计算机控制系统课程设计分解
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计算机控制系统课程设计报告
选题加热炉温度控制系统
学院工学院
专业名称自动化
班级11-1
学号111044108
姓名陈曦
指导教师阚江明职称副教授
计算机控制系统课程设计报告
选题:电阻加热炉温度控制系统
实验小组成员:王军、陈曦
一、题目内容介绍:
1. 工业用电阻加热炉用电炉丝提供功率,实验中采用PLC-18温度的控制和传送实验挂箱,使其在预定的时间内将玻璃管内空气温度稳定到给定的温度值。本控制对象脉宽变送部分输入电压为0~10V控制加热装置,内部温度传感器输出信号后由挂箱内电路转变为电压输出0~10V,对应0~100摄氏度,采用双向可控硅进行控制。
2. 以MSP430F149处理器作为控制中心,独立完成控制系统硬件部分设计。
3. 基本功能要求:
(1)选择适当的传感器和控制执行部件,计算机输出的控制信号控制可控硅的工作状态,从而控制炉内温度;
(2)要求控制温度范围0~100摄氏度,控制精度±1摄氏度;
(3)具有键盘和LED/LCD显示功能,便于进行设定温度等参数的设定和系统工作状态显示;
(4)控制算法采用标准/改进数字PID算法,进行控制性能比较。
4.主要任务:
(1)在MATLAB/Simulink环境下完成控制系统建模和数字控制器设计工作,控制算法采用标准/改进数字PID算法,进行控制性能比较;
(2)在Protel环境下完成控制系统硬件部分设计;
(3)完成控制软件程序的设计,要求编译通过即可,注意软件设计中的模块化设计方法。
二、硬件模块设计方案
1、单片机开发板
硬件资源介绍如下:
01.主芯片MSP430F149 最小板,可拨插,方便更换;
02.板载USB 下载器,一根USB 线就可以下载程序;对于笔记本电脑客户不需要一定要购买仿真器才能下载.此模块也可能通过杜邦线连接单片机实现USB 转串口通讯; 03.电源模块,输入电源为直流8~12V 或者USB 的5V电源,可输出5V 和3.3V 电压,电源引脚都已出来,方便实验时外扩;
04.8 位LED 发光管,可做流水灯实验及灯指示实验; 05.8 位数码管显示模块,可实验数码管显示和指示实验;
06.用MAX232 实现两路串口通讯,可做串口通讯,实现上位机和下位机的通讯及控制;
07.MAX485 芯片,实现485 通讯实验;
08.4*4 点阵按键,实现点阵扫描实验;
09.4 位独立按键,实现普通按键IO 输入及中断实验;
10.ULN2003 芯片,实现步进电机和直流电机驱动控制实验;
11.SN74LVC4245 芯片
,实验 3.3V 电平向
5V 电平的转换实验;
12.DS1302 芯片,实现实时钟实验,板载有给DS1302 供电的电池,保正DS1302 的时间连续性,不随主板的断电而停止了工作; 13.A T24C02 芯片,实现E2PROM 的存储和读取,通过I2C 总线去实验;
14.DSC5571 芯片,实验DA 转换实验;
15.两路AD 输入,实验AD 转换实验;
16.一体化红外接收头,实验红外接收解码实验;
17.一个复位按键,可给单片机复位;
18.一路可接入高压控制的继电器,实现继电器控制实验;
19.一路蜂鸣器实验,可实现发声.报警实验20.板载四路常用的无线模块接口,包括NRF905,CC1100,NRF24L01.NRF2401A 无线模块.可实验无线数传,无线控制等实验;
21.PS2 键盘输入接口,可实现键盘输入实验;
22.板载有1602 和12864 液晶接口,可实验1602 和12864 液晶显示实验;
23.万能扩展接口,可接本店开发的点阵汉字显示模块,语音模块,彩屏模块,传感器扩展模块等;
24.标准的JTAG 接口,可实现仿真器通过此接口对主芯片实现在线调试和下载;
25.主芯片的所有引脚IO 都已外引,焊好了排针,方便扩展实验及自己DIY 实验;本开发板的所有模块都是独立设计的,和主芯片相互之间都是通过跳线帽来连接;
它的电路图如图
还有阚老师借给我们的温度检测与控制模块,实物图如下:
由于单片机电压为0~3.23V,挂箱电压为0~10V,故中间还需要电压变换电路。其电路图如下:
具体实物连接如下图:
三、实验所需软件介绍
我们编程时使用的IAR软件全称IAR Electronic Workbench for MSP430 3.42A这个软件是一款非常优秀的IED 开发环境,具有强大的编译能力和调试功能,用熟用好这个软件,这对我们有效开发MSP430 单片机是十分必须的。更多的关于IAR 软件的使用资料可以参考软件自身Help中的帮助文档,这些资料是学习这个软件的最好素材。比较实用的一点是主界面左下角有个Function虚拟按键,可以通过列表方便的查找到对应标签处的功能程序,在一些比较长的程序修改和阅读中很有作用。
BSL下载器主要用于烧录文件。使用方法如下:打开IAR,找到编译好的工程文件,在属性中生成他的对应txt文件,再打开BSL下载器下载对应txt文件,选择正确串口和芯片类型,点击执行就可以了。
四、编程中遇到的难点与解决办法
编程主要由王军同学负责,我在旁协助。刚开始连接好电路,设置串口,遇到最大的一个问题是键盘、显示、蜂鸣器在一起编程,如何避免时钟混乱,如何确保键盘按键和显示的实时反应。我们逐个分析各个串口的作用,避免混用。另外,我们将按键的扫描提前到显示刷新程序之前,确保了按键有动作,显示会立马跟上反应。在单片机板的显示上,我们编程实现了8位数码管的左三位显示的是设定值,右三位显示的是实际测量温度值,中间加入两个分隔符,如图。