计算机控制与接口技术.pdf

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1、二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称:计算机控制与接口技术课程设计班级：自动化１０01班学号:2姓名:章琴指导教师:周凤星二○一三年十二月一、设计题目与设计要求1.设计题目:水温控制系统得设计2.设计要求—5０ｓ设计一个水温控控制系统、对象得传递函数：Ｇ（s)=，炉子为电炉结构、单相交流2220Ｖ供电。温度设定值：室温～100℃、可以根据要求任意调节。要求：(1）画出电路原理图、包括：给定值、反馈、显示得电路以及主电路;（２)阐述电路得工作原理；（3)采用对象为大滞后得算法、求出U（ｋ）；(４）画出闭环数字控制得程序框图。二、设计任务分析1。系统设

2、计:该系统由单片机系统、PIＤ控制算法、温度检测、键盘输入、温度显示、加热丝功率控制等组成。Ⅰ、典型得反馈式温度控制系统通常由下图（a)所示得几部分组成、其中调节器由微型机来完成。图(ａ）温度控制系统组成框图Ⅱ、给定信号如何给计算机温度给定值可以通过计算机键盘输入、键盘与单片机连接、也可以通过数学表达式由程序自动设定、还可以用拨码盘、一般拨码盘常用于过程控制得控制柜(化工企业).为了便于讨论、本设计假定由人工键盘输入温度给定值。Ⅲ、温度得监测与调节理想得情况就是采用A/D转换器作为输入通道、当精度要求不高时、可以半导体热敏电阻测量温度、与通过单稳态触发器输出得脉冲宽度来实现温度检测

3、与输入.用热敏电阻也就是一种常用得方式。热敏电阻作为半导体得效果往往决定于环境与计算机应用程序配合得结果。图（b）就是带热敏电阻得单稳态触发器.图(ｂ）带热敏电阻得单稳态触发器可以采用温度范围为０～120℃得热敏电阻来构成所需要得电路、不用热电偶得原因就是:因为热电偶在低温段线性差、它只就是在高温段准确。2、控制方案本系统中把晶闸管电阻炉温度变送器统一称为被控对象.电阻炉系统就是个自衡系统、可以近似为一个一阶惯性环节与一个延迟环节、传递函数可以表示为：在检测得基础上、我们采用数字PＩD调节规律、把炉内温度控制得设定值与实测值进行比较、就是静态误差最小。理论分析与实践证明电阻炉就是一

4、个具有自平衡能力得对象、可以用一个一阶惯性环节与一个延迟环节来近似描述、考虑到零阶保持器、系统得简化动态结构图如图（c）图（ｃ）系统简化动态结构图被控对象加上零阶保持器得广义对象传递函数为Ｇi(s)=×本系统数字控制器采用增量式ＰID调节器、由增量式PID控制算法可知:△Uｋ=K〖ek－e（ｋ-1)+ｅk+（eｋ-2e（k—1）+e（k—２))〗=KP〖ek－ek－1〗+Kiｅｋ+Kd〖ek—2e（k－1）+e(k－2）〗式中：ek本次设定值与实测值之差三、水温控制系统得详细设计1、水温控制系统简介水温控制在工业及日常生活中应用广泛，分类较多,不同水温控制系统得控制方法也不尽相同,

5、其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AＴ89C5１单片机为核心、采用软件编程、实现用PＩD算法来控制PWM波得产生、进而控制电炉得加热来实现温度控制。然而,单纯得PID算法无法适应不同得温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好得温度控制器，到了新环境往往无法很好胜任，甚至使系统变得不稳定,需要重新改变PIＤ调节参数值以取得佳性能。2、电路得工作原理：系统采用晶闸管作为功率放大器件、对电阻炉提供可控制功率输入。温度经过热敏电阻检测放大I/V变换A/d转化后送入单片机、在单片机内部主机将采样值与给定值比较后经过控制算法计算得到控制量、再经D/A转化变成输出脉冲信号、通过零触发

6、电路驱动双向可控硅、单片机通过改变控制脉冲宽度、即改变了可控硅在一个固定控制周期内得导通时间、这样电阻率得温度就随电阻炉得平均输入功率改变而变化、也就达到了控温得目得、同时将零同步信号接到单片机外部中断输入端上、在终端服务程序中进行出发控制与控制周期计数。另外可以利用串口通讯实现系统得组态监控。3、系统得主电路设计图(d)为主机系统电路设计图。因为这一设计控制功能一般、对控制精度得要求也不高、程序并不复杂。所以选用８0３1作为CPU、选用2732(４ＫB)作为EPROＭ.74LS27３作低８位地址锁存器。U1单片机8031U32732A4K*8402421+5VVccP2.3A11

7、2319P2.2A10192222XTAL1P2.1A920pF21023P2.02A8+5V6MHZU274LS37320pF3218Vcc191P0.7D7Q7A73317162P0.6D6Q6A683414153XTAL2P0.5D5Q5A53513124P0.4D4Q4A436874LS95P0.3D3Q3A33776624P0.2D2373Q2A2Vcc+5V22uF38457P0.1D1Q1A193932818+5VRESETP0.0D0Q0A0CEGO