【正文】 ................................... 48 顯示子程序 .................................................................................................... 50 PID 控制算法子程序 ...................................................................................... 51 D/A 轉(zhuǎn)換子程序 ............................................................................................. 52 第五章 智能調(diào)節(jié)器抗干擾設(shè)計(jì) ............................................................................................ 53 干擾的形成 ............................................................................................................... 53 硬件抗干擾設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 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(shè)計(jì)中的其 它抗干擾措施 ........................................................................ 54 軟件抗干擾設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 55 看門狗技術(shù) .................................................................................................... 55 數(shù)字濾波法 .................................................................................................... 56 開關(guān)量的軟件抗干擾 .................................................................................... 56 第六章 調(diào)試與總結(jié) ................................................................................................................ 57 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................... 57 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） VI 設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................................................................................... 58 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 59 附錄 A 硬件電路連接圖 ........................................................................................................ 61 附錄 B 源程序 ........................................................................................................................ 62 致謝 .......................................................................................................................................... 78 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 引 言 在過去的幾十年中，傳統(tǒng)的電動(dòng)單元組合儀表曾在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域里發(fā)揮過重要作用 ，但是隨著科技進(jìn)步 ， 工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化程度越來越高 ， 使得許多傳統(tǒng)的單一功能的模擬 儀表已不能完全滿足生產(chǎn)過程及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)中，本文詳細(xì)介紹了 各 電路模塊的 設(shè)計(jì)方法 ， 并且也給出了 鍵盤、 顯示、通訊和打印的外圍電路設(shè)計(jì)；在軟件設(shè)計(jì)部分，本文介紹了單片機(jī)軟件程序的流程和設(shè)計(jì)。智能儀器具有自動(dòng)操作、數(shù)據(jù)處理和友好的人機(jī)對(duì)話等傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會(huì)向著微型化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)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(shù)的 快 速發(fā)展，新型的以數(shù)字技術(shù)為核心的多功能儀表得到了 較快 的發(fā)展。 調(diào)節(jié)器 概述 最早的過程控制是人工控制的 。模擬調(diào)節(jié)器可以代替人的分析、判斷、決策功能，再配上檢測(cè)儀表、自動(dòng)執(zhí)行器以及各種二次儀表，就可以使生產(chǎn)過程控制具有合理的一致性。 模擬調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器將來自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（ PID）運(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（ 4~20mA 或 1~5V） ， 去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位以及其 它 工藝變量的自動(dòng)控制。 調(diào) 節(jié) 器 對(duì) 象給 定 值 偏 差被 控 變 量y變 送 器測(cè) 量 值??sxi ox擾 動(dòng)+ 圖 單回路控制系統(tǒng) 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(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間回到給定值上來，即控制過程的品質(zhì)如何，這不僅與對(duì)象特性有關(guān)，而且還與調(diào)節(jié)器的特性，即調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律有關(guān)。 在工業(yè)生產(chǎn)中較常用的模擬調(diào)節(jié)器主要有 DDZⅡ 型調(diào)節(jié)器 及 DDZⅢ 型調(diào)節(jié)器。這些數(shù)字量由計(jì)算機(jī)按一定控制算法進(jìn)行運(yùn)算處理，運(yùn)算結(jié)果由模擬量輸出通道輸出，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位以及其 它 被控變量的自動(dòng)控制。智能化調(diào)節(jié)器不僅解決了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器不易解決或不能解決的問題 ， 還能簡(jiǎn)化儀表電路 ， 提高儀表可靠性 ， 實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的 ， 迅速地在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 智能調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一種通用的調(diào)節(jié)儀表 ， 由 硬件和軟件兩部分組成 ， 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 所示。若模擬信號(hào)變化比較緩慢 ， 可以直接加到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端 ， 如果信號(hào)變化較快 ， 為了保證 A/D 轉(zhuǎn)換的正確性 ， 要加采樣保持器。 此外 ， 智能調(diào)節(jié)器還可以與 PC 機(jī)組成分布式測(cè)控系統(tǒng) ， 由單片機(jī)作為下位機(jī)采集內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 各種測(cè)量信號(hào)和數(shù)據(jù) ， 通過串行通信接口將信息傳送給上位機(jī) —— PC 機(jī) ， 再 由 PC 機(jī)進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理或進(jìn)行全局監(jiān)控。 (1) 特點(diǎn) ① 開發(fā)性強(qiáng) ， 可靠性高； ② 性能好 ， 精度高； ③ 智能化； ④ 具有友好的人機(jī)對(duì)話能力； ⑤ 具有可程控操作的能力。通常設(shè)有自檢功能。 微處理器 的選擇 智能調(diào)節(jié)器的核心是微處理器，智能調(diào)節(jié)器的硬件和軟件的設(shè)計(jì)與微處理器的選擇有著密切的關(guān)系，它的結(jié)構(gòu)、特性對(duì)調(diào)節(jié)器的性能有很大影響。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)日新月異地發(fā)展，微處理器的功能在不斷增強(qiáng)，價(jià)格在不斷下降。單片機(jī)用于智能儀器具有下述優(yōu)越性： 單片機(jī)具有較高速度的數(shù)據(jù)計(jì)算能力。單片機(jī)本身內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 就是一個(gè) 結(jié)構(gòu)完備的計(jì)算機(jī)，內(nèi)含豐富的 I/O 接口 。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用了 Intel公司 MCS96 系列單片機(jī) 中的 80C196KB 單片機(jī)作為智能調(diào)節(jié)器的核心。因此，本設(shè)計(jì)的智能調(diào)節(jié)器采用 改進(jìn)型的 PID控制 算法 。 比 例積 分微 分被 控 對(duì) 象r ( t ) e ( t ) u ( t ) y ( t )++++ 圖 PID控制系統(tǒng)原理框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 在連續(xù)控制系統(tǒng)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(guān)系。 PID各 控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能有不同的影響。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)P I D 位 置 式 算 法D / A被 控 對(duì) 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?yàn)橛?jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，式 ()中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要對(duì)其進(jìn)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(yōu)點(diǎn)： ① 由于微機(jī)輸出增量，所 以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉； ② 在位置型控制算法中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須首先使微機(jī)的輸出值等于閥門的原始開度，即 )1( ?ku ，才能保證手動(dòng) /自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換，這將給程序設(shè)計(jì)帶來困難。 但增量式控制也有不足之處：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響大等。 PID 控制算法的改進(jìn) 由于實(shí)際被控對(duì)象的復(fù)雜性，普 通的 PID控制算法通常很難滿足控制要求，需要對(duì)PID控制算法進(jìn)行改進(jìn)，主要的改進(jìn)算法有以下幾種： (1) 積分項(xiàng)的改進(jìn) 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(dāng)當(dāng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 該算法的優(yōu)點(diǎn)是：縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間 。否則，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。為此，設(shè)置一系數(shù) )]([ kef ，它是 )(ke 的函數(shù)，當(dāng) )(ke 增大時(shí)， f 減小，反之增大。 (2) 微分項(xiàng)的改進(jìn) ① 不完全微分 PID控制算法 普通的 PID控制算式，對(duì)具有高頻擾動(dòng)的生產(chǎn)過程，微分作用響應(yīng)過于靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低品質(zhì)。 數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出的微分作用能在各個(gè)周期里按照偏差變化趨勢(shì)，均勻地輸出，真正起到了微分作用，改善了控制系統(tǒng)的性能。 (3) 純滯后 Sm