【正文】 鍵的集合是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備也是本控制系統(tǒng)的重要部分本系統(tǒng)一共設(shè)計(jì)了四個(gè)功能鍵分別為設(shè)置鍵增加鍵減少鍵和退出鍵它們接在 89C51單片機(jī)的 P10P13口上我們重點(diǎn)介紹這四個(gè)按鍵的控制過程具體流程圖如圖所示當(dāng) K 分別為 1234 時(shí)表示四個(gè)按鍵分別被按下 KK表示按鍵操作完成 KT表示按鍵定時(shí)開始 標(biāo)志 KM表示按鍵定時(shí)完成標(biāo)志下圖為按鍵控制流程圖 443 標(biāo)度變換 生產(chǎn)中的各種參數(shù)都有不同的數(shù)值和量綱例如本系統(tǒng)的溫度單位℃這些參數(shù)經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后統(tǒng)一變成數(shù)字量這些數(shù)字量雖然代表參數(shù)值的大小但是不能表示帶有量綱的參數(shù)值因此必須將其轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值才能進(jìn)行顯示這種轉(zhuǎn)換就稱為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換 線性標(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換方式其前提條件是參數(shù)值與 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果采樣值之間應(yīng)呈線性關(guān)系本系統(tǒng)正適合這種標(biāo)度變換當(dāng)輸入信號(hào)為 0 即參數(shù)值起點(diǎn)值 AD 輸出值不為 0 時(shí)標(biāo)度變化公式為 Ax AmAo NxNo NmNo Ao 式中 Ao 參數(shù)量程起點(diǎn)值一次測(cè)量?jī)x表的下限 Am 參數(shù)量程終點(diǎn)值一次測(cè)量?jī)x表的上限 Ax 參數(shù)測(cè)量值實(shí)際測(cè)量值工程量 No 量程起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 AD 轉(zhuǎn)換后的值儀表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 Nm 量程終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 AD 值儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 Nx 測(cè)量值對(duì)應(yīng)的 AD 值采樣值實(shí)際上是經(jīng)數(shù)字濾波后確定的采樣值 其中 AmAoNmNo 對(duì)一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)來說是常數(shù) 由于本系統(tǒng)采用的 6675 內(nèi)部經(jīng)過激光矯正因此其轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)溫度值有很好的線性關(guān)系其數(shù)字量最小值為 0 對(duì)應(yīng)的溫度值為 0℃數(shù)字量最大值為 4095對(duì)應(yīng)的溫度值 為 102375℃即 Ao 0Am 102375No 0Nm 4095 則 Ax 1023750Nx04095 0 Ax 102375Nx4095 444 顯示處理 本系統(tǒng)的顯示主要包括四位 LED數(shù)碼管及其 4個(gè)發(fā)光二極管 DPX為顯示指針當(dāng) DPX 1 時(shí)顯示工作狀態(tài)下加熱爐的溫度值當(dāng) DPX 0 時(shí)顯示設(shè)置狀態(tài)的參數(shù)值顯示控制流程圖如下 圖 43 顯示流程圖 445 定時(shí)中斷子程序 89C51 單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器即定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1 他們都有定時(shí)和事件計(jì)數(shù)的功能可用于定時(shí)控制延時(shí)對(duì)外部事 件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合 兩個(gè) 16 位定時(shí)器實(shí)際上都是 16 位加一計(jì)數(shù)器其中 T0 由兩個(gè) 8 位特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成 T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成每個(gè)定時(shí)器都可以由軟件設(shè)置為工作方式或計(jì)數(shù)方式及其他靈活多樣的可控功能方式 設(shè)置為工作模式時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器 89C51 片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng) 12 分頻后的脈沖即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器的數(shù)值加 1直至計(jì)數(shù)溢滿當(dāng) 89C51采用 12MHZ晶振時(shí)一個(gè)機(jī)器周期為 1μ s 計(jì)數(shù)頻率為 1MHZ 89C51 單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 可由軟件對(duì)特殊功能寄存器 TMOD 中控制位 C進(jìn)行設(shè)置以選擇定時(shí)計(jì)數(shù)功能對(duì) M1和 M0位的設(shè)置對(duì)應(yīng)于 4種工作模式即模式 0 模式 1 模式 2 模式 3 在模式 0 模式 1 和模式 2 時(shí) T0和 T1 的工作模式相同在模式 3 時(shí)兩個(gè)定時(shí)器的工作模式不同模式 0 為 TL05 位 TH08 位方式模式 1 為TL18 位 TH18 位方式其余完全相同 本系統(tǒng)采用的就是 89C51 片內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)按鍵及其顯示進(jìn)行定時(shí)其流程圖如下 