Багатоканальна мікропроцесорна система керування об'єктами з відображенням результатів виміру на індикаторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анотація

У курсовому проекті розроблена багатоканальна мікропроцесорна система керування об'єктами з відображенням результатів виміру на індикаторах.

Система має п'ять незалежних каналів. Вхідні і вихідні величини кожного каналу є аналоговими. Вхідні змінні всіх каналів виводяться на десятковий індикатор разом з номером каналу. Система дозволяє керувати виконавчими механізмами кожного з контрольованих об'єктів по заданому законі.

Розроблено структурну, функціональну та принципово-електричну схеми системи.

Вступ

В даний час практично неможливо вказати якусь галузь науки і виробництва, у якій би не використовувалися мікропроцесори (МП) і мікроЕОМ.

Універсальність і гнучкість МП як пристроїв із програмним керуванням поряд з високою надійністю і дешевиною дозволяють широко застосовувати їх у всіляких системах керування для заміни апаратної реалізації функцій керування, контролю, вимірювання і обробки даних. Застосування МП і мікроЕОМ у системах керування промисловим устаткуванням припускає, зокрема, використання їх для керування верстатами, транспортувальними механізмами, зварювальними автоматами, прокатними станами, атомними реакторами, виробничими лініями, електростанціями, а також створення на їхній основі робототехнічних комплексів, гнучких автоматизованих виробництв, систем контролю і діагностики. Мікропроцесорні засоби дозволяють створювати різноманітні по складності виконуваних функцій пристрої керування -- від найпростіших мікроконтролерів нескладних приладів і механізмів до складних спеціалізованих і універсальних систем розподіленого керування в реальному часі.

Серед різних форм організації сучасних мікропроцесорних засобів можна умовно виділити наступні групи:

МП що вбудовуються і найпростіші мікроконтролери;

універсальні мікроконтролери і спеціалізовані мікроЕОМ;

мікроЕОМ загального призначення;

мультимікропроцесорні системи;

апаратні засоби підтримки мікропроцесорних систем (розширювачі).

МП, які вбудовуються в прилади, апаратуру і найпростіші мікроконтролери жорстко запрограмовані на реалізацію вузькоспеціалізованих задач, їхнє програмне забезпечення проходить налагодження на спеціальних стендах чи на універсальних ЕОМ, потім записується в ПЗП і рідко змінюється в процесі експлуатації. Засоби, що вбудовуються, використовують і найпростіші зовнішні пристрої (тумблери/клавішні перемикачі, індикатори).

Спеціалізовані мікроЕОМ реалізуються найчастіше на основі секційних мікропрограмувальних МП, що дозволяють адаптувати структуру, розрядність, систему команд мікроЕОМ під визначений клас задач. Однак такий підхід організації систем вимагає трудомісткої і дорогої розробки «Власного» програмного забезпечення.

Останнім часом широке поширення одержують також програмувальні мікроконтролери, що представляють собою спеціалізовані мікроЕОМ, орієнтовані на рішення численних задач у системах керування, регулювання і контролю. Особливу групу складають програмовані контролери для систем автоматичного регулювання. Найважливішим пристроєм будь-якої системи автоматичного регулювання є регулятор, що задає основний закон керування виконавчим механізмом. Заміна класичних аналогових регуляторів універсальними програмованими мікроконтролерами, здатними програмно перебудовуватися на реалізацію будь-яких законів регулювання, записаних у пам'ять мікроконтролерів, забезпечує підвищення точності, надійності, гнучкості, продуктивності і зниження вартості систем керування. Великим достоїнством універсальних мікроконтролерів є їхня здатність виконувати ряд додаткових системних функцій: автоматичне виявлення помилок, контроль граничних значень параметрів, оперативне відображення стану систем і т.п.

