初始值,保證各模塊按要求運行,防止其陷入死循環(huán)。4.5.2 顯示子程序 本次設計所使用的單片機顯示模塊是動態(tài)掃描顯示，動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示可以很好的節(jié)約硬件空間和單用輸出口

36、。顯示子函數(shù)的功能就是當進行按鍵設置時顯示占空比，當占空比設定完畢時把電流的實時狀態(tài)顯示出來，最主要的是在設定狀態(tài)的時候顯示設定值。4.5.3 鍵處理子程序 當按下P22時進行鍵掃描，停止PWM輸出，不停地判斷按鍵值，如果有鍵按下，判斷鍵值，并進行修改設定值，執(zhí)行按鍵指令函數(shù)。本按鍵程序思路是以顯示為主。4.5.4 AD轉(zhuǎn)換ADC0809主要管腳如圖ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片。ADC

37、0809時首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 （1）定時傳送方式 對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當于12MHz的AT89S52單片機共128個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 （2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)