【正文】 Technical Institute of ,(03). [11] Mark ． Network Hardware Making the Connection[M]. New York:Academic Pr.,. [12] Frank Doyle. Control System Technology and IEEE Transactions on [J].Control System Technology,2022， 12． 冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì) 32 附錄 A 原理圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9上拉電阻X1X212345678RST91011121314151617X218X119Vss202122232425262728PSEN
。如果再加上少許外圍器件，在軟件方面采用模糊控制技術(shù)，可以使電冰箱的智能化大大提高。 ，提高軟件質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)了電冰箱溫度的自動(dòng)控制。 冰箱檢測(cè)裝置在冰箱生產(chǎn)線上具有重要實(shí)際意義，該冰箱檢測(cè)裝置系統(tǒng)完全可以代替人工檢測(cè)，而且檢測(cè)結(jié)果較為正確，大大提高了企業(yè)的自動(dòng)化程度，有助于企業(yè)管理，其成本也是中小型制冷設(shè)備制造企業(yè)能夠接受的，可以考慮應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。采用位式控制和 PID 控制結(jié)合的方式使得控制誤差≤ ℃，支持Modbus 現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議與工控計(jì)算機(jī)的組態(tài)軟件直接掛接，完成了課題技術(shù)的要求。 STCISP 軟件就是這一過(guò)程中的橋接部分，它是將 Keil C51 生成后綴名為 .HEX 的文件寫入 STC 單片機(jī)的下載軟件。它可以用于編寫、調(diào)試和軟件仿真所有的 51 內(nèi)核控制器，也可以和 IDE 連接進(jìn)行芯片的在線調(diào)試。Vision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 Keil 181。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。這種匯編軟件稱為編譯器。 CPU 真正可以執(zhí)行的是機(jī)器碼，用匯編語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編寫的源程序必須轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼才能運(yùn)行，轉(zhuǎn)換的方法有手工匯編和機(jī)器匯編兩種，前者目前已經(jīng)極少使用。由于 Protel 99 和 Protel 98 在實(shí)際 繪圖方面的許多操作是相同的，本章主要介紹 Protel 99 的文件管理方式和基本操作要領(lǐng)。對(duì)于熟悉 Protel 98 的讀者，只要掌握 Protel 99 的文件管理方式，就可在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用 Protel 99。 Protel 99 繼承了 Protel 98 的所有優(yōu)點(diǎn)，新增的功能使整個(gè)電路設(shè)計(jì)更加快捷、方 便。圖中，電容起到濾波和隔離的作用。開(kāi)關(guān)電源大致原理是將工頻電壓整流變成直流，在經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行調(diào)整，將直流變成交流，該電源為降壓型開(kāi)關(guān)電源，輸出交流電壓 9V，經(jīng)二極管整流，再將三端穩(wěn)壓塊 LM7805 和 LM7905穩(wěn)壓到 +5V 和 — 5V 給系統(tǒng)供電。 TOP200 的工作原理是利用反饋電流 IC 來(lái)調(diào)節(jié)占空比 D，達(dá)到穩(wěn)壓的目的， 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 開(kāi)關(guān)電源電路 本次設(shè)計(jì)中的開(kāi)關(guān)電源將 220VAC 通過(guò)開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓電路輸出 +5V 和 5V 電壓， 給模塊中的各部分電路提供工作電源． 圖 310 開(kāi)關(guān)電源 電路 交流輸入電壓范圍為 85V~265VAC 輸入電網(wǎng)頻率 f=47HZ~440HZ，電壓調(diào)整率SV=? %，負(fù)載調(diào)整率 SI=? 1%，電源效率達(dá) 80%，輸出紋波電壓最大值為 ? 50mv，該電源采用帶穩(wěn)壓管的光耦反饋工作方式，電路中 TOP 為 TOP200 型單片開(kāi)關(guān)電源。當(dāng)ID 過(guò)大時(shí)，令 MOSDET 關(guān)斷，起到過(guò)流保護(hù)作用）； 過(guò)熱保護(hù)及上電復(fù)位電路（當(dāng)芯片結(jié)溫 Tj135 攝氏度，關(guān)斷輸出級(jí)）； 關(guān)斷 /自動(dòng)重啟電路（當(dāng)調(diào)節(jié) 失控時(shí)，立即使芯片在低占空比下工作。這三個(gè)引腳分別為控制端 C，源極 S，漏極 D。另外，它比普通線性電源具有更高的質(zhì)量、效率和可靠性。 圖 55 通信程序流程圖 串口接受中斷 是否通過(guò) CRC 校驗(yàn) 判斷協(xié)議命令號(hào) 發(fā)送數(shù)據(jù) 判斷協(xié)議命令號(hào) 是 否 冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì) 26 第 6章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) TOP200工作原理 為減小設(shè)計(jì)電路的體積、提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本系統(tǒng)采用的是由 TOP200 構(gòu)成的正負(fù) 5V 開(kāi)關(guān)電源。數(shù)據(jù)沒(méi)幀為 8 個(gè)字節(jié)，具體格式如表 5 52 所示。 冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì) 24 圖 54 PID算法流程圖 通信程序流程圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 PC 機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通信，采用標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 協(xié)議。 所以據(jù)上所述，本系統(tǒng)采用積分分離型控制算法， 既能夠快速調(diào)節(jié)，也能達(dá)到控制精度的要求。 3． 積分分離型控制算法 )]1()([)()()( ????? ? kekeKjeKkeKku dkjip ? (53) 當(dāng) |e(k)|△ e 時(shí)， β=0，即偏差比較大時(shí)，采用 PD 控制，可避免較大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。 （ 2）在 k 時(shí)刻的輸出 )(ku ，只需要用到此時(shí)刻的偏差及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差1?ke 、 2?ke 和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。 如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。常用的 PID 算法有： 1．位置型控制算法 )]1()([)()()( ????? ? kekeKjeKkeKku dkjip (51) 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn) 換器 讀取 A/D 值 將 A/D 值轉(zhuǎn)換成電阻值 查詢標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)值 將電阻值轉(zhuǎn)換成溫度值 子程序返回 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 其中， )(ku 為全量輸出，它對(duì)應(yīng)于被控對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)第 k 次采樣時(shí)刻應(yīng)到達(dá)的位置。這部分程序的功能是啟動(dòng)TLC549 開(kāi)始一次新的轉(zhuǎn)換，判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并作處理，同時(shí)，單片機(jī)將AD 值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值，并控制電磁閥的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)冰箱環(huán)境溫度的恒定。如圖 51 所示： 圖 51 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化程序流程圖 系統(tǒng)初始化是是系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)期望運(yùn)行的必要條件，包括對(duì)內(nèi)部或外部可編程模塊的初始化，以及所用到的全局變量作初始賦值。目前最常用的就是RTU 模式，即二進(jìn)制方式。硬件系統(tǒng)能選擇設(shè)置ASCII 或 RTU 兩種傳輸模式中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 網(wǎng)絡(luò)中通信。 CRC 添加到消息中時(shí)，低字節(jié)先加入，然后高字節(jié)。在最后一位（第8位）完成后，下一個(gè) 8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。 LSB 被提取出來(lái)檢測(cè)，如果 LSB 為 1，寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下，如果 LSB 為 0，則不進(jìn)行。僅每個(gè)字符中的 8Bit 數(shù)據(jù)對(duì) CRC 有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的 CRC，并與接收到的 CRC 域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。 CRC校驗(yàn) CRC 域是兩個(gè)字節(jié)，包含一 16 位的二進(jìn)制值。 LRC 校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，它在 ASCII 協(xié)議中使用，檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車換行號(hào)外的內(nèi)容。 LRC校驗(yàn) LRC 域 是一個(gè)包含一個(gè) 8 位二進(jìn)制值的字節(jié)。但是因?yàn)樗鼈鬏數(shù)亩际强梢?jiàn)的 ASCII 字符，RTU 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每一個(gè)字節(jié) ASCII 都要用兩個(gè)字節(jié)來(lái)傳輸，比如 RTU 傳輸一個(gè)十六進(jìn)制數(shù) 0xF9,ASCII 就需要傳輸 ’F’’9’的 ASCII 碼 0x39 和 0x46 兩個(gè)字節(jié)，這樣它的傳輸?shù)男示捅容^低。所以在這里我僅介紹一下 Modbus 的 ASCII 和 RTU 協(xié)議。因此， Modbus 協(xié)議的可靠性較好。 Modbus 協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外， ASCII 模式采用LRC 校驗(yàn)， RTU 模式采用 16 位 CRC 校驗(yàn)，但 TCP 模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)?TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)的 Modicon控制器使用 RS232C 實(shí)現(xiàn)串行的 Modbus。 Modbus 協(xié)議包括 ASCII、 RTU、 TCP 等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。 當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)， Modbus 協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。許多工業(yè)設(shè)備，包括 PLC，DCS，智能儀表等都在使用 Modbus 協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。 冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì) 18 圖 39 開(kāi)關(guān)量輸出 電路 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 4章 Modbus 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議 Modbus 協(xié)議最初由 Modicon 公司開(kāi) 發(fā)出來(lái)，在 1979 年末該公司成為施耐德自動(dòng)化(Schneider Automation)部門的一部分，現(xiàn)在 Modbus 已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。電磁閥的工作原理非常簡(jiǎn)單，阻流板就象一個(gè)閘門，一個(gè)彈簧讓它處于關(guān)閉狀態(tài)，上面一個(gè)電磁鐵芯，鐵芯（低部橡膠）壓在阻流板中間（凸起）的一個(gè)小眼兒上，外面一個(gè)電磁線圈，接通電源后鐵芯別吸上去，小眼兒開(kāi)始進(jìn)氣，壓力達(dá)到頂開(kāi)彈簧后電磁閥打開(kāi) 。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到降低溫度的目的。高壓液體經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、節(jié)流機(jī)構(gòu)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 38 RS485接口 電路 開(kāi)關(guān)量輸出電路 壓縮機(jī) 工作原理是制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。由于整個(gè)傳輸通道的兩端均有光電隔離，故 無(wú)論是 PC 機(jī)還是單片機(jī)都不會(huì)因數(shù)據(jù)傳輸線上可能遭受到的高壓靜電等的干擾而出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，再通過(guò)另一個(gè) RS485 接口芯片，將電流環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)。為了避開(kāi)采用 RS485 通信協(xié)議的上述問(wèn)題，我們決定自制 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和 PC 機(jī)之間的通信。因此，為了實(shí)現(xiàn) RS485 協(xié)議的串行通信，必須在 PC 機(jī)側(cè)配置 RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，或者購(gòu)買適合 PC 機(jī)的 RS485 卡。為了保證下位機(jī)的數(shù)據(jù)能高速及時(shí)、安全地傳送至上位 PC 機(jī)，單片機(jī)和 PC 機(jī)之間采用 RS485 協(xié)議的串行通信方式較為合理。在工作中，單片機(jī)需要定時(shí)向上位 PC 機(jī)傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。半雙工通信的芯片有 SN7517SN7527 SN75LBC18 MAX48 MAX 148 MAX308 MAX1483 等；全雙工通信的芯片有 SN7517 SN75180、 MAX488~MAX49 MAX1482 等。表 1 為一 些常見(jiàn)芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。根畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn) RS485 接口的輸入阻抗為≥ 12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32。 RS485 接口標(biāo)準(zhǔn) 傳輸方式：差分 傳輸介質(zhì)：雙絞線 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)： 32 最遠(yuǎn)通信距離： 1200m 共模電壓最大、最小值： +12V； 7V 差分輸入范圍： 7V～ +12V 接收器輸入靈敏度：177。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。如何在種類繁多的接口芯片中 找到最合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。由此設(shè)計(jì)如下圖： 冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì) 14 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 RS485接口 RS485 簡(jiǎn)介 RS485 接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。按照 TC549 嚴(yán)格的時(shí)序，它在完成 A/D 轉(zhuǎn)換后，其串行輸出的 A0～ A7 二進(jìn)制數(shù)據(jù)可由時(shí)序控制，并串行輸出到申入并出的移位寄存器。它適臺(tái)完成單通道 8 位轉(zhuǎn)換，即比較適合在速度要求不高時(shí)，組成一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因?yàn)樾酒m在第 4 個(gè) I／ O CLOCK 時(shí)鐘的下降沿開(kāi)始采樣，卻在第 8 個(gè) I／ O CLOCK 的下降沿才開(kāi)始保存。但應(yīng)注意，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果 CS為低時(shí)， I／ O CLOCK 上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器，控制器將與器件的 I／ O時(shí)序失去同步；而在 CS 為高時(shí)若出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。然后使保持功能持續(xù) 4 個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，接著開(kāi)始進(jìn)行 32 個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的 A／ D 轉(zhuǎn)換。這種 CS 控制作用允許在同時(shí)使用多片 TLc549 時(shí)，共用 I／ O CLOCK，以減少多路 (片 )A／ D 使用時(shí)的 I