微電腦空調控制系統學士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 通斷特性來決定加熱電路的通電與斷電。測量電路功能為將測量到的信號經過處理變成數字信號送入單片機中進行處理。第四章 軟件設計在現代智能儀器系統中，硬件必須在軟件的配合下，才能實現它強大的功能。好的軟件設計，甚至能夠彌補硬件設計上的一些缺陷。所以軟件設計思想，是整個設計中較為重要的一部分。軟件主要由主程序、A/D轉換程序和完成各種算法的功能模塊組成，完成各種算法的功能模塊是直接與儀器功能和性能相關的部分，而主程序是實現對整個儀器的管理，實現人機接口及各功能模塊的調度，它們之間相互協調，相互配合，共同實現儀器的各種功能和性能。軟件整體設計思路：軟件設計主要由溫度控制的算法和溫度控制程序組成。軟件設計主要為控制器部分，即溫度控制系統，采用PID算法，其原理是先求出實測溫度與所設定溫度的偏差值，而后對偏差值處理而獲得控制信號去調節加熱機構的加熱功率，以實現對溫度的控制。PID基本可滿足系統要求。程序設計是本次設計的核心部分。整個程序包括管理程序和控制程序兩部分。管理程序是對顯示LED進行動態刷新，控制指示燈，處理鍵盤的掃描和響應，進行掉電保護，執行中斷服務程序等。控制程序是用來對被控進行采樣，數據處理，根據控制算法進行計算和輸出等。此次溫度采集和控制系統采用偏差控制法（PID控制）。偏差控制法（PID控制）的原理是先求出實測溫度對所需溫度的偏差值，然后對偏差值處理而獲得控制信號去調節加熱器加熱時間，以實現對溫度控制。此系統采用T0中斷實現全部控制功能，為簡化程序及實現PID控制,中斷時間為10ms。 主程序設計在主程序中首先給定PID算法的參數值,然后通過循環顯示當前溫度,并且設定鍵盤外部中斷為最高優先級,以便能實時響應鍵盤處理。軟件設定定時器T0為5秒定時,在無鍵盤響應時每隔5秒響應一次,以用來采集經過A／D轉換的溫度信號。設定定時器T1為嵌套在T0之中的定時中斷,初值由PID算法子程序提供。主程序是此系統的監控程序，在程序運行中必須進行上電復位或系統復位后的初始化，為簡化程序只進行HD7279的初始化，T0初始化、開中斷、顯示緩沖區初始化、鍵盤掃描及鍵處理等程序NYNY開始設置椎棧指針7279初始化定時器/計數器0初始化RAM區初始化24C02數據的讀取開中斷顯示轉各處理子程序鍵掃，判斷是否有 鍵按下分析鍵值 系統主程序框圖是否為功能鍵系統設計的內存分配情況： 20H26H 各數據符號位 3FH 溫度給定值存放單元 40H47H 采樣數據結果存放單元 48H4FH PID控制值存放單元 50H5AH 采樣值存放單元 68H KP存放單元 69H KI存放單元 6AH KD存放單元 6BH 存放e(i) 符號位30H 6CH 存放e(i1) 符號位31H 6DH 存放e(i2) 符號位32H 6EH 存放e(i) e(i1) 符號位33H 6FH 存放e(i1) e(ti2) 符號位34H70H 存放（ei ei1）（ei1 ei2） 符號位35H71H72H 存放Kp（ei ei1） 符號位33H73H74H 存放Kiei 符號位30H75H76H 存放KD[（ei ei1）（ei1 ei2）] 符號位35H77H78H 存放Kp（ei ei1）+ Kiei 符號位36H79H7AH 存放△ui 符號位37H7BH7CH 存放ui7DH7EH 存放ui1（初值為0） 在整個軟件的設計過程中，使用了模塊化的結構設計思想使得程序具有靈活可變的特點并且具有較強的可移植性，為系統的二次開發及類似系統的開發提供了極大的便利。