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單片機推動智能儀表的飛速發(fā)展 |
| 作者：guoxiuli 欄目：單片機 |
v 智能儀表 v 閑云 -------------------------------------------------------------------------------- 單片機智能工作室為您提供專業(yè)化的智能儀表解決方案！ -------------------------------------------------------------------------------- 一、概述 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是單片機技術(shù)的不斷發(fā)展、普及及應(yīng)用，人們在設(shè)計智能化儀表時已經(jīng)突破原來的設(shè)計思維和框架，由傳統(tǒng)的模擬電子線路設(shè)計轉(zhuǎn)變成----以單片機為核心控制器，配以接口電路、輸入輸出通道以及專用控制程序的設(shè)計思路。這樣解決了許多傳統(tǒng)儀表儀表無法解決的問題，同時還能簡化電路、提高儀表可靠性和穩(wěn)定性、降低成本以及加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。目前許多智能儀表均能實現(xiàn)復(fù)雜的運算和控制，例如四則運算、開方運算、三角函數(shù)運算、PID控制、模糊控制、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等功能，這些技術(shù)的運用大大促進了各行各業(yè)的飛速發(fā)展！ 二、智能化儀表的基本組成與發(fā)展 以單片機為核心的智能化儀表主要由單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、輸入輸出接口、鍵盤、顯示器、控制程序等部分組成，現(xiàn)在市場中許多流行的單片機已經(jīng)將許多接口電路集成在單片機芯片內(nèi)部，這些常見的接口包括：A/D轉(zhuǎn)換器、CCP模塊（比較/捕捉/脈寬調(diào)制）、USART、I2C/SPI、CAN、LCD驅(qū)動器等，因此在設(shè)計儀表時只要選擇了合適的單片機就可以將硬件電路大大簡化，只需非常簡單的外圍電路就可以設(shè)計出高性能的、高可靠的智能儀表。 下面是智能型電壓測量儀表的硬件系統(tǒng)圖： 該電壓表可實現(xiàn)電壓顯示、控制輸出、聯(lián)網(wǎng)通訊、自動校準、上下限設(shè)定等功能，與傳統(tǒng)的儀表相比具有非常明顯的優(yōu)勢，而硬件結(jié)構(gòu)非常簡單，生產(chǎn)和調(diào)試均非常方便。 近年來，由于微電子技術(shù)的進步和計算機技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，因而使得智能儀表發(fā)展速度十分驚人，在技術(shù)上有很大突破；儀表的集成度和可靠性越來越高，測量和控制精度越來越高，智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度也越來越高，這些現(xiàn)狀也正是智能化儀表永恒的發(fā)展方向。 三、智能化儀表的功能特點： 傳統(tǒng)的測控儀表的準確度完全取決于儀表內(nèi)部各功能單元的精密性和穩(wěn)定性，由于任何部件均存在隨時間、溫度等變量的參數(shù)漂移問題，因此無法保證測量結(jié)果的可靠性和長期穩(wěn)定性。而智能化儀表可很好的解決這些問題。 智能化儀表可以通過自動校準技術(shù)消除儀表內(nèi)部器件所產(chǎn)生的漂移電壓。在每次采樣周期儀表先測量輸入為零和某個基準電壓的值，再測量被測信號，然后根據(jù)Y=（X-X0）*VREF/（XR-X0）計算出實際的被測信號值，該值有效濾除了器件參數(shù)的漂移并自動實現(xiàn)了校零和校準功能，從而大大提高了系統(tǒng)的準確度和穩(wěn)定性。 智能化儀表在對傳感器的非線性修正方面意義重大。對所有傳感器都存在一定的非線性，如果不進行修正則不可避免地產(chǎn)生測量誤差，對傳統(tǒng)儀表來說這是一個十分棘手的問題。而利用單片機技術(shù)去實現(xiàn)該功能將變得十分方便，只需要將修正點的值存儲在EEPROM中，然后利用一個適合傳感器特性的校正算法就可計算出正確的值，常用的校正算法包括：兩點或多點直線校正、二次曲線校正、指數(shù)曲線校正、最小二乘法校正等。 在提高儀表的可靠性、保證測量結(jié)果的正確性等方面，智能化儀表也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)儀表。通常智能化儀表均設(shè)置有自檢功能。所謂自檢就是儀表對自身個主要部件進行的自我檢測過程，目的是檢查個部件是否正常，以保證測量的準確性。自檢分為開機自檢、周期性自檢和鍵控自檢。開機自檢是在接通電源或復(fù)位時，儀表即進行一次自檢；周期性自檢是在儀表的工作過程中周期性地自動加入自檢操作；鍵控自檢是儀表在面板上設(shè)置一個專門的自檢按鈕，需要時由操作人員啟動儀表自檢操作。