计算机控制技术-报警程序.ppt
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1、在控制系统中,被测参数经A/D采样进入微型计算机;经数据处理后,一方面送显示,另一方面要进行报警处理,以便操作人员及时采取相应的措施。同时,还要把被测参数与给定值进行比较,根据偏差进行自动调整。如在加热炉自动控制系统中,当被测温度高于给定值时,需把阀门关小,减小煤气进给量。反之,如果被测温度低于给定值,则开大阀门。用来控制阀门动作的装置称为执行机构。带动执行机构动作往往要用电机或步进电机。而电机或步进电机通常需要较大电流来驱动。为此,如何把微型计算机系统的输出与强电执行机构进行连接,是微型计算机控制技术的重要课题之一。,第四章 内容简介,第4章 常用控制程序的设计,4.1 报警程序的设计 4.
2、2 开关量输出接口技术 4.3 电机控制接口技术 4.4 步进电机控制接口技术,4.1 报警程序设计,在微型机控制系统中,为了安全,对于一些重要的参数或系统部位,都设有紧急状态报警系统,以便提醒操作人员注意,或采取紧急措施。,4.1 报警程序设计,4.1.1 常用报警方式 4.1.2 简单报警程序的设计 4.1.3 越限报警程序的设计 4.1.4 远程自动报警系统的设计,4.1.1 常用报警方式,声音:电铃、电笛、蜂鸣器、集成电子音乐芯片 灯光:发光二极管或闪烁的白炽灯等 语音报警:语音芯片 图形与声音混合报警 显示报警画面(如报警发生的顺序、报警发生的时间、报警回路编号、报警内容及次数等)。
3、,1. 发光二极管及白炽灯驱动电路,(1) 报警方法不同采用的驱动电路方式也不同。 发光二极管的驱动电流一般在2030mA,不能直接由TTL电平驱动,常采用OC门驱动器。如74LS06/74LS07等。 白炽灯报警时,应该使用交流固态继电器进行控制。,LED报警接口电路,(2) 为了能保持报警状态,常采用带有锁存器的I/O接口芯片,(Intel 8155、8255A),也可选用一般的锁存器,(74LS273、 74LS373、或74LS377等),驱动器,锁存器,1,0,亮,2. 声音报警驱动电路,常采用模拟声音集成电路芯片,如KD-956X系列(采用CMOS工艺,软封装的报警IC芯片)。其功
4、能表如表4.1(P97)所示。,KD-956X系列报警芯片功能表,(1) KD-956X系列IC芯片具有以下共同特性: 工作电压范围宽; 静态电流低; 外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏; 外接一只小功率三极管,便可驱动扬声器。,(2) KD-956X的结构及使用方法(以KD-9561 为例),KD-9561芯片内设: 振荡器、节拍器、音色发生器、地址计数器、控制和输出级等部分。 根据内部程序,设有两个选声端SEL1和SEL2, 改变这两端的电平,便可发出各种不同的音响。详见表4.2。,KD-9561能发出4种不同的声音,且体积小,价格低廉,音响逼真,控制简便,所以,广泛应用于报警装置及电动
5、玩具。,VDD提供电源正端电压,VSS指电源负端电压(地)。,KD-9561的外形和报警电路图,如图4.2所示。,如图4.2(b)中所示,当系统检查到报警信号以后,使三极管9013导通,发出报警声音。 图中的R1选值一般在180K290K之间。R1的阻值愈大,报警声愈急促,反之,报警声音节奏缓慢。,b,OUT,4.1.2 简单报警程序的设计 报警程序的设计方法根据报警参数及传感器的具体情况可分为两种:,(1) 软件报警程序 这种方法的基本作法是把被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数,经传感器,变送器,模/数转换器,送到微型机后,再与规定的上、下限值进行比较,根据比较的结果进行报警或处理
6、,整个过程都由软件实现。这种报警程序又可分简单上、下限报警程序,以及上、下限报警处理程序。,(2) 硬件申请、软件处理报警程序 报警要求直接由传感器产生。 例如:电接点式压力报警装置 当压力高于(或低于)某一极限值时, 接点即闭合,正常时则打开。 利用这些开关量信号,通过中断的方法来实现对参数或位置的检测。,锅炉水位自动调节系统设计有3个报警参数: 水位上、下限 炉膛温度上、下限 蒸汽压力下限,锅炉报警系统图, 如图4.4中所示: 要求当各参数全部正常时,绿灯(正常运行灯)亮。 若某一个参数不正常,将发出声光报警信号。,1,0,灯亮,1,0,电笛响,(1) 软件报警程序设计, 程序设计思想 设
