【正文】 算法介紹 : .................................................................................................. 17 算法中各系數(shù)的整定 : .............................................................................. 21 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................................................................................... 22 上位 PC 機監(jiān)控軟件設(shè)計 : ....................................................................... 23 下位單片機軟件設(shè)計 : .............................................................................. 24 濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II 第 5 章 系統(tǒng)的可靠性研究 ........................................................................................ 28 系統(tǒng)硬件設(shè)計中可靠性問題的解決 ............................................................... 28 系統(tǒng)軟件設(shè)計中 提高可靠性的方法 ............................................................... 30 第 6 章 結(jié)論 ................................................................................................................ 32 第 7 章 結(jié)束語 ............................................................................................................ 33 參考文獻 ...................................................................................................................... 34 附錄 .............................................................................................................................. 35 致謝 .............................................................................................................................. 36 濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 基于單片機的柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 隨著計算機技術(shù)、測量儀器和控制技術(shù)的高速發(fā)展，在現(xiàn)代自動控制領(lǐng)域中，應(yīng)用了越來越多的先進測量控制技術(shù)、設(shè)備和方法。 關(guān)鍵詞 ： 船舶，冷卻水系統(tǒng)，單片機，溫度控制，可靠性 濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 The Microcontroller—— Based Main Engine Cooling Water Temperature Control System Abstract With the highly speedy development to of puter technology， measurement apparatus， and control technology， more and more advanced technology， equipments and methods for measurement and control are applied in modern automation control realm .In these numerous advanced measurement and control technology， because of the enhanced performance and reduced price of single chip microputer，making the advantage that its ratio of performance to price been obvious .Therefore，how to apply the single chip microputer to ship automation control realm， it bees the one of questions for discussion in ship engine automation， more and more scientific research anization attach importance to it.. This work of this monograph adapts to the development tendency， applying the single chip microputer to cooling water temperature automation control system of ship main engine. First of all, the monograph analyzes the function demand of all modules of the control system， specifies the technique request， it provides a solid foundation for the subsequent system design 。從整體上看主要存在以下兩個明顯就缺點 :①采用的元器件比較落后，導(dǎo)致電路較為復(fù)雜，使用的邏輯元器件也較多，增加了備件管理和維護工作的難度 。這是一種早期的反饋式控制方式。 3． 電動式控制方式 : 在 20世紀 80年代中期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用氣動式作用方式。首先，我們介紹一下現(xiàn)代遠洋船舶絕大多數(shù)所采用的中央冷卻系統(tǒng)的工作過程。采用“進口處溫度測控，出口處報警”的方式，這樣，使整個系統(tǒng)各循環(huán)回路的溫度均可自動調(diào)節(jié)，提高了整個系統(tǒng)的適應(yīng)性和控制精確性 : ②通訊方式 :在系統(tǒng)設(shè)計中，我們分析了多種單片機與上層控制計算機的通訊方式，最終實現(xiàn)了 RS232 串口通訊接口，有利于系統(tǒng)今后的擴展 。計 算機測控技術(shù)可以實現(xiàn)綜合自動化和生產(chǎn)過程最優(yōu)控制，是使得在現(xiàn)代 遠洋船舶上工 作的人提高工作效率，減輕工作強度的有效保證。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2 章 溫度控制系統(tǒng)介紹 系統(tǒng)的構(gòu)成 整個船舶柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)主要由計算機控制中心 (上位機 )和打印機、遠程通訊模塊、單片機測控平臺 (下 位機 .)