傳感器與綜合控制技術(shù)課件第9章：簡單計算機(jī)測控系統(tǒng)VIP

第九章：簡單計算機(jī)測控系統(tǒng)Introduction簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)是將自動控制與計算機(jī)通訊聯(lián)合起來進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)的一個簡單計算機(jī)干預(yù)測控系統(tǒng)。本章需要介紹的計算機(jī)控制系統(tǒng)是在前面章節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合第八章介紹的RS232通訊、與第七章介紹的簡單測控系統(tǒng)，來設(shè)計與實現(xiàn)一個基本計算機(jī)干預(yù)控制系統(tǒng)。本章的主要順序為：

首先給出簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的項目規(guī)范，其中包含需要實現(xiàn)的具體功能。

第二，使用對物理的電路連接方式進(jìn)行介紹；

第三，實際搭建出該簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)；最后通過編寫控制代碼來對該簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行測試與使用本章要點本章需要掌握的要點如下：

·簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的物理電路設(shè)計思想與實際搭建

·簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件算法設(shè)計思想

·使用C語言編寫軟件實現(xiàn)簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的行為本章需要了解的要點如下：

·簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理

·簡單計算機(jī)控制系統(tǒng)的簡單項目規(guī)范目錄9.1計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)簡介9.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.4軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.5系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試9.1計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)簡介在第七章的7.1節(jié)當(dāng)中我們簡單介紹了入侵檢測系統(tǒng)，本章希望通過基于前面章節(jié)的設(shè)計來完成一個帶有計算機(jī)干預(yù)的測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要達(dá)到兩方面的能力，第一方面是系統(tǒng)本身是獨立的，大致與第七章一致。第二方面是系統(tǒng)能夠完成基本的計算機(jī)通訊能力，即：由計算機(jī)干預(yù)該獨立系統(tǒng)的工作過程，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r向計算機(jī)匯報其工作狀態(tài)9.1計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)簡介上圖表達(dá)了本章需要設(shè)計與實現(xiàn)的計算機(jī)干預(yù)測控系統(tǒng)的基本架構(gòu)。上面的設(shè)計思路是可以用計算機(jī)來控制單片機(jī)主控系統(tǒng)，也就是將單片機(jī)的測控系統(tǒng)過程當(dāng)中引入計算機(jī)的干預(yù)過程。其中：計算機(jī)與單片機(jī)主控之間實現(xiàn)雙向通訊，單片機(jī)主控一方面獲取測量的數(shù)據(jù)，一方面對控制部分進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。對于被測目標(biāo)而言，這屬于一個簡單的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。本章的目標(biāo)是希望這個簡單的自動控制過程中能夠引入計算機(jī)的干預(yù)，將系統(tǒng)狀態(tài)反饋給計算機(jī)，并由計算機(jī)進(jìn)行突發(fā)的決策干預(yù)過程9.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范[目標(biāo)] 一個受到計算機(jī)控制的感應(yīng)燈系統(tǒng)計算機(jī)能夠隨時干預(yù)該系統(tǒng)的開啟工作與停止工作，當(dāng)該系統(tǒng)開啟工作狀態(tài)時、檢測外部信號來即啟動繼電器開燈，并在信號離開一段時間之后關(guān)燈，其工作過程與感應(yīng)燈一致；當(dāng)該系統(tǒng)處于停止工作狀態(tài)時，無論是否有外部信號來臨不作任何操作。并且，該系統(tǒng)能夠不間斷發(fā)送外部狀態(tài)信號與燈開關(guān)狀態(tài)信號到上位機(jī)系統(tǒng)。9.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范9.2.1簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)設(shè)計思想整體系統(tǒng)行為過程分析：（1）單片機(jī)系統(tǒng)啟動后將有兩種可能，一種是等待計算機(jī)發(fā)來命令在確定是進(jìn)入開始工作狀體還是進(jìn)入停止工作狀態(tài)。但是考慮到單片機(jī)系統(tǒng)等待的過程實際上就是不工作，也就是相當(dāng)于進(jìn)入了停止?fàn)顟B(tài)，所以開機(jī)應(yīng)該直接進(jìn)入停止工作狀態(tài)。（2）由1的分析，開機(jī)直接進(jìn)入停止工作狀態(tài)后，應(yīng)當(dāng)向計算機(jī)系統(tǒng)不間斷發(fā)出采集的數(shù)據(jù)信號，因此采集數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是獨立運(yùn)行的軟件。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)采用定時器中斷來實現(xiàn)。（3）當(dāng)收到計算機(jī)發(fā)來的開始工作命令則進(jìn)入開始工作狀態(tài)。即便是開始工作狀態(tài)也應(yīng)當(dāng)實時發(fā)送數(shù)據(jù)到計算機(jī)。因此也應(yīng)當(dāng)有2中的定時器中斷軟件部分的實時采集信號。（4）開始工作狀態(tài)的行為：單片機(jī)系統(tǒng)等待采集光電傳感器的信號，如果有則啟動繼電器開燈。當(dāng)信號消失等待一段時間后關(guān)閉繼電器，則燈被關(guān)閉。此過程一直重復(fù)。（5）開始工作命令與停止工作命令的切換，當(dāng)在工作狀態(tài)收到停止工作命令時，應(yīng)當(dāng)完成當(dāng)前任務(wù)之后再進(jìn)行切換；停止工作命令則無此問題。命令接收只需要串口中斷即可。9.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范9.2.1簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)設(shè)計思想9.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范[任務(wù)名稱]簡單計算機(jī)干預(yù)自動控制系統(tǒng)設(shè)計要求[目標(biāo)簡述]完成簡單計算機(jī)干預(yù)下的感應(yīng)照明燈自動控制系統(tǒng)[具體功能]