7、置一个报警模型标志单元ALARM 把各参数的采样值分别与上、下限值进行比较。 若某一位需要报警,则将ALARM相应位置1,否则,清0. 所有参数判断完毕后, 看报警模型单元ALARM的内容是否为00H。 若为00H,说明所有参数均正常,使绿灯发光。 不等于00H,则说明有参数越限,输出报警模型。, 程序流程图,如图4.5所示: 设3个参数的采样值: X1(水位)、X2(炉膛温度)、 X3(蒸汽压力) 依次存放在以SAMP为首地址的内存单元中, 相应的允许极限值依次存放在以LIMIT为 首地址的内存区域内, 报警标志位单元为ALARM。,20H,8100H,软件报警程序模块流程图,软件报警程序框
8、架介绍,设置电笛及指示灯状态,设置电笛及指示灯状态,设置电笛及指示灯状态,设置电笛及指示灯状态,置电笛响标志位,设置电笛及指示灯状态,输出电笛及指示灯状态,软件报警程序细节介绍,不要使用该名称,与报警标志位单元名称ALARM冲突,ALARM EQU 20H,CJNE:A!=MAX1AA,JNC:AMAX1,CF,产生符号位,CJNE:A!=MIN1BB,JC:AMIN1,CF,产生符号位,MOV A,#00,(2) 硬件报警程序设计,某些根据开关量状态进行报警的系统。为了使系统简化,可以不用上面介绍的软件报警方法,而是采用硬件申请中断的方法,直接将报警模型送到报警口中。 这种报警方法的前提条件
9、是被测参数与给定值的比较是在传感器中进行的。例如,电结点式压力计、电结点式温度计、色带指示报警仪等,都属于这种传感器。不管原理如何,它们的共同点是,当检测值超过(或低于)上、下限值时,结点开关闭合,从而产生报警信号。 这类报警系统电路图,如图4.6所示。,硬件直接报警系统原理图,该图中: SL1和SL2分别为液位上、下限报警结点, SP表示蒸汽压力下限报警结点, ST是炉膛温度上限超越结点。 只要参数中的一个(或几个)超限(即结点闭合), 管脚都会由高变低,向CPU发出中断申请。 CPU响应后,读入报警状态P1.3P1.0,然后从P1口的高4位输出,完成超 限报警的工作。 采用中断工作方式,既
10、节省了CPU计算的宝贵时间,又能不失时机地实现参数超限报警。,报警结点,0: 报警,0,1,读入报警状态,输出报警状态,根据图4.6写出的报警程序如下:,4.1.3 越限报警程序的设计 为了避免测量值在极限值附近摆动造成频繁报警,可以在上、下限附近设置一个回差带,如图4.7所示。,在图4.7中,H是上限带,L为下限带。规定只有当被测量值越过A点时,才认为越过上限;测量值穿越H带区,下降到B点以下才承认复限。同样道理,测量值在L带区内摆动均不做超越下限处理;只有它回归于D点之上时,才做超越下限后复位处理。这样就避免了频繁的报警和复限,以免造成操作人员人为的紧张。 实际上,大多数情况下,如前面锅炉
11、水位调节系统中所述,上、下限并非只是唯一的值,而是允许一个“带”。在带区内的值都认为是正常的。带宽构成报警的灵敏区。上、下限带宽的选择应根据具体的被测参数而定。,复限指的是参数恢复到正常值,运行恢复到正常状态。,下面重新对锅炉液位报警程序进行设计。设锅炉水位采样并经滤波处理后的值存放在SAMP为起始地址的内存单元中(设采样值为12位数,占用两个内存单元)。上、下限报警及上、下限复位门限值分别存放在以ALADEG为首地址的内存单元中。报警标志单元为FLAG,其中D2位为越上限标志位,D3位为越下限标志位。其内存分配,如图4.8所示。,有关内存的分配,越限报警程序的基本思路 将采样、数字滤波后的数
12、据与该被测点上、下限给定值进行比较,检测是否越限;或与上限复位值、下限复位值进行比较,检测是否复位上、下限。 如越限,则分别置位越上、下限标志,并输出相应的声、光报警模型。 如已复位上、下限,则清除相应标志。 当上述报警处理完之后,返回主程序。如图4.9所示的是其程序的流程图。,A,X=A,B,XB,C,XC,D,X=D,本程序输出的报警模型及接口电路,可参看4.4自行设计。 报警标志单元FLAG(28H)和越限、复位上、下限处理次数单元(2AH),在初始化程序中应首先清零。 除了上面讲的这种带上、下限报警带的报警处理程序外,还有各种各样的报警处理程序,读者可根据需要自行设计。,4.1.4 远