、溫度傳感器組、執(zhí)行機構(gòu)，以及控制軟件等部分組成的，系統(tǒng)采用了總線結(jié)構(gòu)、模塊化的設(shè)計方法，各部分 既可以獨立工作，又能夠聯(lián)網(wǎng)協(xié)同 工 作，組建方式靈活，并具有良好的可擴展性。 同時，上位機也可以對測控平臺的歷史數(shù)據(jù)進行存儲分析和打印，以方便用戶 對測控平臺的每一個溫度數(shù)據(jù)進行存儲。另一方面，它要將溫度測量數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)上傳到 計算機管理控制中心 (連接打印機 )。在某一時刻，單片機采集的是某個點的溫度實際數(shù)值，然后與該點的設(shè)定數(shù)值相比較，再輸出控制信號，因此，并不會增加單片機的運算負荷，使得單片機完全有能力承擔控制中心的任務(wù)。單片機測控系統(tǒng)運行軟件是燒錄在單片機程序存儲器中，控制單片機運行的程序，它包括初始化子程序、中斷子程序、測量子程序和比較子程序等，是本課題中軟件編寫的最重要部分 。同時，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障死機或者程序跑飛進入某個死循環(huán)后，可以利用看門狗電路向單片機發(fā)出復(fù)位信號，使系統(tǒng)重新開始運行。由于在系統(tǒng)設(shè)計中著重對系統(tǒng)的可靠性做了充分的探討，對可能影響系統(tǒng) 可靠性的因素進行了詳細的分析，同時采取了相應(yīng)的解決措施，使得整個系統(tǒng)的可靠性提高，運行安全、可靠。當實際溫度偏低時，單片機輸出控制信號使反轉(zhuǎn)繼電器通電，伺服電機反轉(zhuǎn)，改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開度，增加旁通冷卻水流量，使淡水溫度升高，最終起到溫度控制的作用。 AT89C51 的接口電路有 ADC080 827 MAX23 4N2CD4052 和 X25045 等芯片。 溫度 0 25 50 75 100 阻值 100 表 31ptl00 鉑電阻溫度與阻值的關(guān)系 可 見，其關(guān)系不是嚴格線形的，不過由于溫度系統(tǒng)對溫度精度要求 不高，可AT89C51 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ADC0809 8279 XE555 X25045 MAX232 4X25 電機驅(qū)動電路 CD4052 濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 以按照具有線形關(guān)系處理。其中，鍵盤 矩陣采用 2 行 3 列非編碼方式，采用軟件查詢方法來設(shè)計，低電平有效。當系統(tǒng)開機運行時， 其 溫度設(shè)定值由軟件編制時事先設(shè)置好，當需要改變數(shù)值時，用戶首 先按下鍵盤的 “設(shè)置狀態(tài)”按鍵，使顯示部分切換到設(shè)定值的顯示，然后由鍵盤的“高溫” 或 者“低溫”鍵切換到需要更改的溫度顯示，此時，三位 LED數(shù)碼 數(shù)碼管中的最低一立開始閃爍，再由“數(shù)值增加”或“數(shù)值減少”按鍵輸入所需設(shè)置的 數(shù)值，可以改 變了設(shè)定數(shù)值。這樣，當 出現(xiàn)上、下 報警狀態(tài)值 (THA， TLA)為 1 的情況時，就會觸發(fā)系統(tǒng)報警電路。在本論文的敘述中，僅僅說明輸出控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的工作原理，并不作設(shè)計詳細說明。我們通過對冷卻水溫度調(diào)節(jié)過程進行了詳細的分析，很容易發(fā)現(xiàn)，船舶柴油機冷卻水的溫度控制系統(tǒng)還具有明顯的純滯后特性。目前 ， 應(yīng)用在遠洋船舶上的大多數(shù)模擬式冷卻水溫度調(diào)節(jié)器都是采用的相對簡單的控制規(guī)律。c=t，為純滯后時間。 (l)PID 控制算法 :PID 控制算法我們已經(jīng)非常熟悉，PID 控制算法即比例、積分、微分控制，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。 ③微分環(huán)節(jié) :微分環(huán)節(jié)能夠及時反映系統(tǒng)偏差信號的變化趨勢 (或者數(shù)值變化速率 )，并且能夠在偏差信號變得過大之前，在控制系統(tǒng)中引入一個有效得早期修正信號，從而可以加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)過程的時間，因而減小了系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 Dk — 微分系數(shù)，由 TTkk DpD ? 表示 : 同時 ，又由于上文介紹的，本系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量，即驅(qū)動的是步進電動機，因此，所使用的控制算法是增量式 PID 控制算法。 smith補償?shù)脑硎?:與 PID 控制器并聯(lián)一個 補償環(huán)節(jié)，用于補償純滯后的產(chǎn)生，這個補償環(huán)節(jié)就是 Smith:預(yù)估器，其傳遞函數(shù)如下所示 : 濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 STeKSGn12 1)1()( ???? ? 帶有純滯后補償?shù)南到y(tǒng)框圖如下圖 。 通過以上 對比例系數(shù) PK 、積分時間常數(shù) 1T 微分時間常數(shù) DT 三個具體數(shù)值取值的分析，我 們在 PID 控制參數(shù)整定中，由經(jīng)驗法確定出本控制系統(tǒng)的采樣周期為 15 秒，同時利用溫度飛升曲線法來測定對象，然后 利用 Cohn 一 Coon 公式來求解系統(tǒng)參數(shù) 。 79% 60~70 177。單片機所具備的智能功能就是要由軟件部分來完成。 上位 PC 機監(jiān)控軟件設(shè)計 : 本控制系統(tǒng)的上位機 .監(jiān)控軟件的主要模塊結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 ③ :Input:從接收緩沖區(qū)中返回并刪除數(shù)據(jù) 。就觸發(fā) MsComm 通信控件的 OnComm事件，通過檢查 CommEvent 屬 性中 ComEvReceive 數(shù)值的變化，將收到的數(shù)據(jù)在計算機監(jiān)控平臺界面上顯示出來。同時，可以利用 windows 操作系統(tǒng)的打印功能將歷史數(shù)據(jù)打印保存 。 ⑤ Settings:以字 符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等。我們在設(shè)計仁位機的通信軟件時，利用 Visual Basic 編程工具實現(xiàn)。 在進行軟件設(shè)計時，軟件的結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計思路，將本控制器所要完成的功能分別進行編寫和 調(diào)試，等到所有的模塊都調(diào)試成功后，再將各個模塊連接成整體，組成單片機軟件系統(tǒng)。 81% 70~80 177。 CohnCoon 公式如下： )()(ttttTMCK???????? 式中， ??M 系統(tǒng)的階躍輸入 ； ??C 系統(tǒng)的相應(yīng)輸出響應(yīng) ； ? 被控對象飛升曲線為 C? 時的時間； ? 被控對象飛升曲線為 C? 時的時間； 經(jīng)過計算，可以得到如下結(jié)果 : ssTK15???? 由 于 ??Ta ? ，所以被控對象屬于難于 控制的情況，根據(jù)經(jīng)驗，對比例系數(shù)、積分時間常數(shù)