計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)

大連理工大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：智能溫度控制器設(shè)計(jì)課程名稱：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：電子信息與電氣工程學(xué)部專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：0804學(xué)號(hào)：200881197學(xué)生姓名：何韜成績(jī)：2011年6月6日智能溫度控制器設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū):該控制器可實(shí)時(shí)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，并根據(jù)溫度情況和人為設(shè)置情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)溫度，其中人為設(shè)置可通過(guò)操作按鍵完成；根據(jù)實(shí)際溫度設(shè)置了4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道，便于遠(yuǎn)程傳輸；另外，本系統(tǒng)還具有溫度超越界限時(shí)的報(bào)警功能。該控制器采用熱電偶測(cè)溫，測(cè)溫精度0.2級(jí)，溫度傳感器4個(gè),溫度給定方式：鍵盤(pán)給定，控溫方式：電加熱，通訊接口：RS-43-5,供電電源：220V±10%o二、任務(wù)分析：1、說(shuō)明系統(tǒng)基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)，輸入為操作按鍵，輸入量為溫度測(cè)量通道的測(cè)量量，輸出為4?20mA電流輸出通道，溫度控制輸出通道，報(bào)警模塊輸出量。同時(shí)與通訊信號(hào)互相作用，保證系統(tǒng)正常工作

三、硬件電路設(shè)計(jì)：1、按鍵輸入模塊：通過(guò)光耦隔離，經(jīng)過(guò)74LS244三態(tài)緩沖器,本系統(tǒng)的四個(gè)按鍵，連至單片機(jī)的pro>rs一___TOC"2JMZH31Y4W2/3殂2AI10通過(guò)光耦隔離，經(jīng)過(guò)74LS244三態(tài)緩沖器,一___TOC"2JMZH31Y4W2/3殂2AI10WIA21A3Wrf42Y3比Mcrc)1路熱電阻、4路熱電偶和多路選擇開(kāi)關(guān)CD40.52、CD40.51的組合，可實(shí)現(xiàn)5路溫度測(cè)量的隨意切換（其中多路開(kāi)關(guān)的控制由P215F2P口經(jīng)74LS373鎖存器控制）。由熱電偶、熱電阻產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)儀用放大電路放大、線性光耦隔離后，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7135oICL7135與單片機(jī)的連接采用了不常用的串行接收方式，而ICL713-5的串行接法是通過(guò)計(jì)脈沖數(shù)的方法來(lái)獲得測(cè)量轉(zhuǎn)換結(jié)果的。由其時(shí)序分析可知，在ICL7135I作過(guò)程中的去積相，其脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)換結(jié)果具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器TO來(lái)計(jì)脈沖器。由于，定時(shí)器TO所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的l/12o因此可利用單片機(jī)的ALE信號(hào)作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。至此，便可找

到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系，以及ICL7135所需的頻率輸入與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系。為了使定時(shí)器T0的計(jì)數(shù)脈沖的ICL7135工作所需的脈沖同步，可以將ICL7135的BUSY信號(hào)接至P3.2(INTO)引腳上，并且將定時(shí)器T0的選通控制信號(hào)GATE置lo此時(shí)定時(shí)器T0是否工作將受BUSY信號(hào)的控制。當(dāng)ICL7135開(kāi)始工作時(shí)，也就是ICL7135的BUSY信號(hào)跳高時(shí)，定時(shí)器T0才開(kāi)始工作，且定時(shí)器T0的THO、TLO所記錄的數(shù)據(jù)與ICL7135的測(cè)試脈沖存在一定的比例關(guān)系。吹項(xiàng)此9Ml:啟m一3、420mA電流輸出模塊：吹項(xiàng)此9Ml:啟m一由P0口輸出，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，通過(guò)線性光耦隔離，進(jìn)行V/A變換，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4?20mA電流輸出。

:43wUTH5其中V/A轉(zhuǎn)換部分為::43wUTH5其中V/A轉(zhuǎn)換部分為:通過(guò)設(shè)置Rc阻值及調(diào)整滑動(dòng)變阻器阻值，可使輸出電流為4'20mA,輸出電流的表達(dá)式為：1處艾宜oRc4、溫度控制輸出模塊：將輸出PWM脈沖經(jīng)光耦隔離，三極管的驅(qū)動(dòng)放大后，控制繼電器的開(kāi)關(guān)，進(jìn)而控制功能電路的開(kāi)關(guān)。

