测控技术设计与实现预习实验报告

实验报告

班级：电技171 姓名：学号：组别： 10

课程名称：单片机原理及系统设计实验室：学院楼综合实验室实验时间： 2019.03.11-2019.03.22

实验项目名称：测控技术设计与实现

一、实验目的：

1.对所需的电子线路基单片机原理等方面知识综合训练，巩固所

学知识，提高应用能力。

2.培养独立分析问题和解决问题的能力，提高所学知识解决实际

问题的能力。

3.提高设计及动手操作能力，对今后的学习及将来工作起到促进

作用。

二、实验内容及原理：

1.实现基于单片机的步进电机测控系统：

利用基于单片机的温度测控系统，实现对环境温度的测量、显示，并且通过对环境温度的变化实现对步进电技转速、方向的控制。使用MATLAB对不同温度对应的方向和转速进行拟合，得到步进电机转速与温度的函数，写入程序。当温度低于室温时，电机逆时针转动；当温度高于室温时，电机顺时针转动。高于室温

时，温度升温电机加速旋转，降温电机减速旋转；低于室温时，降温电机加速旋转，升温电机减速旋转。

2.电机工作原理

该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。开始时，给B极输入高电平，A、C、D输入低电平，B 相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D 相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当给C输入高电平，B、A、D输入低电平时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C 相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

3.实验电路

三、实验器材

设备和元器件：单片机、温度传感器、步进电机

软件工具和平台：keil、proteus、matlab、c语言

四、实验步骤

1.单片机初始化、读时序、写程序、DS18B20温度检测模块：

2.Matlab建模

3.烧录测试单片机

4.调节设定的室温及处理出现的问题

五、实验数据及结果分析：

实验程序：

#include #include <18b20.h> #define u_8 unsigned char #define U_int16 unsigned int sbit Fuhao=P2^0; sbit ShiWei=P2^1; sbit GeWei=P2^2; sbit XiaoShu=P2^3; sbit Beep= P3^3; sbit DS=P3^2; //define interface int temp; // variable of temperature uchar flag1; // sign of the result positive or negative void delay(uint count) //delay { uint i; while(count) { i=200; while(i>0) i--; count--; } } void dsreset(void) //?nd reset and initialization command { uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i--; DS=1; i=4; while(i>0)i--; } bit tmpreadbit(void) //read a bit { uint i; bit dat;

DS=0;i++; //i++ for delay DS=1;i++;i++; dat=DS; i=8;while(i>0)i--; return (dat); } uchar tmpread(void) //read a byte date { uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i++) { j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); } return(dat); } void tmpwritebyte(uchar dat) //write a byte to ds18b20 { uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) //write 1 { DS=0; i++;i++; DS=1; i=8;while(i>0)i--; } else { DS=0; //write 0 i=8;while(i>0)i--; DS=1;

i++;i++;

}

}

}

void tmpchange(void) //DS18B20 begin change

{

dsreset();

delay(1);

tmpwritebyte(0xcc); // address all drivers on bus

tmpwritebyte(0x44); // initiates a single temperature conversion

}

uint tmp() //get the temperature

{

float Temperature;

uchar a,b;

EA=0;

dsreset();

delay(1);

tmpwritebyte(0xcc);

tmpwritebyte(0xbe);

a=tmpread();

b=tmpread();

temp=b;

temp<<=8; //two byte compose a int variable

temp=temp|a;

if(temp<0)

{

temp=temp-1;

temp=~temp;

Temperature=temp;

temp=Temperature*0.0625*100+ 0.5;

DiplayData[0]=16;

} else

{

Temperature=temp*0.0625;

temp=Temperature*100+0.5;

Temperature*10+0.5

DiplayData[0]=0;

}

EA=1;

return temp;

}

u_8 code ShuMaGuan[]={0Xc0,0xf9,0xa4,0xb 0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90 ,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e} ;//12ò?

u_8 code ShuMaGuanA[]={0x09,0x01,0x03,0x 02,0x06,0x04,0x0c,0x08};

u_8 code ShuMaGuanB[]={0x08,0x0c,0x04,0x 06,0x02,0x03,0x01,0x09};

u_8 DiplayData[8];

u_8

Time,SaoMiaoFlag=0,HighTemp,Low Temp,SampleFlag,ZhengFanZhuan,i 0=0,c0=0;

U_int16 Tem,ZhuanCounter=0;

int ZhuanSpeed = 1;

void Timer0Cofig(void)

{

TMOD = 0x01;

TH0 = 0xfc;

TL0 = 0x18;

EA = 1;

ET0 = 1;

TR0 = 1;

}

void main()

{

P1=ShuMaGuanA[0];

