基于AVR单片机的变送器研究与开发

论文摘要

变送器是现代工业控制系统中的一种重要设备,传统变送器采用模拟电路设计,其抗干扰能力差、缺乏控制功能的缺点越来越不能满足工业现场的要求。随着计算机技术和现代总线技术的快速发展,以单片机为核心,基于CAN总线的新型智能变送器取代传统变送器势在必行。本课题是以全自动捆扎机中传统变送器改造为背景,本文针对设计要求,提出了具有测量、控制、通讯功能的变送器设计方案。本文选用金钟衡器的DCD-500作为传感器,采用ATmegal6作为微处理器,进行了硬件和软件设计。硬件设计包括单片机模块、传感器模块、温度测量模块、电源模块、运算放大模块、V/I转换模块、液晶模块、A/D转换模块、通讯模块。软件设计包括主程序设计、液晶显示程序设计、键盘输入程序设计、温度测量程序设计、A/D转换程序设计。从系统可靠性角度出发,选用中位值平均滤波算法进行软件滤波。通过第三方软件VB调试完成了用户交互界面设计。分析了目前变送器零点漂移产生原因,参考应用了目前常用的两种零点漂移消除方法：基线零点漂移补偿法和斜率零点漂移补偿法。针对变送器的非线性误差,采用曲线拟合的最小二乘法进行误差补偿。通过单片机软件设计实现点漂移补偿法和非线性补偿法。针对变送器控制的对象要求,本文采用CMAC与PID并行控制的算法,通过凑试法得到PID的三个参数,并通过编写MATLAB程序进行仿真实验。通过对传统变送器在实际应用进行测试,然后对新型变送器进行测试,对比实验数据可以得出,新型变送器抗干扰能力增强,测量精度提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内变送器的发展情况
• 1.3 国外变送器发展情况
• 1.4 现场总线技术仪表的发展
• 1.5 课题来源
• 1.6 课题主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 变送器硬件设计
• 2.1 单片机模块
• 2.1.1 AVR单片机介绍
• 2.1.2 Atmega16模块设计
• 2.2 传感器模块
• 2.3 温度测量模块DS18B20
• 2.3.1 DS18B20简介
• 2.3.2 温度测量电路设计
• 2.4 电源模块
• 2.4.1 LM2576简介
• 2.4.2 电源电路设计
• 2.5 运算放大模块
• 2.6 A/D转换模块
• 2.7 液晶模块
• 2.8 V/I转换模块
• 2.8.1 AD694简介
• 2.8.2 V/I转换模块电路设计
• 2.9 通信模块
• 2.9.1 CAN总线技术介绍
• 2.9.2 CAN总线协议
• 2.9.3 CAN总线硬件设计
• 2.10 本章小结
• 第3章 变送器的零点漂移及非线性补偿算法
• 3.1 零点漂移补偿算法
• 3.2 变送器的温度误差与非线性补偿
• 3.3 本章小结
• 第4章 变送器软件设计
• 4.1 单片机主程序设计
• 4.2 液晶显示程序设计
• 4.3 键盘输入程序设计
• 4.4 温度测量程序设计
• 4.5 A/D转换程序设计
• 4.6 软件滤波算法设计
• 4.7 CAN通讯设计
• 4.7.1 初始化
• 4.7.2 数据发送
• 4.7.3 数据接收
• 4.8 工业组态软件监控
• 4.8.1 组态王介绍
• 4.8.2 组态王监控设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 控制算法
• 5.1 PID控制
• 5.2 CMAC（神经网络）
• 5.2.1 CMAC神经网络基本原理
• 5.2.2 CMAC设计方法
• 5.3 CMAC与PID并行控制
• 5.4 本章小结
• 第6章 实验及数据分析
• 6.1 传统变送器测试
• 6.2 新型变送器测试
• 6.3 本章小结
• 结论
• 附录
• 附录1 变送器电路原理图
• 附录2 部分单片机程序
• 附录3 部分matlab程序
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表