您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 临时分类 > 第八章微机化测控系统设计及实例
第八章微机化测控系统设计及实例8.1微机化测控系统设计要求和研制过程8.1.1设计的基本要求一、达到或超过技术指标二、尽可能提高性能价格比三、适应环境,安全可靠四、便于操作和维护8.1.2设计研制过程一、确定任务、拟制系统方案1、确定设计任务和整机功能2、完成总体设计,选择确定硬件类型和数量二、硬件和软件的研制三、联机总调、性能测定图8-1-1开发研制的一般过程8.2总体设计一、设计方案的选定围绕设计目标和约束条件展开,提出几个方案进行比较,选择一个性价比好的常用方案。二、工作总框图的绘制采用自顶向下的方法,将测控系统分成几个主要部分,绘制其硬件和软件工作框图实例——图8-2-1某微机化电压表的工作总框图图8-2-1微机化电压表的工作总框图电源部分主机部分输入电路人机接口通讯接口调用三、结构总体设计目前常用的结构有以下四种:1、大板结构:一、两块主板2、分板式结构:一块板完成一项功能3、积木式结构:复杂系统,标准模块组合4、插件式结构:中小系统,标准插件四、设计工作的筹划与准备8.3硬件设计8.3.1元器件的选择一、微处理器的选择——应考虑的因素(1)微处理器的用途(2)微处理器的字长(3)微处理器的寻址范围和寻址方式(4)微处理器指令的功能(5)微处理器的执行速度(6)微处理器的功耗(7)微处理器的中断能力和DMA能力(8)微处理器的硬、软件支持(9)微处理器的成本二、外围元、器件的选择选择元器件时一般还要注意如下几点:1.在满足技术要求的前提下尽可能选择价格低的元器件。2.尽可能选用集成组件。3.尽可能选用单电源供电的组件。对只能采用电池供电的场合,必须选用低功耗器件。4.元器件的工作温度范围应大于所使用环境的温度变化范围。5.系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。8.3.2电路设计的原则1.硬件电路结构要结合软件方案一并考虑。软件能实现的功能尽可能由软件来实现。2.尽可能选用典型电路和集成电路。3.微机系统的扩展与外围设备配置留有适当的余地,以便进行二次开发。4.在把设计好的单元电路与别的单元电路相连时要考虑它们是否能直接连接?5.在模拟信号传送距离较远时,要考虑以电流或频率信号传输代替以电压信号传输。在数字信号传送距离较远时,要考虑采用“线驱动器”。6.可靠性设计和抗干扰设计图8-3-1硬件电路研制过程8.3.3硬件电路研制过程8.4软件设计8.4.1软件研制过程各部分功能流程图写程序8.4.2软件设计的依据——系统定义系统定义(或说明)是软件设计的依据,应包括下列各项内容:一、输入/输出说明二、系统存储器说明三、处理阶段的说明四、出错处理和操作因素的说明8.4.3软件设计方法一、模块化编程所谓“模块化”编程,就是把整个程序按照“自顶向下”的设计原则,从整体到局部再到细节,一层一层分解下去,一直分解到最下层的每一模块能容易地编码时为止。二、结构化设计图8-4-4循环结构流程图8.4.4软件的测试和运行常用的方法:功能测试法:只检查程序的功能,测试完成后,在运行过程中可能会有意想不到的问题出现。程序逻辑结构测试法:根据程序的内部结构设计测试用例,来发现程序中的所有错误。彻底测试几乎不可能完成8.5设计实例8.5.1电冰箱温度测控系统设计一、直冷式电冰箱的工作原理及控制要求①设定3个测温点,测量范围-26~+26℃,精度±0.5℃;②利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等;③利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度,压缩机启、停和速冻、报警状态;④制冷压缩机停机后自动延时3min后方能再启动;⑤电冰箱具有自动除霜功能,当霜厚达3mm时自动除霜;⑥开门延时超过2min发声报警;⑦连续速冻时间设定范围1~8h;⑧工作电压180~240V,当欠压或过压时,禁止启动压缩机并用指示灯显示。设计步骤1.根据技术要求,进行总体方案设计(包括方案论证)2.硬件电路设计3.软件设计4.软硬件联机调试5.编写使用说明书(设计说明书)总体方案确定图8-5-1冰箱控制原理框图①确定核心单片机②核心单片机的必要、固定电路图8-5-1冰箱控制原理框图③核心单片机的常见人机界面电路电路控制要求:①设定3个测温点,测量范围-26~+26℃,精度±0.5℃;②利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等;③利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度,压缩机启、停和速冻、报警状态;④制冷压缩机停机后自动延时3min后方能再启动;⑤电冰箱具有自动除霜功能,当霜厚达3mm时自动除霜;⑥开门延时超过2min发声报警;⑦连续速冻时间设定范围1~8h;⑧工作电压180~240V,当欠压或过压时,禁止启动压缩机并用指示灯显示。