计算机控制设计课程设计指导书及任务书秋.doc

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电气工程及其自动化专业
计算机控制课程设计指导书及任务书

盐城工学院电气工程学院
2011.09
一、课程设计任务及要求
１、根据设计题目要求正确选择控制方案,查阅参考资料;
2、确定计算机控制系统的总体结构，根据系统性能指标的要求设计硬件电路，计算其参数；
3、根据硬件电路，设计计算机控制系统的软件。
4、编制完整的设计说明书、设计小结。
注：具体题目设计要求见各设计题目。
二、课程设计参考题目
(一）基于单片机步进电机控制系统设计
步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常适合单片机控制。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响,电机则转过一个步距角，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，但此种控制方法工作方式单一且难于实现人机交互，当步进电机的参数发生变化时，需要重新进行控制器的设计。而由传统的触发器构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。为了克服传统控制器的缺点，满足工业生产新的控制要求，在此设计一种以单片机为核心的新型控制器。
设计任务:
（1）为用户使用方便，需要实现人机交互，有正转、反转控制功能。
(2）实现步进电机的转速显示.
(3)要求有足够的控制精度。
（二）计算机温度控制系统的设计
设计任务:
1、要求锅炉温度保持在95—100℃，最高温度不得超过100℃，最低温度不能低于95℃；
2、温度控制采用数字控制算法，参数检测值不能保证在所要求温度范围时，进行报警；
3、由加热元件实现加温；
4、对锅炉的温度参数进行检测并要求实时显示锅炉温度，显示位数4位；
5、温度参数由传感器进行检测,经变送器处理后，转换成0～5V标准信号，送A/D转换器进行A/D转换，计算机每隔一定时间采样一次，采满5次后进行中值滤波，经数据变换后，显示参数的实际值；
6、以LED数码管实现显示；
7、将温度检测值与给定值进行比较，得到偏差，将偏差经数字PID运算得到输出控制值,经D/A芯片进行D/A转换后输出控制电压或电流，以控制锅炉温度；
8、从P1口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。
（三)炼钢厂炼钢炉温度控制系统的设计
设计任务:
1、利用MCS-51系列单片机实现对温度的控制，以实现对炼钢炉温度的控制。控制温度默认的设定温度为上限设定温度。低于或等于下限温度时加热,高于或等于上限温度时保温，设定时上限比下限大50℃；
2、输入通道部分由高温测量仪及其与单片机的接口部分组成,完成对温度信号的采集和转换工作；
3、输出通道采用单片集成可控硅驱动元件作为对输出的驱动和控制；
4、显示电路采用LED数码管,通过显示温度对炼钢炉温度进行实时监控；
5、设计电路实现控制炼钢炉温度范围，当参数检测值超过所要求温度范围时，进行报警,从输出口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管,实现报警。
（四）医疗激光器功率控制系统设计
设计任务:
1、利用51系列单片机实现对激光器发射功率的控制，以实现改变激光器发射功率等级的目的；
2、为达到配合LED或LCD和用户之间进行交互，完成键盘电路设计及程序设计；
3、为达到改变激光器的功率等级，完成数字电位器的驱动设计；
4、为实现检测激光器所在环境的温度，完成数字温度计如DS1820的程序设计；
5、为用以显示功率等级、定时参数以及温度变化等参数，完成口线方式驱动接口的程序设计；
6、达到高温报警及定时控制，完成报警单元的程序设计。
(五）交流双速电梯单片机控制系统设计
设计任务：
1、以交流接触器控制的电机主拖动系统；
2、外呼内选系统，外部呼叫系统和指示以及轿厢内选层和指示系统；
3、平层换速系统,电梯快车到达指示楼层之前，切换为慢速并到达平层位置停车；
4、轿厢状态指示系统，随时显示轿厢所在位置；
5、开关门控制系统，实现平层开门、关门行车等；
6、安全保护系统,含有上下限位、消防、满载、门电锁等功能；
7、操作控制系统,含有消防、检修、上下慢车、司机或自动行驶、上下方向控制、直驶操作等。
（六）单片机温湿度控制系统设计
温湿度是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所,温湿度的采集或控制都十分频繁和重要。
设计任务：
（1）显示部分的第1到4位数码管显示出温度值，分辨率为0。01度，2位小数,如38.01度.
（2）可以用按键设置温度报警值。测量温度到了设定温度后，温度指示LED灯关掉,高于设定温度1度时报警LED灯打开,断电后能保存温度设定值。
（3）第5，6位数码管显示出湿度值，分辨率为1％H。可以用按键设置湿度报警值，按1度增加，测量湿度到了设定值后,湿度指示LED灯关掉，高于设定湿度5度时报警LED灯打开，断电后能保存温度设定值。
（4）温度低于设定值时，输出加热控制信号;湿度大于设定值时，输出降湿控制信号.
（七）称重控制系统设计
设计任务：
1、利用单片机实现对程序和数据的控制,达到满足要求的输出;
2、选用传感器实现对压力的测量;
3、选用测量放大器将传感器的输出结果放大；
