一种基于单片机的可控成像系统设计论文

2025-04-12|版权声明|我要投稿

一种基于单片机的可控成像系统设计论文(精选7篇)

1.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇一

第一章 逆变电源的数字化控制 2 1.1逆变电源数字化控制技术的发展 2 1.2传统逆变电源控制技术 2 1.2.1传统逆变电源控制技术的缺点 2 1.2.2传统逆变电源控制技术的改进 2 1.3逆变电源数字化控制技术的现状 2 1.3.1逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化 2 1.3.2逆变电源数字化需要解决的一些难题 2 1.4逆变电源数字化的各种控制策略 2 1.4.1数字PI控制 2 1.4.2滑模变结构控制 2 1.4.3无差拍控制 2 1.4.4重复控制 2 第二章 推挽型逆变器的基础知识 2 2.1 开关型逆变器 2 2.2 推挽型电路 2 2.2.1 线路结构 2 2.2.2 工作原理 2 2.2.2推挽型逆变器的变压器设计 2 第三章 基于单片机的控制系统设计 2 3.1 系统硬件电路的设计 2 3.1.1 AT89C52单片机 2 3.1.2显示电路 2 3.1.3 A/D转换电路 2 3.1.4 SPWM波形电路 2 3.1.5 SA828主要特点 2 3.1.6 SA828工作原理 2 3.1.7内部结构及工作原理 2 3.1.8 SA828 初始化寄存器编程 2 3.1.9 SA828控制寄存器编程 2 3.2 系统软件的设计 2 3.2.1 初始化程序 2 3.2.2 主程序 2 3.2.3 SA838初始化及控制子程序 2 3.2.4 ADC0809的控制及数据处理子程序 2 3.2.5 数据处理及电压显示子程序 2 3.2.6 输出频率测试计算及显示子程序部分 2 第四章 联机调试及结果分析 2 4.1 联机调试情况 2 4.2 实验验证及结果分析 2 4.3结论 2 参考文献 2 第一章 逆变电源的数字化控制

1.1逆变电源数字化控制技术的发展 随着网络技术的发展,对逆变电源提出了更高的要求,高性能的逆变电源必须满足:高输入功率因数,低输出阻抗;暂态响应快速,稳态精度高;稳定性高,效率高,可靠性高;电磁干扰低等。要实现这些功能,离不开数字化控制技术。1.2传统逆变电源控制技术

1.2.1传统逆变电源控制技术的缺点 传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟,但其存在很多固有的缺点:控制电路的元器件比较多,电路复杂,所占的体积较大;灵活性不够,硬件电路设计好了,控制策略就无法改变;调试不方便,由于所采用器件特性的差异,致使电源一致性差,且模拟器件的工作点的漂移,导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联,所以逆变电源数字化控制是发展的趋势,是现代逆变电源研究的一个热点。1.2.2传统逆变电源控制技术的改进

为了改善系统的控制性能,通过模拟、数字(A/D)转换器,将微处理器与系统相连,在微处理器中实现数字控制算法,然后通过输入、输出口或脉宽调制口(pulse width modulation, PWM)发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据,显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中,并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能,但由于微处理器运算速度的限制,在许多情况下,这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。近年来随着大规模集成电路技术的发展,一些专用心片的产生,使逆变电源的全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源的输出,并实时地处理,使得一些先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能,从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进行动态补偿,将输出谐波达到可以接受的水平。

1.3逆变电源数字化控制技术的现状

1.3.1逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化

随着电机控制专用芯片的出现和控制理论的普遍发展,逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化的方向发展,逆变电源的数字控制技术发生了一次大飞跃。逆变电源数字化控制的优点在于各种控制策略硬件电路基本是一致的,要实现各种控制策略,无需变动硬件电路,只需修改软件即可,大大缩短了开发周期,而且可以应用一些新型的复杂控制策略,各电源之间的一致性很好,这样为逆变电源的进一步发展提供了基础,而且易组成可靠性高的大规模逆变电源并联运行系统。

1.3.2逆变电源数字化需要解决的一些难题

数字化是逆变电源发展的主要方向,但还是需要解决以下一些难题:

a)逆变电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号,它不同于一般开关电源的常值控制。在闭环控制下,给定信号与反馈信号的时间差就体现为明显的相位差,这种相位差与负载是相关的,这就给控制器的设计带来了困难。

b)逆变电源输出滤波器对系统的模型影响很大,输入电压的波动幅值和负载的性质,大小的变化范围往往比较大,这些都增加了控制对象的复杂性,使得控制对象模型的高阶性、不确定性、非线性显著增加。

c)对于数字式PWM,都存在一个开关周期的失控区间,一般是在每个开关周期的开始或上个周期之末来确定本次脉冲的宽度,即使这时系统发生了变化,也只能在下一个开关周期对脉冲宽度做出调整,所以现在逆变电源的数字化控制引起了广泛的关注。1.4逆变电源数字化的各种控制策略

逆变电源数字控制方法成为当今电源研究领域的一个热点,与数字化相对应,各种各样的离散控制方法也纷纷涌现,包括数字比例-积分-微分(PI)调节器控制、无差拍控制、数字滑变结构控制、模糊控制以及各种神经网络控制等,从而有力地推动逆变电源控制技术的发展。

1.4.1数字PI控制

数字PI控制以参数简单、易整定等特点得到了广泛应用。逆变器采用模拟数字PI控制时,如果只是输出电压的瞬时值反馈,其动态性能和非线性负载时的性能不会令人满意;如果是输出滤波电感或输出滤波电容的电流瞬时值引入反馈,其性能将得到较大改进,然而,庞大的模拟控制电路使控制系统的可靠性下降,调试复杂,不易于整定。数字信号处理芯片的出现使这个问题得以迅速解决,如今各种补偿措施及控制方式可以很方便地应用于逆变电源的数字PI控制中,控制器参数修改方便,调试简单。

但是,数字PI控制算法应用到逆变电源的控制中,不可避免地产生了一些局限性:一方面是系统的采样量化误差,降低了算法的分辨率,使得PI调节器的精度变差;另一方面,采样和计算延时使被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统,造成PI控制器设计困难,稳定性减小,随着高速专用芯片及高速A/D的发展,数字PI控制技术在逆变电源的控制中会有进一步的应用。

1.4.2滑模变结构控制

滑模变结构控制(sliding mode variable structure control,SVSC)最显著的特点是对参数变化和外部扰动不敏感,即鲁棒性强,加上其固有的开关特性,因此非常适用于闭环反馈控制的电能变换器。

基于微处理器的离散滑模控制使逆变器输出波形有较好的暂态响应,但系统的稳态性能不是很理想。具有前馈控制的离散滑模控制系统[1],暂态性能和稳态精度得到提高,但如果系统过载时,滑模控制器的负担将变得非常重。自矫正离散滑模控制可以解决这个问题。

逆变器的控制器由参数自适应的线性前馈控制器和非线性滑模控制器组成,滑模控制器仅在负载导致输出电压变化时产生控制力,稳态的控制力主要由前馈控制器提供,滑模控制器的切换面(超平面)是根据优化准则进行设计的。1.4.3无差拍控制

无差拍控制(deadbeat control)是一种基于电路方程的控制方式,其控制的基本思想是将输出正弦参考波等间隔地划分为若干个取样周期,根据电路在每一取样周期的起始值,用电路理论算出关于取样周期中心对称的方波脉冲作用时,负载输出在取样周期末尾时的值。这个输出值的大小,与方波脉冲的极性与宽度有关,适当控制方波脉冲的极性与宽度,就能使负载上的输出在取样周期的末后与输出参考波形相重合[2]。不断调整每一取样周期内方波脉冲的极性与宽度,就能在负载上获得谐波失真小的输出。因此,即使在很低的开关频率下,无差拍控制也能够保证输出波形的质量,这是其它控制方法所不能做到的,但是,其也有局限性:由于采样和计算时间的延迟,输出脉冲的占空比受到很大限制;对于系统参数的变化反应灵敏,如电源电压波动、负载变动,系统的鲁棒性差。

对于采样和计算延时的影响,一种方法是通过修改输出脉冲方式的方法来减小计算延时造成的占空比局限;另一种方法是通过状态观测器对系统状态提前进行预测,用观测值替代实际值进行控制,从而避免采样和计算延时对系统的影响。为了提高系统的鲁棒性,一种方法是采用负载电流预测方法来减小负载变动对电源输出的影响,但实际改善的程度有限;另一种可行的方法是对系统参数进行在线辨识,从而实时确定控制器参数,以达到良好的控制效果。但是,在线系统辨识的计算复杂度和存储量都非常大,一般的微处理器很难在很短的时间内完成,因此实现的可能性不大,所以还没有一种比较好的方法来解决无差拍控制鲁棒性差的问题。正是由于无差拍控制在电源控制中的不足及局限性到目前还难以解决,使得无差拍控制在工业界的应用还有待不断的深入研究。1.4.4重复控制

逆变器采用重复控制(repetitive control)是为了克服整流型非线性负载引起的输出波形周期性的畸变,它通常与其他PWM控制方式相结合。重复控制的思想是假定前一周期出现的基波波形将在下一基波周期的同一时间重复出现,控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号,然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上,以消除后面各周期中将出现的重复畸变[3]。

