Разработка микропроцессорной системы климат-контроля (стр. 2 из 6)
К = у/х (1.1)
при х = constназываемый статическим коэффициентом преобразования.
Например, у датчика коэффициентом преобразования является чувствительность, а для усилителя - коэффициент усиления.
Отношение приращения выходной величины ∆у (или dy) к приращению входной величины ∆х (или dx)
К' = ∆у/∆х ≈ dy/dx (1.2)
при ∆х→ 0 называется динамическим коэффициентом преобразования.
Динамическим режимом называется процесс перехода элементов и систем из одного установившегося состояния в другое, т.е. такое условие их работы, когда входная величина х, а, следовательно, и выходная величина у изменяются во времени.
1.2 Показатели качества регулирования
САУ должна обеспечивать требуемое качество работы установки в переходных режимах при изменении задающего или возмущающего воздействия. Качество регулирования оценивается следующими показателями: перерегулирование, быстродействие (время регулирования) и число колебаний регулируемой величины за время переходного процесса.
Перерегулированием называется отношение разности между максимальным и установившимся отклонениями регулируемой величины к установившемуся отклонению. На рисунке 1.3 показано изменение регулируемой величины при ступенчатом воздействии. Перерегулирование равно
(1.5)где Δxmax – максимальное отклонение регулируемой величины;
Δx(∞) – установившееся отклонение регулируемой величины.
Рисунок 1.3 – Показатели качества регулирования
Допустимое перерегулирование обычно равно σm = 18…25%.
Быстродействие или время регулированияtp представляет время, в течение которого отклонение регулируемой величины от Δx(t) превышает некоторое допустимое значение, обычно принимаемое δ = 5%.
Число колебаний регулируемой величины Nза время переходного процесса tp должно быть ограниченным. Обычно принимают N < 3.
Работа САУ характеризуется точностью, под которой понимается степень приближения действительного выходного сигнала x к его заданному значению х0.
Величина Δx = х0 – х называется ошибкой САУ. Установившаяся ошибка отработки постоянного сигнала называется статической ошибкой. Текущая ошибка отработки переменного сигнала называется динамической ошибкойСАУ. Динамическая ошибка изменяется в течении времени и зависит от структуры, параметров и характера изменения воздействия. Статическая ошибка определяется структурой, параметрами и величиной постоянного воздействия.
1.3 Структурная схема системы климат-контроля
Учитывая условия функционирования с заданными показателями качества переходных процессов, а также требуемые выходные характеристики системы можно представить структурную схему системы климат-контроля (СКК) в строгом соответствии с техническим заданием и техническими условиями эксплуатации.
Рисунок 1.4 – Структурная схема цифровой системы
Структурная схема состоит из следующих основных элементов: Д - датчик температуры; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; Н – норма (допустимая величина температуры); СМР – компаратор; СУ – схема управления кондиционером; ИМ – исполнительный механизм (кондиционер); ОУ – объект управления (помещение); И – жидко-кристаллический индикатор.
Датчик температуры осуществляет преобразование температуры в помещении в электрический сигнал аналоговой формы.. Прием сигнала и преобразование аналогового в цифровой и сравнение с допустимой величиной производится микроконтроллером, который в свою очередь управляет цепью включения кондиционера и контроллером жидко-кристаллического дисплея LCD.
Таким образом, разработав структурную схему системы улимат-контроля на первом этапе, далее необходимо выбрать ее элементы, согласовать уровни сигналов между ними, осуществить разработку схему управления электроприводом и программу управления внешними устройствами.
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Микроконтроллер как основной элемент
Характеристика микроконтроллера PIC16F877:
- высокоскоростная RISCархитектура;
- 35 инструкций;
- команды выполняются за один цикл, выполняемых за два цикла.
- тактовая частота: DC - 20МГц, тактовый сигнал DC - 200нс;
- до 8к х 14 слов FLASH памяти программ, до 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ) До 256 х 8 байт EEPROM памяти данных;
- система прерываний (до 14 источников);
- 8-уровневый аппаратный стек;
- прямой, косвенный и относительный режим адресации;
- выбор параметров тактового генератора;
- программирование в готовом устройстве;
- широкий диапазон напряжений питания от 2.0В до 5.5В.
Рисунок 2.1 - Внешний вид микроконтроллера PIC16F877
2.1.1 Характеристика периферийных модулей.