1. Технічне завдання

1.1 Підстава для розробки, призначення та область застосування

Підставою для розробки є завдання на курсову роботу. Пристрій призначений для керування виконавчими механізмами згідно закону керування, параметрами якого є значення температурних датчиків. Необхідно розробити систему керування, що одержує аналогові сигнали від температурних датчиків, перетворює їх до цифрової форми, виконує обробку отриманих сигналив, порівнюючи з номінальною величиною контролюємого параметру та формує керуючу дію для кожного виконавчого механізму, подаючи її в аналоговій формі. Зокрема система повинна мати блок індикацій для слідкування за процесом керування. Система призначена для використання з метою автоматизації технологічних процесів виробництва, що мають в своєму складі об'єкти, контролюючим параметром яких є температура.

1.2 Умови експлуатації системи і параметри навколишнього середовища

Температура навколишнього середовища від +5 ° С до + 50 ° С.

Відносна вологість 80 % при температурі + 20 ° С.

Атмосферний тиск 600 - 800 мм рт. ст.

Хімічно активних компонентів немає.

Вібрація, трясіння, удари відсутні.

Характер роботи безупинний.

1.3 Вимоги до експлуатаційних характеристик

Індикація результату обчислення закону керування.

Необхідності в резервуванні немає.

Додаткові функції не виконуються.

1.4 Технічні характеристики системи

Кількість датчиків n = 5.

Номінальна величина контрольованого параметру Qном = 500°.

Похибка регулювання, Q = 0,6 %.

Максимальна частота зміни вхідної величини, Fmax = 1.21 кГц.

Діапазон змінювання вихідного сигналу для виконавчого механізму- 0..Umax; Umax = 7,4 B.

Закон регулювання:

1.5 Вимоги до надійності

Пристрій є системою нерезервованою, ремонтопридатною, відновлюваною.

Наробіток на відмовлення складає не менш 5000 годин.

Відмова одного елемента виводить пристрій з ладу.

1.6 Вимоги до конструкції

Пристрій розмістити в стандартному корпусі.

Пристрій виконати на стандартній друкованій платі.

2. Аналіз технологічного процесу і вибір напрямків автоматизації

У сучасному промисловому виробництві найбільш розповсюдженими є виміри температури (так, на атомній електростанції середнього розміру мається близько 1500 точок, у яких виробляється такий вимір, а на великому підприємстві хімічної промисловості подібних точок присутня понад 20 тис.). Широкий діапазон вимірюваних температур, розмаїтість умов використання засобів вимірів і вимог до них визначають різноманіття застосовуваних засобів виміру температури.

Якщо розглядати датчики температури для промислового застосування, то можна виділити їхні основні класи: кремнієві датчики температури, біметалічні датчики, рідинні і газові термометри, термоиндикатори, термістори, термопари, термопреобразователи опори, інфрачервоні датчики.

Кремнієві датчики температури використовують залежність опору напівпровідникового кремнію від температури. Діапазон вимірюваних температур -50…+1500C... Застосовуються в основному для виміру температури усередині електронних приладів.

Біметалічний датчик зроблений із двох різнорідних металевих пластин, скріплених між собою. Різні метали мають різний температурний коефіцієнт розширення. Якщо з'єднані в пластину метали нагріти або остудити, то вона зігнеться, при цьому замкне (розімкне) електричні контакти або переведе стрільцеві індикатора. Діапазон роботи біметалічних датчиків -40…+5500C... Використовуються для виміру поверхні твердих тіл і температури рідин. Основні області застосування - автомобільна промисловість, системи опалення і нагрівання води.

Термоіндикатори - це особливі речовини, що змінюють свій колір під впливом температури. Зміна кольору може бути оборотним і необоротним. Виробляються у виді плівок.

Термоперетворювачі опору

Принцип дії термоперетворювачі опору (терморезисторів) заснований на зміні електричного опору провідників і напівпровідників у залежності від температури (розглянутий раніше).

Платинові терморезистори призначені для виміру температур у межах від -260 до 1100 0С. Широке поширення на практиці одержали більш дешеві мідні терморезистори, що мають лінійну залежність опору від температури.

