【正文】 ，完成數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)上位機(jī)軟硬件設(shè)計(jì) 。 ，掌握數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等； ； C語(yǔ)言的控制軟件編程，基于 C++的上位機(jī)控制界面編寫。目前開發(fā)的溫 度 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用了主機(jī)終端模式，該模式通過(guò)一個(gè)主機(jī)作為控制中心，負(fù)責(zé)對(duì)其它各子 系統(tǒng)進(jìn)行控制管理，該模式不靈活且投入大。對(duì)于控制領(lǐng)域，對(duì)溫度的控制有舉足輕重的作用，如陶瓷的燒烤，釀酒的過(guò)程等都需要對(duì)溫度的控制。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 學(xué)生姓名 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 教授 工作單位 課題來(lái)源 教師自擬課題 課題性質(zhì) 應(yīng)用設(shè)計(jì) 課題名稱 溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù) （科學(xué)意義和 應(yīng) 用 前景，國(guó)內(nèi)外研究概況，目前技術(shù)現(xiàn)狀、水平和發(fā) 展 趨 勢(shì)等） 溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量和控制有十分重要的意義。 3． 確定數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)的整體方案。 完成溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)所涉及到的軟硬件設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 報(bào)告（論文）題目： 溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì) 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電子信息工程 作者所在班級(jí)： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 2021 年 6月 12 日 教務(wù)處制 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（理工類） 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： B06212 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 教授 完成時(shí)間： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì) 題目來(lái)源 教師科研課 題 縱向課題（√） 題目類型 理論研究（ ） 注：請(qǐng)直接在所屬項(xiàng)目括號(hào)內(nèi)打“ √” 橫向課題（ ） 應(yīng)用研究（ ） 教師自擬課題（ ） 應(yīng)用設(shè)計(jì)（√） 學(xué)生自擬課題（ ） 其 他（ ） 總體設(shè)計(jì)要求及技術(shù)要點(diǎn)： 本 課題在掌握所選單片機(jī)（如：凌陽(yáng) 16 位微控制器 SPCE061A）原理、硬件資源的基礎(chǔ)上，熟悉單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)上下位機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)。 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 1． 凌陽(yáng) SPCE061A 開發(fā)板 、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及有關(guān)的技術(shù)手冊(cè)； 2． 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、凌陽(yáng)集成開 發(fā)環(huán)境 、 ResWriter 工具、串口調(diào)試工具等； 3． 相關(guān)測(cè)控系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等參考文獻(xiàn)。 4． 基于 C 語(yǔ)言的控制軟件編程，基于 C++的上位機(jī)控制界面編寫。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)和控制溫度?？梢娚钪性S多方面都有對(duì)溫度進(jìn)行感知和控制的需要。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，該系統(tǒng)采用了所謂的服務(wù)器客戶模式。 本課題重點(diǎn)設(shè)計(jì) UART模塊、上位 PC控制和曲線顯示軟件，顯示水溫變化曲線。 技術(shù)要求：在掌握所選單片機(jī)凌陽(yáng) 16位微控制器 SPCE061A原理、硬件資源的基礎(chǔ)上，熟悉單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)上下位機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)，熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)的編寫與應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)方法及步驟：（ 1）熟悉凌陽(yáng) 16 位單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)單片機(jī)與 PC機(jī)接口電路，熟悉上、下位機(jī)，完成單片機(jī)和上位機(jī)之間，客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信。通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)應(yīng)該能夠達(dá)到研究并簡(jiǎn)單的使用的目的。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。本人遵循有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。該設(shè)計(jì)具有測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣的特點(diǎn)，是構(gòu)成溫度測(cè)控系統(tǒng)的理想解決方案。例如：在冶 金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng) 化的重要任務(wù)。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。目前的測(cè)溫控制系統(tǒng)大都使用傳統(tǒng)溫度測(cè)量?jī)x器．其功能大多都是由硬件或固化的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且只能通過(guò)廠家定義、設(shè)置，其功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能，因此已不能適應(yīng)現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。 信號(hào)采集與溫度控制 信號(hào)采集 —— 控制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅是系統(tǒng)控制的根本出發(fā)點(diǎn)也是最重要依據(jù)。為此，本文介紹了一種基于單片機(jī)的溫度控制裝置，在其機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)多組 PID參數(shù)，根據(jù)受控對(duì)象的不同自動(dòng)選擇合適的 PID參數(shù)對(duì)溫度進(jìn)行控制；另外，工作人員還可以根據(jù)特定要求對(duì)給定溫度進(jìn)行控制，并對(duì)各組 PID參數(shù)進(jìn)行在線修改。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A里只內(nèi)嵌 32K字的閃存（ FLASH）。另外凌陽(yáng)十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。 