HD7279是一片具串行接口的，可同時驅動8位共陰式數碼管的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可以連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。因為HD7279使用串行接口，必須嚴格的依據HD7279的工作時序圖進行編程才能正確的接收和發送數據。HD7279A的指令結構類型：(1)、不帶數據的純指令，指令的寬度為8個BIT。即單片機需發送8個CLK脈沖,如圖。T1=50us。T2=8us。 T3=8us HD7279不帶數據的純指令時序圖T4=25us HD7279帶數據的指令時序圖(2)帶有數據的指令，寬度為16個BIT，即微處理器需發送16個CLK脈沖。(3)讀取鍵盤數據指令，寬度為16個BIT，前8個為微處理器發送到HD7279A的指令，后8個BIT為HD7279A返回的鍵盤代碼。執行此指令時，HD7279A的DATA端在第9個CLK脈沖的上升沿變為輸出狀態，并與第16個脈沖的下降沿恢復為輸入狀態，等待接收下一個指令,。T5=25us。 T6=8us。 T7=8us通過分析HD7279控制指令，設計讀取鍵盤獲得鍵值的程序流程圖如下：HD7279獲得鍵值CS=0發送復位指令A4H按鍵輸入否？YN發送讀鍵盤指令15H讀出鍵碼按鍵釋放否？取得鍵值返回NY鍵處理子程序:在本系統設計中主程序在一直判斷是否有鍵按下，如果無鍵按下則一直判斷鍵盤，若有鍵按下則將所讀到的鍵值存到A中，然后再用A與給定的鍵值相比較若鍵值勤相等則轉到相應的子程序中去。在本系統中共設定了五個功能鍵分別是定顯房間18號鍵、輪顯鍵、參數加1鍵、參數減1鍵、給定溫度T設定鍵、P參數設定鍵、I參數設定鍵和D參數設定鍵，對應的鍵值分別是1FH、1EH、1DH、1CH、17H、16H、15H、14H、0FH（輪顯）、0DH（加1鍵）、0CH（減1鍵）、07H、06H、05H和04H（分別為定溫鍵和定KI、KP、KD鍵）。在7279中的AG和DP為顯示數據，分別對應7段LED數碼管的各段。當對應的數據位為‘1’時，該段點亮，為‘0’時則不亮。此指令靈活，通過造字形表，可以顯示用戶所需的字符。： 字形碼表顯示字符顯示碼顯示字符顯示碼07EH 87FH130H 97BH26DH t0FH379H p67H433H I0DH55BHd3DH 65FH熄滅碼00H770H A/D 轉換子程序為了提高系統的穩定性和抗干擾能力，系統在每10ms進行采樣，分別對八個房間的溫度進行了輪采，每一通道都采滿10次后對數據進行中值平均濾波。將10次采樣的數據存放在 50H到5AH單元中，每對一個通道的采樣值進行處理完后才能進行下一個通道的采樣。0DFFFH。 選擇通道的真值表ALE C B A 接通通道 1 0 0 0 IN0 1 0 0 1 IN1 1 0 1 0 IN2 1 0 1 1 IN3 1 1 0 0 IN4 1 1 0 1 IN5 1 1 1 0 IN6 1 1 1 1 IN7 0 X X X 均不通開始送采樣通道個數送結果單元首址送10次采樣標志位送采樣地址啟動采樣延時等待讀采樣結果到目的單元目的單元地址加1判斷是否完成10次采樣 N NY調濾波子程序并保存濾波結果采樣通道地址加18通道采完？ N Y 返回 A/D轉換流程圖 PID計算子程序PID是整個系統的核心部分，也是系統的難點所在。PID控制規律是目前使用最多的而且比較典型的一種控制規律。PID控制是使控制動作（例如閥門）既和當前的誤差有一定的關系（比例關系），又和過去產生過誤差的歷史情況有一定關系（積分關系），還和誤差的變化趨勢有一定的關系（微分關系）。