虽然重复控制使系统获得了很好的静态性能,且易于实现,但该技术却不能够获得好的动态性能。自适应重复控制方案成功地应用于逆变器的控制中。

模糊控制(fuzzy control)能够在准确性和简洁性之间取得平衡,有效地对复杂的电力电子系统做出判断和处理。将模糊控制应用于逆变器,具有如下优点:模糊控制器的设计不需被控对象的精确数学模型,并且有较强的鲁棒性和自适应性;查找模糊控制表只需占有处理器很少的时间,可采用较高采样率来补偿模糊规则和实际经验的偏差。

将输出电压和滤波电感电流反馈,即电压误差和电感电流作为输入模糊变量,可以实现逆变器的模糊控制,整流性负载时,其输出电压总谐波失真(total harmonic distortion,TH)小于5%,将模糊控制与无差拍控制相结合,可用来补偿由于非线性负载导致的电压降落,[5-6]。模糊控制从模仿人的思维外特性入手,模仿人的模糊信息处理能力。它对系统的控制是以人的经验为依据的,而人的经验正是反映人在思维过程中的判断、推理、归纳。理论上已经证明,模糊控制可以任意精度逼近任何线性函数,但受到当前技术水平的限制,模糊变量的分档和模糊规则都受到一定的限制,隶属函数的确定还没有统一的理论指导,带有一定的人为因素,因此,模糊控制的精度有待于进一步提高。

此外神经网络控制是一种使用人工神经网络的控制方法。因为人工神经网络是建立在强有力的数学基础上,所以它有很大的潜力,这个数学基础包括各种各样的已被充分理解的数学工具。在无模型自适应控制器中,人工神经网络也是一个重要组成部分。但由于神经网络的实现技术没有突破,还没有成功地应用于逆变电源的控制中。

第二章 推挽型逆变器的基础知识 2.1 开关型逆变器 广义地说,凡用半导体功率器件作为开关,将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换电路,这种变换可以是交流电和直流电之间的变换,也可以是电压或电流幅值的变换,或者是交流电的频率、相数等的变换。按电力电子的习惯称谓,基本的电力电子电路可以分为四大类型,即AC——DC电路、DC——AC电路、AC——AC电路、DC——DC电路。本文中的逆变电路就属DC——AC电路。开关逆变器中的开关都是在某一固定频率下工作,这种保持开关频率恒定,但改变接通时间长短(即脉冲宽度),使负载变化时,负载上电压变化不大的方法,称脉宽调制法(Pluse Width Modulation,简称为PWM)[4]。由于电子开关按外加控制脉冲而通断,控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关,因此电子开关称为“硬开关”。凡用脉宽调制方式控制电子开关的开关逆变器,称为PWM开关型逆变器。本文是用SPWM专用产生芯片控制电子开关的通断,属硬开关技术。相对应有另一类控制技术“软开关”,它是一种使电子开关在其两端电压为零时导通电流,或使流过电子开关电流为零时关断的控制技术。软开关的开通、关断损耗理想值为零,损耗很小,开关频率可以做到很高。2.2 推挽型电路

各种变换电路按其是否具备电能回馈能力分为非回馈型和回馈型,非回馈型电路按其输出端与输入端是否电气个力分为非隔离型和隔离型。隔离型电路又分为正激型、反激型、半桥型、全桥型和推挽型。带中心抽头变压器原边两组线圈轮流工作的线路一般称为推挽线路,它不太适合离线变换器的应用。推挽型电路的一个突出优点是变压器双边励磁,在输入回路中仅有1个开关的通态压降,而半桥型电路和全桥型电路都有2个,因此在同样的条件下,产生的通态损耗较小,而且不需驱动隔离,驱动电路简单,这对很多输入电压较低的电源十分有利,因此低电压输入类电源应用推挽型电路比较合适。但是功率开关所承受的电压应大于2。

2.2.1 线路结构

图1-1 推挽型电路原理图

推挽型电路的原理图如图1-1所示。主变压器 原边绕组 接成推挽形式,副变绕组 接成全波整流形式。

2.2.2 工作原理

由于驱动电路作用,两个功率开关管、交替导通。当 导通时,加到 上,所有带“.” 端为正。功率开关管 通过变压器耦合作用承受 的电压。副边绕组 “.” 为正,电流流经、L到负载上。原边电流是负载折算至原边的电流及原边电感所定的磁化电流之和。导通期间,原边电流随时间而增加,导通时间由驱动电路决定。关断时,由于原边能量的储存和漏电感的原因,的漏极电压将升高.2.2.2推挽型逆变器的变压器设计

推挽型逆变器设计在整个电源的设计过程中具有最为重要的地位,一旦完成设计,不宜轻易改变,因此设计时对各方面问题考虑周全,避免返工,造成时间和经费的浪费。下面介绍具体设计。变压器是开关电源中的核心元件,许多其他主电路元器件的参数设计都依赖于变压器的参数,因此应该首先进行变压器的设计。高频变压器工作时的电压、电流都不是正弦波,因此其工作状况同工频变压器是很不一样的,设计公式也有所不同。需要设计的参数是电压比、铁心的形式和尺寸、各绕组匝数、导体截面积和绕组结构等,所依据的参数是工作电压、工作电流和工作频率等[5]。另外,变压器兼有储能,限流,隔离的作用.在磁心大小,原边电感,气隙大小,原,副边线圈匝数的选择,以及在磁心内直流成分和交流成分之间的相互影响都应在设计中细致考虑.第三章 基于单片机的控制系统设计

按照设计的要求,基于单片机AT89C52的设计主要实现以下功能:SA828的初始化及控制、ADC0809采样的数据的处理和输出显示电压频率。选用单片机作为主控器件,控制部分的原理框图如下:

图3-1 控制系统原理框图 3.1 系统硬件电路的设计

图3-2为控制部分的电路原理图。电路主要由AT89C52单片机、四位显示及驱动电路、AD采样电路、复位电路等组成。

图3-2 3.1.1 AT89C52单片机

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8为单片机,片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052善拼引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。[6] 主要性能参数:

与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可充擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期

全静态操作:0Hz—24MHz 三级加密程序存储器 256×8字节内部RAM 32个可变成I/O口线 3个16位定时计数器 8个中断源

可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述:

AT89C52提供以下标准功能:8k字节Flash闪速存储器,256字节内部RAM,32个I/O口线,3个16位定时/计数器,一个6向量两极中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时器/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能: Vcc:电源电压 GND:地

P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。

P1口:P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P1写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部技术输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX)。

Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。

P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX @DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX @RI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时,他们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口出了作为一般的I/O线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表: 端口引脚 第二功能

P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2(外中断0)P3.3(外中断1)

P3.4 T0(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)

P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)

此外,P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。对于本次设计的引脚使用情况如下: P1口:控制LED数码管8位段码;P3.0,P3.1,P3.4,P3.5:数码管位选通口;XTAL:接晶振;RST:接复位电路;P0: ADC0809的结果输入;SA828的控制字口;P2.0:SA828的片选;P2.7:ADC0809的片选;P3.2:外部中断0.AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256×8位的随机存取数据存储器(RAM),3个16位定时/计数器、6个中断源、低功耗空闲和掉电方式等特点。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,可以满足系统要求。系统采用5V电源电压,外接12M晶振。3.1.2显示电路

显示的方法分为动态显示和静态显示。所谓静态显示就是在同一时刻只显示一种字符,其显示方法简单,只需将显示段码送至段码口,并把位控字送至位控口即可。动态显示是利用人眼对视觉的残留效应,采用动态扫描显示的方法。[7]本设计采用动态显示,显示电路采用四位一体共阳极LED数码管,从P1口输出段码,位选控制端接于P3.0,P3.1,P3.4,P3.5。段驱动采用74LS245,位选驱动采用74LS244。硬件连接图如下: 图3-3 显示部分硬件连接图 3.1.3 A/D转换电路

A/D转换器采用集成电路0809完成,0809是8位MOS型A/D转换器。[] 1).主要特性

① 8路8位A/D转换器,即分辨率8位;② 具有转换起停控制端;

③ 转换时间为100μs;

④ 单个+5V电源供电;

⑤ 模拟输入电压范围0~+5V,不需零点和满刻度校准;

⑥ 工作温度范围为-40~+85摄氏度;

⑦ 低功耗,约15mW。

2).内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,内部结构如图所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力,既可与各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出与TTL兼容。

图3-4ADC0809内部结构框图 3).外部特性(引脚功能)

ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图3-5 所示。下面说明各引脚功能。

IN0~IN7:8路模拟量输入端。

2-1~2-8:8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。如表所示。

ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效。图 3-5 ADC0809引脚图

START: A/D转换启动信号,输入,高电平有效。

EOC: A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。

OE:数据输出允许信号,输入,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。

CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF(+)、REF(-):基准电压。Vcc:电源,单一+5V。GND:地。

表3-6 ADDA、ADDB、ADDC真值表

ADC0809的工作过程是:首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。4).AD0809与控制电路的连接如下图:

图 3-7 AD0809的连接电路 3.1.4 SPWM波形电路

由于逆变开关管的开关时间要由载波与调制波的交点来决定。在调制波的频率、幅值和载波的频率这3项参数中.不论哪一项发生变化时,都使得载波与调制波的交点发生变化。因此,在每一次调整时,都要重新计算交点的坐标。显然,单片机的计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常的作法是:对计算作一些简化,并事先计算出交点坐标.将其制成表格,使用时进行查表调用。但即使这样,单片机的负担也很重。

