过程控制 液压检测课设.docx
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过程控制液压检测课设
1.课程设计目的
通过本课程设计,主要训练和培养学生的以下能力:
（1）.查阅资料：
搜集与本设计有关部门的资料（包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集）的能力；
（2）.方案的选择：
树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力；
（3）.迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；
（4）.用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2.课程设计题目和要求
1.设计水压系统，要求压力恒定，采用抑制积分饱和的PID，要求无余差，超调小。
2.硬件采用51系列单片机。
3采用keilc作为编程语言，采用结构化的设计方法
3.1设计方案的选定与说明：
因为要设计水压控制系统，所以首先要选好压力的检测装置，根据压力检测仪表的选择：
1.仪表类型的选择。
2.仪表量程的选择。
3.仪表精度的选择。
综上所述，再加上经济因数，所以选择电气式压力表，也就是由应变片组成的差动半桥。
由于差动半桥反馈的是模拟量，所以必须采用A/D采样芯片，经过查阅资料后，用了AD0804这个芯片。
并加上放大电路，先对反馈量进行放大。
接着就是控制的核心，也就是微处理器，考虑到成本和性能要求，决定使用，常用的80c51系列单片机，简单、实用。
要控制水压，必须从液体的进出来控制，为了怕液体溢出，决定选择进水口的调节阀作为被控量。
因为控制调节阀必须用到模拟量，所以用了的D/A采样DA0834，并通过放大电路进行放大。
由于要控制水压恒定，所以用了个滑动电阻，和AD0804来组成了个给定装置。
方案经过这些初步设想，也就有了个雏形，后面就是具体的实施了。
3.2设计方案的图表：
3.3论述方案的各部分工作原理:
微处理器及复位电路：
80c51的特点:
•8位CPU•4kbytes程序存储器（ROM）（52为8K）
•256bytes的数据存储器（RAM）（52有384bytes的RAM）
•32条I/O口线•111条指令，大部分为单字节指令 •21个专用寄存器
•2个可编程定时/计数器•5个中断源，2个优先级（52有6个）
•一个全双工串行通信口 •外部数据存储器寻址空间为64kB
•外部程序存储器寻址空间为64kB
•逻辑操作位寻址功能•双列直插40PinDIP封装
•单一+5V电源供电
CPU：
由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；
RAM：
用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；
ROM：
用以存放程序、一些原始数据和表格；
I/O口：
四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；
T/C：
两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；
五个中断源的中断控制系统；
一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。
最高振荡频率为12M
再加上复位系统，只需按下按钮，即可复位。
AD0804：
根据手册我们可以得到各个引脚的大致功能如下：
/CS：
芯片片选信号，低电平有效，即/CS=0,该芯片才能正常工作，在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。
/WR:
启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即/WR信号由高电平变成低电平时，触发一次ADC转换。
/RD:
低电平有效，即/RD=0时，可以通过数据端口DB0～DB7读出本次的采样结果。
UIN（+）和UIN（-）：
模拟电压输入端，模拟电压输入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。
双边输入时UIN（+）、UIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。
当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在UIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从UIN（+）中减去这一电压。
VREF/2：
参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外界电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则Vref与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。
CLKR和CLKIN：
外接RC电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK=1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz～1.28MHz。
AGND和DGND：
分别接模拟地和数字地。
/INT:
中断请求信号输出引脚，该引脚低电平有效，当一次A/D转换完成后，
将引起/INT=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的INT0,INT1脚），当产生/INT信号有效时，还需等待/RD=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将/INT引脚悬空。
DB0~DB7：
输出A/D转换后的8位二进制结果。
通过这个芯片，我们能将给定的模拟量转化为数字量，以及差动电桥的放大量转化为数字量。
进而让51单片机可以接受并处理数据。
DA0832:
D0～D7：
8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；
ILE：
数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；
CS：
片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；
WR1：
数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；
XFER：
数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效;
WR2：
DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
IOUT1：
电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；
IOUT2：
电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
Rfb：
反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度； Vcc：
电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
VREF：
基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
AGND：