儀表自檢的內(nèi)容非常多，自檢對象通常包括：EEPROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示器、控制輸出接口、輸入通道等，筆者在多年的實踐經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，PIC系列單片機中集成的EEPROM在使用過程中偶爾會出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯，由于EEPROM存儲的往往是用戶參數(shù)和線性校正參數(shù)，對儀表的正常運行非常關(guān)鍵，一旦出錯將造成顯示出錯或誤動作，為解決這個問題本人采用了三中取二的數(shù)據(jù)表決算法，每次使用參數(shù)前均進行表決，如果有其中一個數(shù)據(jù)發(fā)生變化則用其它兩個正確的將其恢復(fù)，如果三個均不相同則顯示出錯信息，可由用戶進行手動恢復(fù)。經(jīng)過改進后，就再未出現(xiàn)過類似的問題，使系統(tǒng)的可靠性大大增強。 四、智能化儀表的設(shè)計方法 智能化儀表設(shè)計的主要內(nèi)容包括：硬件（連同單片機在內(nèi)的全部電子線路）、軟件（包括監(jiān)控管理程序及各種功能模塊）以及儀表結(jié)構(gòu)工藝三大部分。 設(shè)計者應(yīng)該首先確定儀表所要達到的預(yù)期性能并提出詳細的技術(shù)方案，然后根據(jù)技術(shù)方案設(shè)計出硬件原理圖，對各元器件的參數(shù)進行詳細計算，在進行硬件設(shè)計過程中，單片機的選型非常重要，選擇的依據(jù)包括ROM的大小和類型、RAM的大小、A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)量和位數(shù)、I/O接口數(shù)量、EEPROM的容量、CCP模塊、T/C的數(shù)量、USART、CAN以及單片機的價格和設(shè)計者對型號的熟悉程度等。 軟件設(shè)計在智能化儀表的設(shè)計過程中非常重要，由于智能儀表的硬件電路一般都不會非常復(fù)雜，而且比較容易找到參考資料，所以軟件的設(shè)計將占大部分的工作量。設(shè)計出高質(zhì)量的軟件是尤其關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，通常軟件的設(shè)計方法是先畫出軟件流程圖，然后根據(jù)流程圖寫出程序。常用的程序設(shè)計技術(shù)包括：模塊化設(shè)計、自頂向下設(shè)計、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。筆者在進行程序設(shè)計時，通常是將算術(shù)運算模塊、顯示模塊、線性校正模塊、參數(shù)設(shè)置模塊等一些子程序先設(shè)計好，由于這些模塊在許多應(yīng)用中都能用到，所以可以設(shè)計成標準的子程序，只需設(shè)計一次就可長期使用，非常方便；設(shè)計好這些子程序后就可以開始主程序的設(shè)計，首先按照儀表的性能需求設(shè)計出詳細的程序流程圖，這一步對設(shè)計出高效的程序很有必要，許多因為不了解程序結(jié)構(gòu)的初學(xué)者往往不夠重視，結(jié)果盲目開始編程，導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)混亂、頻頻修改，影響了工作進度和產(chǎn)品質(zhì)量，并使程序可讀性極差，為產(chǎn)品的修改或升級種下麻煩。因此設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡潔清晰的流程圖非常重要。流程圖設(shè)計好后就可以按照流程圖一步步寫出程序，只要對程序語言和一些編程技巧熟悉這個環(huán)節(jié)并不復(fù)雜，但需強調(diào)一點的是，一定要非常仔細，一點點小的錯誤都可能導(dǎo)致調(diào)試變得非常困難，當然很多明顯的錯誤（比如指令寫錯）模擬仿真程序都是可以發(fā)現(xiàn)的�？傊瑢浖O(shè)計人員來說，養(yǎng)成嚴謹、仔細、有耐心的品質(zhì)是必不可少的。 五、結(jié)束語 以單片機為核心的智能化儀表是儀表發(fā)展的一個重要方向，它必將為各行各業(yè)的發(fā)展提供強大的測控技術(shù)基礎(chǔ)，因而市場前景十分廣闊。 ********************************************************************* 在大多數(shù)設(shè)計者眼里，PIC單片機質(zhì)量雖好，但價格偏貴，本人也有同感，但最近本人在淘寶網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了一家賣PIC單片機的店鋪，價格確實很便宜，明碼標價，不用討價還價，而且還提供技術(shù)支持，在此提供給網(wǎng)友，說不定還真能大大降低你的元件成本。 店鋪地址：http://shop33755364.taobao.com/ ********************************************************************* http://shop33755364.taobao.com/ |
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