【文章內(nèi)容簡介】 D 值儀表上限對應(yīng)的數(shù)字量 Nx 測量值對應(yīng)的 AD 值采樣值實際上是經(jīng)數(shù)字濾波后確定的采樣值 其中 AmAoNmNo 對一個檢測系統(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 對應(yīng)的溫度值為 0℃數(shù)字量最大值為 4095對應(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個發(fā)光二極管 DPX為顯示指針當(dāng) DPX 1 時顯示工作狀態(tài)下加熱爐的溫度值當(dāng) DPX 0 時顯示設(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 定時中斷子程序 89C51 單片機(jī)片內(nèi)有兩個 16 位定時器計數(shù)器即定時器 T0 和定時器 T1 他們都有定時和事件計數(shù)的功能可用于定時控制延時對外部事 件計數(shù)和檢測等場合 兩個 16 位定時器實際上都是 16 位加一計數(shù)器其中 T0 由兩個 8 位特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成 T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成每個定時器都可以由軟件設(shè)置為工作方式或計數(shù)方式及其他靈活多樣的可控功能方式 設(shè)置為工作模式時定時計數(shù)器 89C51 片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng) 12 分頻后的脈沖即每個機(jī)器周期使定時器的數(shù)值加 1直至計數(shù)溢滿當(dāng) 89C51采用 12MHZ晶振時一個機(jī)器周期為 1μ s 計數(shù)頻率為 1MHZ 89C51 單片機(jī)的定時計數(shù)器 T0 和 T1 可由軟件對特殊功能寄存器 TMOD 中控制位 C進(jìn)行設(shè)置以選擇定時計數(shù)功能對 M1和 M0位的設(shè)置對應(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 T0和 T1 的工作模式相同在模式 3 時兩個定時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)計數(shù)器對按鍵及其顯示進(jìn)行定時其流程圖如下 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控制器它具有原理簡單易于實現(xiàn)適用面廣控制參數(shù)相互獨立參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點而且在理論上可以證明對于 過程控制的典型對象 —— 一階滯后＋純滯后與二階滯后＋純滯后的控制對象 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)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法它的參數(shù)整定方式簡便結(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間間隔從信號的復(fù)線性來考慮采樣周期不宜過長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算機(jī)的工作時間和工作量卻隨著采樣周期的減小而增大所以每一個回路都有一個最佳的采樣周期 決定采樣周期 T 的因素有很多其中包括加于對象的干擾信號頻率對象的動態(tài)特性使用的控制算法和執(zhí)行器的類型控制回路數(shù)對象所要求的控制質(zhì)量等 總的來說當(dāng)計算機(jī)精度足夠時采樣周期與對象控制回路的過渡過程時間和主要擾動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 或取純滯后時間對串級系統(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)整定是一個復(fù)雜的過程一般需要根據(jù)被控對象慢慢進(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際應(yīng)用中比較麻煩因此在實際應(yīng)用中常用經(jīng)驗法確定 PID 的參數(shù)即根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律及不同調(diào)節(jié)對象的特征通過閉環(huán)試驗反復(fù)湊試找出最佳調(diào)節(jié)參數(shù) 本次設(shè)計的 PID 控制參數(shù)選用經(jīng)驗法的一種優(yōu)選法進(jìn)行確定具 體做法為根據(jù)經(jīng)驗先把其他參數(shù)固定然后用 0618 法對其中某一參數(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 符號標(biāo)志位為正 JNB ACC7MUL1 SETB F0 置 e n 符號標(biāo)志位為負(fù) CPL A INC A 取絕對值 MUL1MUL AB JNB F0MUL2 CPL A ADD A1 MOV R2A MOV AB CPL A ADDC A0 MOV BA MOV AR2 還原為補碼 MUL2RET 46 控制面板的設(shè)計 461 控制面板的介紹 對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 十分重要平臺在現(xiàn)代化的市場經(jīng)濟(jì)中產(chǎn)品的外觀設(shè)計對吸引購買者也起著很重要的作用所以控制面板的設(shè)計是一個非常講究技巧和美觀的工作 本人本著簡潔明快實用操作友好的思想同時從一定的審美角度進(jìn)行面板的設(shè)計設(shè)計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 4 位的數(shù)碼管顯示器鍵盤上一共有四個按鍵分別是設(shè)設(shè)置退出還設(shè)有四個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 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)相對應(yīng)具體操作如下長按設(shè)定按鍵即可進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)第一次長按設(shè)定按鍵 3s 左右進(jìn)入溫度上限值設(shè)定同時溫度上限指示等亮此時按鍵便可對溫度上限值進(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可輸入溫度下限值連續(xù)三次長按設(shè)定按鍵進(jìn)入溫度值設(shè)定連續(xù)四次長按設(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)試通常包括實驗室硬件聯(lián)調(diào)實驗室軟件聯(lián)調(diào)實驗室系統(tǒng) 仿真仿真考機(jī)運行和現(xiàn)場安裝調(diào)試等幾個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)總裝以后首先要進(jìn)行實驗室條件下的系統(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)軟件的錯誤在軟件調(diào)試過程中有時也會發(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)場以前還必須在實驗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)運行正確無誤后再進(jìn)入現(xiàn)場安裝運行成功并經(jīng)過一定時間的使用最終驗收合格才算完成整個系統(tǒng)的設(shè)計工作 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 邏輯錯誤 它是由設(shè)計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的這類錯誤包括錯線開路短路相位錯等 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誤造成元件失效如電解電容二極管的極性錯誤集成電路安裝方向錯誤等 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造成系統(tǒng)時好時壞經(jīng)不起振動內(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)計要求電源引線和插座不對功率不足負(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)的讀寫指令對樣機(jī)的存儲器 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地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)的控制電平通過對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)動板 AD 及 DA 板等再對這部分進(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)供電不足或聯(lián)機(jī)時公共地線接觸不良或用戶系統(tǒng)主板負(fù)載過大或用戶的各級電源濾波不完善等對這些問題一定要查出原因并加以排除 512 脫機(jī)調(diào)試 在樣機(jī)加電以前先用萬用表等工具根據(jù)硬件電氣原理和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性并核對元器件的型號規(guī)格和安裝是否符合要 求特別應(yīng)注意電源的走線防止電源線之間短路和極性錯誤并檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互短路或與其他信號線的短路 對于樣機(jī)所用電源事先必須單獨調(diào)試調(diào)試好后檢查其電壓值負(fù)載能力極性等均符合要求才能加到系統(tǒng)的各個部件上在不插芯片的情況下加電檢查各插件上引腳的電位仔細(xì)測量各點電位是否正常尤其應(yīng)注意 89C51 插座上各電位是否正常若有高壓聯(lián)機(jī)時將損壞仿真器 在脫機(jī)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無法復(fù)位經(jīng)檢查知電路中沒有接入復(fù)位電路經(jīng)接入上電復(fù)位方式的復(fù)位電路后系統(tǒng)運行正常 52 軟件調(diào)試方法 軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計技術(shù)有關(guān)如果 采用模塊程序 設(shè)計技術(shù)則逐個模塊分別調(diào)試調(diào)試各子程序時一定要符合現(xiàn)場環(huán)境即入口條件和出口條件調(diào)試手段可采用單步或設(shè)置斷點運行方式通過檢查系統(tǒng) CPU 的現(xiàn)場 ARM 的內(nèi)容和 IO口的狀態(tài)檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求通過檢測可發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤機(jī)器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址的錯誤同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障軟件算法及硬件設(shè)計錯誤在