過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)稿

1、過程限制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)稿過程限制系統(tǒng)緒論在科技高速開展的信息時(shí)代,電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛,伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)不斷開展,需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行溫度測量.在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是測量溫度、限制溫度和保持溫度,溫度測量是對(duì)工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一,因此單片機(jī)測量是對(duì)溫度的有效的測量,并能在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用.本次課設(shè)所研究的課題是“基于單片機(jī)的熱水鍋爐溫度限制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要介紹了對(duì)熱水鍋爐的溫度顯示、限制及報(bào)警、實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及限制.鍋爐水溫限制局部采用了AT89S52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器以及步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn),通過溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度,

2、以單片機(jī)為核心限制部件將采集到的溫度通過串口通信MAX232輸入到電腦中,在電腦中通過C語言編程來限制單片機(jī)的工作方式,將程序下載到單片機(jī)中,通過設(shè)定溫度與給定溫度的比擬來限制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來模擬升溫和降溫使系統(tǒng)工作在設(shè)定的溫度范圍之內(nèi),當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)正轉(zhuǎn)來模擬開大冷水閥,進(jìn)而使水溫降低;當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)反轉(zhuǎn)來模擬關(guān)小冷水閥,進(jìn)而使水溫升高；直到在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫加熱.本次課設(shè)通過Labview來繪制人機(jī)交互界面設(shè)置溫度的上下限.并且通過該界面可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度值,發(fā)出報(bào)警信號(hào)等,便于操作人員觀察.關(guān)鍵詞：AT89s52單片機(jī)DS18B20溫度傳感器串口通訊

3、Labview步進(jìn)電機(jī)一設(shè)計(jì)任務(wù)、要求和技術(shù)指標(biāo)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)主要由溫度傳感器,單片機(jī)限制系統(tǒng)、鍋爐溫度對(duì)象、執(zhí)行器(查找資料自己選擇)等組成.溫度傳感器、限制器、執(zhí)行器可查找資料自行選擇,限制器選擇單片機(jī)為限制器.單片機(jī)型號(hào)自選寫出溫度測量與限制過程,繪制溫度限制系統(tǒng)組成框圖.(1)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)自選.溫度測量程序、溫度校準(zhǔn)程序、溫度限制程序等局部組成.1.2 主要技術(shù)指標(biāo)(1)溫度顯示誤差不超過C.(2)溫度顯示范圍為0C99C.二、總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)方案采用AT89S52單片機(jī)作為限制器,DS18B20芯片作為溫度傳感器,步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行器構(gòu)成過程限制系

4、統(tǒng),來模擬熱水鍋爐溫度限制系統(tǒng).通過溫度傳感器DS18B20采集鍋爐水溫,以單片機(jī)為核心限制部件將采集到的溫度通過串口輸入到電腦中,在電腦中通過labview組態(tài)軟件來顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置預(yù)置溫度,并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度與預(yù)置溫度的偏差大小限制進(jìn)水閥門的開關(guān),進(jìn)而到達(dá)調(diào)節(jié)鍋灶水溫的目的.當(dāng)實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)正轉(zhuǎn)來模擬開大冷水閥,進(jìn)而使水溫降低；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)反轉(zhuǎn)來模擬關(guān)小冷水閥,進(jìn)而使水溫升高；直到在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫加熱.本次課設(shè)通過Labview來繪制人機(jī)交互界面,設(shè)置所需溫度值.2.2 系統(tǒng)總體框圖2.3 系統(tǒng)框圖設(shè)定值三、限制器AT89s523.1AT89S52簡

5、介AT89s52是一種低功耗、高性能CM0S8位微限制器,具有8K在系統(tǒng)可程Flash存儲(chǔ)器.使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容.片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程亦適于常規(guī)編程器在單芯片上擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89s52為眾多嵌入式限制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案.AT89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32位I/O口線、看門狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路.另外AT89s52可降至0Hz靜態(tài)

6、邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式.空閑模式下,CPU停止工作允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作.掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止.電路圖如下：四、傳感器DS18B20DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式.DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊 簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用 無需外部器件 可通過數(shù)據(jù)線供電 零待機(jī)功耗 測溫范圍55+125.,

7、以0.5'C遞增.華氏器件67+2570F,以0.90F遞 溫度以9位數(shù)字量讀出 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms典型值 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度溫度報(bào)警條件的器件.DS18B20的測溫原理如圖3.3.3所示,圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1,高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入,圖中還隱含著計(jì)數(shù)門,當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí),DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測量.計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測量前

8、,首先將-55C所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中,減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55t所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值.減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度存放器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到.時(shí),停止溫度存放器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性其輸出用,于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度存放器值到達(dá)被測溫度值,這就是DS18B20的測溫原理.

9、另外,由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的,他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此讀寫時(shí)序很重要.系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行.操作協(xié)議為：初始化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖一發(fā)ROM功能命令f發(fā)存儲(chǔ)器操作命令f處理數(shù)據(jù).圖3.3.3DS18B20測溫原理圖五、接口通訊單元51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口,所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊.進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件,比方電腦的串口是RS232電平的,而單片機(jī)的串口是TTL電平的,兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路,因此采用專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換.max232資料簡介：該產(chǎn)品是由德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232

10、標(biāo)準(zhǔn)的芯片.由于電腦串口rs232電平是-10v+10v,而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0+5v,皿232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平.該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn),每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平.每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平.主要特點(diǎn)：1、單5V電源工作2、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4、±30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EI

11、A/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883方法3015標(biāo)準(zhǔn)的2000V51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口,所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊.進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件,比方電腦的串口是RS232電平的,而單片機(jī)的串口是TTL電平的,兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路,我采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換,雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換,但是還是用專用芯片更簡單可靠.三、系統(tǒng)總工作原理工作原理本設(shè)計(jì)方案采用AT89S52單片機(jī)作為限制器,DS18B20芯片作為溫度傳感器,步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行器構(gòu)成過程限制系統(tǒng),來模擬熱水鍋爐溫度限制系統(tǒng).通過

12、溫度傳感器DS18B20采集鍋爐水溫,以單片機(jī)為核心限制部件將采集到的溫度通過串口輸入到電腦中,在電腦中通過labview組態(tài)軟件來顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置預(yù)置溫度,并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度與預(yù)置溫度的偏差大小限制進(jìn)水閥門的開關(guān),進(jìn)而到達(dá)調(diào)節(jié)鍋灶水溫的目的.當(dāng)實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)正轉(zhuǎn)來模擬開大冷水閥,進(jìn)而使水溫降低；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí),通過電機(jī)反轉(zhuǎn)來模擬關(guān)小冷水閥,進(jìn)而使水溫升高；直到在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫加熱.本次課設(shè)通過Labview來繪制人機(jī)交互界面,設(shè)置所需溫度值.系統(tǒng)通過DS18B20檢測鍋爐的水溫,DS18B20作為全數(shù)字式的溫度傳感器,將所測溫度以數(shù)字量形式傳給AT89S52單片機(jī)

13、,單片機(jī)先不直接處理所測溫度,而是將溫度傳給上位機(jī),計(jì)算機(jī)通過labview對(duì)溫度信息進(jìn)行記錄和處理然后又發(fā)送到單片機(jī)通過單片機(jī)限制執(zhí)行器件.Labview先對(duì)溫度進(jìn)行中值濾波以消除隨機(jī)誤差.然后再與設(shè)定溫度相減以取得偏差,然后再根據(jù)偏差方向限制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)冷水閥的開度.進(jìn)而到達(dá)限制鍋爐水溫的目的七、參考文獻(xiàn)1、馬淑華?單片機(jī)原理與接口技術(shù)?北京郵電大學(xué)出版社2、任彥碩?自動(dòng)限制系統(tǒng)?北京郵電大學(xué)出版社3、譚浩強(qiáng)?C語言程序設(shè)計(jì)?清華大學(xué)出版社八、結(jié)束語通過本次課程設(shè)計(jì),將之前所學(xué)的專業(yè)課?單片機(jī)原理?、?過程限制系統(tǒng)?、?虛擬儀器?、?C語言?等課程有機(jī)的結(jié)合到了一起.將所學(xué)的知識(shí)