模拟信号地
DGND：
数字信号地。
DA0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DA0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。
所以这个芯片的应用很广泛,关于DA0832应用的一些重要资料：
D/A转换结果采用电流形式输出。
若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。
运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。
DA0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。
由于控制的调节阀差用模拟量控制，所以，通过一个D/A模块来实现控制的目的。
给定环节：
通过滑动变阻器来控制给定电压，然后通过AD0804转换成数字量，就可以向单片机输入设定值，通过与给定值的比较，由程序计算你呢就能对调节阀进行调节了。
检测转换电路：
通过电阻R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。
当应变片承受应变时，R1增大为R1+ΔR，同时R2减小为R2－ΔR，此时的输出电压为单臂工作时的两倍。
而且可以消除温差影响，提高灵敏度。
但是一般差动半桥输出的电压只有几毫伏，所以必须加上一个运算放大电路。
经过这些处理后，就能将液压的信号，转化为电信号，再通过AD0804就能将这模拟量转化为数字量，通过程序来判断如何控制。
调节阀控制系统：
将单片机发出的控制信号经由DA0832转化为模拟量后，再加上个运算放大电路，然后连接调节阀，这样就能控制进水量，从而控制水压。
这大概就是这个系统的组成，附上总图:
4.程序
#include
#include
#include
structPID{
unsignedintSetPoint;//设定目标DesiredValue
unsignedintProportion;//比例常数ProportionalConst
unsignedintIntegral;//积分常数IntegralConst
unsignedintDerivative;//微分常数DerivativeConst
unsignedintLastError;//Error[-1]
unsignedintPrevError;//Error[-2]
unsignedintSumError;//SumsofErrors
};
structPIDspid;//PIDControlStructure
unsignedintrout;//PIDResponse（Output）
unsignedintrin;//PIDFeedback（Input）
unsignedcharflag,flag_1=0;
unsignedcharhigh_time,low_time,count=0;//占空比调节参数
unsignedcharset_temper=35;
unsignedchartemper;
unsignedchari;
unsignedcharj=0;
unsignedints;
/***********************************************************
延时子程序,延时时间以12M晶振为准,延时时间为30us×time
***********************************************************/
voiddelay（unsignedchartime）
{
unsignedcharm,n;
for（n=0;nfor（m=0;m<2;m++）{}
}
/***********************************************************
复位子程序
***********************************************************/
unsignedcharreset（）
{
unsignedcharpresence;
EA=0;
DQ=0;/*拉低DQ总线开始复位*/
delay（30）;/*保持低电平480us*/
DQ=1;/*释放总线*/
delay（3）;
presence=DQ;/*获取应答信号*/
delay（28）;/*延时以完成整个时序*/
EA=1;
return（presence）;/*返回应答信号，有芯片应答返回0,无芯片则返回1*/
}
/***********************************************************
AD0804驱动程序
***********************************************************/
#ifndef__ADC0804_H__
#define__ADC0804_H__
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#definead1_7P1//AD数据口
sbitadcs=P2^0;//芯片选择信号,控制芯片的启动和结果读取,低电平有效
sbitadrd=P2^1;//读数据控制,低电平有效
sbitadwr=P2^4;//AD转换起动控制,上升沿有效
//50us延时子程序/////////////////
voiddelay_50us（uintt）
{ucharj;
for（;t>0;t--）
for（j=19;j>0;j--）;
}
//启动AD转换子程序//////////////////////////////////////////////////////////
voidstart_adc0804（void）
{//adcs=0;//允许进行A/D转换
adwr=0;delay_50us
（2）;adwr=1;//WR由低变高时,AD开始转换
//adcs=1;//停止AD转换
delay_50us（10）;
}
//读A/D数据子程序///////////////////////////////////////
read_ad（）
{uintad_data;
ad1_7=0xff;
//adcs=0;//允许读
//adrd=0;//读取转换数据结果数据结果
delay_50us（5）;
ad_data=ad1_7;//把数据存到ad_data中
//adrd=1;adcs=1;//停止A/D读取
return（ad_data）;
}
//说明:
当输入电压为5V时,A/D输出为FFH,即输入电压=AD数据*（5/255）=AD数据/（255/5）=AD数据/51
#endif/*====================================================================================================
PID计算部分
=====================================================================================================*/
unsignedintPIDCalc（structPID*pp,unsignedintNextPoint）
{
unsignedintdError,Error;
Error=pp->SetPoint-NextPoint;//偏差
pp->SumError+=Error;//积分
dError=pp->LastError-pp->PrevError;//当前微分
pp->PrevError=pp->LastError;
pp->LastError=Error;
return（pp->Proportion*Error//比例项