为了减轻单片机的负担,一些厂商推出了专用于生成三相或单相SPWM波控制信号的大规模集成电路芯片,如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采用这样的集成电路芯片,可以大大地减轻单片机的负担,使单片机可以空出大量的机时用于检测和监控。这里详细介绍SA828三相SPWM波控制芯片的主要特点、原理和编程。3.1.5 SA828主要特点

⑴.适用于英特尔和摩托罗拉两种总线格式,接口通用性好, 编程,操作简单,方便,快捷。⑵.应用常用的对称的双边采样法产生PWM波形, 波形产生数字化,无时漂,无温漂稳定性好。

⑶.在外接时钟频率为12.5MHZ时载波频率可高达24KHZ,可实现静音运行。最小脉宽和死区时间通过软件设置完成,既节约了硬件成本,又使修改灵活方便。

调制频率范围宽,精度高(12位),输出正弦波频率可达4KHZ,可实现高频率高精度控制及光滑的变频.。

⑷.在电路不变的情况下, 通过修改控制暂存器参数,就可改变逆变器性能指标,驱动不同负载或工作于不同工况。

⑸.可通过改变输出SPWM脉冲的相序实现电机的正反转。

⑹.独立封锁端可瞬时封锁输出PWM脉冲亦使微处理器防止突然事件的发生。3.1.6 SA828工作原理

SA828是MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM信号发生和控制的集成芯片。它既可以单独使用,也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为:全数字控制;兼容Intel系列和MOTOROLA系列单片机;输出调制波频率范围0—4kHz;12位调速分辨率;载波频率最高可达24kHz;内部ROM固化波形:可选最小脉宽和延迟时间(死区);可单独调整各相输出以适应不平衡负载。[8] SA828采用28脚的DIP和SOIC封装。其引脚如图3-8所示。各引脚的功能如下:(1)输入类引脚说明

AD0——AD7:地址或数据输入通道。

SET TRIP:通过该引脚,可以快速关断全部SPWM信号输出,高电平有效。

:硬件复位引脚,低电平有效。复位后,寄存器的、、WTE和RST各位为0。CLK:时钟输入端,SA828既可以单独外接时钟,也可以与单片机共用时钟。:片选引脚。

、、ALE:用于“ / ”模式,分别接收写、读、地址锁存指令。INTEL模式下ALE的下降沿传送地址,的上升沿给SA828写数据。在此模式下不用。

R/、AS、DS:用于“R/ ”模式,分别接收读/写、地址、数据指令。MOTOROLA模式下,AS的下降沿传送地址,当R/ 为低电平时,DS的下降沿给SA828写数据(接底电平)

(2)输出类引脚说明 图3-8 RPHB、YPHB、BPHB:这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的下臂开关管。RPHT、YPHT、BPHT:这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的上臂开关管。

它们都是标准TTL输出.每个输出都有12mA的驱动能力,可直接驱动光偶。

:该引脚输出—个封锁状态。当SETTRIP有效时,为低电平、表示输出已被封锁。它也有12mA的驱动能力,可直接驱动一个LED指示灯。ZPPR、ZPPY、ZPPB:这些引脚输出调制波频率。WSS:该引脚输出采样波形。3.1.7内部结构及工作原理

SA828内部结构如图3-9所示。来自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器,它们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率,并生成三角形载波,三角载被与片内ROM中的调制波形进行比较,自动生成SPWM输出脉冲。通过脉冲删除电路,删去比较窄的脉冲(如图3-10所示),因为这样的脉冲不起任何作用,只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区,保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。

图3-9 SA828的内部结构

片内ROM存有正弦波形。寄存器列阵包含3个8位寄存器和2个虚拟寄存器。他的虚拟寄存器R3的写操作结果是R0,R1,R2中的数据写入控制寄存器。虚拟寄存器R4的写操作结果是R0,R1,R2中的数据写入初始化寄存器。各寄存器地址如表3-11所列。

图 3-10 脉冲序列中的窄脉冲

AD2 AD1 AD0 寄存器 功能 0 0 0 R0 暂存数据 0 0 1 R1 暂存数据 0 1 0 R2 暂存数据 0 1 1 R3 传控制数据 1 0 0 R4 传初始化数据 表 3-11 其工作过程可简析如下:由于调制波形关于90度,180度,270度对称,故波形ROM中仅有0∽90度的波形瞬时幅值,采样间隔0.23度, 90度内共384组8位采样值存入ROM中,每个采样值线性的表达正弦波的瞬时值, 通过相位控制逻辑,将它组成0∽360度的完整波形.该调制波与载波比较产生三相六路双极性PWM调制波形.其经脉冲宽度取消电路,将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉,再经脉冲延时电路引入死区时间,从而保证了在转换瞬间高,低端功率开关不会出现共同导通现象。图3-9中24位初始化暂存寄存器,可用来设置输出波形参数,例如载波频率,最小脉宽,脉冲取消时间计数器置”0” 图3-12 Intel总线时序

等。一经设置好,运行中不允许改变。24位控制寄存器,用来调整改变调制波频率,幅值,输出关闭,过调制选择,开机关机等.上述设置和调整均通过微处理器或微控制器发出指令,数据先存入三个8位暂存寄存器R0,R1,R2中,然后通过R3和R4分别传送给24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或调整时,端要置0。SA828由外配的微处理器通过复用MOTEL总线控制,并与外配的微处理器接口,该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉两种总线格式及工作时序的能力(两种总线的工作时序如图3-12和3-13),在电路启动运行后,当AS/ALE端从低电平变为高电时,内部检测电路锁存DS/ 的状态,若检测结果为高电平则自动进入英特尔模式,若检测结果为低电平,则选择摩托罗拉模式工作,总线连接和定时信息相对所用微处理器而言,这个过程在每次AS/ALE变为高电平时要进行,实际中模式选择由系统自动设定。

图3-13 Motorola总线时序

3.1.8 SA828 初始化寄存器编程

初始化是用来设定与电机和逆变器有关的基本参数。它包括载波频率设定、调制波频率范围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽设定、幅值控制。

初始化编程时,即设定各寄存器内容。下面分别介绍这些内容的设定。[9](1)载波频率设定

载波频率(即三角波频率)越高越好,但频率越高损耗会越大,另外,还受开关管最高频率限制,因此要合理设定。设定字由CFS0--CFS2这3位组成。载波频率 通过下式(3—1)求出。式中K为时钟频率,n值的二进制数即为载波频率设定字,可以取1,2,4,8,16或32。由于K=12MHz,当n=1时,反算得 =23.4375KHz,考虑到(max)=24KHz , <(max)当n=2时,=11.71725KHz ,故n取1,实际 =23.4375KHz。(2)调制波频率范围设定

根据调制频率范围.确定设定字。设定调制波频率范围的目的是在此范围内进行l2位分辨率的细分,这样可以提高控制精度,也就是范围越小.控制精度越高。调制被频率范围设定字是由FRS0—FRS2这3位组成。调制波频率 通过下式(3—2)求得。m值的二进制数即为调制波频率范围设定字。上面已得 =23.4375KHz,若取 =500Hz则m=8.192 ,考虑到调制波的频率为400Hz,则m=8 ,反算得 =488.28Hz。(3)脉冲延迟时间设定 该设定字是由PDY0—PDY5这6位组成。脉冲延迟时间 通过下式(3—3)求得。设脉冲延迟时间 则 =60(4)最小删除脉宽设定

最小删除脉宽设定字是由PDT0—PDT6这7位组成。最小删除脉宽 由下式(3—4)图3-14 延迟前后脉宽关系

求得。考虑到延迟(死区)的因素,在延迟时.通常的做法是在保持原频率不变的基础上,使开关管延迟开通.如图3-7所示.实际输出的脉宽=延迟前的脉宽--延迟时间。由结构图 可知.SA828的工作顺序是先删除最窄脉冲,然后再延迟.所以式(3—4)给出的 应是延迟前的最小删除脉宽。它等于实际输出的最小脉宽加上延迟时间,即 =实际输出的最小脉宽十 ,假设实际输出的最小脉宽=10 那么 =15 则 =180> =128 , =10.67 s 最小脉宽为5.67 s。(5)幅值控制

AC是幅值控制位。当AC=0时,控制寄存器中的R相的幅值就是其他两相的幅值。当AC=l时,控制寄存器中的R、Y、B相分别可以调整各自的幅值,以适应不平衡负载。

初始化寄存器通常在程序初始化时定义。这些参数专用于逆变电路中.因此,在操作期间不应该改变它们。如果一定要修改,可先用控制寄存器中的 来关断SPWM输出,然后再进行修改。

3.1.9 SA828控制寄存器编程

控制寄存器的作用包括调制波频率选择(调速)、调制波幅值选择(调压)、正反转选择、输出禁止位控制、计数器复位控制、软复位控制。控制数据仍然是通过Ro—R2寄存器输入并暂存,当向R3虚拟寄存器写操作时.将这些数据送入控制寄存器。(1)调制波频率选择

