计算机测控技术与系统于微波电子课件第8章节计算机测控系统的设计与实现.ppt

* * * 目前，已经推出了多种串行通信的标准总线，如RS-232C、RS-422A、RS-485以及20mA电流环等。 * * 由总体设计方案可知，本系统采用上下位机控制方式，下位机主要实现电烤箱温度自动控制，上位机主要是对电烤箱温度控制系统进行监控。因此，系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。 * * * （2）微控制器的选择 目前，微控制器（即单片机）作为嵌入式技术的核心，测控系统中的应用己经越来越广泛越来越普遍。本系统的功能和性能如前所述，为了实现这些功能和性能，测控系统是一个基于单片机的控制系统。单片机型号的选择主要从以下两点考虑：一是要有较强的抗干扰能力；二是要有较高的性价比。因此本系统采用ATMEL公司生产的AT89S52作为下位机的控制器。 （3）温度传感器的选用 温度传感器一般是利用材料热敏特性，实现由温度到电参量的转换。 在温度的采集测量过程中，热电偶具有体积小、使用方便、测温范围宽、测温精度高、性能稳定、动态响应好、输出直接是电压信号，便于讯号的远传和记录，也有利于集中检测和控制等优点，由此成为了工程上应用最广泛的温度传感器。因此，本系统选择K型热电偶作为温度传感器。 * * （4）温度控制方式 在本系统中采用通断控制的方式来进行功率调节。 设电网连续N个完整的周波为一个控制周期为 若在设定的控制周期Tc内控制主回路导通n(n≤N）个完整的周波，则负载功率为 因此，控制在设定周期Tc内主回路导通的周波数n的个数，就可调节负载的功率 。 * * 3.系统的数学模型和控制算法 （1）被控对象数学模型的建立 本系统的被控对象电烤箱为纯滞后的一阶对象，其传递函数为： * * （2）控制算法的确定 由上述建立的被控对象传递函数可知，电烤箱温度控制系统是一个带有纯滞后的一阶惯性环节，可以采用Simth预估控制算法或大林算法。 当纯滞后时间τ 与被控对象惯性时间常数Tp之比≤0.5时，称被控过程具有一般的纯滞后，可以通过常规控制方法获得较好的控制效果。本系统中， 所以，采用工业生产过程中普遍使用的PID控制算法。 这里我们采用第三章给出的扩充响应曲线法整定PID参数，取控制度为1.05，利用Simulink仿真软件整定出PID控制器初值为 * * 4. 系统的硬件设计 系统硬件组成框图 * * （1）温度检测电路 根据总体方案设计，本系统选用K型热电偶检测温度。由于热电偶应用于计算机测控系统时，存在信号弱、需要冷端补偿、输出具有非线性等问题，所以，在将热电偶用于单片机系统时，必须采取“传感器→滤波器→放大器→冷端补偿→线性化处理”模式。此外，采用热电偶测温输出的是模拟电压信号，而单片机只能接受处理数字信号，因此，还需进行A/D转换。 由系统的设计任务可知，本系统的温度范围为0℃～200℃，检测精度为±0.1℃，故A/D转换器的位数应选用12位为宜。 K型热电偶实物图 MAX6675的引脚图 * * （2）MAX6675与单片机的接口电路 * * （3）温度控制输出电路 * * （4）键盘及显示接口电路 * * （5）串行通信接口电路设计 * * 5.系统的软件设计 （1）下位机软件设计 数据采集子程序 主程序流程图 * * 控制算法流程图 * * 键盘处理子程序流程图 显示子程序流程图 * * 上位机串行通信流程图 * * （2）上位机软件设计 VC++应用程序创建过程 * * 系统功能框图 * * 用户登录模块界面设计 * * 自动测量模块工作主界面 * * 6. 系统调试与实验结果 （1）系统调试 硬件调试 硬件电路系统测试首先是保证各个元件之间以及各个模块之间的连接正确并且接触良好，这是整个硬件电路系统正常工作的前提。 利用万用表检查电源和地有无短路或断路的情况，如出现短路的问题则会把仿真器烧坏；若有断路的情况说明 PCB 板存在虚焊，调试不能正常运行。上电复位后，利用万用表查看复位脚，为高电平则正确。接着，分别测试各个硬件模块的性能。 通过测试硬件电路系统中的几个测试点，确保关键的电压信号满足要求，确保系统正常运行。 * * 软件调试 a.功能子程序的调试 功能子程序的调试包括运算、采样、数字滤波以及PID 运算等子程序的调试。调试时由小到大，由里到外。在调试功能子程序时，许多参数都是未知的，要根据其所需的条件，给出假定的数据，使其运行，如果能完成预定的处理功能或与手工计算的结果相同时，则该子程序已调试通过，反之，就要进行相应的修改。 b.功能程序与算法程序的通调 在完成整个程序流程的调试后，将PID 算法子程序加入，在算法子程序前或后设置断点，