題t目：基于單片機的智能調節器設計(文件)

　

【正文】 .......................... 48 顯示子程序 .................................................................................................... 50 PID 控制算法子程序 ...................................................................................... 51 D/A 轉換子程序 ............................................................................................. 52 第五章 智能調節器抗干擾設計 ............................................................................................ 53 干擾的形成 ............................................................................................................... 53 硬件抗干擾設計 ....................................................................................................... 53 切斷干擾傳播路徑 ........................................................................................ 53 提高敏感器件的抗干擾性能 ........................................................................ 54 本設計中的其 它抗干擾措施 ........................................................................ 54 軟件抗干擾設計 ....................................................................................................... 55 看門狗技術 .................................................................................................... 55 數字濾波法 .................................................................................................... 56 開關量的軟件抗干擾 .................................................................................... 56 第六章 調試與總結 ................................................................................................................ 57 系統調試 ................................................................................................................... 57 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） VI 設計總結 ................................................................................................................... 58 參考文獻 .................................................................................................................................. 59 附錄 A 硬件電路連接圖 ........................................................................................................ 61 附錄 B 源程序 ........................................................................................................................ 62 致謝 .......................................................................................................................................... 78 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 1 第一章 引 言 在過去的幾十年中，傳統的電動單元組合儀表曾在工業測控領域里發揮過重要作用 ，但是隨著科技進步 ， 工業生產中的自動化程度越來越高 ， 使得許多傳統的單一功能的模擬儀表已不能完全滿足 生產過程及工業現場控制系統的需要。s functions. At the same time, this regulator also has the preliminary intellectualization. On the hardware circuit design, this paper describes various circuit modules in detail, and also gives the peripheral circuit design of the keyboard, the display, the munication and the print。 在 硬件 電路設計中，本文詳細介紹了 各 電路模塊的 設計方法 ， 并且也給出了 鍵盤、 顯示、通訊和打印的外圍電路設計；在軟件設計部分，本文介紹了單片機軟件程序的流程和設計。