调制波频率选择字由PFS0—PFS7这8位组成。通过下式

(3-5)求得 值,它的二进制数即是调制波频率选择字。取 =400Hz , =488.28Hz ,得 =3355.45179(2)调制波幅值选择

通过改变调制波幅值来改变输出电压有效值,达到变频同时变压的目的。输出电压的改变要根据U/f曲线,随频率变化进行相应的变化。调制波幅值是借助于8位幅值选择字(RAMP、YAMP、BAMP)来实现的。每一相都可以通过计算下式 %(3-6)求出A值,它的二进制数即为幅值选择字(即RAMP或YAMP或BAMP)。式中的 就是调压比,注意,初始化寄存器的AC位决定了R相幅值是否代表另二相幅值。= =91.8=92(3)输出禁止位控制

输出禁止位。当 =0时,关断所有SPWM信号输出。(4)计数器复位控制

计数器复位位,当 =0,使内部的相计数器置为0(R相)。(5)软复位控制

RST是软复位位。它与硬复位 有相同的功能。高电平有效。

SPWM波形的产生,选择专用的芯片SA828,如前面所讲,这里不再论述。它和单片机的接口如下图所示: 3.2 系统软件的设计 3.2.1 初始化程序

系统上电时,初始化程序将数据存储区清零。3.2.2 主程序

完成定时器的初始化,开各种中断,循环调用各个子程序。包括电压显示子程序、AD转换子程序、828初始化子程序。主程序流程图见图 程序清单如下: START: SETB IT1;选择INT1为边沿触发方式 SETB EX1;开外中断1 SETB EA;开总控制中断

CLR PX1;外中断1为低优先级 SETB IT0;脉冲下降沿触发外中断0 SETB EX0;开外中断0 MOV TMOD,#01H;T0工作在定时,方式1 SETB PX0;外中断0为高优先级 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H ACALL KAISHI ACALL INCADC AJMP START 3.2.3 SA838初始化及控制子程序

按照单片机与SA828的接线图,P2.0作为SA828的片选控制口,因此SA828的起始地址为FE00H。系统上电复位之后首先对SA828写初始化字和控制字。具体计算如前面所述。流程图如下: 程序清单如下:

CLR P2.1;禁止PWM输出

MOV A,#80H;SA828初始化寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;给R0写数据 INC DPTR MOV A,#60H MOVX @DPTR,A;给R1写数据 INC DPTR MOV A,#04H MOVX @DPTR,A;给R2写数据 INC DPTR INC DPTR MOVX @DPTR,A;给初始化寄存器R4写数据 MOV A,#1BH;SA828控制寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;给R0写数据 INC DPTR MOV A,#2DH MOVX @DPTR,A;给R1写数据 INC DPTR MOV A,#05CH MOVX @DPTR,A;给R2写数据 INC DPTR MOVX @DPTR,A;给控制寄存器R3写数据 SETB P2.1;允许PWM输

单片机对采样到的输出如做PI调节计算转换为电压幅值控制字后,需要重新写入控制字,其方法是相同的。

3.2.4 ADC0809的控制及数据处理子程序

单片机与ADC0809的接线图所示,P2.7作为ADC0809的片选控制口,因此ADC0809的起始地址为7F00H。如图所示,ADC0809的地址选择线接地,固定8路模拟数据输入端重IN-0为电压采样输入端。ADC0809的CLK信号是从AT89C52的ALE端经四分频器74LS74分频后得到的,工作频率为500HZ,转换时间为128us左右,据此设计一个延时时间,延时时间一到,采用查询方式进行数据传送。即用软件测试EOC(P3.1)的状态,若测试结果为1,则转换结束接着进行数据传送,否则等待,直到测试结果为1。因为ADC0809的最大输入电压为5V,其转换结果FFH对应5V。所以FFH对应的输入应大于等于5V,表示输入超过量程。本设计中FFH对应36V,其转换公式为,X=,因此程序中有二进制转换及乘14子程序,除以100处理为小数点固定显示在次低位。另外,考虑到系统存在电磁干扰,采用了中值滤波子程序进行软件抗干扰。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。中值滤波之后将最优值存于6AH中再进行转换处理。流程图如图下面是程序清单: INCADC: MOV R0,#2CH MOV R2,#03H SAMP: MOV DPTR,#7F00H;AD0809端口地址送DPTR MOV A,#00H;输入通道0选择 MOVX @DPTR,A;启动A/D转换 MOV R7,#0FFH;延时查询方式 DELAY:DJNZ R7,DELAY LOOP1:JB P3.1,T1;查询p3.1是否为1 JNB P3.1,LOOP1 T1:MOVX A,@DPTR;读取从IN0输入的转换结果 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,SAMP 以下是数字滤波程序流程图及程序清单:

FILTER:MOV A,6CH CJNE A,6DH,CMP1 AJMP CMP2 CMP1:JNC CMP2 XCH A,6DH XCH A,6CH CMP2:MOV A6DH CJNE A,6EH,CMP3 MOV 6AH,A CMP3:JC CMP4 MOV 6AH,A CMP4:MOV A,6EH CJNE A,6CH,CMP5 MOV 6AH,A CMP5:JC CMP6 XCH A,6CH CMP6:MOV 6AH,A;滤波结果存于6AH RET 3.2.5 数据处理及电压显示子程序 DISPLAY: MOV A,6AH ACALL L1;十进制转换 ACALL PLAY RET PLAY:;显示程序 MOV A,R5;分离D1 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R5;分离D2 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 51H,A MOV A,R4;分离D3 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R4;分离D4 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 53H,A PLAY1: CLR P2.6 CLR P2.5 CLR P2.4 CLR P2.3 MOV R1,#50H;显示数据首地址 MOV P1,#0FFH;清除原来的数据 SETB P2.3;显示最低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS;数据显示1ms CLR P2.3 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.4;显示次低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR ANL A,#7FH;小数固定显示 MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.4 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.5;显示次高位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.5 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.6;显示最高位 MOV A,@R1 JZ NODISPLAY;若A=0,则不显示 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.6 MOV P1,#0FFH NODISPLAY: MOV P1,#0FFH AJMP PLAY1 RET

L1:CLR C;十进制转换 MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#08H NEXT1:RLC A MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R2 DJNZ R3,NEXT1 RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH

DL1MS: MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET 3.2.6 输出频率测试计算及显示子程序部分 ⑴.频率测试计算子程序部分

SA828带有频率输出端口,将其与单片机的中断INT0口相接,如原理图所示。本例中所使用的中断源有2个:T0中断和 中断。中断的功能是计算ZPPR输出的调制波频率。由于调制波频率可能比较低,因此用T0溢出中断来记录一个ZPPR周期中T0溢出的次数,这个溢出次数保存到70H中。这样,在一个 中断间隔里,所用的时间(即ZPPR周期)是3个字节的数(1个字节的T0溢出次数,2个字节的T0值)。因为AT89C52使用12MHZ的时钟频率,一个机器周期是,所以调制波频率的计算公式为: =0F4240H,也是一个3字节的数,因此 是一个3字节除法运算。如果对精度要求不高,的分子分母可以舍掉最低字节来简化运算,这样就成为双字节除法运算。所以,当 中断时,只取TH0,将其存放到71H中除法运算的整数商存放到72H、73H中,小数商存放到75H中,以便频率显示程序中调用。

中断子程序及流程图如下:

SUANPIN: CLR EA;关中断 CLR TR0 PUSH ACC;保存现场 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.3 MOV 70H,#00H;MOV TL0,#00H;TL0清0 MOV 71H,TH0;取TH0值 MOV TH0,#00H;TH0清0 MOV A,71H;检查除数是否为0 ORL A,70H;不会溢出,高位永远为零 JZ ABC;除数为0则退出 MOV R2,#00H;输入被除数 MOV R3,#00H MOV R4,#0FH MOV R5,#42H MOV R6,70H;输入除数 MOV R7,71H LCALL NDIV;调用双字节除法子程序原来的程序,NDIV:MOV B,#16;双字节无符号数除法子程序;当条件(R2R3)〈(R6R7)满足时,;(R2R3R4R5)/(R6R7)=(R4R5),余数在(R2R3)NDVL1: CLR C MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A XCH A,R2 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C CLR C SUBB A,R7 MOV R1,A MOV A,R2 SUBB A,R6 JB F0,NDVM1 JC NDVD1 NDVM1: MOV R2,A MOV A,R1 MOV R3,A INC R5 NDVD1:DJNZ B ,NDVL1 CLR F0

MOV 72H,R4;频率整数部分存于7273H中 MOV 73H,R5;调制波频率整数部分存72H MOV 75H,R2;将调制波频率小数部分(小于100)存75H MOV 70H,#00H;70H清0 ABC:POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢复现场 POP DPH POP DPL POP B POP ACC SETB EA;开中断 SETB TR0 RETI

⑵.频率显示部分

本系统用一个四位一体的LED数码管显示数据,系统初始化后显示的为电压,按频率显示按钮显示频率。利用中断源 显示,它将72H、73H中的频率整数(二进制数)部分先进行二--十转换存于R3R4R5中,根据经验,转换过来的十进制数只有百位,即R3中的值为00,R4中的值为0X。因此将R4R5中的数分离分别在最高位、次高位、次低位显示,并且次低位带有小数点。将75H中的小数部分在最低位显示。至此,频率显示部分完成。

中断程序及流程图如下:

DISPLAYF:PUSH ACC;保存现场 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.4;使用第二工作寄存区

MOV R6,72H;频率整数部分存欲R6R7中调用双字节十进制转换程序 MOV R7,73H;;ACALL HB2;调用双字节十进制转换程序

HB2:CLR A;BCD码初始化;双字节十进制转换 MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H;转换双字节二进制整数

