【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè) LSB約相當(dāng)于4mV。如溫度傳感器測(cè)定范圍為 0℃ ～ 50℃ 時(shí)，放大器 F的輸出為 0～ 5V，則一個(gè) LSB的變化相當(dāng)于50/255＝ 1/5℃ 即約為 ℃ 。 A/D變換器輸出的 8條線連接至輸入 /輸出接口電路 I/O。這里用的是 PIO，即并行輸入輸出芯片。它有兩個(gè)口子，每個(gè)口子有 8位。 A/D來的 8條線正好 接至 I/O的 PA口的 PA7， PA6， PA5， PA4， PA3，PA2， PA1及 PA0的引出端。因此 PA口就是輸入，這可由用戶程序來指定。 I/O的另一個(gè)口子 PB也有8條引出線，這里只用其兩條： PB7和 PB6。 PB7引至 K關(guān) (包括其前面的驅(qū)動(dòng)放大器 )， PB6則引至 K開。這就是說，口子 PB是作為輸出使用的，這也可以由用戶程序來指定。 現(xiàn)在可以來看看這個(gè)系統(tǒng)的控制過程了。 第一步： 將系統(tǒng)要求控制的過程，按照計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本動(dòng)作寫成程序，這個(gè)程序就是用戶程序。這個(gè)系統(tǒng)要求的控制過程可以歸納成下面幾點(diǎn)： (1) 初始化：規(guī)定口子 PA為輸入，口子 PB為輸出。 (2) 給定溫度值， TI℃ ，折算成數(shù)字量輸入至 RAM的數(shù)據(jù)區(qū)。 (3) 要求誤差 177。 ΔT℃ ，也要折算成數(shù)字量輸入至RAM的數(shù)據(jù)區(qū)。 (4) 當(dāng)對(duì)象溫度 T℃ ＞ TI℃ ＋ ΔT℃ 時(shí)，命令 K關(guān)動(dòng)作；即 PB7＝ 1， PB6＝ 0。即電動(dòng)閥關(guān)小。 (5) 當(dāng)對(duì)象溫度 T℃ ＜ TI℃ ΔT℃ 時(shí)，命令 K開動(dòng)作，即 PB7＝ 0， PB6＝ 1。即電動(dòng)閥開大。 (6) 當(dāng) TI℃ ΔT℃ ≤T℃ ≤TI℃ +ΔT℃ 時(shí)， BP7＝ 0， PB6＝ 0，即電動(dòng)閥不動(dòng)。 將這些要求先寫成匯編程序 (用助記符 )。并根據(jù)匯編語言設(shè)計(jì)手冊(cè)用機(jī)器語言將此匯編程序翻譯成目的程序 (即用機(jī)器碼寫成的程序 )。 第二步：將目的程序通過鍵盤 KB輸入到 RAM中去。 第三步： 由 LEG顯示器檢查每一條指令是否正確。 第四步： 由 A/D轉(zhuǎn)換器輸入端送入一個(gè)檢驗(yàn)電壓，模擬 WT及 F在給定的溫度附近應(yīng)輸出的電壓值。觀察 PB7及 PB6是否置位和置零符合上述的要求。觀察 PB7和 PB6的值也可通過 LED來顯示，因此時(shí)PB7及 PB6還未接至外電路去，以免產(chǎn)生誤動(dòng)作。 當(dāng)這些步驟都能正確通行時(shí)，稱為程序已經(jīng)“通過”。否則要加以修改，直至通過為止。最后，將WT和 A/D及 MC接通， K開， K關(guān)與 D接通，系統(tǒng)就可以運(yùn)行了。此系統(tǒng)的運(yùn)行過程和圖 一般閉環(huán)控制系統(tǒng)是完全一樣的。這就是說 MC加上 A/D在此系統(tǒng)中只相當(dāng)于一個(gè)比較環(huán)節(jié)的作用，這顯然 是大材小用而似乎是毫無必要了。當(dāng)然，如果用戶的要求僅此而已，是沒有必要用牛刀來殺雞的。不過，我們是想通過這個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)來說明微型計(jì)算機(jī)如何在系統(tǒng)中起到判斷的作用。 即使這樣一個(gè)系統(tǒng)，除了完成上述的閉環(huán)控制功能之外，還有如下潛力： (1) 可以實(shí)行溫度的程序控制，或稱為變溫管理。可以編一個(gè)一天 24小時(shí)內(nèi)溫度的變化過程，存放在 RAM中，這樣，控制對(duì)象將會(huì)自動(dòng)接受變溫。 (2) 可以編一個(gè)與誤差信號(hào) Δe成比例 +積分 +微分的程序輸入 RAM中，則可形成一個(gè) PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 (3) 可以編一個(gè)報(bào)警程序，當(dāng)溫度超過 40℃ 和低于 5℃ 時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)然，此時(shí)還得增加一點(diǎn)報(bào)警信號(hào)器，如燈光、蜂鳴器等。 由此可見，應(yīng)用計(jì)算機(jī)于控制方面，其靈活性和潛力是很大的。下一節(jié)就是在這一節(jié)的例子基礎(chǔ)上擴(kuò)大功能的一個(gè)例子。 微型計(jì)算機(jī)在多對(duì)象檢測(cè)及控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖 n個(gè)對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 P1至 Pn為 n個(gè)人工氣候室 (或其他的保溫裝置 )。每個(gè)對(duì)象的檢測(cè)器 (WT1至 WTn)也是用鉑電阻溫度傳感器，其輸出和圖 (F1~Fn)。各個(gè)對(duì)象也各有一個(gè)電動(dòng)閥 (D1～ Dn)以控制載熱介質(zhì)的輸入量。另外，則只用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器。和圖 的是，這里多了一個(gè)多路開關(guān) M，一個(gè)邏輯電路 LC和一臺(tái)微型打印機(jī) PR。 圖 多路開關(guān) M可以定時(shí)循環(huán)接通幾個(gè)檢測(cè)器 (WT1至WTn)，輪流將 n個(gè)模擬量送至 A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后送入計(jì)算機(jī) MC。每接通一個(gè) WT即有 8條并行線將 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)的 PA口的 8條引線。此數(shù)據(jù)到達(dá) PA口之后計(jì)算機(jī)即按照上節(jié)關(guān)于圖 系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行判斷，然后將結(jié)果送至 PB7及PB6。 PB7及 PB6的數(shù)據(jù)是用以控制電動(dòng)閥的正反轉(zhuǎn)的，但是，現(xiàn)在有幾個(gè)電動(dòng)閥 (D1～ Dn)，究竟應(yīng)去控制哪一個(gè)呢 ?當(dāng)然應(yīng)該控制送來檢測(cè)信號(hào)的那個(gè)對(duì)象的電動(dòng)閥。邏輯電路 LC就是用以達(dá)到這個(gè)目的的。為了使 WT與 D能一一對(duì)應(yīng)而不致混亂， MC還要送一個(gè)同步信號(hào) SYN給多路開關(guān) M及邏輯電路LC。 有了 M和 LC以及 SYN，每個(gè)對(duì)象就能在一個(gè)周期內(nèi)(比如一分鐘 )輪流被檢測(cè)一次和接受控制一次。這就叫做分時(shí)控制。對(duì)于每個(gè)對(duì)象來說，其電動(dòng)閥是在被檢測(cè)的瞬間接受控制的。這樣，如對(duì)象較多，循環(huán)周期較短，則控制電動(dòng)閥開或關(guān)的時(shí)間太短，以致不起作用。這時(shí)可在邏輯電路 LC中加一延時(shí)電路，使得每次電動(dòng)閥開或閉的時(shí)間保持一段時(shí)間(如 5秒 )，這樣就可以得到滿意的控制作用。 為要得到各次檢測(cè)的溫度值，可以將每個(gè)對(duì)象的溫度存于 RAM的一定的存儲(chǔ)單元中。在每次循環(huán)，或若干次循環(huán)后，可定時(shí)由打印機(jī)打出來，這就是巡回檢測(cè)。 