13、程自动报警系统的设计,适用范围:距离太远,或是无人职守场合。 方法:(1)直接拨号(手机或固定电话) (2)网络(MODEM),4.1.4 远程自动报警系统的设计,1SS173K222AL芯片简介 SS173K222AL是TDK公司产品,高集成度的单片MODEM芯片。该芯片的主要特点是: (1) 可与8051系列单片机对接,接口电路简单。 (2) 串行口数据传输。 (3) 采用同步方式或异步方式工作。 (4) 与CCITT V.22、V.21、BELL 212A、103标准兼容。 (5) 具有呼叫进程、载波、应答音、长回环检测等功能。 (6) 通过编程产生DTMF信号及550/1800Hz防卫
14、音信号。 (7) 具有自动增益控制,动态范围达45dB。 (8) 采用CMOS技术,低功耗、单电源供电。,引脚(图4.10), VDD,GND:D电源和地。 AD0AD7:地址/数据线。 ALE:地址锁存控制信号,与单片机ALE相连接,用于锁存地址信号。 WR和RD:读/写控制信号,低电平有效。 CLK:时钟信号。 XTL1、XTL2:外接晶体震荡器。 TXD、RXD:用来发射和接收数据。 TXA、RXA:发射和接收响应管脚,与外部收发装置相连。 CS:片选信号,低电平有效。 VREF:参考电平。 RESET:复位信号。,2直接拨通手机号码报警,设本例中所拨打的手机号码为:1323150216
15、5 WAN:JNB P1.3,DT ;监视P1.3口 SJMP WAN DT: ACALL DLY2 ;延时50毫秒 JNB P1.3,ARM ;确认有报警信号,转处理程序。 SJMP WAN ARM:CLR P1.7 ;吸合继电器J1 ACALL DLY2 ;延时50毫秒 MOV R6,#0BH ;拨打11位手机号码,予置初值。 MOV DPTR,#7FF8H ;地址指针指向R0 MOV A,#31H;R0 ;按始发方式、FSK模式设置,但禁止发送。 MOVX DPTR,A LOOP:MOV DPTR,#7FFBH ;地址指针指向TR MOV A,#0FH ADD A,R6 ;取出电话号码,
16、MOVC A,A+PC MOVX DPTR,A ;设置TR MOV DPTR,#7FF8H ;地址指针指向R0 MOV A,#33H ;允许发送 MOVX DPTR,A ACALL DLY3 ;延时250毫秒 MOV A,#31H ;停止发送 MOVX DPTR,A ACALL DLY3 ;延时250毫秒 DJNZ R6,LOOP;拨号未完,再拨出一个号码,DB 95H,96H,91H,92H,9AH,95H,91H,93H,92H,93H, 91H ;TR设置及手机号码 DTA:MOV DPTR,#7FFAH ;地址指针指向DR MOVX A,DPTR ;监视DR JNB ACC.2,DTA
17、 ;检测应答音 MOV DPTR,#7FF9H ;地址指针指向R1 MOV A,#04H MOVX DPTR,A ;复位MODEM SETB P1.7 ;释放J1 RET,3在接收端采用MODEM和单片机显示装置的报警,4.2 开关量输出接口技术,在工业过程控制系统中,被测参数经采样处理之后,还需要计算并输出控制模型,达到自动控制的目的。 输出设备往往需大电压(或电流)来控制,而微型计算机系统输出的开关量大都为TTL(或CMOS)电平,这种电平一般不能直接驱动外部设备开启或关闭。 另一方面,许多外部设备,如大功率直流电机、接触器等在开关过程中会产生很强的电磁干扰信号,如不加以隔离,可能会使微型
18、计算机控制系统造成误动作乃至损坏。 开关量输出控制中必须认真考虑并设法解决的两个问题:放大、隔离。,4.2.1 光电隔离技术,1. 光电隔离器的种类,发光二极管/光敏三极管 发光二极管/光敏复合晶体管 发光二极管/光敏电阻 发光二极管/光触发可控硅等,4.2.1 光电隔离技术,2. 工作原理,当发光二极管有正向电流通过时,即产生人眼看不见的红外光。 光敏三极管接收光照以后便导通。 而当该电流撤去时,发光二极管熄灭,三极管随即截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的。 由于该器件是通过电光电的转换来实现对输出设备进行控制的,彼此之间没有电气连接,因而起到隔离作用。,4.2.1 光电隔离技术,隔离