HB3:MOV A,R7;从高端移出待转换数的一位到CY中 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5;BCD码带进位自身相加,相当于乘2 ADDC A,R5 DA A;十进制调整 MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV A,75H;频率小数部分在最低位显示 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,R5;频率整数部分个位数在次低位显示 ANL A,#0FH CLR CY SUBB A,#07H MOV 51H,A MOV A,R5;频率整数部分十位数在次高位显示 ANL A,#0F0H SWAP A CLR CY SUBB A,#05H MOV 52H,A MOV A,R4;频率整数部分百位数在最高位显示 ANL A,#0FH DEC A MOV 53H,A ACALL PLAY;显示频率

POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢复现场 POP DPH POP DPL POP B POP ACC AJMP DISPLAYF RETI

第四章 联机调试及结果分析 4.1 联机调试情况

系统的调试分为硬件调试和软件调试两个部分。硬件调试包括控制电路的调试和主电路的调试。调试时,应该先调控制部分。首先检查电路的焊接是否正确,然后用万用表测试或通电检测。主电路部分硬件的检测方法同控制部分。硬件检查无误后,软件调试。软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验,然后分别进行主程序、AD转换子程序、电压显示子程序、频率显示子程序、数字滤波子程序等子程序的编程及调试。

在联机调试前,先用伟福模拟仿真,然后利用爱思G3000在线联机调试。联机调试时出现了下面一些问题:

1).四位一体LED显示管不显示; 2).P1口没有数据输出; 3).AD转换器不工作;

4).SA828的输出波形不正确。解决的办法及处理结果:

1).检查各个数码管的位控端及代码段是否连接完好,给它加的驱动是否正确,以及各个数码管本身是否完好。经检测是我们的驱动连接有问题,重新连接后,显示正常。

2).P1口没有数据输出的原因也是我们的显示驱动出错导致,当驱动错误排除后,P1口数据输出正常。

3).和AD转换器的各个连线都联结正确,我们的焊接技术不好,出现了个别引脚虚焊,虚焊处理后,问题解决。

4).SA828的输出波形下桥臂出现一段脉宽为1us的不正常波形,按照电路设计原理,小于5.67us的波形在脉冲删除电路中是该删除掉的,由于三相下桥臂均输出这种不正常的波形,我们用到了SA828的输出禁止端SETTRIP,把此端接上高电平即可使输出禁止而不影响内部电路的正常工作,但是实验结果还能看到此不正常的波形,若其是内部电路产生,即使不能删除,在输出禁止时理论上应该是能禁止的。又考虑到可能是干扰所至,消除掉可能存在的干扰后依然存在此波形。初次使用这系列的芯片,对其资料也不完全掌握,实验最后,仍留此问题,亟待日后解决。另外,在绞尽脑汁之后,发现一个问题,原来认为不用的芯片端口可以按其功能相应的接高电平或接地,在这样做之后,芯片发烫,断开连接即恢复正常 4.2 实验验证及结果分析

1).1).从SA828的RPHT、PRHB输出的驱动脉冲信号如下图4-1所示

图4-1 PWM输出的上、下桥臂的驱动信号

2).经过TTL驱动电路,加在栅极的驱动电压信号如图4-2所示。图4-2 MOSFET栅极的驱动信号 3).仿真交流输出信号如图4-3所示 图4-3 仿真交流输出信号 4).结果分析

实验室搭建主电路进行实验和调试,获得了较好的实验效果。该系统输出正弦波的频率为400HZ。试验证明整个系统方案结构紧凑,实时性较好。4.3结论

在前面的系统硬件软件设计下,我们在实验室组成实际的线路进行了实验和调试,获得了较为良好的实验效果。该系统输出正弦波合成的频率为400HZ,试验证明整个系统结构紧凑,实时性较以完全单片机软件编程产生SPWM波的方法要好得多,而他的功能又比用HEF4752等纯硬件方法生成的SPWM波的方法完善。综上分析及实验验证,可以得到下面几点结论:

1).SA828时一个高性能的SPWM专用IC,在合适的外围条件的支持下,它可以输出较好的SPWM脉冲信号。

2).以单片机最小系统来完成SA828的外围硬件支持,可以使系统的硬件结构简化,提高可靠性,减小系统成本和体积。

3).文中介绍的以AT89C52最小系统与SA828相结合构成的全数字化SPWM脉冲形成系统,即可解决全软件编程产生SPWM脉冲波的缺陷,又可以弥补纯硬件系统完成SPWM脉冲生成方案的不足,是一种较好的方案。4).文中介绍的SPWM脉冲形成方案,不仅在开关电源的数字化制作方面是一个尝试和创新,而且在直流调速、交流调速、变频电源、电力回收领域,也具有通用性,它应用前景广阔。

结束语: 本设计利用MCS-51单片机控制SA828产生SPWM调制信号,AD转换器控制输出频率及电压,电路结构简单,可靠性高,实时性好,具有广阔的使用前景。

2.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇二

关键词:单片机,温度传感器,比例积分微分控制,数据采集

在工业控制领域,温度控制的应用非常广泛,控制精度的高低直接影响到产品的质量及使用寿命,研究和设计高性能的温度控制系统具有非常重要的意义。目前控制算法的多样化也为温度控制提供了便利条件,应用较为普遍的有比例积分微分(PID)控制、模糊控制等[1,2,3,4,5]。本文根据某温控设备的控制要求设计了一种以单片机为核心的监控系统。系统采用热电偶温度传感器测温,利用位置式PID算法,实现了温度的实时监测、超限报警、显示与控制等功能。

1 系统硬件设计

本系统主要由热电偶温度传感器、OP27低噪声精密运算放大器、双积分型A/D转换器ICL7135、可编程定时/计数接口芯片8253、AT89C51单片机等器件组成[6]。系统框图如图1所示。

1.1 电源模块

电源模块分模拟电源和数字电源两大部分,分别对本机的模拟电路和数字电路供电,地线各自独立,按A/D转换器的要求只在A/D转换器处将模拟地和数字地相连。数字电源和模拟电源都采用三端稳压块稳压,在个别要求电源精度较高的场合选用低温漂稳压二极管进行二级稳压。

1.2 温度采集模块

温度数据采集模块[7,8]以热电偶温度传感器为核心部件,将温度变化量转化为电压信号,经精密运算放大器OP27进行放大,放大后的电压信号输出到ICL7135双积分型A/D转换器进行高精度模数转换。A/D转换后,往往要进行相应的换算,得到系统所需要的数据。之后将数据送往单片机,此信号一部分送往显示模块,以提供实时数据的显示;另一部分送往控制模块,将实时数据与目标数据对比,继而进行控制。图中采用8253接口电路是为系统升级为具有多路温度检测控制功能而设置的。

1.3 输出控制

输出控制电路主要包括驱动和执行两部分。可用达林顿阵列ULN2003来作驱动,进而控制交流固态继电器(AC-SSR)中的双向可控硅的关断和导通,以便切断或接通加热电源。原理是采用双向可控硅交流“调功”方式控制加热电热丝发热量,即在每一个控制周期时间内,改变加在电热负载上交流电压半波的个数来调节电热丝的发热量。

1.4 显示与报警

显示模块由LED数码管和驱动电路组成。报警系统采用声光报警由发光二极管,扬声器及驱动电路组成,当单片机发出超限报警信号,将驱动发光二极管和扬声器实现报警。

1.5 看门狗电路

为了防止系统受干扰而使程序丢失,或走进死循环而使系统死机,应加入看门狗电路,以保证系统的可靠性和稳定性。本系统采用常用的集成看门狗电路X5045,X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路。

2 系统软件设计

系统程序的控制思想如下:设置目标温度后,系统对炉温采样,并通过预设温度、当前温度、历史偏差等进行PID运算产生输出参数,通过该参数控制加热时间,从而调节加热器的平均功率,实现系统的PID控制。整体功能通过主程序、串行通信中断服务程序、PID控制子程序等配合实现。这里主要介绍主程序流程和PID控制子程序流程。系统首先初始化I/O、8253、定时器、UART等部件,然后进入主循环,进行温度采样和相关处理。本系统软件设计的核心思想就在于实现PID控制,在系统运行过程中通过按相应键重新设置目标温度。主程序流程如图2所示。

本方案利用位置式PID算法,将温度传感器采样输入作为当前输入,接着与设定值进行相减得偏差,再进行PID运算产生输出结果,然后控制定时器的时间进而控制加热器。由中断定时器提供溢出频率为64 Hz的中断信号,配合主程序的PID运算结果来确定加热时间,实现加热器功率调节,该部分子程序流程图如图3所示。

上位机软件使用Delphi[9,10],由于Delphi不提供串口通信的ActiveX控件,仅有API函数可以使用,但API函数编程较为复杂,因此可将微软公司提供的ActiveX控件Microsoft Communication Control 6.0(简称MSComm控件)引入到Delphi开发环境中,这样用户便可以像使用Delphi控件一样方便地利用MSComm控件进行计算机串口的通信编程。下面给出上位机命令的发送与数据接收的部分源程序:

procedure

TMainForm.btnSRClick(Sender:TObject);

