计算机控制系统课程设计分解

计算机控制系统课程设计报告

选题加热炉温度控制系统

学院工学院

专业名称自动化

班级11-1

学号111044108

姓名陈曦

指导教师阚江明职称副教授

计算机控制系统课程设计报告

选题：电阻加热炉温度控制系统

实验小组成员：王军、陈曦

一、题目内容介绍：

1. 工业用电阻加热炉用电炉丝提供功率，实验中采用PLC-18温度的控制和传送实验挂箱，使其在预定的时间内将玻璃管内空气温度稳定到给定的温度值。本控制对象脉宽变送部分输入电压为0~10V控制加热装置，内部温度传感器输出信号后由挂箱内电路转变为电压输出0~10V，对应0~100摄氏度，采用双向可控硅进行控制。

2. 以MSP430F149处理器作为控制中心，独立完成控制系统硬件部分设计。

3. 基本功能要求：

（1）选择适当的传感器和控制执行部件，计算机输出的控制信号控制可控硅的工作状态，从而控制炉内温度；

（2）要求控制温度范围0~100摄氏度，控制精度±1摄氏度；

（3）具有键盘和LED/LCD显示功能，便于进行设定温度等参数的设定和系统工作状态显示；

（4）控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较。

4.主要任务：

（1）在MATLAB/Simulink环境下完成控制系统建模和数字控制器设计工作，控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较；

（2）在Protel环境下完成控制系统硬件部分设计；

（3）完成控制软件程序的设计，要求编译通过即可，注意软件设计中的模块化设计方法。

二、硬件模块设计方案

1、单片机开发板

硬件资源介绍如下:

01.主芯片MSP430F149 最小板,可拨插,方便更换;

02.板载USB 下载器,一根USB 线就可以下载程序;对于笔记本电脑客户不需要一定要购买仿真器才能下载.此模块也可能通过杜邦线连接单片机实现USB 转串口通讯; 03.电源模块,输入电源为直流8~12V 或者USB 的5V电源,可输出5V 和3.3V 电压,电源引脚都已出来,方便实验时外扩;

04.8 位LED 发光管,可做流水灯实验及灯指示实验; 05.8 位数码管显示模块,可实验数码管显示和指示实验;

06.用MAX232 实现两路串口通讯,可做串口通讯,实现上位机和下位机的通讯及控制;

07.MAX485 芯片,实现485 通讯实验;

08.4*4 点阵按键,实现点阵扫描实验;

09.4 位独立按键,实现普通按键IO 输入及中断实验;

10.ULN2003 芯片,实现步进电机和直流电机驱动控制实验;

11.SN74LVC4245 芯片

,实验 3.3V 电平向

5V 电平的转换实验;

12.DS1302 芯片,实现实时钟实验,板载有给DS1302 供电的电池,保正DS1302 的时间连续性,不随主板的断电而停止了工作; 13.A T24C02 芯片,实现E2PROM 的存储和读取,通过I2C 总线去实验;

14.DSC5571 芯片,实验DA 转换实验;

15.两路AD 输入,实验AD 转换实验;

16.一体化红外接收头,实验红外接收解码实验;

17.一个复位按键,可给单片机复位;

18.一路可接入高压控制的继电器,实现继电器控制实验;

19.一路蜂鸣器实验,可实现发声.报警实验20.板载四路常用的无线模块接口,包括NRF905,CC1100,NRF24L01.NRF2401A 无线模块.可实验无线数传,无线控制等实验;

21.PS2 键盘输入接口,可实现键盘输入实验;

22.板载有1602 和12864 液晶接口,可实验1602 和12864 液晶显示实验;

23.万能扩展接口,可接本店开发的点阵汉字显示模块,语音模块,彩屏模块,传感器扩展模块等;

24.标准的JTAG 接口,可实现仿真器通过此接口对主芯片实现在线调试和下载;

25.主芯片的所有引脚IO 都已外引,焊好了排针,方便扩展实验及自己DIY 实验;本开发板的所有模块都是独立设计的,和主芯片相互之间都是通过跳线帽来连接;

它的电路图如图

还有阚老师借给我们的温度检测与控制模块，实物图如下：

由于单片机电压为0~3.23V，挂箱电压为0~10V，故中间还需要电压变换电路。其电路图如下：

具体实物连接如下图：

三、实验所需软件介绍

我们编程时使用的IAR软件全称IAR Electronic Workbench for MSP430 3.42A这个软件是一款非常优秀的IED 开发环境，具有强大的编译能力和调试功能，用熟用好这个软件，这对我们有效开发MSP430 单片机是十分必须的。更多的关于IAR 软件的使用资料可以参考软件自身Help中的帮助文档，这些资料是学习这个软件的最好素材。比较实用的一点是主界面左下角有个Function虚拟按键，可以通过列表方便的查找到对应标签处的功能程序，在一些比较长的程序修改和阅读中很有作用。

BSL下载器主要用于烧录文件。使用方法如下：打开IAR，找到编译好的工程文件，在属性中生成他的对应txt文件，再打开BSL下载器下载对应txt文件，选择正确串口和芯片类型，点击执行就可以了。

四、编程中遇到的难点与解决办法

编程主要由王军同学负责，我在旁协助。刚开始连接好电路，设置串口，遇到最大的一个问题是键盘、显示、蜂鸣器在一起编程，如何避免时钟混乱，如何确保键盘按键和显示的实时反应。我们逐个分析各个串口的作用，避免混用。另外，我们将按键的扫描提前到显示刷新程序之前，确保了按键有动作，显示会立马跟上反应。在单片机板的显示上，我们编程实现了8位数码管的左三位显示的是设定值，右三位显示的是实际测量温度值，中间加入两个分隔符，如图。