【正文】 ()(2101 ???????? ? keqkeqkequuu kkk 其中 )1(q 0 TTTTK DIp ??? )21(1 TTKq DP ?? TTK DP2 圖 3216 用凸輪控制滴管正視圖 圖 3217 控制框圖 在這里，因?yàn)橥馆喌哪Ｐ碗y以建立，所以在參數(shù)整定時(shí)，我們用試湊法來(lái)得出 PID的參數(shù)， )(tr 表示的是用鍵盤設(shè)定的滴速值， )(ty 表示的是當(dāng)前已檢測(cè)的滴速值， )(te 是東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件部分 18 設(shè)定值與當(dāng)前滴速值之間的差值， ku? 是 )(te 經(jīng)增量式 PID 運(yùn)算出來(lái)之后的輸入電機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的步值。一般說(shuō) T 應(yīng)小于受控對(duì)象純延遲 時(shí)間的十分之一，這里因?yàn)椴蓸訒r(shí)間的不固定，所以我們選用 5 滴內(nèi)所用時(shí)間的中間值，取 T為 10秒。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件部分 19 （ 3） 查表 3215確定參數(shù)。 （ 5）然后用試湊法，口訣如下： “參數(shù)整定 找最佳，從小到大順序查”從較小的數(shù)來(lái)試，不要太大，不然系統(tǒng)不穩(wěn)。 “曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降”系統(tǒng)響應(yīng)曲線老是達(dá)不到設(shè)定，積分時(shí)間減小。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)”系統(tǒng)響應(yīng)繞著設(shè)定上下動(dòng)，穩(wěn)定慢，增加微分。 當(dāng)然，最重要的要保證元件安裝極性正確。當(dāng)然，焊料和焊劑少了也不行，這樣容易造成虛焊。 設(shè)計(jì)原理圖時(shí)元件放置要合適，在 PCB 板上各個(gè)元件之間的關(guān)系通過(guò)原理圖可以側(cè)面的反映出來(lái)， 以 及整個(gè)電路板的 重要功能 也能反映出來(lái) 。 這種錯(cuò)誤我們可以通過(guò) DRC 檢測(cè)出來(lái)， 當(dāng)所有的錯(cuò)誤排除后， 開(kāi)始畫線，個(gè)人認(rèn)為，在板子有足夠?qū)挼臅r(shí)候，線可適當(dāng)加寬，這樣可以避免在銅板進(jìn)行腐蝕的時(shí) 候造成開(kāi)路的影響，到此，一個(gè) PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程 就 完成 了。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 軟件部分 21 4 軟件部分 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) 整體的設(shè)計(jì)思路就是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)程序進(jìn)行一些清零等初始化動(dòng)作，通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)是否歸位，已到達(dá)關(guān)死的位置， 這樣有利于后續(xù)操作，然后判鍵，看所需的功能鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作，檢測(cè)滴速并將其顯示出來(lái)，如果滴。接下來(lái)就是制版的過(guò)程，去實(shí)驗(yàn)室有調(diào)好的過(guò)濾水，將帶有墨跡的銅板放進(jìn)去，看到除墨劑以外的其他地方被腐蝕完之后，可將板子取出，用清水清洗干凈既可。 值得注意的是， 原理圖的設(shè)計(jì)是 PCB 制作流程 中的第一步，也是十分重要的一步。 ⑤ 焊一個(gè)元件的引腳的時(shí)候要注意，在焊錫沒(méi)有完全冷卻之前盡量不要移動(dòng)這個(gè)元件，要不然有可能造成焊盤脫落或者焊點(diǎn)松動(dòng)，也很容易出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象。 ②焊接的時(shí)間要盡量短但是一定要使焊點(diǎn)飽滿，一般在三秒鐘之內(nèi)完成。 硬件制作 元件安裝及焊接 在所有的硬件方案等都確定好之后，下來(lái)緊接著就是電路板的制作，在這一環(huán)節(jié)中，在印制電路板上插裝元件是非常關(guān)鍵的，因?yàn)樵陌惭b形式什么的直接關(guān)系到系統(tǒng)電路的工作情況，同時(shí)也可以看出整體的美觀效果，如果是將原件立起來(lái)安裝，盡量將其他的也按照立式的安裝方法，不管是立式的還是臥式的，在焊接的時(shí)候盡量要將其引腳上的線引出來(lái)的 短一點(diǎn)，同時(shí)還要注意下面的這些焊接規(guī)則： ⑴ 自己手工焊接元件時(shí)，要遵從一定的順序，首先將需要強(qiáng)力固定的元件先固定起來(lái)，然后再焊接其他元件，在插元件的時(shí)候， 應(yīng)該 遵循先低后高的原則，即 先安裝那些高度較低的元器件， 例如電阻、跳線，然后安裝體積較大、較高一點(diǎn)的元件例如電容、三極管 ，對(duì)于貴重的關(guān)鍵元器件，例如大規(guī)模集成電路 ，芯片及 大功率器件， 在安裝的時(shí)候要盡量放到最后進(jìn)行，這樣做的好處不僅可以加快焊接及安裝速度而且可以避免已裝好的元器件，更可以保證重要的器件不會(huì)丟失。 “曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)”系統(tǒng)響應(yīng)曲線小幅度而快速的震蕩，微分減少。 “曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大”系統(tǒng)響應(yīng)曲線震蕩頻率很高，增大比例。 表 3215 參數(shù)計(jì)算表 Kp TI(min) TD(min) P Kp/2 PI Kp/ Tk/ PID Kp/ （ 4）運(yùn)行與修正。這時(shí)去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)行。 關(guān)于 PID 的整定，這里整定 PID 采用臨界比例度法，臨界比例度法是通過(guò)眼睛看，所以需要設(shè)計(jì)組態(tài)界面，觀察流量震蕩曲線時(shí)對(duì)應(yīng)參數(shù)，然后在此參數(shù)周圍調(diào)試，這里采用 MATLAB 的 GUI 工具來(lái)檢測(cè)流量曲線。圖中， ABCD 是控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的， SPEAKER 是驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的。 ULN2020A 的引腳圖如圖 3213，每一對(duì)達(dá)林頓的等效電路， ULN2020 的驅(qū)動(dòng)芯片是由七個(gè)達(dá)林頓管組成，他的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)基極電阻，阻值是 。他主要是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平，SCLK 作為串行時(shí)鐘輸入腳，它主要作用是控制數(shù)據(jù)的寫 入和輸出。 RST 是復(fù)位端，低電平復(fù) 位，所以如果將其拉高，則開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。電容可以在 5pF 到 30pF 之間的任意值選擇，值越大，頻率越大，除此之外，他還會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 在電路中 ,使用電阻給電容充電 ,使電容的電壓一直緩慢上升到 VCC,在沒(méi) 到達(dá) VCC之前 ,RST 腳近似低電平 ,因?yàn)殡娙菔堑母糁蓖ń坏奶匦?，所以在沒(méi)有按下按鍵之 前，電路一直處于正常的工作狀態(tài)，如果此時(shí)按下按鍵， RST 腳電壓強(qiáng)制拉高，芯片復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘電路正常工作后，在實(shí)際電路中， CPU 要完全復(fù)位，必須在 RST/Vpd 引腳上連續(xù)采集到大于 1ms 的正脈沖時(shí)間。 復(fù)位電路 為了能保證微型機(jī)系統(tǒng)得到穩(wěn)定可靠的工作 ，我們會(huì)在電路中加入復(fù)位電路。