Timer0Cofig();

while(1)

{

if(SampleFlag==1&&Time>10)

{

tmpchange();

Tem=tmp();

//Temperature-=100;

Tem=Tem/100;

if(Tem>27)

Beep=1;

else

Beep=0;

if(Tem>=27)

{

ZhengFanZhuan=1;

//ZhuanSpeed=1;

ZhuanSpeed

=(-2597)*Tem.^(-1.456)+49.98;//?y?ó?ù

}

else if(Tem>22)

{

ZhengFanZhuan=1;

ZhuanSpeed = 0.0777*exp(0.2007

*Tem)￡?//?y???ù

}

else if(Tem>15)

{

ZhengFanZhuan=0;

//ZhuanSpeed = (-0.032428*(float)(Tem)*(float) (Tem)+1.142359*(float)(Tem)

-4.5); //30

ZhuanSpeed = -6.039e-05*.Tem^4.415+32.91;

}

else

{

ZhengFanZhuan=0;

//ZhuanSpeed=2;

//30

ZhuanSpeed =335.4*Tem.^(-0.3786)-108.7;//D

?óú15￡?·′?ó?ù

}

if(ZhuanSpeed<1)

ZhuanSpeed=2;

HighTemp= Tem/100;

LowTemp= Tem%100;

DiplayData[1]=HighTemp/10;

DiplayData[2]=HighTemp%10;

DiplayData[3]=LowTemp/10;

SampleFlag=0;

}

}

}

void Timer0() interrupt 1

{

TH0 = 0xf6;

TL0 = 0x3c;

Time++;

if(Time>=200)

{

Time=0;

SampleFlag=1;

}

{

P0=0x00;

switch(SaoMiaoFlag)

{

case(0):

Fuhao=0;ShiWei=1;GeWei=1;XiaoSh

u=1; break;

case(1):

Fuhao=1;ShiWei=0;GeWei=1;XiaoSh

u=1;break;

case(2):

Fuhao=1;ShiWei=1;GeWei=0;Xia oShu=1; break;

case(3):

Fuhao=1;ShiWei=1;GeWei=1;Xia oShu=0; break;

}

if(SaoMiaoFlag==2)

P0=ShuMaGuan[DiplayData[SaoMiao Flag]]&0x7f;

else

P0=ShuMaGuan[DiplayData[SaoMiao Flag]];

SaoMiaoFlag++;

if(SaoMiaoFlag>3)

SaoMiaoFlag=0;

}

ZhuanCounter++;

if(ZhuanCounter>ZhuanSpeed)

{

if(ZhengFanZhuan==1)

P1=ShuMaGuanA[i0];

else

P1=ShuMaGuanB[i0];

i0++;

if(i0>8)

i0=0;

ZhuanCounter=0;

}

}

实验公式及拟合图像

x=[20 22 27 30 32 34];

>> y=[0 10 17 22 29 31];

y=(-2597)*x.^(-1.456)+49.98;

>> plot(x,y)

>> xlabel('x')

>> ylabel('y')，hold on

y=[0 1 3 7 20 31]

y= 0.0777*exp(0.2007 *x),plot(x,y)

>> x=[10 13 15 17 19 20];

>> y=[31 29 22 18 5 0];

>> y=-6.039e-05*x.^4.415+32.91;

>> plot(x,y)

>> hold on

>> plot(x,y,'o')

>> y=335.4*x.^(-0.3786)-108.7,plot(x,y) >> plot(x,y,'o')

电机模块延时函数

四相八拍运行方式下每接收一个脉冲，电机转动0.9°，当电机每秒钟接受400个脉冲，则400×0.9°=360°，即电机转速为60r/min。

对应温度下计算得转速为Y，脉冲频率为N=Vr/60*400;脉冲周期T=1/N;延时函数中p变量的值为T/2；

六、实验结论

温度的变化控制电机转速的快慢和方向。温度低于室温电机反转，温度高于室温电机正转，而温度升高或降低都将使电机的转动速度加快。

七、思考题（思考题、在实验过程中遇到的问题及解决方法）

拟合曲线过程中，对应的函数总是出现折线，并不是圆滑的曲线？

在MATLAB中输入数值，在拟合曲线中依次尝试各个函数及次方，最终找到了符合的光滑曲线。

八、实验总结

本次实验过程收获良多，原来学到的知识终于能联系在一起并且综合运用，在这个过程中遇到了很多难题，但大多都通过查询资料、询问老师同学解决了。

1.在实验过程中发现同一地点不同温度计显示的温度不一，希望能改进。

2.实验过程较长，温度变化大，导致设置好的室温在进一步调控

时又出现较大的偏差。