SPCE061A性能簡(jiǎn)介 1. 16位 u’ nSP微處理器 2. 工作電壓（ CPU） VDD為 ~，（ I/O） VDDH為 ~ 3. CPU時(shí)鐘： ~ 4. 內(nèi)置 2K字 SRAM 5. 內(nèi)置 32K字 FLASH 6. 可編程音頻處理 7. 晶體振蕩器 8. 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)）耗電僅為 2uA/ 9. 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值） 10. 2個(gè) 10位 DAC（數(shù) /模轉(zhuǎn)換）輸出通道 11. 32位通用可編程輸入 /輸出通道 12. 14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 A/B、時(shí)基、 2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入和鍵喚醒 13. 具備觸鍵喚醒的功能 14. 使用凌陽(yáng)音頻編碼 SACM_S480可以播放壓縮的語(yǔ)音資源 15. 鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) 16. 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘 17. 7通道 10位電壓模 /數(shù)轉(zhuǎn) 換器（ ADC）和單通道聲音模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 18. 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器，并具有自動(dòng)增益控制 (AGC)功能 19. 具備串行設(shè)備接口 20. 具備低電壓復(fù)位功能和低電壓檢測(cè)功能 21. 內(nèi)置在線仿真電路接口 22. 具有 WatchDog功能 Pt100 溫度傳感器簡(jiǎn)介 Pt100溫度傳感器位正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1. 測(cè)量范圍： 200~+850 2. 允許偏差值△。鉑熱電阻的線性較好，在 0~100攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 。 圖 22系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)采用 PID閉環(huán)控制方案，如圖 23所示，將預(yù)置初值與傳感器反饋信號(hào)比較得到偏差（ e），對(duì)偏差（ e）進(jìn)行 PID運(yùn)算處理得到控制量（ u），通過(guò)此量來(lái)控制加熱器的加熱時(shí)間，從而控制加熱功率。從電橋獲取的差分信號(hào)通過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。 注意：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過(guò) TL431穩(wěn)壓，但是整個(gè)模塊的電壓 VCC一定要穩(wěn)定，否則隨著 VCC的波動(dòng)，運(yùn)放 LM358的工作電壓波動(dòng)，輸出電壓 Av隨之波動(dòng)，最后導(dǎo)致 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動(dòng)，測(cè)量結(jié)果上下跳變。 5. 鍵盤 LED模組接口簡(jiǎn)單，可方便與任何一款單片機(jī)進(jìn)行軟硬件接口設(shè) 計(jì)。 畢業(yè)論文 11 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 程序的控制思想：設(shè)置目標(biāo)之后，系統(tǒng)采樣水溫并通過(guò)預(yù)設(shè)溫度，歷史偏差等進(jìn)行 PID運(yùn)算產(chǎn)生 fOut輸出參數(shù)，通過(guò)該參數(shù)控制加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)加熱器的平均功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的 PID控制。 圖 41 系統(tǒng)主程序 中斷服務(wù)程序： 中斷服務(wù)程序包括 IRQ_52Hz中斷， IRQ_54Hz中斷， IRQ_2TimerB中斷，以及IRQ6_TMB2(1024Hz)中斷。由于干 擾或者電路噪聲的存在，在采樣過(guò)程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)采樣信號(hào)與實(shí)際信號(hào)存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號(hào)的高低波動(dòng)，為了減少這方面原因造成的測(cè)量誤差，在實(shí)際采樣時(shí)采樣 18個(gè)點(diǎn)，然后再除去其中偏差較大的兩個(gè)點(diǎn)，即一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，再對(duì)剩余的 16個(gè)點(diǎn)取均值，這樣得到的 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實(shí)際值，在對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波操作之后，還要將 A/D值轉(zhuǎn)換為溫度，常用的兩種方法為查表法和公式法：查表法比較麻煩，而且精度也不高，適合于線性化比較差的 NTC溫度傳感器：公式法比較簡(jiǎn)單，只需要確定比例系數(shù) K和基準(zhǔn)偏差 B即可，適合于線性化較好的 傳感器。它不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)中，而且對(duì)于大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過(guò)程也可應(yīng) 用，在眾多的工業(yè)過(guò)程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，長(zhǎng)期以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活 ，能滿足一般的控制要求。為了方便 PID運(yùn)算，首先建立一個(gè) PID的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型用于保存 PID運(yùn)算所需要的 P、 I、 D系數(shù)，以及設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息： typedef struct PID { float SetPoint。 // 微分系數(shù) Derivative Const int LastError。 // 定義一個(gè) stPID變量 下面是 PID運(yùn)算的算法程序，通過(guò) PID運(yùn)算返回 fOut， fOut的值決定是否加熱，加熱時(shí)間是多少。 // 積分，歷史偏差累加 dError = Error－ ppLastError。 } 在實(shí)際運(yùn)算時(shí)，由于水具有很大的熱慣性，而且 PID運(yùn)算中的 I（積分項(xiàng)）具有非常明畢業(yè)論文 17 顯的延遲效應(yīng)所以不能保留，我們必須把積分項(xiàng)去掉，相反 D（微分項(xiàng)）則有很強(qiáng)的預(yù)見性，能夠加快反應(yīng)速度，抑制超調(diào)量，所以微分作用應(yīng)該適當(dāng)加強(qiáng)才能達(dá)到較佳的控制效果，系統(tǒng)最終選擇 PD控制方案，下面 C代碼所示為 PD控制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程： float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) { int dError,Error。 // 保存 ppLastError = Error。 //設(shè) 置 PID比例值 = 0。 //PID計(jì)算 if(fOut=0) *P_IOA_Buffer amp。主程序中通過(guò) PIDCalc函數(shù)得到 fOut參數(shù)，如果該參數(shù)大于 “ 0” ，則開啟加熱器。下面所示代碼為 UART初始化部分： r1 = 0x0000 //設(shè)置波特率 9600bps [P_UART_BaudScalarLow] = r1 r1 = 0x0005 [P_UART_BaudScalarHigh] = r1 r1 = 0x0000 r4 = 0x00C0 //使能輸入和輸出 [P_UART_Command1] = r1 [P_UART_Command2] = r4