5、報(bào)警模塊:3=J當(dāng)所測(cè)量的溫度值超過(guò)上下限時(shí)，輸出高電平，經(jīng)光耦隔離，三極管驅(qū)動(dòng)放大后，繼電器輸出，使揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，同時(shí)發(fā)光二級(jí)管5、報(bào)警模塊:3=J6、通訊電路:EAVPPALEPROGPSENATWC51XTALH9CND2斗T=F苓KTALCNDPWRXDPJITXDP321NTOFWIXTlPMTOMST!XUX485CPAzEAVPPALEPROGPSENATWC51XTALH9CND2斗T=F苓KTALCNDPWRXDPJITXDP321NTOFWIXTlPMTOMST!XUX485CPAz—GNDP3四、控制方法描述：本系統(tǒng)溫度控制采用PID控制，主要框圖為:其中，主要部分的實(shí)現(xiàn)方法概括如下:1、軟件部分的主體結(jié)構(gòu)：（2）利用三維力控組態(tài)軟件，編寫(xiě)組態(tài)界面，如下圖所示:2、接收溫度信號(hào)并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度系統(tǒng)電路圖中共有4路熱電偶、1路熱電阻，可循環(huán)接收5路的溫度信號(hào)（通過(guò)P2"0-P2'4引出的5根地址線完成選擇），并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)代表的溫度值（運(yùn)用分段線性化方法），最后5組溫度的均值（或根據(jù)實(shí)際情況加權(quán)平均）即為現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度。實(shí)際過(guò)程如下：熱電阻的電路如圖:其中比較器輸出為2、3引腳的電壓差，即臨*1（I為恒流源提供的電流），再經(jīng)運(yùn)放放大后送入選擇開(kāi)關(guān)（熱電偶電壓信號(hào)經(jīng)儀用放大電路接至選擇開(kāi)關(guān)），由于熱電阻等器件的溫度-阻值存在非線性，在將單片機(jī)接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的熱電偶的阻值后，再將阻值對(duì)應(yīng)成相應(yīng)溫度時(shí)，要運(yùn)用分段線性化的方法，即將溫度-阻值的非線性曲線劃分為若干段，每一段內(nèi)近似成線性關(guān)系，將實(shí)際的阻值對(duì)應(yīng)找到其所在的段，則根據(jù)段內(nèi)的線性關(guān)系，可得出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度。3、PID控制引入PID控制，以設(shè)定的預(yù)期溫度值作為輸入，測(cè)得的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)溫度作為反饋，調(diào)整出適宜的PID參數(shù)后，則系統(tǒng)的輸出即為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度會(huì)自動(dòng)跟隨設(shè)定溫度。

4、生成相應(yīng)的PWM信號(hào)將輸入溫度與反饋溫度的溫度誤差信號(hào)，經(jīng)PID后的信號(hào)，按照不同大小，使單片機(jī)產(chǎn)生不同占空比的矩形波，送入溫度控制通道,當(dāng)矩形波為高電平時(shí)，繼電器閉合，加熱電路工作；矩形波低電平時(shí)，繼電器斷開(kāi)，加熱電路不工作，則不同占空比的矩形波控制了加熱電爐的加熱功率，進(jìn)而控制維持不同的溫度五、可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)：1、在溫度測(cè)量通道，模擬信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換器之間加入了線性光同樣，在多路開(kāi)關(guān)的選通線與地址線之間也加入了普通光耦，確保測(cè)量電路與單片機(jī)之間良好的電氣隔離，電路如下：krCC160GMD二U2EAVCCt:krCC160GMD二U2EAVCCt:fcaS4\ITLK214vccoom02B5B3LEEO123456?

ODDDDDDDD2、按鍵模塊中，按鍵與單片機(jī)輸入緩沖器間加入普通光耦進(jìn)行電氣隔離，電路圖如上面的按鍵接收模塊的電路圖；為了去除按鍵抖動(dòng)，在硬件上，按鍵后面加入了RC濾波電路，減少抖動(dòng)的影響，如下圖:S11/―S\V?DIP48765S11/―S\V?DIP487653-45-6在軟件中，當(dāng)判斷按鍵按下后調(diào)用延時(shí)程序（幾十毫秒），然后再判斷開(kāi)關(guān)的狀態(tài)是否還是按下，是則代表確實(shí)開(kāi)關(guān)被按下，否則不做相應(yīng)的響應(yīng)。3、在4?20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道，D/A轉(zhuǎn)換器與后續(xù)電路之間也加入了線性光耦，確保兩邊