由此可見，這個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到： ① 巡回控制；② 巡回檢測(cè)；③ 溫度程序控制 (即變溫管理 )；④ 閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑤ 自動(dòng)報(bào)警 (需另加報(bào)警器件 )。 所有這些功能，都是由于計(jì)算機(jī)的可編程序而實(shí)現(xiàn)的。這就是為什么計(jì)算機(jī)控制能夠有很大的適應(yīng)性的原因。 微型計(jì)算機(jī)在多變量尋優(yōu)系統(tǒng)中的應(yīng)用 在一個(gè)多變量 x1， x2， x3… 的系統(tǒng)中，各個(gè)變量可以在其受限制的范圍內(nèi)受到控制。當(dāng)這些變量改變時(shí)，系統(tǒng)中的某一個(gè)質(zhì)量指標(biāo) y也將隨之而變。即 y=f(x1， x2，x3…) 我們希望能控制 x1， x2， x3… 的大小，使 y為其最優(yōu)值 (最大或最小 )。這樣的問題稱為多變量尋優(yōu)的問題。這種問題在工農(nóng)業(yè)的科研和生產(chǎn)實(shí)踐中常會(huì)遇到。舉一個(gè)具體例子，也許有助于讀者的理解。 在一個(gè)人工氣候箱中培養(yǎng)植物，我們想考察一下光照強(qiáng)度 (L)、溫度 (T)、濕度 (H)以及空氣中二氧化碳含量濃度 (CO2)對(duì)植物光合作用的影響。光合作用的明顯現(xiàn)象為植物對(duì)二氧化碳吸收 (或稱攝取 )的 程度。如果我們以植物對(duì)二氧化碳攝取的快慢 (y)作為光合作用的指標(biāo)，則可得一個(gè)多變量系統(tǒng)的關(guān)系式： y＝ f［ L， T， H， (CO2)］ 問題就變成：如何控制 L， T， H和 CO2以得： y=Max 這個(gè)問題的解決，還將涉及最優(yōu)化理論的問題。這里不便在理論方面多加闡述，只是在如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)試驗(yàn)過程中應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的問題作一點(diǎn)介紹。也就是說，這里只介紹這樣的系統(tǒng)在硬件上應(yīng)包括哪些主要器件。至于尋優(yōu)過程的控制則是軟件設(shè)計(jì)的問題了。 圖 。其中各方框所代表的意義如所標(biāo)出的符號(hào)，已在上面各個(gè)圖中提到了。這里補(bǔ)充一些上面未有過的符號(hào)的意義。 圖 CB—— 控制電器板，其中包括繼電器及其驅(qū)動(dòng)放大器。 X1～ X4—— 是 4個(gè)傳感器，它們都是根據(jù)被檢測(cè)的變量而選用的。如它們測(cè)定的變量為光照，則為光照度傳感器，為溫度則為溫度傳感器，為濕度則為濕度傳感器等。 Y—— 為質(zhì)量指標(biāo)變送器，如此指標(biāo)為二氧化碳攝取量，則此變送器將把植物攝取二氧化碳的快慢變成電量輸出。 D1～ D4—— 也是執(zhí)行元件，這里可以是電動(dòng)閥，也可以是別的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程是根據(jù)用戶程序來進(jìn)行的。這個(gè)程序應(yīng)該編得能滿足下述各點(diǎn)要求： (1) 各個(gè)被測(cè)變量能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)于某一恒值，以便 Y在一定時(shí)間內(nèi)接受這些參數(shù)的影響。這就是說，在某一段時(shí)間內(nèi)，要求溫度、濕度、光照度等為一定值時(shí)，則系統(tǒng)處于這幾個(gè)變量的循環(huán)控制狀況，以保證它們自動(dòng)穩(wěn)定于該給定值。 (2) 在循環(huán)控制 X1～ X4的過程中，指標(biāo) Y的值也在循環(huán)檢測(cè)而被存入存儲(chǔ)器的一個(gè)指定的單元中。 (3) 當(dāng) Y值趨于穩(wěn)定 (即不上升或下降 )后，保存此 Y值，記作 Y先，以備下次比較之用。 (4) 判斷此時(shí)應(yīng)改變 X1～ X4中的哪個(gè)變量，以便 Y值再進(jìn)一步趨近于最優(yōu)值。 (5) 改變