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单片机应用技术

单片机应用技术. 项目三 智能温控装置. 第 3 讲 智能温控装置综合项目. 《 单片机应用技术 》 精品课程组. 湖北职业技术学院机电工程系. 1 设计任务与要求. 2 总体论证. 3 系统设计. 4 硬件开发. 5 软件开发. 单片机应用技术. 本讲主要内容. 单片机应用技术. 1 设计任务与要求. 1.1 基本要求. 一升水由 1kw 的电炉加热 , 要求水温可以 在一定范围内由人工设定 , 并能在环境温 度降低时实现自动调整 , 以保持设的的温 度基本不变. 单片机应用技术. 1 设计任务与要求.

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Presentation Transcript

  1. 单片机应用技术 项目三 智能温控装置 第3讲 智能温控装置综合项目 《单片机应用技术》精品课程组 湖北职业技术学院机电工程系

  2. 1 设计任务与要求 2 总体论证 3 系统设计 4 硬件开发 5 软件开发 单片机应用技术 本讲主要内容

  3. 单片机应用技术 1 设计任务与要求 1.1 基本要求 一升水由1kw的电炉加热,要求水温可以 在一定范围内由人工设定,并能在环境温 度降低时实现自动调整,以保持设的的温 度基本不变.

  4. 单片机应用技术 1 设计任务与要求 1.2 主要性能指标 • 1.温度设定范围:40~90°C,最小区分度为1 °C • 2.控制精度:温度控制的静态误差<1 °C • 3.用十进制数码显示实际水温. • 4.能打印实际测量值

  5. 单片机应用技术 1 设计任务与要求 1.3 扩展功能 • 1.具有通信能力 • 2.采用适当的控制方法减小系统的调节时间和超调量 • 3.温度控制的静态误差<0.2 °C • 4.能自动显示水温随时间变化的曲线

  6. 单片机应用技术 2 总体论证 • 1.总体方案确定 • 2.确定系统功能,性能指标

  7. 单片机应用技术 2 总体论证 2.1 总体方案确定 • 1.控制方案选择: A 输出开关量控制 B 比例控制(P控制) C 比例积分控制(PI控制) D 比例积分加微分控制(PID控制) • 2.系统组成: 本例将单片机为核心构建控制应用系统

  8. 单片机应用技术 2 总体论证 2.2 确定系统功能,性能指标 • 本系统具备的功能: 1.可以进行温度设定,并自动调节水温 2.可以调整PID控制参数,满足不同的要求 3.可以实时显示给定温度与水温实测值 4.可以打印给定温度和水温实测值 • 本系统主要性能指标如下: 1.温度设定范围:40~90 °C,最小区分度为1 °C 2.温度控制静态误差<1 °C 3.双3位LED数码管显示 4.采用微型打印机打印

  9. 单片机应用技术 3 系统设计 • 1 软,硬件功能划分 • 2 系统功能划分,指标分配和框图构成

  10. 单片机应用技术 3 系统设计 3.1 软,硬件功能划分 • 1.速度估算 经计算得到:在不考虑容器热容量和环境温度影响的情况下,用1kw电炉加热1升水并使水温上升1k所需的时间为4.186s,由此可见,对于指令执行时间极其短的单片机系统来说,控制速度几乎没有任何限制. • 2.软、硬件功能划分 硬件主要功能：温度信号的传感,放大,A/D转换 及输出信号的功率放大. 软件主要功能：PID运算,输入信号滤波,大部分 控制过程.

  11. 单片机基本系统 信号放大 A/D 传感器 键盘显示 微型打印机 电炉 功率放大 系统组成方框图 单片机应用技术 3 系统设计 3.2系统功能划分,指标分配和框图构成

  12. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.1硬件电路设计与制作 输入通道硬件线路设计

  13. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.1硬件电路设计与制作 输出通道硬件线路设计

  14. 单片机应用技术 人机对话通道

  15. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.2硬件电路的调试 • 1.单片机基本系统调试 • 2.人机通道调试 • 3.前向通道调试 • 4.后向通道调试

  16. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.2硬件电路的调试 1、单片机基本系统调试 • A 晶振电路 • B 复位电路 • C 电源

  17. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.2硬件电路的调试 人机通道调试 • A LED显示 • B 键盘输入

  18. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.2硬件电路的调试 前向通道调试 • A 静态工作点调整 • B A/D转换器调试

  19. 单片机应用技术 4 硬件开发 4.2硬件电路的调试 后向通道调试 • A 静态调试 • B 动态调试

  20. 单片机应用技术 5 软件开发 • 1 确定输入/输出关系、数学模型和算法 • 2 划分程序模块,编写程序流程图 • 3 编写程序并翻译成目标程序 • 4 软件调试

  21. 单片机应用技术 5 软件开发 5.1 确定输入/输出关系、数学模型和算法 • PID控制是应用最普遍的控制规律,技术上最成熟,技术人员也习惯采用.本系统由于采用了单片机,各种PID算法的实现只需更改应用程序而无需对硬件做任何改变,因此可适应于很多工业生产过程.

  22. 单片机应用技术 5 软件开发 5.2 划分程序模块,编写程序流程图 • 1.主程序 • 2.键盘输入中断服务程序 • 3.修改PID参数子程序 • 4.设定温度子程序 • 5.运行子程序 • 6.定时中断服务程序 • 7.水温检测子程序 • 8.PID算法子程序 • 9.脉宽调制输出子程序

  23. 单片机应用技术 5 软件开发 初始化 有键入? N Y 输入键值跳转到相应子程序 调修改PID 参数子程序 调设定温度子程序 调运行子程序 调打印子程序 主程序

  24. 单片机应用技术 5 软件开发 保护现场 读入键值 设置键入标志 恢复现场 返回 键盘输入中断服务程序

  25. 单片机应用技术 5 软件开发 开始 显示K1 修改KC 显示KC Y … 数字键? N Y 显示KD 确认键? N 返回 存储KC N 取消键? Y 修改PID参数子程序

  26. 单片机应用技术 5 软件开发 设定温度子程序 • 与修改PID参数子程序类似.

  27. 单片机应用技术 返回 5 软件开发 初始化 运行子程序 N 定时时间到? Y N 有键入? 调用水温检测子程序 Y N 显示实测水温 取消键? Y 调用PID算法子程序 关输出 返回 调用脉宽调制输出子程序

  28. 单片机应用技术 5 软件开发 保护现场 设置定时已到标志 恢复现场 返回 定时中断服务程序

  29. 单片机应用技术 5 软件开发 入口 启动A/D转换 转换完成? N Y 读取转换结果 返回 水温检测子程序

  30. 单片机应用技术 5 软件开发 入口 保存中间变量… 调内存中… 计算可控硅导通时间… 计算… 返回 PID算法子程序

  31. 单片机应用技术 5 软件开发 入口 P12输出低电平 设定延时时间为t(k) 延时时间到? N Y P12输出高电平 返回 脉宽调制输出子程序

  32. 单片机应用技术 5 软件开发 5.3 编写程序并翻译成目标程序 • 将上述程序流程图依次细化,并将各程序模块连接起来就可组成一个完整的程序.

  33. 单片机应用技术 5 软件开发 5.4 软件调试 • 1.测试程序输入条件或设定程序输入条件 • 2.以单步,断点或跟踪方式运行程序. • 3.检查程序运行结果 • 4.运行结果不正确时查找原因,修改程序,重复上述过程.

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