Микроконтроллер имеет следующие периферийные модули:
- таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем;
- таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора;
- таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем;
- два модуля ССР;
- многоканальное 10-разрядное АЦП.
- последовательный синхронный порт MSSP;
- последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса.
Рисунок 2.2 - Структурная схема микроконтроллера PIC16F877
2.1.2 Организация памяти.
В микроконтроллерах PIC16F87X имеется три вида памяти. Память программ и память данных имеют раздельные шины данных и адреса, что позволяет выполнять параллельный доступ.
Рисунок 2.3 -Организация памяти в микроконтроллере PIC16F877
Микроконтроллеры PIC16F87X имеют 13-разрядный счетчик команд PC, способный адресовать 8К х 14 слов памяти программ. Физически реализовано FLASH памяти программ 8К х 14 в PIC16F877. Обращение к физически не реализованной памяти программ приведет к адресации реализованной памяти.
Адрес вектора сброса – 0000h. Адрес вектора прерываний – 0004h.
Память данных разделена на четыре банка, которые содержат регистры общего и специального (SFR) назначения. Биты RP1 (STATUS<6>) и RPO (STATUS<5>) предназначены для управления банками данных. В таблице показано состояние управляющих битов при обращении к банкам памяти данных.
Таблица 2.1 – Банки памяти
| RP1:RP0 | Банк |
| 00 | 0 |
| 01 | 1 |
| 10 | 2 |
| 11 | 3 |
Объем банков памяти данных до 128 байт (7Fh). В начале банка размещаются регистры специального назначения, затем регистры общего назначения выполненные как статическое ОЗУ. Все реализованные банки содержат регистры специального назначения. Некоторые, часто используемые регистры специального назначения могут отображаться и в других банках памяти.
2.1.3 Регистры.
Обратиться к регистрам общего назначения можно прямой или косвенной адресацией, через регистр FSR.
С помощью регистров специального назначения выполняется управление функциями ядра и периферийными модулями микроконтроллера. Регистры специального назначения реализованы как статическое ОЗУ.
Врегистре STATUS содержатся флаги состояния АЛУ, флаги причины сброса микроконтроллера и биты управления банками памяти данных.
Регистр STATUS может быть адресован любой командой, как и любой другой регистр памяти данных. Если обращение к регистру STATUS выполняется командой, которая воздействует на флаги Z, DC и С, то изменение этих трех битов командой заблокирована. Эти биты сбрасываются или устанавливаются согласно логике ядра микроконтроллера. Команды изменения регистра STATUS также не воздействуют на биты -ТО и -PD. Поэтому, результат выполнения команды с регистром STATUS может отличаться от ожидаемого. Например, команда CLRFSTATUS сбросит три старших бита и установит бит Z (состояние регистра STATUS после выполнения команды 000uu1uu, где u - не изменяемый бит).
При изменении битов регистра STATUS рекомендуется использовать команды, не влияющие на флаги АЛУ (SWAPF, MOVWF, BCF и BSF).
Таблица 2.2 - Регистр STATUS
| R/W-0 | R/W-0 | R/W-0 | R-1 | R-1 | R/W-x | R/W-x | R/W-x |
| IRP | RP1 | RPO | -ТО | -PD | Z | DC | с |
| Бит 7 | Бит0 |
бит 7: IRP: Бит выбора банка при косвенной адресации
1 = банк 2, 3(100h-1FFh)
0 = банк 0, 1 (000h - 0FFh)
биты 6-5: RP1:RP0: Биты выбора банка при непосредственной адресации
11 = банк 3(180h-1FFh)
10 = банк 2(100h-17Fh)
01= банк 1 (080h - 0FFh)
00= банк 0 (000h - 07Fh)
бит 4: -ТО: Флаг переполнения сторожевого таймера
1 = после POR или выполнения команд CLRWDT, SLEEP
0 = после переполнения WDT
бит 3: -PD: Флаг включения питания
1 = после POR или выполнения команды CLRWDT
0 = после выполнения команды SLEEP
бит 2: Z: Флаг нулевого результата
1 = нулевой результат выполнения арифметической или логической операции
0 = не нулевой результат выполнения арифметической или логической операции
бит 1: DC: Флаг десятичного переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение
1 = был перенос из младшего полубайта
0 = не было переноса из младшего полубайта
бит 0: С: Флаг переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение