計算機控制技術課程設計

大連理工大學本科實驗報告題目：智能溫度控制器設計課程名稱：計算機控制技術課程設計學院（系）：電子信息與電氣工程學部專業(yè)：自動化班級：0804學號：200881197學生姓名：何韜成績：2011年6月6日智能溫度控制器設計一、設計任務書:該控制器可實時測量現(xiàn)場溫度，并根據(jù)溫度情況和人為設置情況調節(jié)現(xiàn)場溫度，其中人為設置可通過操作按鍵完成；根據(jù)實際溫度設置了4-20mA標準電流輸出通道，便于遠程傳輸；另外，本系統(tǒng)還具有溫度超越界限時的報警功能。該控制器采用熱電偶測溫，測溫精度0.2級，溫度傳感器4個,溫度給定方式：鍵盤給定，控溫方式：電加熱，通訊接口：RS-43-5,供電電源：220V±10%o二、任務分析：1、說明系統(tǒng)基于51單片機設計，輸入為操作按鍵，輸入量為溫度測量通道的測量量，輸出為4?20mA電流輸出通道，溫度控制輸出通道，報警模塊輸出量。同時與通訊信號互相作用，保證系統(tǒng)正常工作

三、硬件電路設計：1、按鍵輸入模塊：通過光耦隔離，經(jīng)過74LS244三態(tài)緩沖器,本系統(tǒng)的四個按鍵，連至單片機的pro>rs一___TOC"2JMZH31Y4W2/3殂2AI10通過光耦隔離，經(jīng)過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關CD40.52、CD40.51的組合，可實現(xiàn)5路溫度測量的隨意切換（其中多路開關的控制由P215F2P口經(jīng)74LS373鎖存器控制）。由熱電偶、熱電阻產生的電壓信號經(jīng)儀用放大電路放大、線性光耦隔離后，送入模數(shù)轉換器ICL7135oICL7135與單片機的連接采用了不常用的串行接收方式，而ICL713-5的串行接法是通過計脈沖數(shù)的方法來獲得測量轉換結果的。由其時序分析可知，在ICL7135I作過程中的去積相，其脈沖數(shù)與轉換結果具有一一對應關系。通過單片機的定時器TO來計脈沖器。由于，定時器TO所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的l/12o因此可利用單片機的ALE信號作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。至此，便可找

到定時器所使用的頻率與單片機系統(tǒng)晶振頻率的關系，以及ICL7135所需的頻率輸入與單片機系統(tǒng)晶振頻率的關系。為了使定時器T0的計數(shù)脈沖的ICL7135工作所需的脈沖同步，可以將ICL7135的BUSY信號接至P3.2(INTO)引腳上，并且將定時器T0的選通控制信號GATE置lo此時定時器T0是否工作將受BUSY信號的控制。當ICL7135開始工作時，也就是ICL7135的BUSY信號跳高時，定時器T0才開始工作，且定時器T0的THO、TLO所記錄的數(shù)據(jù)與ICL7135的測試脈沖存在一定的比例關系。吹項此9Ml:啟m一3、420mA電流輸出模塊：吹項此9Ml:啟m一由P0口輸出，經(jīng)DAC0832轉換成模擬電壓輸出，通過線性光耦隔離，進行V/A變換，轉換成標準的4?20mA電流輸出。

:43wUTH5其中V/A轉換部分為::43wUTH5其中V/A轉換部分為:通過設置Rc阻值及調整滑動變阻器阻值，可使輸出電流為4'20mA,輸出電流的表達式為：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，三極管的驅動放大后，控制繼電器的開關，進而控制功能電路的開關。

5、報警模塊:3=J當所測量的溫度值超過上下限時，輸出高電平，經(jīng)光耦隔離，三極管驅動放大后，繼電器輸出，使揚聲器發(fā)出聲響，同時發(fā)光二級管5、報警模塊: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，主要部分的實現(xiàn)方法概括如下:1、軟件部分的主體結構：（2）利用三維力控組態(tài)軟件，編寫組態(tài)界面，如下圖所示:2、接收溫度信號并將電信號轉換為溫度系統(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（通過P2"0-P2'4引出的5根地址線完成選擇），并將電信號轉換為對應代表的溫度值（運用分段線性化方法），最后5組溫度的均值（或根據(jù)實際情況加權平均）即為現(xiàn)場的實際溫度。實際過程如下：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)運放放大后送入選擇開關（熱電偶電壓信號經(jīng)儀用放大電路接至選擇開關），由于熱電阻等器件的溫度-阻值存在非線性，在將單片機接收的電信號轉換為對應的熱電偶的阻值后，再將阻值對應成相應溫度時，要運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，每一段內近似成線性關系，將實際的阻值對應找到其所在的段，則根據(jù)段內的線性關系，可得出阻值所對應的溫度。3、PID控制引入PID控制，以設定的預期溫度值作為輸入，測得的實際現(xiàn)場溫度作為反饋，調整出適宜的PID參數(shù)后，則系統(tǒng)的輸出即為現(xiàn)場實際溫度會自動跟隨設定溫度。

4、生成相應的PWM信號將輸入溫度與反饋溫度的溫度誤差信號，經(jīng)PID后的信號，按照不同大小，使單片機產生不同占空比的矩形波，送入溫度控制通道,當矩形波為高電平時，繼電器閉合，加熱電路工作；矩形波低電平時，繼電器斷開，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，進而控制維持不同的溫度五、可靠性與抗干擾設計：1、在溫度測量通道，模擬信號與A/D轉換器之間加入了線性光同樣，在多路開關的選通線與地址線之間也加入了普通光耦，確保測量電路與單片機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，按鍵與單片機輸入緩沖器間加入普通光耦進行電氣隔離，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，在硬件上，按鍵后面加入了RC濾波電路，減少抖動的影響，如下圖:S11/―S\V?DIP48765S11/―S\V?DIP487653-45-6在軟件中，當判斷按鍵按下后調用延時程序（幾十毫秒），然后再判斷開關的狀態(tài)是否還是按下，是則代表確實開關被按下，否則不做相應的響應。3、在4?20mA標準電流輸出通道，D/A轉換器與后續(xù)電路之間也加入了線性光耦，確保兩邊