如果說積分部分的主要作用是消除靜差，那么微分部分的作用則是按照誤差的變化趨勢，在適當的時機或是加速控制動作，或是減緩控制動作，使控制過程得到較為穩定的變化，不產生振蕩，而且不產生過大的超調現象。可見，PID控制具有較好的控制效果。在本系統的設計中使用了增量式PID控制算法其算法的如圖511所示。本程序設計主要須要解決兩個關鍵問題：第一個是編寫一個單字節帶符號數的減法子程序，以便計算eieiei1ei2及（eiei1）（ei1ei2）；第二個是編寫一個雙字節帶符號數的加法子程序，以解決算法中三項值的累加及計算輸出值ui。單字節帶符號數的減法子程序設被減數在R1，其符號位為20H（當為正數時，20H為0；當為負數時，20H為1。以下類同）。減數在R2中，其符號位為21H。差在R3中，其符號位為22H。當兩個帶符號數相減時，有4種情況：(a) 如果兩數均為正數，直接將R1的內容減去R2中的內容，再判C標志位，若C為0則說明夠減，將兩數之差送R3符號位（22H）置0；若C標志位為1表示不夠減，此時需將兩數之差求補（取反加1）后再送R3，符號位（22H）置1。(b) 如被減數為正，減數為負，這樣兩數相減，實為兩數的絕對值相加。此時，又分兩種情況：一般情況下，將兩數之各送R3即可，但當兩數之和大于FFH時，應設為FFH（這種設置在增量式輸出的情況下不會影響控制結果），且兩種情況下均應使符號位（22H）置0。(c) 如被減數為負，減數為正，此時雙應把兩數的絕對值相加。但符號位（22H）應置1。其它處理同(b)。(d) 如果兩數均為負數，此時應將減數（絕對值）被減數（絕對值），其它處理同(a)。雙字節帶符號數的加法子程序由于增量式PID算式中的比例、積分、微分三項均由兩個單字節數相乘，結果都為雙字節數。其中比例項KP（eiei1）的符號位同eiei1，積分項KIei的符號位同ei ，微分項KD[（eiei1）（ei1ei2）]的符號位同（eiei1）（ei1ei2）。要實現上述三個雙字節帶符號數相加，則需編制雙字節帶符號數的加法子程序。 PID控制輸出有兩種方法:控制雙向可控硅的導通角；控制雙向可控硅的導通時間。如果利用控制雙向可控硅導通角的方法對加熱機構進行控制則需擴展一片DAC0832，由計算機進行PID運算后，自DAC0832送出控制信號（05V），再經電壓/電流（V/I）轉換后，送晶閥管調壓裝置改變晶閥管的導通角，使加熱機構兩端的電壓發生變化從而改變溫度。而利用改變導通時間的辦法則比較簡單，只須輸出一定占空比的PWM波適時的改變雙向可控硅的通斷就行了。因此本系統選擇了控制導通時間的方法去控制加熱執行機構。 本系統中每T0在每10ms來一次中斷,每來一次中斷則使標志位3EH單元加1直到加到FFH表示一次完整的控制周期。因為PID算法算出的U值范圍為00FFH所以經PID算法算出來的U值可以看成是控制的一個占空比，當U值小于3EH單元的數值時則表示還需繼續加熱，大于則表示超出占空比不需加熱，由此來控制加熱機構的導通時間，從而控制溫度。 PWM波輸出控制原理圖第五章 實驗與調試本次設計主要是調試及排故過程。單片機應用系統的硬件和軟件調試是交叉進行的，但通常是先排除系統中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全的進行軟件調試和綜合調試。電源故障：若系統中存在著電源故障，一旦加電后，會造成系統某些元件的永久性損壞，甚至損壞芯片。因此電源必須單獨調試好以后才能加到系統的各個部件中。一般的錯誤有：電壓值不符和要求（如A/D轉換器的基準電壓）、電源引出線和插座不對應、電源的真正負極之間短路、電源負載能力差等。原理問題：也就是邏輯性錯誤，由于設計過程中的疏忽，導致錯線，開路，短路，漏接線等錯誤。還有就是PCB板制作過程中的工藝