计算机控制系统 PPt讲解

2.2采样测量部分
在检测装置中，温度检测用WZP-231铂热电阻（Pt100），采 用三线制接法，采样电路为桥式测量电路，其输入量程为50~350°C， 经测量电路采样后输出2~5V电压，再经模数转换芯片ADC0809进行
转换，变为数字量后送入单片机进行分析处理。
在本系统设计中，采用了桥式测温的方法。
电压。其对象问温控数学模型为：
G(s) Kdes Tds 1
其中：时间常数Td=350秒 放大系数Kd=50 滞后时间 =10秒 控制算法选用改PID控制
开始 系统的初始化 温度数据采集及处理
温度值显示
计算温差e（k）和温差变化率
e（k） 0？
N
Y 智能控制算法程序
求出输出控制量
控制输出
其输出端的额定电压是400V，最大重复浪涌电流为1.2A，最大电压上升率dv/dt 为1000v/us,输入输出隔离电压为7500V，输入控制电流为15mA。
MOC3061进行驱动有以下优点：
在此电路中可以看出单片机的输出通道采用了MOC3061进行驱动有以下优点：
（1）控制简单。可用SETB或CLR指令直接控制P2.0、P2.1、P2.2以控制加热电 阻的工作与否。
，实际输出信号为
4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) （1） 式中电阻值以电路工
作时量取的为准。
6. 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压
波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未
发生波动时建立的温度-电阻表中查表求值时就不准确。
设计及调试注意点 ：
1. 同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；
2. 改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度
范围的要求
3. 放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作
。
4. VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如
3.1模数转换模块
问题： 8051单片机的PSW寄存器各位标志的意义如何？ 解答：程序状态字PSW是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信息， PSW中各位状态通常是在指令执行的过程中自动形成的，但也可以由 用户根据需要采用传送指令加以改变。各个标志位的意义如下： PSW.7（Cy）：进位标志位。 PSW.6（AC）：辅助进位标志位，又称为半进位标志位。 PSW.5（F0）：用户标志位。 PSW.4、PSW.3（RS1和 RS0）：寄存器组选择位。 PSW.2（OV）：溢出标志位。 PSW.1（空缺位）：此位未定义。 PSW.0（P）：奇偶校验位 8051单片机的PSW寄存器各位 标志的意义如何？ 解答：程序状 态字PSW是8位寄存器，用于存放 程序运行的状态信息，PSW中各 位状态通常是在指令执行的过程中 自动形成的，但也可以由用户根 据需要采用传送指令加以改变。
测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电 源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2 为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时， 电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大 后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放 大电路中R3＝R4、 R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V 供电。
微 型 控 制 机
AT89S52
8路A/D转 换器 ADC0809
8路D/A转 换器 DAC0832
测量变 送
驱动执行 机构
温度检 测PT100
温度
加热电 阻
报警提 醒
过渡页
Fra Baidu bibliotek
2.1电源部分
本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故 需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是 将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路 将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较 大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压
2）通道选择：三位通道选择端ADDA、ADDB、ADDC与数据线P1 口的低三位P1.0、P1.1、P1.2相连，用数据线进行通道选择，由P1.0 、P1.1、P1.2三位决定选择那一通道。
3）ADC0809启动：ADC0809的启动端START、地址所存端ALE均为 高电平有效。将START和ALE连在一起，与74LS02的输出端相连。或 非门74LS02的两个输入端/WR和P3.5均为低电平时，其输出为高电平 ，执行外部I/O口的写操作。
5%或10%的容限。
ADC0809是一个典型的逐次逼近型8位A/D转换器。它由 8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码 器等组成。它允许8路模拟量分时输入，转换后的数字量输出是
三态的（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接。 ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟
Pt100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω ，当电位器阻值调至109.885Ω
时，温度的零点就被设定在了25℃。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时
调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。
5. 理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际在电路工
作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多
及温差的变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理。 控制系统的软件主要包括：采样、标度变换、控制计算、控制输出 、中断、显示、报警、调节参数修改、温度设定及修改。其中控制 算法采用数字PID调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分
项进行改进，以达到更好的控制效果。
看门狗
2.系统硬件的设计
键盘 LED显示 通信接口
通过比较及对程序的分析，本设计当中两组数码管均采用了共阴极静 态显示。
3.2报警模块
根据设计要求，在保温阶段，温度控制精度为正负1度，故当 温度下降或上升2度时为故障状态，需要报警提醒。所以在电路设计 上应用了蜂鸣器和发光二极管，系统正常运行时绿色发光二极管点亮 ，当出现故障时红色发光二极管点亮并且蜂鸣器鸣叫，提醒操作人员
（2）MOC3061由于采用了过零触发电路大大简化了双向可控硅的触发电路， 把SCR一向控制变为实用的数字脉冲控制。
（3）MOC3061与双向可控硅实际组成了一个固态继电器，实现了无触电控制 （4）输出通道实现了光电隔离，防止了射电干扰。 （5）输出通道用P2.0、P2.1、P2.2口直接控制双向可控硅，省去了的D/A转换
4）转换数据的读取：当转换结束时，EOC端输出高电平。可用查询 和中断的方法进行数据读取处理。输出允许OE端为高电平，8位转换数 据D0~D7输出到数据线上。只有P3.5和/RD同时为低电平时，OE端才 为高电平。执行外部I/O口读操作/RD为低电平。
5）转换结束标志EOC:转换结束标志EOC端经反向器与单片机的 /INT1相连，即转换一旦结束，外部中断1则申请中断。
2.3驱动执行部分
本部分用带过零触发的光耦MOC3061来驱动
可是为什么呢？
因为在驱动电路中，由于是弱电控制强电，而弱电又很容易受到强电的干扰， 影响系统的工作效率和实时性，因此必须要加入抗干扰措施，将强弱电隔离。 光耦合器是靠光传送信号，切断了各部件之间地线的联系，从根本上对强弱电 进行隔离，从而可以有效地抑制掉干扰信号。此外，光耦合器提供了较好的带 宽，较低的输入失调漂移和增益温度系数。因此，能够较好地满足信号传输速 度的要求，且光耦合器非常容易得到触发脉冲，具有可靠、体积小、等特点。
3.4通信模块
在此部分主要是实现下位机与上位机之间的通信，将实时数据传送到上位 机，进行同一协调和集中管理。
RS232的电气接口是单端的、双极性电源电路。由于RS-232采用的数据 传输线路是非平衡，且是误无差分的接收方式，当信号穿过电气干扰环境时，发 送的信号将会受到影响。故数据传输速率局限于20KB/s；传输距离局限于15m
3.2 LED显示模块
8段LED显示屏是最常用的显示器件，分为共阳极和共阴极两种形式。共阳极 LED将所有发光二极管的阳极接在一起作为公共端，当公共端接高电平，某一段 的发光二极管阴极接低电平时，相应的字段就被点亮。共阴极LED将所有发光二 极管的阴极接在一起作为公共端，当公共端接低电平，某一段的发光二极管阳极 接高电平时，相应的字段就被点亮。
注意。报警状态可通过按键复位和系统恢复正常后自动复位
3.3键盘模块
在本次设计当中，输入设备采用4*4矩阵键盘。当“设定”键按下时 触发键盘中断服务程序，由程序程控扫描法确定那个键按下并执行相应的 动作。程控扫描的任务是： (1)首先判断是否有键按下。 方法：使所有的行输出均为低电平，然后从端口A读入列值。如果没有键 按下，则读人值为FFH．如果有链按下．则不为FFH。 (2)去除键抖动。 方法：延时10—20 ms，再一次判断有无键按下，如果此时仍有键按下， 则认为键盘上确实有键处于稳定闭合期。 (3)若有键闭合，则求出闭合键的键值。 方法：对键盘逐行扫描。 程序中需等闭合键释放后才对其进行处理。
。
这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载 和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需要接稳压电 路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持 输出直流电压稳定。整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用 78L05,配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和驱动执 行电路中弱电部分使用。除此之外，220V交流市电还是加热电阻两 端的电压，通过控制双向可控硅的导通与截止来控制加热电阻的功 率。低压交流电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测交 流电的过零点，送入单片机后，由控制程序决定双向可控硅的导通 角，以达到控制加热电阻功率的目的。
结束
程序框图
1.系统软件的设计
本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主 程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉 的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推 理等部分组成。系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量 的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式以及 8255的初始化、MAX1232的初始化等。数据采集及处理主要包括 实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的差值以
基于PID电加热炉温度控制系统设计
设 计李罗宋何陈池郝刘 团帅世岩庆燕威晨嘉 队飞茂 飞强翔 伟
. . . . . . . .
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设计概述 1.系统软件设计 2.系统硬件的设计 3.控制电路及程序流程图
目录
设计概述
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向 可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度 范围50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器 ，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的
LED数码管的显示方法 动态显示：动态扫描，分时循环 静态显示：一次输出，结果保持
(1)动态显示 动态显示，就是微型机定时地对显示器件扫描，在这种方法中，显示器
件分时工作，每次只能一个器件显示。但由于人视觉的暂留现象，所以， 仍感觉所有的器件都在显示。 (2)静态显示
静态显示，是由微型机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下 次送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠。
为500KHz时，转换时间约为128us.
3.1模数转换模块
1）时钟信号：由于ADC0809无片选端，因此电路增加了或非门 74LS02，以便对ADC0809进行读/写控制。单片机采用6MHz/s的晶 振，ALE输出66MHz/s时钟信号，经74LS74触发器2分频，得到 500KHz的时钟信号，与ADC0809的时钟端CLK相连。
电路，简化了接口电路。
3控制电路及程序流程图
单片机的抗干扰性设计。单片机干扰最常见的现象就是程序出
现不可逆状态，设计系统时一般要添加一个看门狗监控模块，
在系统出现不可逆状态的干扰时，监控模块将重启系统。 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以及电源供 电监控功能，当电源过电压、欠电压时，MAX1232将提供至少 250ms宽度的复位脉冲，其中的容许极限能用数字式的方法来选择