他的顯示原理感覺(jué)跟電容的存儲(chǔ)原理有點(diǎn)像，在兩塊平行板中間添加一些特殊材料，再通過(guò)電壓來(lái)改變里邊材質(zhì)的分布情況，這樣就會(huì)形成各種深淺不一樣、 錯(cuò)落有致的圖象，而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層，就可實(shí)現(xiàn)顯示彩色圖象。由于行列式鍵盤中的行、列線 多鍵共用，為保證能正確識(shí)別按鍵，首先得需要對(duì)它進(jìn)行編碼，然后通過(guò)掃描判斷按鍵按下的位置，位置確定之后再與編碼進(jìn)行對(duì)比，最后準(zhǔn)確定位，識(shí)別按鍵。 鍵盤控制電路 鍵盤方案我們選用的是矩陣鍵盤，上文中已經(jīng)論述過(guò)，單個(gè)按鍵使用時(shí)，每個(gè)都需要對(duì)應(yīng)的 I/O 口來(lái)連接，如果系統(tǒng)太大，則需要用較多按鍵，這都是其次，最主要的是占用 I/O 口，而單片機(jī)的口很少，所以當(dāng)用到較多的按鍵的時(shí)候 ，為了節(jié)省 I/O 口線，在這我們用矩陣鍵盤，矩陣鍵盤實(shí)際上就是一組按鍵，在單片機(jī)的外圍電路中，我們通常用到得按鍵是帶有彈性的機(jī)械開(kāi)關(guān)按鍵，當(dāng)按鍵彈起來(lái)時(shí)時(shí)，線路連接不起來(lái)斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)按下時(shí)，線路導(dǎo)通，單片機(jī)系統(tǒng)中常用的按鍵有三種：彈性小按鍵、貼片式小按鍵和自鎖式小按鍵。這時(shí)，電源經(jīng)過(guò) R R2繼續(xù)對(duì)電 容 C1進(jìn)行充電，當(dāng) Uc 充電電壓上升到≥ 32 VDD 后，輸出變?yōu)榈碗娖?，放電?VT導(dǎo)通，此時(shí)電容 C1通過(guò) R2 對(duì)地放電，使 Uc 下降。 LM567 的工作狀況基本相當(dāng)于一個(gè)低壓電源開(kāi)關(guān)，通俗的講，就是當(dāng)他的是輸入腳捕捉到得頻率與中心頻率一致的時(shí)候或者捕捉到得頻率在中心頻率的范圍之內(nèi)的時(shí)候，他的開(kāi)關(guān)就接通， 8腳就輸出低電平，一般來(lái)講， 中心頻率的檢測(cè)值可以設(shè)定的范圍是 至 500KHZ，帶寬設(shè)定在中心頻率為 14%的范圍內(nèi)。此電路主要的芯片有兩個(gè)，一個(gè)是 LM567 通用譯碼器，另一個(gè)是 NE555 8 腳時(shí)基 集成電路 ，這里的晶體管作用就是驅(qū)動(dòng)負(fù)載。4Vdd8D I S C7TH6T R 39。 后邊的元件是兩個(gè)排針，它的作用相當(dāng)于連接器，是一種廣泛應(yīng)用于電路里的連接器，起到橋梁的功能 ，擔(dān)負(fù)起電流或者信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)。 3腳接地，這是 lm78xx 系列的特點(diǎn)，而對(duì)于 lm79xx 負(fù)壓系列， 3 腳輸入端為最低電位， 1 腳為最高電位即地端， 78xx/79xx系列的穩(wěn)壓器件在降壓電路使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： a 輸出與輸入的壓差不能太大 ,太大會(huì)使轉(zhuǎn)換效率降低，而且這種情況下穩(wěn)壓管易被擊穿或燒毀； b 輸出電流不能太大， 是它的極限值。 （ 3）在整流之后的那個(gè)電容元件主要作用就是濾波了，電路經(jīng)過(guò)整 流之后，其中還是有很大的脈動(dòng)成分，為了得到比較理想的直流電壓，我們需要用專業(yè)的濾波電路來(lái)去除這些雜波。所以二極管具有單向?qū)щ娦?。通常每個(gè)二極管都包含一個(gè) PN 結(jié)，有 陰極 和陽(yáng)極兩個(gè)端子。 將 220V 的電壓轉(zhuǎn)換成 5V 輸出的電源電壓叫直流穩(wěn)壓電源，它需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，下面就詳細(xì)敘述各個(gè)環(huán)節(jié)的原理，功能以及在此處所發(fā)揮的作用。