4、A/D转换电路可以采用AD574A等转换芯片，实现对计算机采样值的A/D转换，显示参数的实际值;
5、可利用如8279可编程键盘/显示控制器芯片实现键盘输入和显示部分；
6、可以采用如8255芯片实现系统硬件的输出接口；
7、数据显示电路采用两位共阳极数码管显示器显示。
(八） 压电位移工作台单片机控制系统设计
设计任务：
1、利用单片机实现对场效应管的导通和截止的控制，以实现压电位移的开关功能；
2、实现单片机和压电应变片的连接控制,设计外围电路和应变片高压电路之间的接口；
3、实现数据信号的采集，设计A/D芯片与单片机的连接；
4、实现单片机控制的开关功能,设计单片机控制应变片的程序；
5、实现数据采集，设计A/D转换器处理程序模块。
(九） 数字位置随动系统的设计
技术参数和设计任务：
1、利用51系列单片机实现对全数字位置随动系统的控制；
2、数字键输入PID参数和阶跃给定值的大小；
3、功能键作为PID参数和阶跃给定值的写入命令及点动和复位信号；
4、主电路采用三相零式反并联接法,实现直流伺服电机的可逆运行；
5、位置检测采用光电码盘位置信号转换为与转角成比例的双时钟脉冲，经电平变换和鉴相后，驱动双时钟输入的可逆计数器；
6、为防止干扰进入计算机并完成电平匹配和旋转方向鉴别,加入光电隔离和鉴相电路；
7、为实现系统快速性好、超调小和无静差的控制要求，本设计采用了积分分离式的PID控制算法。
（十）单片机恒温箱温度控制系统的设计
技术指标与设计任务：
1、利用51系列单片机实现对温度的控制，实现保持恒温箱在最高温度为200℃；
2、可预置恒温箱温度，烘干过程恒温控制，温度控制误差小于±2℃；
3、预置时显示设定温度，恒温时显示实时温度，显示精确到0。1℃;
4、温度超出预置温度±5℃时发出声音报警；
5、对升、降温过程没有线性要求；
6、温度检测部分选用合适的温度传感器和ADC转换器实现对温度的测量；
7、输出控制部分由电炉采用晶闸管来实现，通过如DAC0832转换成模拟量，从而控制电阻丝的通电加热功率；
8、人机对话部分由键盘、显示和报警三部分组成,实现对温度的显示、报警。
（十一)基于单片机的供水控制系统设计
设计任务:
1、主要技术指标及特点：1)水泵电机功率：0.75KW～315KW。2)额定电压、频率：三相 380V，50/60Hz。电压允许变动范围:320V～460V。3）保护电路具备过电流、过电压、欠电压和过热短路；
2、绘出系统结构图及分析工作原理，通过分析控制对象完成文字表述总体设计方案及各种工作状态的控制方式；
3、应完成系统中的自动工作方式、手动工作方式的状态流程图设计;
4、设计应包括硬件和软件两大部分，硬件部分完成主电路、驱动控制电路及单片机的I/O接口电路的设计，软件部分完成程序的编写，主要包括:主程序模块、自动及手动工作方式程序模块、定时程序和中断服务程序模块。
（十二)阀门定位器控制系统设计
设计任务：
1、能够接受来自调节器的电流信号并能将它转换成为电压信号，能够采集阀位反馈回来的模拟信号;
2、能对以上采集到的信号进行运算、整理，最后根据偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉冲来控制压电阀；
3、利用数码管能现场显示输入的参数以及阀门开度；
4、利用按键能在现场对阀门的工作流量特性的参数以及阀心的最大、最小行程等参数进行设定；
5、调节阀在自动运行过程中，当阀心开度大于90%或小于10％时，以及阀心被卡住时，控制系统能进行报警;
6、具有断电保存功能、看门狗功能、电源电压监测功能；
7、能够和上位机实现通信，使上位机能够对阀门定位器实现数据的设定、管理，并且可以显示、打印;
8、阀门定位器的控制系统采用的是以51系列为核心的单片机控制系统。
注:学生人数较多，有些题目可以作些调整作为设计题目。学生也可自己选择自己感兴趣的课题,但必须经过指导老师同意.
三、设计说明书要求：
1。 课程设计说明书应按照统一的课程设计说明书格式，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。
2. 论理正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点.
3. 课程设计说明书应有设计题目、设计任务、本课程设计系统概述、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书。
4。 课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。
四、推荐参考书
[1］于海生。计算机控制技术［M］。北京：机械工业出版社，2007.
［2］熊静琪。计算机控制技术[M］。北京:电子工业出版社,2003,6。
［3]孔峰。微型计算机控制技术［M］. 重庆：重庆大学出版社，2003。
[4]范立南.单片微型计算机控制系统设计［M].北京:人民邮电出版社，2004。
［5］潘新民。微型计算机控制技术［M].北京：电子工业出版社,2003。
［6]谢剑英。微型计算机控制技术［M］.北京：国防工业出版社,1998.
[7]黄一夫。微型计算机控制技术［M］。北京：机械工业出版社，1996。
五、计划进度
序号
时间(天）
内容安排
1
1
布置课程设计任务，讲解课程设计有关内容、要求、
设计思路，设计说明书的编制方法等。
2
1
收集资料、系统总体方案论证
3
2
系统总体方案设计，软、硬件功能分配
3
2
硬件电路设计，分析
4
2
软件部分设计,画流程图，编制程序
5
2
完善设计，总结并书写设计报告

制定日期：2011-09
7