Недоліком міді є невелике її питомий опір і легка окисляемость при високих температурах, унаслідок чого кінцева межа застосування мідних термометрів опору обмежується температурою 180 0C. По стабільності і відтворюваності характеристик мідні терморезистори уступають платиновим. Нікель використовується в недорогих датчиках для виміру в діапазоні кімнатних температур.

Напівпровідникові терморезистори (термістори) мають негативний або позитивний температурний коефіцієнт опору, значення якого при 20 0C складає (2...8…8)*10-2(0C)-1,т.е. на порядок більше, ніж у міді і платини. Напівпровідникові терморезистори при досить малих розмірах мають високі значення опору (до 1 Мом). У якості полупров. матеріалу використовуються оксиди металів: напівпровідникові терморезистори типів КМТ - суміш окислів кобальту і марганцю і ММТ - міді і марганцю.

Напівпровідникові датчики температури мають високу стабільність характеристик у часі і застосовуються для зміни температур у діапазоні від -100 до 200 0С.

Термоелектричні перетворювачі (термопари) - принцип дії термопар заснований на термоелектричному ефекті, що полягає в тому, що при наявності різниці температур місць соедине­ний (спаїв) двох різнорідних металів або напівпровідників у контурі виникає електрорушійна сила, називана термо­электродвижущей (скорочено термо-ЭДС). У визначеному интер-вале температур можна вважати, що термо-эдс прямо пропор-циональна різниці температур ?T = Т1 - Т0 між спаєм і кінцями термопари.

З'єднані між собою кінці термопари, що занурюються в середовище, температура якого виміряється, називають робочим кінцем термопари. Кінці, що знаходяться в навколишнім середовищі, і які звичайно приєднують проводами до вимірювальної схеми, називають вільними кінцями. Температуру цих кінців необхідно підтримувати постійної. При цьому умові термо-эдс Ет буде залежати тільки від температури T1 робітника кінця.

Uвих = Ет = С(Т1 - Т0),

де С - коефіцієнт, що залежить від матеріалу провідників термопари.

Створювана термопарами ЭДС порівняно невелика: вона не перевищує 8 мв на кожні 100 0С и звичайно не перевищує по абсолютній величині 70 мв. Термопари дозволяють вимірювати температуру в діапазоні від -200 до 2200 0С.

Найбільше поширення для виготовлення термоелектричних перетворювачів одержали платина, платинородий, хромель, алюмель.

Термопари мають наступні переваги: простота виготовлення і надійність в експлуатації, дешевина, відсутність джерел харчування і можливість вимірів у великому діапазоні температур.

Поряд з цим термопарам властиві і деякі недоліки - менша, чим у терморезисторів, точність виміру, наявність значної тепловий інерціонності, необхідність уведення виправлення на температуру вільних кінців і необхідність у застосуванні спеціальних сполучних проводів.

Інфрачервоні датчики (пірометри) - використовують енергію випромінювання нагрітих тіл, що дозволяє вимірювати температуру поверхні на відстані. Пірометри поділяються на радіаційні, яркостні і колірні.

Радіаційні пірометри використовуються для виміру температури від 20 до 2500 0С, причому прилад вимірює інтегральну інтенсивність випромінювання реального об'єкта.

Яркісні (оптичні) пірометри використовуються для виміру температур від 500 до 4000 0С. Вони засновані на порівнянні у вузькій ділянці спектра яскравості досліджуваного об'єкта з яскравістю зразкового випромінювача (фотометричної лампи).

Колірні пірометри засновані на вимірі відносини інтенсивностей випромінювання на двох довжинах хвиль, обираних звичайно в червоній або синій частині спектра; вони використовуються для виміру температури в діапазоні від 800 0С.

Пірометри дозволяють вимірювати температуру у важкодоступних місцях і температуру об'єктів, що рухаються, високі температури, де інші датчики вже не працюють.