…… //变量初始化

if not MSComm.PortOpen then //判断是否打开串口

……

else begin

//二进制数发送,需要使用Variant 变量矩阵,矩阵大小自动调节

Output:=mmSend.Text; //在文本框取上位机下传数据

……

MSComm.Output:=tmpVar; //向发送缓冲区写入数据

sleep(500); //延时接收数据

SerialInput:=MainForm.MSComm.Input; //读取接收缓冲区中的数据

SerialDataLength:=MainForm.MSComm.InBufferCount; //读串口数据长度

for i:=0 to SerialDataLength-1 do

begin

tmpInt:=SerialInput[i];

…… //对上传的数据进行处理

end

end

3 系统调试

本系统的关键之处在于PID控制。对于PID系统来说,系统性能的好坏主要取决于PID控制参数的设定。由PID控制原理知[1]:比例(P)控制能迅速反应误差,减小稳态误差;比例作用的加大,会引起系统的不稳定。积分(I)控制的作用,只要系统有偏差存在,积分作用不断地积累,输出控制量以消除误差;积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。微分(D)控制可以减小超调量,克服振荡,使系统的稳定性提高,同时加快系统的动态响应速度,减小调整时间,从而改善系统的动态性能。本系统要达到的目标就是:反应速度尽可能快,超调量尽可能小,稳态误差趋近于0。

为能在上位机上实时显示温度的变化曲线,调节PID系统关键参数KP,KD使系统处于最佳运行状态就显得尤为重要。图4给出了在4种情况下温度随时间变化的调试曲线。由图可知:在KP=1.5,KD=1.0(温升:20~40 ℃)时,超调量过大;在KP=1.2,KD=1.0(温升:40~60 ℃)时,由于参数过小,系统的快速性不好,反应比较迟钝;在KP=1.3,KD=1.0(温升:30~50 ℃)时,由于参数过小,系统的超调量比较大,而且预测性不好,造成温度长时间超调;在KP=1.3,KD=2.0(温升:50~70 ℃)时,选择适中,系统的超调量很小,而且超调维持时间很短就会恢复平衡点。此时温度控制指标如下:静态误差:T≤0.5 ℃;分辨率:0.1 ℃;超调量:T≤0.5 ℃。这样的情况下,系统运行情况可以达到最好。

4 结 语

以单片机AT89C51为中心,设计了一种温度监控功能系统。该系统简洁,温度数据采集和运算处理十分方便简单,扩展为多路温度监控系统容易。利用单片机的串行中断,采用Delphi编制上下位机通信程序,在上位机直接实时显示温度的变化曲线,便于直接观察控制的性能。通过调试找到了使控制最优的PID参数,在此情况下,系统运行良好,表明了本系统设计的可行性和有效性。

参考文献

[1]雷霞,周广文.改进的加热过程模糊自调整PID算法及仿真分析[J].吉林大学学报:信息科学版,2008,26(5):547-552.

[2]杨宁.电阻加热炉解耦模糊Smith预估PID控制研究与仿真[J].系统仿真学报,2006,18(9):2 566-2 569.

[3]陈以,杨启伟.模糊Smith智能温度控制器的设计与仿真[J].控制工程,2007,14(4):422-429.

[4]蔡文超,申群太.基于组合Smith的模糊PID控制在湿度控制中的应用[J].科学技术与工程,2007,7(8):1 617-1 620.

[5]吴兴纯,李江涛.Smith预估控制技术在炉温控制系统中的应用[J].昆明理工大学学报:理工版,2005,30(3):60-63.

[6]戴梅萼,史嘉权.微型计算机技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[7]李长庚,李新兵,张宇鑫,等.基于无线射频技术的传感器温度采集系统[J].仪表技术与传感器,2008(3):31-33.

[8]蒲正刚,张禾.无线温度采集系统[J].西南石油学院学报,2006(1):88-90.

[9]陈婵娟,陈参.用Delphi开发实现开放式数控系统软PLC功能模块[J].制造技术与机床,2008(5):54-56.

3.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇三

关键词:PIC;TCP/IP;嵌入式; 以太网

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2007)12-21589-01

One Kind Embedded Ethernet Based on the PIC Monolithic Integrated Circuit to Turn on the System

LI Zhong-lin,YUN Gui-quan

(Computer Engineering Department,Sichuan College of Vocational and Information Technology,Guangyuan 628017,China)

Abstract:This article constructs the system is Embedded System by the PIC16F877 monolithic integrated circuit achievement the central processing element,and Realizes the TCP/IP agreement stack through the hardware integrated circuit S-7600A agreement stack chip, Because the ethernet already became one kind widely to turn on Internet the way, May turn on through the RTL8019A ethernet control chip this system the ethernet, Then turns on Internet through the ethernet, thus may realize Embedded system regarding this the long-distance access and the control.

Key words:PIC;TCP/IP;Embedded;Ethernet

1 引言

目前大多数嵌入式系统是以微控制单元(MCU),与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业中,有时要求实现多个嵌入式系统之间的信息通信。可以用串行总线RS-232、工业控制总线CAN等总线将多个嵌入式系统连接起来形成一个网络,但这种网络的通信范围比较小,并且一般是孤立于Internet以外的。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一,是信息流通的重要渠道,如果嵌入式系统能够连接到Internet上面,则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。

将嵌入式系统与Internet结合起来的想法其实很早以前就有了,主要的困难在于,Internet上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求比较高,而嵌入式系统中除部分32位处理器以外,大量存在的是8位和16位MCU,支持TCP/IP等Internet协议将占用大量系统资源,或根本不可能。

本文将以专用硬件实现TCP/IP协议,并以8位PIC单片机做了中央处理器构建一个能实现Internet访问的嵌入式系统。

2 系统硬件

系统框图

如以上系统框图所示,主要的硬件包括:PIC16F877,S-7600A,RTL8019A,62256等。下面介绍一下主要部件所完成的功能及在系统中的作用。

(1)PIC16F877

它主要完成系统的数据处理功能。要完成从S-7600A来的PPP包的处理使之转换IP包。还要完成对用户接口来的数据的读取,处理,以及整个系统的协调。

(2)S-7600A

它是大规模集成电路工艺的TCP/IP协议栈芯片,支持:TCP/IP(Ver 4),UDP,PPP协议。对从PIC来的数据封装过程如下:

其它部件RTL8019A作为网络控制芯片,起网络适配功能。62256为32K的SRAM,作为系统的数据存储器。

3 系统的工作流程

4 结束语

该系统具有体积小,成本低,功耗低等特点。并且采用系统直接接入网络的方式,即每个系统都有自己的IP地址。因此不用再配网关。

参考文献:

[1]骆丽.嵌入式系统设计.北京航空航天大学出版社,2004.

[2]袁勤勇,黄绍金,唐青.嵌入式系统构件(原书第2版).机械工业出版社,2002.

[3]陈明计,周立功.嵌入式实时操作系统Small RTOS51原理及应用.北京航空航天大学出版社,2004.

4.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇四

关键词:

光学设计; 评价函数; 优化设计; 全景成像

中图分类号: TH 703 文献标识码: A

引 言

近年来,空间目标探测,机器人导航,安全监控等领域都提出了对空间各方向场景实时成像的要求,满足上述需求的折反射全景成像系统日益受到关注[1]。折反射全景成像系统由常规成像透镜和曲面反射镜组成,能够实时获取水平方向360°和垂直方向一定角度的全景图像。该系统结构相对简单、光能损失低,系统设计柔性好且成本较低,已成为计算机视觉研究的热点[2]

这类大视场光学系统的光学元件及布置一般是轴对称的,但对于大视场物点成像,光束以大入射角(可能大于80°)打在光学元件表面,经光学系统成像后,子午面和弧矢平面内的聚焦位置和波阵面参数可能完全不一致。因此,这类系统本质上是具有大视场的平面对称光学成像系统。这使得传统近轴球面像差公式及求解手段[3]不适于全景成像系统的设计,目前只能借助于光线追迹软件(例如:Zemax)进行数值分析计算。光线追迹虽然能精确反映光学系统的成像质量,但不能从解析角度分析光学系统参数对其像质的影响,也不能使光学系统设计像共轴系统那样,利用像差分析选定系统的初始参数、洞察系统的设计结果,并且能基于像差表达式发展系统的评价函数和优化设计程序。

最近,吕丽军基于波像差的方法发展了一般的平面对称光学系统的像差理论[4]。它适用于离轴(甚至掠入射)、折射或反射类型光学系统的像差分析。其像差表达式比较简洁,方便应用于多元件光学系统的像差分析和优化设计。对于大视场光学系统,现发展了一种行之有效的优化方法[5]。文中将此优化方法应用于折反射全景成像系统,优化设计这类系统的评价函数[6],其函数是系统光学参数的解析表达式,利用差分进化算法全局优化的能力,在MatLab环境下发展了大视场光学系统的优化设计程序,对一种折反射全景成像系统结构进行优化设计,最后用Zemax光学追迹软件进行数值验证。

2 优化计算程序及算法

计算评价函数值的流程图如图1所示,具体的一些过程解释如下:

(1)光学系统参数赋值:在参量搜索范围内,由优化算法程序给光学系统各参量赋值。

(2)计算最大视场角初值ω*0:根据高斯公式计算后组物镜的近轴入瞳位置,由入瞳中心做反射镜面的切线,其切线和光轴夹角作为最大视场角的初值。

(3)确定可用的最大视场角:由于优化程序所给的参数具有一定随机性,上一步确定的最大视场角初值范围内的场光线,在追迹场光线过程中,可能会发生全发射或几何阻挡的情况。因此,逐步缩小最大可用视场角,直到不会发生上述两种不合理的情况为止。

(4)确定任意场光线初始位置:从孔径光阑中心逆向追迹场光线,确定视场角与其位置的关系曲线,应用多项式拟合得到场光线初始位置关于视场角关系的多项式表达式。

(5)计算场光线的光路参数:选定数个优化视场角,计算对应于这些场角的场光线在光路中的参数。

(6)计算像面参考位置:应用像差理论[4]中的子午方向聚焦方程(w200=0),计算最大和最小优化视场角的场光线所对应的像面位置,两者的平均值作为像面的参考位置。

(7)计算评价函数Q值:应用上一节的方法,运用式(6)计算评价函数值。

由于DE算法[7]在求解非凸、多峰、非线性函数优化问题表现极强的稳健性,把上述评价函数作为目标函数,采用DE算法寻取最优解(评价函数的最小值),实现优化设计。

3 数值验证

现应用DE算法[8],在MatLab环境下发展了优化程序。下面将对如图2所示的折反射全景成像系统进行优化设计。它的前组为一个二次圆锥曲面反射镜[9],它的面形表达式由y2=a1 x+a2 x2表示;后组为改进型的Tessar(天塞)物镜[3],物镜的结构及光学系统参量表示如图3所示。

经过优化,参考组和优化结果的评价函数值的倒数分别为27.72和172.59(评价函数越小越好,其倒数越大越好)。为了求证优化前后全景成像光学系统的成像质量,按照表1和表2中的光学参数,应用像差理论[10]和光线追迹程序Zemax计算像面上光线点列图的分布;物点的视场角分别选取25°、45°、65°、85°。点列图如图4所示,(a)、(b)是参考设计分别应用Zemax和像差理论计算的成像结果;(c)、(d)是经过优化程序得到的系统参数分别应用Zemax和像差理论计算的成像结果。结果表明,应用像差理论计算孔径光线像差和Zemax是一致的,说明像差理论的正确性。此外,优化之后的光学系统成像质量明显优于优化之前的,说明这种优化方法是有效的。

4 结 论

应用平面对称光学系统像差理论在大视场光学系统中的设计方法[5],对于一种折反射全景成像系统进行了优化设计。通过数值验证表明,提出的设计方法能有效地提高此类系统的成像质量。解决了现有方法无法从像差表达式分析这类大视场系统的问题,为进一步研究提供一定的参考价值。

参考文献:

[1] 肖 潇,杨国光.全景成像技术的现状和进展[J].光学仪器,2007,29(4):84-89.

[2] 王丽萍,张立超,何锋赟,等.采用多种群遗传算法的全景成像系统非球面设计[J].光学 精密工程,2009,17(5):1020-1025.

[3] 波恩 M,沃耳夫 E.光学原理[M].北京:科学出版社,1978:696-720.

[4] LV L J.Aberration theory of plane-symmetric grating systems[J].Synchrotron Rad,2008,15(4):399-410.

[5] 吕丽军,石 亮.平面对称光学系统像差理论的扩展[J].光学 精密工程,2009,17(12):2975-2982.

[6] 徐 挺,朱国强.基于波像差理论的光学系统评价函数[J].光学仪器,2010,32(3):55-59.

[7] 刘 波,王 凌,金以慧.差分进化算法研究进展[J].控制与决策,2007,22(7):721-729.

[8] 吴亮红.差分进化算法及应用研究[D].湖南:湖南大学,2007:1-96.

[9] 曾吉勇,苏显渝.双曲面折反射全景成像系统[J].光学学报,2003,23(9):1138-1142.

5.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇五

关键词:单片机;棉籽;分级;系统设计

中图分类号:S126;S226.5 文献标志码:A

文章编号:1002-1302(2014)08-0391-02

棉籽是棉花业生产过程中最基本的生产资料之一[1-2],新疆生产建设兵团是我国最大的优质商品棉和唯一的长绒棉生产基地。因此,棉籽的质量问题不容忽视。在南疆地区,由于自然环境和农业管理条件等因素的影响,棉籽的质量存在很大差异。传统的棉籽分级优选主要是根据物理和机械原理,利用棉籽的比重特性、空气特性进行清选分级[3-4]。由于劣质棉籽和优质棉籽的空气特性和比重特性比较接近,传统的优选分级方法不能完全地将劣质棉籽清除,极大地影响了优选效果,进而影响棉籽的发芽率,影响棉花的产量,不利于棉花种植业的发展。针对这些问题,本研究设计了以单片机和RGB颜色传感器为核心的棉籽分级控制系统,能够实现对棉籽颜色信息的实时采集,通过单片机对采集来的棉籽颜色信息进行归一化处理,通过设定棉籽等级参量的上下限阈值、单片机控制气流强度开关,使棉籽等级区分开,并且在显示屏上动态显示棉籽的优选数据信息。

1 棉籽分级控制系统分析

1.1 存在的问题

国内外许多研究人员对农产品清选分级类的设备进行了较深入的研究,但关于以自动控制为基础的棉籽分级设备方面的研究相对较少,这就面临一些尚需解决的控制技术问题:(1)棉籽颜色信息的检测与采集。由于采集现场环境复杂,如实验室、加工厂温湿度变化较大,光线强度、迎光与背光采集,以及南疆地区地处沙漠空气悬浮物较多等因素,使采集的数据信息与实际信息有较大的偏差。(2)控制系统硬件要求结构精简、性价比高,如RGB传感器的选择、单片机型号的选择及其抗干扰性较强。目前市场上能达到实用性强、实时性操作要求的设备性价比低,致使棉籽分级设备的发展受到了一定的阻碍。(3)棉籽分级设备的自动控制、控制系统要保证对棉籽分级的稳定性、快速性和高效性。

针对以上问题,本研究找出适合整个控制系统的芯片和器件等,并对棉籽分级设备控制部分进行了优化设计。通过试验调试改进,验证了整个棉籽分级控制系统设计的有效性和合理性。

1.2 控制系统设计方案

棉籽分级控制系统工作原理:由喂料口将待分级的棉籽滑落至运转的传送带上,RGB颜色传感器检测位于传感器正下方传送带上的棉籽的颜色数据信息,并把检测来的信号经过变送器作放大滤波等处理,送入单片机处理,单片机对数据进行归一化处理后,作出相应决策,若棉籽的颜色信息未达到理想的优选下限阈值,则判定其为劣质棉籽,控制芯片要发出指令,控制与传送带处于同一平面且成直角的高压气流使设备产生强气流,将该棉籽从传送带上吹入劣种箱内;若采集来的棉籽颜色信息达到了理想的下限阈值,控制芯片作出决策使该棉籽在传送带上平稳送到优质棉籽箱内,同时单片机将该棉籽的颜色信息送入显示屏实时显示,棉籽的颜色信息阈值可由键盘输入设定。

棉籽分级控制系统结合了模拟电子技术、数字电路、电工基础、检测技术、信号处理以及单片机等理论和技术。设计的棉籽分级系统具有结构简单、稳定性强、可靠性高、速度快、效率高等特点。

2 棉籽分级控制系统的设计

2.1 硬件部分设计

棉籽分级系统需要通过RGB颜色传感器检测并采集棉籽的颜色数据信息;同时CPU还要对采集来的信息进行数据处理、适时显示、控制强气流装置以及数据的存储,核心芯片的任务比较重。基于这些因素,本设计采用51系列的STC89C55RD作为核心控制芯片。该芯片STC89C55RD有20 kb的Flash程序存储器,1 280 b的RAM数据存储器,可承受高达80 MHz的时钟,8位CPU、5V供电电压有5组并行口、8个中断源、3个定时器、2个数据指针,具有低功耗、高性能的特点[5]

单片机STC89C55RD具有加密性强、低功耗、超低价、速度快、可靠性高、超强抗静电性和抗干扰性等特点,其核内RAM有4组32个Rn、4组36个通用I/O口,可以进行多路并行采集;支持在线编程,而且带有程序自动加密;实际工作频率可达到80 MHz。

棉籽颜色检测与采集采用RGB传感器RCS230,实现适时采集,RCS230是TAOS公司推出的数模兼容的光频转换的传感器。内部集成了硅光电二极管阵列和1个电流频率转换器,输出频率2~500 kHz,该输出频率与光强度呈线性;分辨率10位以上的可编程芯片要求电压在常规范围内,具有掉电恢复功能、误差小等优点。

显示模块要求显示棉籽的颜色信息以及设定的优质棉种的颜色信息阈值,所以采用液晶显示屏带背光的LCD1602。LCD1602是工业字符型液晶,能够同时显示16×2即32个字符,是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示1个字符,每位之间有1个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用。

强气流发生与控制模块通过单片机控制继电器开关,启动强气流发生装置,并且有单片机输出的PWM经过处理后控制气流的强度,以免气流过大而破坏优质棉籽的表层、气流过小而导致劣质棉种无法被打到箱体内。

2.2 软件部分设计

棉籽分级控制系统的软件设计采用keil uVision2软件编程,keil C51是一个完整的开发工具,涵盖了编译、仿真等功能。程序采用模块子程序的编写思想,使程序的严谨性达到要求。通过调节控制参数,使棉籽的分级精度提高。棉籽分级控制系统的主程序流程图如图1所示。

3 试验设计与分析

颜色信息阈值设定依据:成熟的棉籽接近于黑色,未成熟的棉籽接近于红色[6]。因此,棉籽是否成熟可根据采集来的蓝绿光占整个棉籽的红蓝绿三色光的比值来判定,即(B+G)/(R+B+G)。

在阈值为0.65、0.75时,分别进行棉籽分级试验,分别取分级后的优质棉和劣质棉棉籽100、200、500、1 000、2 000粒进行发芽试验,结果见表1。

从表1可以看出,对应不同颜色信息阈值,系统对棉籽的优选效果不同,即阈值越高,优选的效果越好,而且误差越小。该控制系统能够实现棉籽分级设备的正确控制,满足设计要求。

4 结语

利用RGB颜色传感器、LCD背光显示屏和单片机等设计了棉籽分级装置的控制系统,通过试验验证这一系统设计的可靠性和实用性,为棉籽分级优选设备的研究提供了依据。

参考文献:

[1]陈 涛,徐小波,乐忠宇,等. 棉花种子颜色分选自动化系统研究[C]//中国农业机械学会2006年学术会议论文集.镇江:中国农业机械学会,2006:451-454.