智能儀器具有自動操作、數據處理和友好的人機對話等傳統儀器無法比擬的優點，因而在各個領域都有著廣泛的應用。隨著微電子技術和信息技術的發展，智能儀器將會向著微型化、多功能化和網絡化的方向發展。 本 文還討論了軟 硬 件抗干擾的方法。 In the part of software design, this paper shows the piling and flow of software of MCU. Finally, in view of the problems and insufficiencies in this design, some remendations and advices are presented. Key words: Intelligent Instrument。近年來，隨著電子信息技術的 快 速發展，新型的以數字技術為核心的多功能儀表得到了 較快 的發展。 調節器 概述 最早的過程控制是人工控制的 。模擬調節器可以代替人的分析、判斷、決策功能，再配上檢測儀表、自動執行器以及各種二次儀表，就可以使生產過程控制具有合理的一致性。 模擬調節器 調節器將來自變送器的測量值與給定值相比較后產生的偏差進行比例、積分、微分（ PID）運算，并輸出統一標準信號（ 4~20mA 或 1~5V） ， 去控制執行機構的動作，以實現對溫度、壓力、流量、液位以及其 它 工藝變量的自動控制。 調 節 器 對 象給 定 值 偏 差被 控 變 量y變 送 器測 量 值??sxi ox擾 動+ 圖 單回路控制系統 原理 框圖 被控變量能否回到給定值上，以及以怎樣的途徑，經過多長時間回到給定值上來，即控制過程的品質如何，這不僅與對象特性有關，而且還與調節器的特性，即調節器的運算規律有關。 在工業生產中較常用的模擬調節器主要有 DDZⅡ 型調節器 及 DDZⅢ 型調節器。這些數字量由計算機按一定控制算法進行運算處理，運算結果由模擬量輸出通道輸出，去控制執行機構的動作，從而實現對溫度、壓力、流量、液位以及其 它 被控變量的自動控制。智能化調節器不僅解決了傳統調節器不易解決或不能解決的問題 ， 還能簡化儀表電路 ， 提高儀表可靠性 ， 實現高精度、高性能、多功能的目的 ， 迅速地在各個領域得到了廣泛的應用。 智能調節器實際上是一種通用的調節儀表 ， 由 硬件和軟件兩部分組成 ， 其結構原理圖如圖 所示。若 模擬信號變化比較緩慢 ， 可以直接加到 A/D 轉換器的輸入端 ， 如果信號變化較快 ， 為了保證 A/D 轉換的正確性 ， 要加采樣保持器。 此外 ， 智能調節器還可以與 PC 機組成分布式測控系統 ， 由單片機作為下位機采集內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 5 各種測量信號和數據 ， 通過串行通信接口 將信息傳送給上位機 —— PC 機 ， 再 由 PC 機進行更復雜的數據處理或進行全局監控。 (1) 特點 ① 開發性強 ， 可靠性高； ② 性能好 ， 精度高； ③ 智能化； ④ 具有友好的人機對話能力； ⑤ 具有可程控操作的能力。通常設有自檢功能。 微處理器 的選擇 智能調節器的核心是微處理器，智能調節器的硬件和軟件的設計與微處理器的選擇有著密切的關系，它的結構、特性對調節器的性能有很大影響。隨著超大規模集成電路技術日新月異地發展，微處理器的功能在不斷增強，價格在不斷下降。單片機用于智能儀器具有下述優越性： 單片機具有較高速度的數據計算能力。單片機本身內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 8 就是一個 結構完備的計算機，內含豐富的 I/O 接口 。 綜合考慮，本設計采用了 Intel 公司 MCS96 系列單片機中的 80C196KB 單片機作為智能調節器的核心。因此，本設計的智能調節器采用 改進型的 PID控制 算法 。 比 例積 分微 分被 控 對 象r ( t ) e ( t ) u ( t ) y ( t )++++ 圖 PID控制系統原理框圖 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 9 在連續控制系統中， PID控制器的輸出 u(t)與輸入 e(t)之間成比例、積分、微分的關系。 PID各 控制參數對系統的動態和穩態性能有不同的影響。積分作用的強弱取決于積分時間常數 IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強。 執 行 機 構P I D 位 置 式 算 法D / A被 控 對 象r ( k ) e ( k ) u ( t ) y ( t )+u ( k )y ( k ) 圖 位置式 PID控制算法 原理框 圖 因為計算機控制是一種采樣控制，式 ()中的積分和微分項不能直接使用，需要對其進行離散化處理。 (2) 增量式 PID控制算法 增量式 PID控制算法的 原理框 圖如圖 。 增量式控制算法與位置型控制算法相比，具有以下優點： ① 由于微機輸出增量，所以誤動作時影響小， 必要時可用邏輯判斷的方法去掉； ② 在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使微機的輸出值等于閥門的原始開度，即 )1( ?ku ，才能保證手動 /自動無擾動切換，這將給程序設計帶來困難。 但增量式控制也有不足之處：積分截斷效應大，有靜態誤差，溢出的影響大等。 PID 控制算法的改進 由于實際被控對象的復雜性，普通的 PID控制算法 通常很難滿足控制要求，需要對PID控制算法進行改進，主要的改進算法有以下幾種： (1) 積分項的改進 在 PID的控制中，積分的作用是消除殘差 。積分分離 PID算法可表示為 ?????? ????? ?? )]1()([)()()( 0 kekeTTjeTTkkeKku DkjIiP () 其中??? ??? %)(0 %)(1 ??je jek i 當當 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 13 該算法的優點是：縮短了調節時間 。否則，積分系數取大了會產生超調，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。為此，設置一系數 )]([ kef ，它是 )(ke 的函數，當 )(ke 增大時， f 減小，反之增大。 (2) 微分項的改進 ① 不完全微分 PID控制算法 普通的 PID控制算式，對具有高頻擾動的生產過程，微分作用響應過于靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低品質。 數字調節器輸出的微分作用能在各個周期里按照偏差變化趨勢，均勻地輸出，真正起到了微分作用，改善了控制系統的性能。 (3) 純滯后