智能控制器设计 (毕业设计50页、19867字+图+程序)
摘要：智能控制器是在过程控制实验设备基础上，实现系统的自动控制，是自动控制理论和单片机技术的综合应用。本文通过分析智能控制器硬件结构和软件实现的可行性、性能、成本等，确定了最优的设计方案。设计中首先完成系统硬件的设计，硬件设计以Mega16芯片为核心。根据课题要求实现的功能，将系统分成几个部分，再按照模块化的方法进行设计。完成硬件设计即进入软件设计阶段，这是实现系统自动控制的灵魂。软件设计采用的编程语言为C语言，在ICC AVR Studio平台上完成。调试将硬件和软件融合，通过软硬件的共同作用，使智能控制器不但能够实现对系统的数据采集、人机对话、实时控制，还具有通信功能，促进了控制系统的网络化，使系统之间的互操作性增强。智能控制器适用于多种控制系统，通过性能扩展之后，还将得到更广泛的应用。

关键词：智能控制器；智能仪表；PID；Mega16

 
Design of an Intelligent Controller
Abstract: Based on the laboratory equipment of the process control system, the intelligent controller can control system automatically. It synthesizes the auto control theory and the application of Single Chip Microcomputer. In the paper, the hardware and software of intelligent controller is considered carefully, including feasibility, performance and cost .etc. Then choose the most superior design proposal. The design of hardware is finished firstly, using Mega16 chip as the core of the system. According to request of the task, the design is separated into several parts, adopting the way of modularization. After finished the design of hardware, it’s time to design the software, which is the soul of achieving automatic control system. On the roof of ICC AVR Studio, the design of software use C language to program. Through working of the software and hardware, the intelligent controller not only can collect data of the system, realize the man-machine dialogue and the real-time control, but also has the function of communication, the realization control system into network, which can strengthen the operation mutually between the systems. The intelligent controller can apply to the system with a various charge of objects. Expanding the Performance, the intelligent controller will be used more widely.

Key words: Intelligent controller, Intelligent instrument, PID, Mega16

 
目    录
第1章  绪  论 1
1.1  概述 1
1.2  智能控制器的特点 1
1.3  设计内容 2
1.4  国内外研究现状及发展方向 4
第2章  总体方案 5
2.1  设计思路 5
2.2  方案分析 5
第3章  硬件设计 8
3.1  Mega16I/O口简介 8
3.2  电路模块设计 9
3.2.1  电源 9
3.2.2  晶振及复位 10
3.2.3  A/D采样输入 11
3.2.4  键盘 11
3.2.5  显示 13
3.2.6  报警 16
3.2.7  控制信号输出 17
3.2.8  通信 18
3.3  PCB板设计 20
3.4  本章小结 21
第4章  软件设计 21
4.1  程序主体设计 21
4.1.1  ICCAVR 介绍 21
4.1.2  设计思路及流程图分析 21
4.2  软件功能模块实现 22
4.2.1  系统初始化 22
4.2.2  键盘处理 23
4.2.3  A/D采样 24
4.2.4  标度变换 26
4.2.5  显示 27
4.2.6  PID调节 27
4.2.7  PWM输出 29
4.3  本章小结 30
第5章  系统调试 31
5.1  硬件调试 31
5.2  联机调试 31
结  论 33
致  谢 34
参考文献 35
附录1  元件清单 36
附录2  硬件原理图 37
附录3  硬件照片 38
附录4  程序源代码 39

 
第1章  绪  论
1.1  概述
智能控制系统通常被理解为智能化的自动控制系统，其研究的主流在自动控制界。将人工智能看作自动控制技术服务性学科，运用已有的人工智能方法和技术解决自动控制系统的部分问题。基于工程控制的观念，把智能控制系统理解为高度自治的自动控制系统；在智能控制方法上，则运用已有控制算法作低层次的组合等等。
设计是在过程控制系统实验设备的基础上，通过硬件和软件的设计，很好的实现对液位系统和温度系统的自动控制。设计要求智能控制器能实现人机对话，系统自动检测和自动控制。尽管实验设备没有工艺生产线设备那么复杂，但其结构和工作原理是基本相通的，无论是硬件还是软件，都极具有代表性。设计中需要用到的控制理论知识和单片机应用方面的知识都是对以往学习的总结和深入。通过课题的设计能够建立起系统的概念，学习到软硬件的设计过程中需要考虑的问题以及如何采用最优方式解决这些问题。
智能控制器的设计包括硬件和软件两部分。硬件和和软件是不可分割的，在设计中应综合考虑这两部分，在CPU资源允许的情况下，尽可能以软代硬。智能控制器硬件的设计要求以最简单的硬件电路实现最多的功能，这不仅节约了成本，且便于系统扩展。
1.2  智能控制器的特点
智能控制器是以单片机为核心的一个小型的微机处理系统，它具有以下特点：
(1) 开发性强，可靠性高：在不增加硬件设备的情况下，以软件代替硬件，通过开发不同的应用软件使检测系统实现不同的功能，使得智能仪器仪表的研制开发费用低、周期短。由于“硬件软化”，简化了硬件电路，减少了元器件，也就减少了故障发生率，提高了仪器仪表的可靠性。
(2) 性能好，精度高：利用微处理器的运算和逻辑判断功能，按照一定的算法可以消除由于漂移、增益变化、干扰等因素引起的误差，提高仪器的测量精度。同时还有利于传感器的非线性校正和动态特性补偿，改善了仪器的性能。
(3) 智能化：智能仪器仪表不仅可以对被测信号进行测量、存储和运算，还具有自校准、自动调零、量程自动转换、故障自诊断等功能，大大地改善了仪器的自动化水平。有些仪器采用了专家系统技术，可根据控制指令和外部信息自动地改变工作状态，并进行复杂的计算、推理。
(4) 具有友好的人机对话能力：操作人员可通过键盘输入命令，根据实际需要选择工作状态，设定各种参数等。控制器还通过LED指示系统工作状态，使用报警电路保护系统。智能控制器更增设了数码显示器实时地显示系统的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果等，使仪器的操作更加方便直观。
(5) 具有可程控操作的能力：智能仪器仪表还包含了RS485通信接口，可以很方便地与计算机联系，接收计算机的命令，使其具有可程控操作的功能。控制器与控制器之间也能很好的连接成为网络，使计算机或其他仪器构成的集散控制系统可以完成更复杂的测试任务[1]。
单片机的应用非常灵活，在设计中应充分扩展其功能，采用最优的设计方法，使系统尽可能多的实现以下功能：
(1) 可进行多通道、多参数巡回检测。
(2) 能够手动控制系统。
(3) 能进行数据分析和处理。
(4) 提供多种形式的数据输出，可方便地与网络、外设及其他设备进行数据交换。
(5) 可作为自动控制的信息反馈环节，把检测与控制结合起来。
(6) 可通过改变程序或采用可编程的方法增减仪器功能和规模来适应不同的环境和对象。
(7) 自校准、自诊断、触发电平自动调整、量程自动调整和各种报警功能。