45 PID 控制算法 在過程控制中按偏差的比例 P 積分 I 和微分 D 進(jìn)行控制的 PID 控制器亦稱PID 調(diào)節(jié)器是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器它具有原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)適用面廣控制參數(shù)相互獨(dú)立參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而且在理論上可以證明對(duì)于 過程控制的典型對(duì)象 —— 一階滯后＋純滯后與二階滯后＋純滯后的控制對(duì)象 PID控制器是一種最優(yōu)控制 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)改變靈活稱為積分常數(shù) KD KP 稱為微分常數(shù)Δ t T 為采樣周期 e t 為第 n 次采樣的偏差值 e n1 為第 n1 次采樣時(shí)的偏差值 n 為采樣序列 n 012 1 采樣周期 T 的確定 采樣周期 T 是兩次采樣之間的時(shí)間間隔從信號(hào)的復(fù)線性來考慮采樣周期不宜過長(zhǎng)或者說采樣頻率它有一定的限度就是根據(jù)采樣定律它必須大于或等于原信號(hào)所含最高頻率的兩倍因此從控制性能來 考慮采樣周期越短越好但是計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間和工作量卻隨著采樣周期的減小而增大所以每一個(gè)回路都有一個(gè)最佳的采樣周期 決定采樣周期 T 的因素有很多其中包括加于對(duì)象的干擾信號(hào)頻率對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性使用的控制算法和執(zhí)行器的類型控制回路數(shù)對(duì)象所要求的控制質(zhì)量等 總的來說當(dāng)計(jì)算機(jī)精度足夠時(shí)采樣周期與對(duì)象控制回路的過渡過程時(shí)間和主要擾動(dòng)的周期相比往往要小的多以盡量減少控制偏差的滯后性 通常的采樣周期都按下表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以選擇 表 41 采樣周期 T 的選用 物理量 采樣周期 \s 備注 流量 15 優(yōu)先選用 12s 壓力 310 優(yōu) 先選用 68s 液位 68 溫度 1520 或取純滯后時(shí)間對(duì)串級(jí)系統(tǒng)復(fù)環(huán) T 02025 主環(huán) T 成分 1520 根據(jù)上表所示本系統(tǒng)的 PID 控制算法選用的采樣周期 T 20s 其他參數(shù)的確定 PID 參數(shù)整定是一個(gè)復(fù)雜的過程一般需要根據(jù)被控對(duì)象慢慢進(jìn)行常用的方法有擴(kuò)充臨界比例度整定法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法兩種但是這兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中比較麻煩因此在實(shí)際應(yīng)用中常用經(jīng)驗(yàn)法確定 PID 的參數(shù)即根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律及不同調(diào)節(jié)對(duì)象的特征通過閉環(huán)試驗(yàn)反復(fù)湊試找出最佳調(diào)節(jié)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)的 PID 控制參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)法的一種優(yōu)選法進(jìn)行確定具 體做法為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先把其他參數(shù)固定然后用 0618 法對(duì)其中某一參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選待選出最佳參數(shù)后再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢為止最后根據(jù) T 諸參數(shù)優(yōu)選的結(jié)果選一組最佳值即可 在本控制系統(tǒng)中加熱爐溫度與給定值的偏差經(jīng)過單片機(jī) PID 算法運(yùn)算后控制可控硅的開度所以應(yīng)采用式 7 的位置式算法 KPKIe n e n1 分別放在 89C51 單片機(jī)片內(nèi) RAM 的 26H27H29H2AH 中 PI 結(jié)果YPIn 放在 R3R4 中則 PI 控制程序如下 PIMOV A29H e n CLR C SUBB A2AH e n e n1 MOV B26H KP LCALL MULTS KP [e n e n1 ] MOV R4A MOV R3B 暫存于 R3R4 MOV A29H e n MOV A27H KI LCALL MULTS KI e n ADD AR4 MOV R4A MOV AB ADDC AR3 MOV R3A R3R4 KP [e n e n1 ] KI e n RET MULTSCLR F0 置 e n 符號(hào)標(biāo)志位為正 JNB ACC7MUL1 SETB F0 置 e n 符號(hào)標(biāo)志位為負(fù) CPL A INC A 取絕對(duì)值 MUL1MUL AB JNB F0MUL2 CPL A ADD A1 MOV R2A MOV AB CPL A ADDC A0 MOV BA MOV AR2 還原為補(bǔ)碼 MUL2RET 46 控制面板的設(shè)計(jì) 461 控制面板的介紹 對(duì)一般用戶來說不需要知道系統(tǒng)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)只需知道如何進(jìn)行操作即可因此控制面板就成為人和工作機(jī)進(jìn)行交流的 十分重要平臺(tái)在現(xiàn)代化的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)對(duì)吸引購(gòu)買者也起著很重要的作用所以控制面板的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常講究技巧和美觀的工作 