單片機(jī)系統(tǒng)啟動后直接進(jìn)入停止工作狀態(tài)，等待計算機(jī)發(fā)送開始自動工作命令。

計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送開始工作命令，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入自動工作狀態(tài)。

計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送停止工作命令，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入停止工作狀態(tài)，并等待計算機(jī)發(fā)送開始工作命令

無論在開始工作還是在停止工作狀態(tài)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該實時向計算機(jī)系統(tǒng)傳遞測控端目標(biāo)接口的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

單片機(jī)系統(tǒng)連接光電開關(guān)模塊，該模塊的功能為采集外部開關(guān)信號。代表是否有人通過。

單片機(jī)系統(tǒng)連接繼電器模塊，該模塊的功能為控制外部220V交流照明燈的亮與滅。

計算機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通訊通過RS232來進(jìn)行。

命令協(xié)議格式：協(xié)議字節(jié)順序第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)第四字節(jié)協(xié)議格式含義數(shù)據(jù)頭操作類型選擇操作內(nèi)容數(shù)據(jù)尾系統(tǒng)開啟0XAAFFFF0X55系統(tǒng)關(guān)閉0XAAFF000X559.2簡單計算機(jī)干預(yù)自控系統(tǒng)項目目標(biāo)與項目規(guī)范9、講解用PPT,講解用PPT上交文件名為：

模塊項目講解文件.PPT10、全部文檔資料整理打包,文件名為：

序號_姓名.rar[注意]序號_姓名.rar打包文件目錄列表：XXX算法文檔.doc程序流程圖.docXXX.C [注意]源代碼需要達(dá)到如下要求：源代碼中最上面一行加一個注釋，寫上：序號_姓名上面的要求（3）源代碼關(guān)鍵位置給出注釋上面的要求（4）函數(shù)的開始處寫上注釋上面的要求（5）XXX硬件測試文檔.DocXXX軟件測試文檔.DOC XXX功能說明書.DOC原理圖與PCB文件問題文檔.DOC模塊項目講解文件.PPT[要求]1、必須寫出算法文檔（中文、偽代碼均可）