Кварцові термоперетворювачі

Для виміру температур від - 80 до 250 0С часто використовуються так називані кварцові термоперетворювачі, що використовують залежність власної частоти кварцового елемента від температури. Робота даних датчиків заснована на тім, що залежність частоти перетворювача від температури і лінійність функції перетворення змінюються в залежності від орієнтації зрізу щодо осей кристала кварцу. Дані датчики широко використовуються в цифрових термометрах.

3. Розробка структурної схеми системи управління

Розробимо структурну схему системи виходячи з технічного завдання і вимог, пропонованих до системи.

Керована величина - температура, вимірювана по п'яти незалежних каналах, отже вхідні сигнали - це напруги, що знімаються з датчиків. Для подальшої обробки сигналу отриманий сигнал необхідно підсилити або перетворити, щоб отримати рівні, придатні для АЦП, для чого будемо використовувати нормуючий перетворювач. Для одержання цифрового еквівалента аналогових сигналів по п'яти каналах використовуємо багатоканальній АЦП, що сполучимо з мікропроцесором і розрядність якого задовольняє задану точність.

Вхідна величина для виконавчого механізму (ВМ) - аналогова, отже змінні з виходу мікропроцесора повинні бути перетворені за допомогою ЦАП в аналогову форму. Кількість ЦАП відповідає числу каналів і має функцію збереження цифрової інформації.

Закон керування реалізується мікропроцесором (МП). МП повинний мати достатню швидкодію, мати потрібну кількість портів введення-виведення; бажано наявності внутрішньої пам'яті програм і даних достатнього розміру для реалізації алгоритму обробки і збереження необхідної інформації, операції множення і розподілу.

У розроблювальній системі необхідна наявність системи відображення інформації. Значення вхідних величин виводитися на семисегментний рідкокристалічний індикатор разом з номером каналу. Індикатором керує МП, для збереження необхідний час даних для індикації використовуємо регістри.

4. Розробка вимог до основних елементів структурної схеми

Виходячи з технічного завдання, визначимо основні вимоги до елементів структурної схеми.

Так як номінальна величина контрольованого параметра - 500 °С , то у системі повинні використовуватися температурні датчики з межами вимірів до 600 °С, з огляду на відхилення вимірюваної величини від номінального значення. Використаємо датчики з нормованим виходом 0..20 мА.

Для узгодження рівня сигналу від датчика з рівнем вхідного сигналу АЦП використовуємо нормуючий перетворювач з вольтовим виходом, що не перевищує максимально припустиме значення опорної напруги АЦП. Сам АЦП мусить мати не менше п'яти вхідних каналів.

Визначимо мінімальну кількість розрядів, що забезпечить задану точність:

Отже, розрядність АЦП повинна бути не менше шести, отже розрядність АП також повинна бути не менше шести.

Для підтримки даної точності керування розрядність мікропроцесора повинна бути також не менш шести.

Час спрацьовування всіх елементів системи мусить укладатися в період:

Час перетворення АЦП і обробки сигналу мікропроцесором:

Додаткові вимоги до мікропроцесора:

1. Внутрішню пам'ять програм або можливість підключення зовнішньої пам'яті програм достатньої для реалізації алгоритму керування;

2. Підтримувати операції множення і ділення ;

3. Мати достатню кількість портів введення-виведення.

Для індикації вхідного параметра і номера каналу необхідно семисегментний індикатор з 4 знакомісцями або 4 семисегментних індикаторів з одним знакомісцем.

ЦАП повинно допускати подачу опорної напруги, яка б забезпечила діапазон зміни вихідного сигналу для виконавчого механізму в межах від 0 до 7,4 В.

5. Обґрунтування та вибір елементної бази

Вибір елементної бази почнемо з мікропроцесора, тому що він є ядром нашої системи і від нього залежить вибір інших елементів.

Процесор повинний задовольняти усім вимогам, пред'явленим у четвертому розділі.

Розрахуємо кількість портів уведення-виведення: один порт підключається на вихід АЦП, другий - на вхід ЦАП, третій - для індикації, четвертий порт можна використовувати для формування сигналів керування ЦАП. Отже, мікропроцесор повинний мати 4 порти введення-виведення.

В якості мікроконтролера вибираю Atmel AT89C51AC3. Дана мікросхема являє собою контролер серії МК51 (intel8051-сумісний), і має наступні характеристики [6]:

? Архітектура ядра 80C51

? 256 байт убудованого ОЗУ

? 2048 байт вбудованого розширеного ОЗУ

? 64 кбайт вбудованої флеш-памяти

- Схоронність даних: 10 років при температури 85°C

- Циклів читання/запис: 100 тис.

? Завантажувальний сектор з роздільними бітами захисту

? Розмір завантажувального сектора 2 кбайт в вбудованій флеш-пам'яті

? Внутрісистемне програмування під керуванням вбудованої програми завантажника через УАПП і підтримка програмування всередині додатка (IAP)

? 2 кбайт вбудованого ЭСППЗУ зі зносостійкістю 100 тис. циклів читання/запису

? Вбудований контроль живлення (скидання при подачі живлення, скидання при неприпустимому зниженні живлення)

? Система переривань з 4 рівнями пріоритетів і 14 джерелами

? Три 16-разр. таймерів-лічильників

? Повнодуплексний УАПП сумісний з 80C51

? Високошвидкісна архітектура

- У стандартному режимі:

- 40 Мгц (Vcc 3В...5.5У при виконанні зовнішнього/внутрішнього програмного коду)

- 60 Мгц (Vcc 4.5У...5.5У при виконанні тільки внутрішнього коду)

- У режимі X2 (6 тактів синхронізації на один машинний цикл)

- 20 Мгц (Vcc 3В...5.5У при виконанні зовнішнього/внутрішнього програмного коду)

- 30 Мгц (Vcc 4.5У...5.5У при виконанні тільки внутрішнього коду)

? П'ять портів: 32 + 4 цифрові лінії введення-виведення

? П'ятиканальний 16-разр. програмувальний рахунковий масив (PCA), у т.ч.:

- ШИМ (8 разр.)

- Високошвидкісний вихід

- Захоплення стану таймера по фронтах

? Подвійний покажчик даних

? 21-разр. сторожовий таймер (7 програмувальних розрядів)

? 10-разр. аналогово-цифровий перетворювач з 8 мультиплексованими входами

? Інтерфейс SPI (тільки в корпусах PLCC52 і VPFP64)

* Вбудована логіка емуляції

* Енергозберігаючі режими

- Режим неодруженого ходу

- Режим вимикання

? Напруга харчування 3...5.5В

? Температурний діапазон: промисловий (-40°…+85°C)

? Корпуса: VQFP44, PLCC44, VQFP64, PLCC52

AT89C51AC3 - високопродуктивна версія 8-разр. однокристального мікроконтроллера 80C51 з убудованою флеш-пам'яттю. У режимі X2 при максимальній тактовій частоті 20 Мгц досягається тривалість машинного циклу 300 нс. Крім цього, AT89C51AC3 містить 64 кбайт флеш-пам'яті з підтримкою внутрисистемного і внутріприкладного програмування, завантажувальний сектор у флеш-пам'яті розміром 2 кбайт, 2 кбайт ЭСППЗУ і 2048 байт розширеного ОЗУ. При розробці AT89C51AC3 основна увага була приділена мінімізації електромагнітних випромінювань.

Наведемо структурну схему Atmel AT89C51AC3 на рис. 5.1:

Рис. 5.1

Умовне позначення Atmel AT89C51AC3 наведемо на рис. 5.2.

Рис. 5.2

мікропроцесор мікроконтроллер автоматизація індикатор

Так як мікроконтроллер AT89C51AC3 має ТТЛ - рівні портів, побудуємо систему на базі ТТЛ-сумісних компонентах.