19、电压与光电隔离器的结构形式有关。 双列直插式塑料封装形式的隔离电压一般为2 500V左右; 陶瓷封装形式的隔离电压一般为5 00010 000V。 在一般微型计算机控制系统中,由于大都采用TTL电平,不能直接驱动发光二极管,所以通常加一级驱动器,如7406和7407等。 输入、输出端两个电源必须单独供电,如图4.11。,数字量Pi 输出为高电平 经反相驱动器后变为低电平 发光二极管有电流通过并发光 光敏三极管导通,从而在集电极上产生输出电压V0(此电压即可用来控制外设。),使用同一电源(或共地的两个电源),外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。,1,0,4.2.2 继电器输出接口技术,继电器是
20、电气控制中常用的控制器件。一般由通电线圈和触点(常开或常闭)构成。 线圈通电时,由于磁场的作用,使开关触点闭合(或打开)。 线圈不通电时,则开关触点断开(或闭合)。 一般线圈可以用直流低电压控制 (常用的有直流9V,12V,24V等); 而触点输出部分可以直接与市电(220V)连接; 虽然继电器本身有一定的隔离作用,但在与微型计算机接口连接时通常还是采用光电隔离器进行隔离。,4.2.2 继电器输出接口技术,如图4.17中所示,当开关量P1.0输出为高电平时,经反相驱动器7406变为低电平,使发光二极管发光,从而使光敏三极管导通,进而使三极管9013导通,因而使继电器J的线圈通电,继电器触点J1
21、-1闭合,使220V电源接通。反之,当P1.0输出低电压时,使J1-1断开。,1,0,4.2.2 继电器输出接口技术,如图4.13中所示,当开关量P1.0输出为高电平时,经反相驱动器7406变为低电平,使发光二极管发光,从而使光敏三极管导通,进而使三极管9013导通,因而使继电器J的线圈通电,继电器触点J1-1闭合,使220V电源接通。反之,当P1.0输出低电压时,使J1-1断开。,图中所示电阻R1 为限流电阻,二极管D的作用是保护晶体管T。当继电器J吸合时,二极管D截止,不影响电路工作。继电器释放时,由于继电器线圈存在电感,这时晶体管T已经截止,所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。此电压的
22、极性为上负下正,正端接在晶体管的集电极上。当感应电压与VCC 之和大于晶体管T的集电极反向电压时,晶体管T有可能损坏。加入二极管D后,继电器线圈产生的感应电流从二极管D流过,从而使晶体管T得到保护。,4.2.2 继电器输出接口技术,如图4.13中所示,当开关量P1.0输出为高电平时,经反相驱动器7406变为低电平,使发光二极管发光,从而使光敏三极管导通,进而使三极管9013导通,因而使继电器J的线圈通电,继电器触点J1-1闭合,使220V电源接通。反之,当P1.0输出低电压时,使J1-1断开。,图中所示电阻R1 为限流电阻,二极管D的作用是保护晶体管T。 当继电器J吸合时,二极管D截止,不影响
23、电路工作。 继电器释放时,由于继电器线圈存在电感,这时晶体管T已经截止,所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。此电压的极性为上负下正,正端接在晶体管的集电极上。当感应电压与VCC 之和大于晶体管T的集电极反向电压时,晶体管T有可能损坏。加入二极管D后,继电器线圈产生的感应电流从二极管D流过,从而使晶体管T得到保护。,4.2.2 继电器输出接口技术,如图4.13中所示,当开关量P1.0输出为高电平时,经反相驱动器7406变为低电平,使发光二极管发光,从而使光敏三极管导通,进而使三极管9013导通,因而使继电器J的线圈通电,继电器触点J1-1闭合,使220V电源接通。反之,当P1.0输出低电压时,
24、使J1-1断开。,图中所示电阻R1 为限流电阻,二极管D的作用是保护晶体管T。 当继电器J吸合时,二极管D截止,不影响电路工作。 继电器释放时,由于继电器线圈存在电感,这时晶体管T已经截止,所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。此电压的极性为上负下正,正端接在晶体管的集电极上。当感应电压与VCC 之和大于晶体管T的集电极反向电压时,晶体管T有可能损坏。加入二极管D后,继电器线圈产生的感应电流从二极管D流过,从而使晶体管T得到保护。,-,+,0,1,0,4.2.2 继电器输出接口技术,不同的继电器,其线圈驱动电流的大小,以及带动负载的能力不同,选用时应考虑下列因素: (1)继电器额定工作电压(或
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