14、付諸于實(shí)踐是一件很興奮的事情,這讓我明白了自己所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際的生產(chǎn)生活有著很大的聯(lián)系.但通過本次課設(shè)我也發(fā)現(xiàn)了自己有很多缺乏之處,對(duì)編程缺乏興趣、對(duì)一些本專業(yè)的軟件不能熟練的掌握等缺點(diǎn).因此,在即將到來的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我要主動(dòng)去學(xué)習(xí)一些軟件的用法,不拿不敢興趣為理由,做出一個(gè)漂亮的作業(yè).附錄1源程序/十二二二/小舉小小平不舉"舉小小平不舉"舉小小平舉舉王在序小小""不"小不小"不"小不小"不"不不/#include<reg52.h>包含單片機(jī)存放器的頭文件#include<intrins

15、.h>包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件unsignedcharJieshou;unsignedcharflag.tltemp;unsignedcodeFFVV8=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;unsignedcodeREV8=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;voiddelaylms()unsignedcharij;for(l=0;i<4;i+)for(j=0；J<33;J+)voiddelaynms(unsignedcharn)unsignedchar1;for(i=0;i&l

16、t;n;i+)delaylms();voidmotor_ffw()(unsignedchari;unsignedcharJ;for(j=0;J<8;J+)(if(jieshou=3)break;for(1=0;i<8;i+)(Pl=FFWi;delaynins(4);轉(zhuǎn)l*n圈退出此循環(huán)程序一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度取數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速/*»誹由捫后扶*/voidmotor_rev()unsignedchar1;unsignedhitj;for(J=0；Jv8;J+)轉(zhuǎn)IXn圈if(jieshou=0)break;for(i=0;i<8;1+)退出此循環(huán)程序一個(gè)周期轉(zhuǎn)45度Pl=R

17、EVi;(lelaynins(4);取數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速串口初始化voidUART_Inlt(vold)SCON=0x50;串口工作方式為1,串行允許接收TMOD=0x20;定時(shí)器1工作在方式2/PCON=0x80;/SMOD=1;波特率加倍TH1=Oxfd;波特率9600bpsfosc="11.0592MHzTL1=Oxfd;ES=1;開串口中斷TR1=1;允許定時(shí)器1工作EA=1;開總中斷串口發(fā)送一個(gè)字節(jié)voidUart_SendChar(shortIntdat)(SBUF=dat;待發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)while(!TI);等待發(fā)送完成TI=0;清零發(fā)送標(biāo)志位/*以下是DS18B20

18、的操作程序*以sbitDQ=P3A3;unsignedchartime;設(shè)置全局變量,專門用于嚴(yán)格延時(shí)/*函數(shù)功能：將DS18B20傳感器初始化,讀取應(yīng)答信號(hào)*/bitInit_DS18B20(void)(bitflag;DQ=1;先將數(shù)據(jù)線拉高for(time=0;thnev2;time+)略微延時(shí)約6微秒DQ=0;再將數(shù)據(jù)線從高拉低,要求保持480960usfor(time=0;time<200;time+)略微延時(shí)約600微秒；以向DS18B20發(fā)出一持續(xù)480960US的低電平復(fù)位脈沖DQ=1；釋放數(shù)據(jù)線(將數(shù)據(jù)線拉高)for(time=0;time<10;time+)；延

19、時(shí)約30us(釋放總線后需等待156011s讓DS18B20輸出存在脈沖)flag=DQ;讓單片機(jī)檢測是否輸出了存在脈沖(DQ=0表示存在)for(time=0;time<200;time+)延時(shí)足夠長時(shí)間,等待存在脈沖輸出完畢return(flag);返回檢測成功標(biāo)志函數(shù)功能：從DS18B20讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)出口參數(shù)：dat1unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchardat;儲(chǔ)存讀出的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)for(l=0;i<8;i+)DQ=1；/先將數(shù)據(jù)線拉高_(dá)i】op_();等待一個(gè)機(jī)器周期DQ=0;單片機(jī)從DS18B20讀書據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)線從高拉