[2]李彦林. 棉种色选机在棉种加工中的应用[J]. 新疆农机化,2005(3):25.

[3]李景彬. 棉种色选装置的光电系统研究[D]. 石河子:石河子大学,2006.

[4]张若宇,坎 杂,江英兰,等. 农业机器人在新疆兵团农业生产中的应用前瞻[J]. 农机化研究,2006(9):29-32.

[5]蔡振江.單片机原理及应用[M]. 北京:电子工业出版社,2011.

6.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇六

关键词:蹲式公厕 节水 红外感应

中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)10(b)-0070-01

目前,周口职业技术学院的1号楼和5号楼的蹲式厕所的自动冲水系统,采用的都是定时冲水,无论人多人少,无论白天黑夜,也无论放假与否,冲水系统无间断地进行冲水,这样,在正常上课期间,冲水的密度适当,能够保持厕所的清洁,但是晚上和放假期间,仍然采用这样的冲水方式,就会浪费大量的水,不但对学校经济造成一定的损失,而且违背了国家提倡的“节能减排”的精神,因此,设计出一套适合于学校及人群较集中地方的蹲式厕所的节水系统,既能解决学院的节水问题,又具有较好的经济价值和市场前景。

根据要求,采用AT89S52单片机作为核心控制部分,通过热释电红外感应技术,对进入厕所的人流量进行检测,并送单片机进行处理,当人数达到设定值时,由单片机发出指令,驱动电磁阀打开向水槽蓄水,一段时间后下水冲污。当晚上或放假没人时,还可进行强制冲水,以保持环境的清新。

1 系统组成及特点

蹲式厕所节水系统主要由主控制电路、显示电路、电磁阀控制电路及遥控接收电路等组成。该系统通过四个不同区域的热释电传感器来感应各区域的人流量情况,把感应到的信号送给单片机,由单片机把送来的人数信号和设定人数参数进行比较,当达到设定值时,再由单片机指示继电器工作,驱动电磁阀动作,下水冲污。遥控器及显示装置可用来设定或查看任一区域的人数参数、延时参数、最小时间间隔参数及开阀时间参数。

本系统的主要特点是:

(1)自动感应,智能管理:由单片机控制,人多多冲,人少少冲;

(2)高可靠性:单片机控制技术,无需电池,任何情况下程序绝不丢失,设计使用寿命5年以上;

(3)应对各种恶劣环境:无论是高温酷暑,还是零下十几度的严寒,产品均能正常工作;

(4)使用安全:安装在2.4 m以上高度,避免人员接触,同时也可免遭到人为损坏;

(5)安装简便:将安装工作量降至最低,保留原有水箱及内部配件,只在进水管道上加装电磁阀,普通水电工安装只需两小时。电磁阀不用浸入水中,使用安全,维修方便。

2 系统工作原理

系统采用AT89S52单片机作为主控制电路,X5045中的看门狗电路对系统提供了保护功能,当系统发生故障而超过设置时间时,电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应。

3 节水系统的效果分析

系统改造后,节水效果十分明显,把未改造的冲水装置与改造后的冲水装置做一比较,如表1。

从表1可以看出,改造之后的节水系统,经济效益十分可观。从表1中不难看出,每个水箱每月可节约水费213元,以我院1号楼为例,每层8个水箱,共5层40个水箱,每月节约水费可达8520元,每年就可节约水费10万余元,再加上对5号楼冲水系统的改造,可为学院节约大量开支。

4 系统抗干扰设计

抗干扰设施有硬件设施和软件设施,硬件设施如果得当,可将绝大部分干扰拒之门外,但仍然会有少数干扰进入监测系统,故软件设施作为第二道防线必不可少。由于软件抗干扰设施是以CPU为代价的,如果没有硬件消除绝大多数干扰,CPU将无暇顾及正常工作,严重影响系统的工作效率和实时性,所以,要硬件和软件抗干扰设施相结合。

硬件上正确处理“模拟地”与“数字地”。数字电路是非线性的,逻辑门的开关都会产生电流冲击,故在数字地上高频扰动很强烈,因此数字地与模拟地不能有共同路径或者环路,要分别与电源端地线相连,且只应单点连接;同时,若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时电平不稳,抗噪声性能变坏,因此布置线路时,在不影响其它器件的情况下,应将接地线尽量加粗。

软件上由于微处理器系统运行的步骤是程序计数器被改变,当CPU受到干扰后,PC值常被改变,从而将操作数作为指令码来执行,从而引起混乱甚至使系统陷入死循环。为了减少这种可能性,采取了设置软件陷阱及冗余指令的方法。在程序正确执行不能运行的地址,如程序各模块间、未用的中断向量地址等,填入NOP指令,或者复位指令。特别是在中断过程中设置大量冗余指令和标志,以减少由外界输入信号干扰所引起的错误中断。

5 结语

综上所述,基于单片机的厕所智能冲水系统,真正做到了:“自动管理、有人则冲、无人则停、人多多冲、人少少冲、定时环保”的智能化功能。在大力提倡节约能源的今天,推广和使用这一装置,对企事业单位、医院、学校、部队等,既具有可观的经济效益,还具有极大的现实意义。

参考文献

[1]林建平,吴必瑞,叶德柱.基于单片机模拟路灯控制系统的设计[J].河南工程学院学报(自然科学版),2010(4):34-37.

[2]王艳辉.片机控制的路灯系统模型设计[J].上海电机学院学报,2009(1).

[3]李广弟.单片机基础(修订本)[M].航空航天出版社,2001.

[4]张新荣,徐保国.一种燃气锅炉温度及水位控制系统设计[J].自动化仪表,2012(6):23-25.

7.一种基于单片机的可控成像系统设计论文 篇七

关键词 单片机 系统 硬件设计

中图分类号:TP3 文献标识码:A

1系统概述

单片机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。

单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上,统称中央处理单元CPU,是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output,简称I/O)接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称,人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换,使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统,两者相辅相成,缺一不可。

2系统设计要点

基于单片机的照明控制硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计要求。

在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法,该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机,并确定与之配套的外围芯片,使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计,画出详细电路图,标出芯片的型号、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改,最终达到设计目的。

3系统的结构

系统的结构主要由三部分组成:上位机系统;下位机系统;通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过有线、无线通信方式与分控制器进行信息交换,达到控制照明灯具的目的。有线通信系统的结构框图如下图所示。

该多机通信系统采用RS-485半双工主从式通信系统,主机可以发送数据或命令到从机,从机主要负责对分布的照明灯具进行控制,用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。

系统的主控制器通过RS-485总线或无线数传模块将数据或命令发送给分控制器,同时将信息送给数码显示单元进行显示,并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。

分控制器接收主控制器的发来的数据和命令,通过可控硅电路对照明灯具进行开关、亮度控制,并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。

系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示,同时能够控制照明灯具,其硬件电路只是系统的实施工具,大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂,是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁,是维护系统正常工作的工具。

4系统性能指标

(1)照明启停控制系统。照明启停控制系统包括:全开、全关、单独开、单独关。

(2)照明亮度控制系统。照明亮度控制系统包括:全部亮度调节和单独亮度调节。

(3)定时控制系统。定时控制系统包括:对全部照明灯进行定时控制和对每个照明灯进行定时控制。

5结语

照明控制系统的设计要从硬件着手,在绘制出正确的电路图后,再按功能要求编制出相应的软件程序,最终要达到所要求的性能指标。

参考文献

[1] 王幸之、钟爱琴等. AT89 系列单片机原理与接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社. 2005

[2] 孙涵芳、徐爱卿. 单片机原理及应用. 北京:北京航空航天大学出版社. 1996

注:本文为网友上传,旨在传播知识,不代表本站观点,与本站立场无关。若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。E-MAIL:iwenmi@163.com

上一篇:水培水仙花有什么养护方法下一篇:北京冬天的风景作文

付费复制
学术范例网10年专业运营,值得您的信赖

限时特价:7.99元/篇

原价:20元
微信支付
已付款请点这里联系客服
欢迎使用微信支付
扫一扫微信支付
微信支付:
支付成功
已获得文章复制权限
确定
常见问题