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇與論證 7 方案二：選取 DS1302 來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)數(shù)， DS1302 是一種專業(yè)的時(shí)鐘芯片，他可以實(shí)現(xiàn)對(duì)年月日等時(shí)間的計(jì)數(shù)甚至可以精確到時(shí)分秒，他的數(shù)據(jù)暫存區(qū)是位的 RAM， 時(shí)耗電 小于 300nA，工作電壓 ~ 范圍內(nèi)。相比有線傳輸，無(wú)線傳輸在某些特定的條件下具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且有許多現(xiàn)成的無(wú)線通信模塊可以選用，是一種較好的方案，但應(yīng)根據(jù)成、距離等具體情況決定是否選用。對(duì)于沒(méi)有其接口的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，軟件模擬 CI2 較復(fù)雜些。 主從機(jī)通信方式選擇 方案一：采取并行方式。我們的角位移量可以通過(guò)脈沖個(gè)數(shù)來(lái)進(jìn)行控制，這樣就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。在稍微精確定位方面比較優(yōu)越。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇與論證 6 電機(jī)的選擇 方案一：采用伺服電機(jī)。 在此設(shè)計(jì)中，主要由于 I/O 口數(shù)量有限，功能按鍵多，所以我選用方案一。 方案三：采用對(duì)射式紅外發(fā)送接收管檢測(cè)液面，根據(jù)接收到的光強(qiáng)來(lái)判斷是否到達(dá)警戒值，這種方案跟之前說(shuō)的滴速檢測(cè)方案比較類似，我們也直接用他來(lái)檢測(cè)液面，這種方案直觀簡(jiǎn)單、易于操作，且控制起來(lái)更加方便。 所以，經(jīng)過(guò)以上論證，我選方案三，采用紅外發(fā)射 — 接收管作為傳感器來(lái)檢測(cè)點(diǎn)滴 滴速。實(shí)物電路中將其做成對(duì)射式 的，這樣在接收端可以根據(jù)光強(qiáng)來(lái)判斷是否有液滴滴下，可見(jiàn)光一般沒(méi)紅外光波長(zhǎng)，因此幾 乎可以說(shuō)它不受可見(jiàn)光的影響，而利用反射式的紅外傳感器的時(shí)候很難對(duì)水進(jìn)行判斷，所以，相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)射式的水對(duì)紅外的遮擋比較強(qiáng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，比較能靈敏的檢測(cè)出水滴，當(dāng)沒(méi)有液滴滴下時(shí)輸出端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，當(dāng)有點(diǎn)滴經(jīng)過(guò)紅外檢測(cè)電路的東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇與論證 5 時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較高的電壓，如此就可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 方案二：選用電感式傳感器來(lái)檢測(cè)滴速。在沒(méi)有液滴滴下時(shí)，在接收端產(chǎn)生的是一個(gè)高電平信號(hào)，當(dāng)有點(diǎn)滴落下時(shí)，液體會(huì)擋住接收管接收信號(hào)，這樣就會(huì)將產(chǎn)生一個(gè)低電平的脈沖信號(hào)，然后再接收端調(diào)制解調(diào)，信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器檢測(cè)送到單片東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇與論證 4 機(jī)進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。 （ 3）從站和主站通訊時(shí)不限通信方式，自定通信協(xié)議，但應(yīng)該盡量減少信號(hào)傳輸線的數(shù)量。 b 在從站發(fā)出來(lái)的報(bào)警信號(hào)被收到后，能顯示相應(yīng)的從站號(hào)，而且可以手動(dòng)解除報(bào)警。 發(fā)揮部分