本人本著簡(jiǎn)潔明快實(shí)用操作友好的思想同時(shí)從一定的審美角度進(jìn)行面板的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所得的控制面板如圖上圖所示控制面板 在控制面板上可以清楚的看到有一個(gè) 4 位的數(shù)碼管顯示器鍵盤上一共有四個(gè)按鍵分別是設(shè)設(shè)置退出還設(shè)有四個(gè)工作指示燈分別為溫度上限值溫度下限值溫度值及參數(shù)值 462 控制面板的功能 控制面板上的 4位 LED顯示器能精確顯示加熱爐溫度值控制面板不進(jìn)行任何操作時(shí) LED 顯示器顯示的就是當(dāng)前加熱爐 溫度值設(shè)置按鍵是用來設(shè)定加熱爐的溫度上下限加熱溫度值及各種參數(shù)并且指示燈與設(shè)定狀態(tài)相對(duì)應(yīng)具體操作如下長(zhǎng)按設(shè)定按鍵即可進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)第一次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵 3s 左右進(jìn)入溫度上限值設(shè)定同時(shí)溫度上限指示等亮此時(shí)按鍵便可對(duì)溫度上限值進(jìn)行設(shè)定設(shè)定好數(shù)值后按退出鍵系統(tǒng)退出設(shè)置模式 LED 顯示器顯示加熱爐溫度值連續(xù)兩次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵進(jìn)入溫度下限值設(shè)定并且溫度下限值指示燈亮此時(shí)可輸入溫度下限值連續(xù)三次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵進(jìn)入溫度值設(shè)定連續(xù)四次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵進(jìn)入加熱爐參數(shù)設(shè)定 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試通常包括實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng) 仿真仿真考機(jī)運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)總裝以后首先要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室條件下的系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)成功以后有了硬件操作保證就很容易發(fā)現(xiàn)軟件的錯(cuò)誤在軟件調(diào)試過程中有時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)硬件故障軟件故障完畢硬件中的隱藏問題也能被發(fā)現(xiàn)和糾正在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)以前還必須在實(shí)驗(yàn)室條件下把存在的問題充分暴露并加以解決通常是用模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行完全仿真調(diào)試通過后進(jìn)行連續(xù)不停機(jī)的 48h考機(jī)運(yùn)行正確無誤后再進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行成功并經(jīng)過一定時(shí)間的使用最終驗(yàn)收合格才算完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作 下面通過硬件和軟件兩方面介紹相應(yīng)的調(diào)試方法 51 硬件調(diào)試方 法 常見的硬件故障有 1 邏輯錯(cuò)誤 它是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線開路短路相位錯(cuò)等 2 元器件失效 有兩方面的原因一是器件本身已損壞或性能不符合要求二是組裝錯(cuò)誤造成元件失效如電解電容二極管的極性錯(cuò)誤集成電路安裝方向錯(cuò)誤等 3 可靠性差 引起可靠性差的原因很多如金屬化孔接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞經(jīng)不起振動(dòng)內(nèi)部和外部干擾電源紋波系數(shù)大器件負(fù)荷過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定走線和布局不合理也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差 4 電源故障 若樣機(jī)有電源故障則加電后很容 易造成器件損壞電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求電源引線和插座不對(duì)功率不足負(fù)載能力差等 511 聯(lián)機(jī)調(diào)試 通過脫機(jī)調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障但有些故障還必須通過聯(lián)機(jī)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)和排除 聯(lián)機(jī)前先斷電將單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的仿真頭插到樣機(jī)的 89C51 插件上檢查開發(fā)機(jī)和樣機(jī)之間的電源接地是否良好一切正常后即可打開電源 通電后執(zhí)行開發(fā)機(jī)的讀寫指令對(duì)樣機(jī)的存儲(chǔ)器 IO 端口進(jìn)行讀寫操作邏輯檢查若有故障可用示波器觀察有關(guān)波形如選中的譯碼器輸出波形讀寫控制信號(hào)地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)的控制電平通過對(duì)波形的觀察分析尋找故障原 因并進(jìn)一步排除故障可能的故障有路線連接上有邏輯錯(cuò)誤有斷路或短路現(xiàn)象集成電路失效等 在樣機(jī)主機(jī)部分調(diào)試好后可以插上系統(tǒng)的其他外圍部件例如鍵盤顯示器輸出驅(qū)動(dòng)板 AD 及 DA 板等再對(duì)這部分進(jìn)行初步調(diào)試 在調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)工作不穩(wěn)定可能有下列情況電源系統(tǒng)供電不