+pp->Integral*pp->SumEror//积分项
+pp->Derivative*dError）;//微分项
}
/***********************************************************
DA0832驱动程序
***********************************************************/
＃include
＃include
#defineulongunsignedlong
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitADCS=P1^3;//ADC0832chipseclect
sbitADDI=P1^1;//ADC0832datain
sbitADDO=P1^1;//ADC0832dataout
sbitADCLK=P1^0;//ADC0832clocksignal
unsignedintAdc0832（unsignedcharchannel）;
/************
读ADC0832函数
************/
//采集并返回
unsignedintAdc0832（unsignedcharchannel）
{
uchari=0;
ucharj;
uintdat=0;
ucharndat=0;
if（channel==0）channel=2;
if（channel==1）channel=3;
ADDI=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCS=0;//拉低CS端
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=1;//拉高CLK端
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=channel&0x1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=（channel>>1）&0x1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
ADDI=1;//控制命令结束
_nop_（）;
_nop_（）;
dat=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
dat|=ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_（）;
_nop_（）;
dat<<=1;
if（i==7）dat|=ADDO;
}
for（i=0;i<8;i++）
{
j=0;
j=j|ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_（）;
_nop_（）;
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if（i<7）ndat>>=1;
}
ADCS=1;//拉低CS端
ADCLK=0;//拉低CLK端
ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态
dat<<=8;
dat|=ndat;
return（dat）;//returnaddata
}intmain（void）
{
while
（1）
P3=Adc0832（0）;
}/*****************************************************
T0中断服务子程序，用于控制电平的翻转,40us*100=4ms周期
******************************************************/
voidserve_T0（）interrupt1using1
{
if（++count<=（high_time））
output=1;
elseif（count<=100）
{
output=0;
}
else
count=0;
TH0=0x2f;
TL0=0xe0;
}
/***********************************************************
主程序
***********************************************************/
main（）
{
unsignedcharz;
unsignedchara,b,flag_2=1,count1=0;
unsignedcharphil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};;
TMOD=0x21;
TH0=0x2f;
TL0=0x40;
SCON=0x50;
PCON=0x00;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
PS=1;
EA=1;
EX1=0;
ET0=1;
ES=1;
TR0=1;
TR1=1;
high_time=50;
low_time=50;
PIDInit（&spid）;//InitializeStructure
spid.Proportion=10;//SetPIDCoefficients
spid.Integral=8;
spid.Derivative=6;
spid.SetPoint=100;//SetPIDSetpoint
while
（1）
{
if（plus==0）
{
EA=0;
for（a=0;a<5;a++）
for（b=0;b<102;b++）{}
if（plus==0）
{
set_angler++;
flag=0;
}
}
elseif（subs==0）
{
for（a=0;a<5;a++）
for（b=0;a<102;b++）{}
if（subs==0）
{
Setangler--;
flag=0;
}
}
EA=1;
}
get_angle（）;
b=angle;
if（flag_2==1）
a=b;
if（（abs（a-b））>5）
angle=a;
else
angle=b;
a=angle;
flag_2=0;
if（++count1>30）
{
display（）;
count1=0;
}
compare_angle（）;
}
TR0=0;
z=1;
while
（1）
{
EA=0;
if（stop==0）
{
for（a=0;a<5;a++）
for（b=0;b<102;b++）{}
if（stop==0）
disp_1（phil）;
//break;
}
EA=1;
}
}
5.总结
由于这次的作图工具为Protelse99，所以首先的学到的就是将以前的cda课程又复习了一遍，其中各种问题，各种错误，有的请教别人，有的上网查找，终于是完成了。
关于系统及元器件的选定，则通过检测与转换的所学而来，控制的要求及选择原则是参考运控书中的原理所得。
而对于各个芯片的查找和使用手册的观看，也对于其中的发生原理也看了一下，虽然还是不是很懂，但有了个印象。
再通过查阅相关例子及别人的设计原理和系统选择，对这次的课设有了比较全面的了解，虽然还不是很懂，但是将课本所学又好好的复习了一遍，运用了一边。
6.参考书目
[1]张昆，冯立群，余昌钰，等.机器人柔性手腕的球面齿轮设计研究.沈阳工业大学学报，1994,34
（2）:
1-7.
[2]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：
清华大学出版社，2005
[3]吴金戎.8051单片机实践与应用[M].北京:
清华大学出版社，2005
[4]胡斌.图表细说电子元器件[
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