基于msp430單片機(jī)的溫度測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)-wenkub.com
2025-06-20 16:08 本頁(yè)面
【正文】 在此，對(duì)他們表示由衷的感謝！單片機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，人們總是處在不斷學(xué)習(xí)階段，再加上我水平有限，所以本設(shè)計(jì)肯定存在許多不盡如人意的地方，歡迎廣大老師和同學(xué)批評(píng)指正。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高、系統(tǒng)成本低。開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、易用、方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。將求得的各參數(shù)值加入 PID 控制器,閉環(huán)運(yùn)行,觀察控制效果,并作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以獲得比較滿意的效果。控制度的選擇要從所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求出發(fā)?？刂贫?，就是以連續(xù)時(shí)間 PID 控制器為基準(zhǔn)，將數(shù)字 PID 控制效果與之相比較。（2）用選定的 TS 使系統(tǒng)工作。實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整 PID 參數(shù)的方法中較常用的是擴(kuò)充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡(jiǎn)單易行。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的 50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。工程上，PID 控制器的參數(shù)常常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，通過(guò)試湊，或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定 [14]。工程上，一般要求整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，對(duì)給定量的變化能迅速響應(yīng)并平滑跟蹤，超調(diào)量小；在不同干擾作用下，能保證被控量在給定值；當(dāng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)能保持穩(wěn)定等。對(duì)于 PID 調(diào)節(jié)器，當(dāng)偏差值輸出較大時(shí)，輸出值會(huì)很大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中，需要對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出限幅 [13]，即當(dāng) u|u max 時(shí)，令 u=u max 或 u=u max，或根據(jù)具體情況確定。 數(shù)字 PID在一定的控制系統(tǒng)中, 首先將需要控制的被測(cè)參數(shù)(如溫度) 由傳感器轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)后再與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較, 把比較得到的差值信號(hào)經(jīng)過(guò)一定規(guī)律的計(jì)算后得到相應(yīng)的控制值, 將控制量送給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制, 不停地進(jìn)行上述工作, 從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。堆棧保護(hù)開(kāi)始屏蔽 T1 中斷啟動(dòng) A/D重置 M=200M=0?M=M1N=0?輸出控制信號(hào)置低輸出控制信號(hào)置高YNNY圖 8 T1 定時(shí)中斷流程圖圖中，M 代表定時(shí)器控制周期計(jì)數(shù)值，N 則表示由調(diào)節(jié)器計(jì)算出的控制量。MSP430 的 T1 定時(shí)器中斷作為控制中斷，溫度采樣過(guò)程和控制輸出過(guò)程采用了互鎖結(jié)構(gòu)，即在進(jìn)行溫度采樣，溫度值處理和運(yùn)算等過(guò)程時(shí) T1 不定時(shí)，待采樣全過(guò)程進(jìn)行完時(shí)再啟動(dòng) T1 定時(shí)并同時(shí)屏蔽采樣中斷。然后將計(jì)算到的平均值作為測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。圖 7 為采樣中斷流程圖。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)超限數(shù)據(jù)顯示報(bào)警YN 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制器控制溫度時(shí)采用通斷控制的控制方法，通過(guò)改變給定控制周期內(nèi)加熱和制冷設(shè)備的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來(lái)提高和降低溫度，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。系統(tǒng)流程圖如圖6所示。由于報(bào)警的上限和下限需要設(shè)置，因此主程序先檢查FLASH里面的溫度傳感器EEROM里的溫度報(bào)警門(mén)限是否需要修改。其中，單片機(jī)的 P1．4～P1．7 與 75451 的輸入相接，對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管的 4 位實(shí)現(xiàn)位選。當(dāng)溫度傳感器采集到的值超出報(bào)警范圍時(shí)，令P3．1=1 則可實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，圖 5[11]為報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn)。 提示報(bào)警系統(tǒng)方案 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)采用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來(lái)提示用戶，電路較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，也能將蜂鳴器前面加驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)喇叭，擴(kuò)大音效，實(shí)用方便，能達(dá)到很好的提示和報(bào)警作用。對(duì)于晶體管放大電路，電源的極性和大小應(yīng)使晶體管基極與發(fā)射極之間處于正向偏置；而集電極與基極之間處于反向偏置；即保證晶體管工作在放大區(qū)。所以分析電路時(shí)，在直流通路中電容視為開(kāi)路，在交流通路中電容視為短路。改變 RB使晶體管有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 Rc是晶體管的集電極負(fù)載電阻。共發(fā)射極電壓放大器電路的組成如圖 4 所示: C2 C1 V + RC + Rb UO RL Ui Vbb VCC 圖 4 共射極基本放大器 VCC是放大電路的能源,為輸出信號(hào)提供能量，并保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)。選取該巴特沃斯二階有源低通濾波電路的截止頻率 FH=10kHz 信號(hào)放大部分設(shè)計(jì)電壓放大器的任務(wù)是對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。圖 3 為放大電路原理圖 [10]。 熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度特性,當(dāng)溫度升高時(shí),電阻值減小,它的阻值—溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線,非線性度較大。方案二：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)不用作任何處理直接送給單片機(jī)，因?yàn)槠錇閱慰偩€器件，所以接口相對(duì)簡(jiǎn)單 [8]，而且相比熱敏電阻傳感器，其精度和靈敏度也符合一定要求。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波 [7]。本設(shè)計(jì)中采集溫度用 MSP430 單片機(jī)完成，MSP430 單片機(jī)是 TI 公司具有代表性的一種超低功耗單片機(jī)，其處理功能強(qiáng)大，功耗非常低。支持外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器是將來(lái)性能增強(qiáng)的目標(biāo)。對(duì) CGl、CG2 訪問(wèn)的尋址模式可以區(qū)分常數(shù)的數(shù)據(jù)。CPU 由一個(gè) 16 位的 ALU、16 個(gè)寄存器和一套指令控制邏輯組成。適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境 MSP430 系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為40～+85℃，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)為 A／D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時(shí)器具有捕獲／比較功能，大量的捕獲/比較寄存器,可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生等； 方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OTP 型、FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能模塊所需的時(shí)鐘。因而可使其在 1 MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在 ～400μA 之間。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。這種以 Flash 技術(shù)與 FET 開(kāi)發(fā)工具組合的開(kāi)發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶提供了一種較為理想的樣機(jī)開(kāi)發(fā)方式。 MSP430 單片機(jī)系列簡(jiǎn)介MSP430 系列是一個(gè) 16 位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，在1996 年問(wèn)世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開(kāi)發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。2 選題依據(jù) 溫度控制器的發(fā)展概況及現(xiàn)狀在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位?？刂扑惴ɑ跀?shù)字 PID 算法。2022 屆
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