Виберемо ЦАП із серії 572 - К572ПА2. Це серія сумісна з ТТЛ-рівнями і крім того володіє достатнім швидкодії - час установлення вихідного струму не більш 15 мкс, що задовольняє нашим вимогам. Тому що в нашій системі є 5 каналів з виконавчими механізмами, то будемо використовувати 5 мікросхем К572ПА2. Цей ЦАП призначений для перетворення 12-розрядного прямого двійкового коду на цифрових входах у струм (напругу) на аналоговому виході. Він одноканальний, має функцію збереження цифрової інформації. Має наступні параметри: напруги харчування Uсс1 = 5В, Uсс2 = 12В, струм споживання Iпіт = 2мA, опорна напруга в діапазоні ±22В.

Умовне графічне позначення мікросхеми ЦАП К572ПА2 (рис. 5.3):



Рис. 5.3

В якості індикатора використаємо 4-х розрядний семисегментний РК-модуль LCM204 з убудованою мікросхемою драйвера LCM204

Відмінні риси

Убудований драйвер

Низьке енергоспоживання

Керування по трьох лініях (Інтерфейс SPI)

Розширений діапазон робочих температур

Область застосування

Електронні прилади

Промислове устаткування

Побутова апаратура

Семисегментний чотирьохрозрядний РКІ-модуль LCM204 фірми КТЦ-МК призначений для індикації цифрової інформації в складі приладів промислового і побутового призначення. Завдяки тому, що керування модулями виробляється по трьохпровідній шині і мається можливість каскадованого включення декількох модулів, вони можуть з успіхом застосуються в складі всіляких мікропроцесорних систем, істотно заощаджуючи задіяної керуючої лінії.

Модуль LCM204 побудований із застосуванням стандартного в галузі рідкокристалічного індикатора типу LCD3906, що містить чотири семисегментних розряди, три десяткові крапки (у старших трьох розрядів) і розділова двокрапка між другим і третім розрядами. Як драйвер використана мікросхема AY0438 фірми Microchip, що містить усі необхідні схеми для керування 32-х сегментним статичним РКІ.

Умовне позначення індикатора зображено на рис. 5.4.

Рис. 5.4

В якості датчиків використаємо термопари фірми TERA. Серед їх модельного ряду оберемо датчик, що по температурному діапазону задовілняє технічному завданню і має нормований вихід 4-20мА. Даним характеристикам задовільняє марка ТХА У-23-1-И-800-400-310S-10-120 A (+375..+750).

Для перетворення струмового сигналу датчика в напруговий сигнал діапазону 0..2,7В (Даний діапазон вхідних сингалів є штатним для вбудованого в мікроконтроллер АЦП) застосуємо резисторну організацію струмової петлі (рис. 5.5).

Рис. 5.5

Розрахуємо опір резистора:

Виберемо резистори типу С1-83 135Ом ±0,5%.

6. Розробка функціональної схеми системи управління

Функціональна схема представлена в додатку 2.

Датчики Д1..Д5 під'єднані до резистивних перетворювачів R1..R5. Сигнал напруги 0..2,7 В подається на аналоговий порт (порт 0) мікроконтролера.

До першого дискретного порта (порт 1) під'єднані входи всіх п'яти ЦАП (ЦАП1..ЦАП5). А порт 2 використовується для організації вибірки потрібного для запису значення ЦАП. Виходи ЦАП під'єднані до виконавчих механізмів

Рідкокристалічний модуль індикації по інтерфейсу SPI під'єднаний до відповідних контактів четвертого порту мікроконтролера.

Для можливості переключення оператором відображуємого на індикаторі значення каналу, під'єднаємо кнопку переключення на вхід зовнішнього переривання контролера. Таке під'єднання спрощує програмну реалізацію відпрацювання зміни відображуємого каналу.

7. Розробка принципової схеми системи управління

Вона складається на основі схеми функціональної та вимог до елементів схеми, перерахованих в розділі 4.

На роз'єм Х1 подаються вчідні сигнали та необхідні напруги живлення. Сигнали з датчиків зі з'єднувача подаються на резистори R2..R6, звідки напруговий сигнал подається на аналогові входи мікроконтролера.

Основним елементом схеми є мікроконтролер. За стандартною схемою до нього під'єднана обв'язка тактового генератора, зібрана на елементах С1, С2, Z1 та схема скидання зібрана на вимикачі К1 і опорі R1.

Також на входи Vcc, Vss подаємо напругу живлення мікроконтролера +5В, а на вхід Vref - опорну напругу для вбудованого АЦП. Штатно вона повинна становити +2,7В. З 12 вихідних розрядів коду вбудованого АЦП використовуємо тільки 8: це задовольняє нашу точність і погодиться з розрядністю мікропроцесорного ядра. що полегшує обробку сигналу всередині процесора. Для ЦАП також використовуємо 8-розрядний вхідний код.

Під'єднання портів вводу-виводу до елементів схеми вказано нижче

Вхід	Підключений елемент
Р0.0-P0.4	Входи АЦП, під'єднані резистори R2-R6
Р1	канал вививоду даних на ЦАП
Р2.0-Р2.4	вибір ЦАП
Р3.2	Кнопка перемикання номеру канала
Р4.1-Р4.3	Інтерфейс SPI, рідкокрисалічний індикатор

Мікросхеми ЦАП DD2-DD6 під'єднані за стандартною схемою включення. В якості опорноі напруги подаємо з блока живлення +7,4В, щоб забезпечити необхідний по технічному завданню діапазон регулювання.

Вихідні сигнали подаються на з'єднувач Х2.

8. Розробка блок-схеми алгоритму і програми реалізації закону управління

Метою функціонування представленої мікропроцесорної системи є прийом даних у вигляді електричних сигналів від датчиків, видача їх числового значення на індикацію та формування і видача сигналів керування виконавчими механізмами у канал керування.

Оскільки процес опитування датчиків та управління виконавчими механізмами носить циклічний характер то у програмі повинно бути реалізовано цикл зчитування даних з датчику, індикації числового еквіваленту електричного сигналу з датчика та формування управляючого сигналу для кожного виконавчого механізму.

З АЦП будемо знімати данні в 7-розрядному розмірі. Це надлишково забезпечує задану точність та не викличе переповнення в процесі обчислення.

Законом регулювання (керуючою програмою) в даному алгоритмі є функція

Для реалізації алгоритму керування застосуємо табличний метод обчислення для функції синуса: , для х = 0..127

0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 18, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 40, 42, 44, 47, 49, 52, 54, 57, 59, 62, 65, 67, 70, 72, 75, 78, 80, 83, 85, 88, 91, 93, 96, 98, 101, 103, 105, 108, 110, 112, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 132, 134, 136, 137, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 148, 149, 149, 150, 150, 150, 150, 150, 150, 150, 149, 149, 148, 148, 147, 146, 146, 145, 144, 142, 141, 140, 139, 137, 136, 134, 133, 131, 129, 127, 125, 123, 121, 119, 117, 115, 113, 110, 108, 106, 103, 101, 98.

Для виконання масштабування при виводі на індикацію достатньо отримане за АЦП значення домножити на 3 (127*3=381, що практично являє собою верхню межу вимірювання за датчика (+375..+750 0С)).

9. Розрахунки параметрів системи управління

9.1 Розрахунок споживає мого струму

Струм, який споживає кожен елемент:

Мікроконтролер (DD1) - 150 мА;

Цифро-аналогові перетворювачі (DD2-DD7) - 2*6=12 мА;

РКІ-індикатор - 20 мА;

Сумарний споживаємий струм становить 182 мА.

9.2 Розрахунок потужності

Потужність розрахуємо за формулою

P= U·I = 0,182·5 = 0,95 Вт

9.3 Розподілення адресного простору

Розглянемо розподілення ПЗП у випадку використання написаної програми. Для наглядного зображення створимо карту розподілу пам'яті і зобразимо її в таблиці 9.1.