[注意]1、主程序一個算法

每個子程序（函數(shù)）各自一個算法2、必須畫出程序流程圖

[注意]1、主程序一個程序流程圖

每個子程序（函數(shù)）各自一個程序流程圖

源代碼上交與注釋規(guī)范。硬件測試文檔,硬件測試文檔上交文件名為： XXX硬件測試文檔.Doc5、必須給出軟件代碼測試的測試用例表格,軟件代碼測試文檔上交文件名為： XXX軟件測試文檔.DOC6、必須給出實體系統(tǒng)功能的功能說明書,功能說明書上交文件名為： XXX功能說明書.DOC 7、原理圖、PCB文檔。原理圖與PCB文檔依照要求完成即可。8、本項目完成過程中的問題文檔,上交文件名為：問題文檔.DOC9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的設(shè)計相對比較簡單，只需要考慮如何實現(xiàn)圖9.2的設(shè)計思路即可。在圖9.2中，只需要明確考慮幾個接口部分的連接方式、并采用確定的連接來練好這些接口線路即可，確定需要連接的幾個部分如下：

計算機(jī)與通訊模塊的連接方式

單片機(jī)板與通訊模塊的連接方式

單片機(jī)板與繼電器模塊的連接方式

單片機(jī)板與光電傳感器模塊的連接方式

繼電器模塊與外部受控的市電電路部分的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.1接口設(shè)計與實現(xiàn)計算機(jī)與通訊模塊的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.1接口設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)板與通訊模塊的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.1接口設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)板與繼電器模塊的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.1接口設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)板與光電傳感器模塊的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.1接口設(shè)計與實現(xiàn)繼電器模塊與外部受控的市電電路部分的連接方式9.3硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.3.2硬件測試第一步：連接好硬件核心板與硬件模塊第二步：新建一個工程，并編寫代碼第三步：編譯軟件并生成hex文件第四步：下載hex文件到核心板第五步：觀察模塊的基本行為是否正確，若不正確則從第一步開始查找問題，并重復(fù)上述步驟。整體連接硬件圖如圖：操作演示9.4軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)軟件部分關(guān)鍵需求點如下：

單片機(jī)系統(tǒng)啟動后直接進(jìn)入停止工作狀態(tài)，等待計算機(jī)發(fā)送開始自動工作命令。

計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送開始工作命令，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入自動工作狀態(tài)。

計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送停止工作命令，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入停止工作狀態(tài)，并等待計算機(jī)發(fā)送開始工作命令

無論在開始工作還是在停止工作狀態(tài)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該實時向計算機(jī)系統(tǒng)傳遞測控端目標(biāo)接口的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

單片機(jī)系統(tǒng)連接光電開關(guān)模塊，該模塊的功能為采集外部開關(guān)信號。代表是否有人通過。

單片機(jī)系統(tǒng)連接繼電器模塊，該模塊的功能為控制外部220V交流照明燈的亮與滅。

計算機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通訊通過RS232來進(jìn)行分析上面的基本需求點，知系統(tǒng)的軟件設(shè)計存在四個最重要的部分。即兩種工作狀態(tài)、兩個并行功能9.4軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.4.1算法設(shè)計無論是開始工作狀態(tài)還是停止工作狀態(tài)，都有接收工作狀態(tài)切換命令功能、也都需要將實時的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞到上位機(jī)功能。因此實際上的應(yīng)用功能分析簡圖應(yīng)當(dāng)只具有三大功能部分：基本工作狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)的功能部分接收工作狀態(tài)切換命令功能部分實時狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞到上位機(jī)功能部分9.4軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9.4.1算法設(shè)計算法：單片機(jī)端主流程

S1：系統(tǒng)初始化

S2：在無限循環(huán)中做如下事件{}S2.1 如果上位機(jī)有命令發(fā)來

判斷是否為啟動工作過程命令

{

如果采集到外部信號

啟動繼電器

否則

關(guān)閉繼電器

}

S2.2 如果定時發(fā)送時間到

{ S2.2.1發(fā)送外部光電傳感器模塊的狀態(tài)到上位機(jī)；

S2.2.2發(fā)送繼電器的工作狀態(tài)到上位機(jī)； S2.2.3把發(fā)送定時器置零 }

}算法：單片機(jī)主流程SysInitial();

while(1){

if(NOTICE) { if((buff[1]==0XFF)&&(buff[2]==0XFF)) {

if(RfSig)Relay=1;

elseRelay=0;