20、低即啟動(dòng)讀時(shí)序,noiU);等待一個(gè)機(jī)器周期DQ=1；將數(shù)據(jù)線“人為“拉高,為單片機(jī)檢測DS18B20的輸出電平作準(zhǔn)備for(time=0;time<2;time+)；延時(shí)約6us,使主機(jī)在1511s內(nèi)采樣dat»=l;if(DQ=l)datl=0x80;/如果讀到的數(shù)據(jù)是1,那么將1存入datelsedatl=OxOO;如果讀到的數(shù)據(jù)是0,那么將0存入dat將單片機(jī)檢測到的電平信號(hào)DQ存入rifor(tiine=0;time<8;time+)；延時(shí)3us,兩個(gè)讀時(shí)序之間必須有大于lus的恢復(fù)期retiirn(clat);返回讀出的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)函數(shù)功能：向DS18B20寫

21、入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：datVVriteOneChar(unsignedchardat)(unsignedchari=0;for(i=0;l<8;I+)(DQ=1；/先將數(shù)據(jù)線拉高_(dá)nop_()；等待一個(gè)機(jī)器周期DQ=0;將數(shù)據(jù)線從高拉低時(shí)即啟動(dòng)寫時(shí)序DQ=dat&0x01;利用與運(yùn)算取出要寫的某位二進(jìn)制數(shù)據(jù),并將其送到數(shù)據(jù)線上等待DS18B20采樣for(time=0;time<10;time+)；延時(shí)約30us,DS18B20在拉低后的約156011s期間從數(shù)據(jù)線上采樣DQ=1;釋放數(shù)據(jù)線for(time=0;time<1;time+);延時(shí)3us,兩個(gè)寫時(shí)序間

22、至少需要lus的恢復(fù)期dat»=l;將dat中的各二進(jìn)制位數(shù)據(jù)右移1位for(time=0;tiine<4;time+)；稍作延時(shí),給硬件一點(diǎn)反響時(shí)間函數(shù)功能：做好讀溫度的準(zhǔn)備1voidReadyReadTemp(vold).Init_DS18B20();將DS18B20初始化WriteOneChar(OxCC);/跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(Ox44);/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換delaynms(200);轉(zhuǎn)換一次需要延時(shí)一段時(shí)間Init_DS18B20();將DS18B20初始化WHteOneChar(OxCC);跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(OxBE

23、);讀取溫度存放器,前兩個(gè)分別是溫度的低位和高位voidmain(void)unsi即edcharTL;儲(chǔ)存暫存器的溫度低位unsi即edcharTH;儲(chǔ)存暫存器的溫度高位unsignedcharTN;儲(chǔ)存溫度的整數(shù)局部unsignedcharTD;儲(chǔ)存溫度的小數(shù)局部unsignedcharN=64;/N步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)圈數(shù)由于我們的步進(jìn)電機(jī)是減速步進(jìn)電機(jī)減速比是1/64所以這里N=64時(shí)步進(jìn)電機(jī)外部的主軸轉(zhuǎn)1圈UARTnit();初始化串口while(l)不斷檢測并顯示溫度ReadyReadTempO;讀溫度準(zhǔn)備TL=ReadOneChar();先讀的是溫度值低位TH=ReadOneChar();接著讀的是溫度值高位if(TH&0xf8)!=0x00)判斷高五位得到溫度正負(fù)標(biāo)志(flag=l；TL=TL;取反13TH=TH;取反tltemp=TL+l;低位加1TL=tltemp;if(tltemp>255)TH+;如果低8位大于255,向高8位進(jìn)1TN=TH*16+TL/16;實(shí)際溫度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16這樣得出的是溫度的整數(shù)局部,小