Таблиця 9.1

Таблиця функціі SIN2	217Fh 2100h
Підпрограма виводу на ЦАП	0175h 0166h
Підпрограма обчислення	0165h 0141h
Підпрограма індикації	0140h 0073h
Основна програма	0072h 003Bh
Вектори переривань	003Ah 0003h
Стартовий вектор переходу на основну програму	0002h 0000h

Вище приведена карта розроблена на основі загальної карти розподілу ПЗП МК51, але з уточненим розміщення фрагментів основної програми та робочої процедури.

Межі адресних областей були визначені на основі підрахунку об'єму програмного коду.

Підсумувавши кількість комірок необхідних дя збереження коду отримуємо об'єм коду програми в байтах. Так об'єм основного коду програми - 421 байт, а об'єм таблиць функцій - 256 байт.

Для розміщення користувальних прогарам використовується пам'ять, починаючи з адреси 003Bh. Починаючи з цієї адреси і розміщуються керуючі коди.

9.4 Розрахунок часу виконання програми

Розрахуємо час, необхідний для виконання програми. Одиницею виміру часу в роботі програми є такт. При роботі мікроконтролера на штатній частоті один такт триває протягом 0,2 мкс. Тому кількість тактів буде рівнятись часу виконання програми у мікросекундах.

Так як програма у нас розгалужена, та включає в себе багаторазовий виклик певної процедури, то підрахуємо час виконання кожної з гілок програми/процедури, а після цього підрахуємо середній час виконання.

Підрахуємо середній час, необхідний на виконання основної програми. Основна програма виконується за 2-а основними гілками - гілки "з індикацією" і гілки "без індикації".

Час виконання циклу програми без виводу на індикацію рівний 348 тактів, що рівне 69,6 мкс, час процедури індикації - 228тактів, що рівне 45,6 мкс. Отже час виконання гілки з індикацією - 576 такти, що рівне 115,2 мкс.

Таким чином бачимо, що час виконання програми задовольняє технічному завданню.

Висновки

Результатом виконання даної курсової роботи є синтезована система автоматичного керування об'єктами виробництва.

Система отримає інформацію від заданої кількості об'єктів через первинні перетворювачі, виводить її на панель індикації та формує керуючу дію згідно заданого закону керування, що являє собою математичний вираз змінних, розосереджених в часі, параметри яких зберігаються у вигляді таблиці в пам'яті даних. Керуюча дія видається у певний канал керування, що відповідає одному з виконавчих механізмів.

З електричної точки зору система виконана на стандартних пристроях, що мають широке застосування та повністю сумісними в роботі поміж собою, не потребуючи додаткових елементів.

З програмної точки зору була зроблена спроба зменшити витрати, пов'язані з використанням пам'яті програм та даних, при чому був зведений до мінімально необхідного рівня для нормального функціонування системи.

Загалом система є структурно та функціонально довершеною та придатна до використання.

Використана література

1. В.В. Сташин "Проектирование цифрових устройств на однокристальних микроконтроллерах". М: Энергоатомиздат 1990 г.- 224c.

2. Intel 8051User Manual. Intel Corp. 1980. -110 p.

3. Atmel AT89C51AC3 datasheet.

4. ICM204 datasheet.

5. Ресурси мережі Internet:

6. http://www.msclub.ce.cctpu.edu.ru/MCU_MPU/8051/

7. http://ofap.ulstu.ru/res/REFER_BOOK_MK48&MK51/

8. http://srd.mtuci.ru/nil16/Site16/Teach/SSS/Conspect/Consp.html

9. http://www.bmstu.ru/~iu6/vlab/html/m/79.html

10. http://www.platan.ru/shem/index.html

11. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2002/eltf/kaydash/diss/lib/index2.htm

Размещено на Allbest.ru