功能模块的确定:控制要求:①设定3个测温点,测量范围-26~+26℃,精度±0.5℃;④制冷压缩机停机后自动延时3min后方能再启动;⑤电冰箱具有自动除霜功能,当霜厚达3mm时自动除霜;⑥开门延时超过2min发声报警;⑧工作电压180~240V,当欠压或过压时,禁止启动压缩机并用指示灯显示。温度的检测需要A/D压缩机启停开关量输出霜厚度检测A/D除霜加热启停开出声音报警电压检测A/D;指示灯显示总体方案确定之功能电路的确定①⑤⑧模拟量检测A/D开关量输出(功率输出)二、电冰箱控制系统硬件电路设计1、主机电路2、A/D转换电路及功能3、功能键及显示电路4、除霜电路——图8-5-35、制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路——图8-5-4图8-5-2冰箱的单片机控制电路图1、主机电路时钟与复位电路高电平复位2、A/D转换电路及功能四路A/D输入没有输入的处理数据线3、功能键及显示电路串行端口的利用74LS164是8位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后并行输出。74LS164简介数据通过两个输入端(DSA或DSB)之一串行输入;时钟(CP)每次由低变高时,数据右移一位,输入到Q0,Q0是两个数据输入端(DSA和DSB)的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。串口:方式0工作方式RXD输出或接收数据;TXD发出同步移位脉冲①输入/输出的选择②键盘信号的输入③LED信号的输出P3.2=1;同时输出到LED与键盘的芯片P3.2=0;RXD逐位发送0到键盘的芯片0P3.4=0,则说明有键按下4、除霜电路除霜检测用的传感器:MF53-1热敏电阻阻值与温度的关系:A点电压与温度的关系:k.t.)t(R682826286t...)t(R*.*.t.RR*R)t(RRVssssA0470261682568256828262865图8-5-3除霜电路检测点:热敏电阻检测除霜5、制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路大功率开关量输出使用固态继电器,(用普通继电器也可)必须考虑驱动的问题一般还要考虑锁存的问题74LS273及MC1413简介74LS273是一种带清除功能的8D触发器,1D~8D为数据输入端,1Q~8Q为数据输出端,正脉冲触发,低电平清除,即当为低电平时,芯片被清除,输出全为0(低电平);CP(CLK):触发端,上升沿触发,即当CP从低到高电平时,D0~D7的数据通过芯片,为0时将数据锁存,D0~D7的数据不变。MC1413是摩托罗拉公司出品的高耐压、大电流达林顿陈列反向驱动器,由七个硅NPN达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高,工作电流大,灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路图8-5-4压缩机和加热丝控制电路锁存驱动继电器010106.其它电路声音报警的输出开门信号的输入二、电冰箱控制系统软件设计1、主程序主程序:完成初始化,定时、中断管理,循环执行键盘、显示程序2、T0中断服务程序T0中断服务程序:欠电压、过电压、门状态3、T1中断服务程序T1的中断服务程序:计数方式,使延时达到3分钟图8-5-5主程序框图初始化定时中断管理循环处理循环扫描键盘循环执行显示等待中断信号图8-5-6T0中断服务程序框图短时间中断进行常规工作为长时间中断提供脉冲图8-5-7T1中断服务程序框图8.5.2防盗报警系统设计设计要求:能对监测点进行自动检测,一旦出现盗情,能立即报警,并指示被盗地点。图8-5-8防盗报警系统的硬件结构图8-5-9防盗报警系统程序的流程图8-5-10防盗报警系统的主程序流程图8-5-11读数子程序流程图图8-5-12核对子程序流程图图8-5-13查找报警点子程序的流程图8-5-14显示及报警子程序流程图
本文标题:第八章微机化测控系统设计及实例
链接地址:https://www.777doc.com/doc-4368864 .html