嵌入式恒流装置人机通信的研究

摘要

现有的恒流装置设备大多通过电位器进行电流调节，存在工作效率低下，调节精度低，以及输出单一等问题，针对这一现状，本文提出了基于嵌入式系统的电子恒流装置人机通信的研究需求。通过对恒流装置的工作原理进行研究，分析了现用的恒流装置中人机单元对执行单元的控制方式和接口，提出了采用嵌入式人机单元替代模拟量控制的要求和控制策略。对PID控制进行了研究，分析了PID控制数字化的原理和嵌入式单元实现PID控制的方法；通过嵌入式单元控制和模拟单元控制的输出电流进行了分析，论证了嵌入式控制单元能改善现有恒流装置的输出情况。对嵌入式控制单元的误差情况进行了分析并提出了减少误差的方法。通过从功能和成本上的比较分析，选择采用AT89C51单片机做嵌入式控制器。在围绕这个嵌入式控制器的人机通信系统中，选择4X4线键盘作为人机界面的输入设备、LCD作为输出设备，然后根据该系统的特点，对控制器与输入输出设备、控制器与上位机、上位机与远程计算机的通信策略进行了研究，分析了单片机各种常用串行总线的特点，选择I2C总线作为单片机与键盘、LCD的通信总线；研究了计算机常用接口的特点并选择RS232作为单片机与上位机的通信接口；并研究了Labview中的Datasocket技术，利用Datasocket技术作为上位机与远程计算机通信的协议。
　　 文章中对人机系统中控制器与键盘的通讯、控制器与LCD的通信、键盘与LCD的联动进行了研究，并分别给出了控制流程图、实现软件，并在Proteus软件中进行了仿真。
　　 对利用Labview编写上位机的界面进行了研究，分析了研究过程遇到的三个关键问题：Labview中串口Visa与单片机同步的问题、从串口VISA读取缓冲区后转换成实时波形的问题、判断奇偶校验是否正确的问题，并提出了解决的办法；文中给出了控制器与上位机通信的程序和上位机用Labview编写的程序，并通过Proteus与Labview联合进行了仿真实现。文中对Datasocket技术进行了研究，分析了Datasocket在远程计算机数据通信中的原理并给出了实现的方法和进行了仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 恒流装置的重要作用

1.2 目前试验室中恒流装置所存在的问题

1.3 恒流装置的人机通信要求

1.4 本文研究的内容

1.5 研究方法

第二章 嵌入式恒流装置的原理分析及控制单元选择

2.1 恒流装置的原理综述

2.1.1 BUCK电路的工作原理

2.1.2 恒流装置的工作原理

2.2 人机模块的控制原理及接口分析

2.2.1 人机模块的控制原理分析

2.2.2 人机模块与功率模块的接口分析

2.3 嵌入式控制单元的选择分析

2.3.1 控制单元的功能要求

2.3.2 控制器的选择

2.4 本章小结

第三章 嵌入式人机通信单元控制策略及误差分析

3.1 嵌入式单元的控制策略分析

3.1.1 PID控制原理及特点分析

3.1.2 数字PID控制原理分析

3.1.3 嵌入式控制单元PID控制的实现

3.2 嵌入式控制代替模拟控制的优势分析

3.2.1 模拟单元控制的输出电流分析

3.2.2 嵌入式控制的输出电流仿真分析

3.3 嵌入式控制单元误差分析

3.3.1 误差源分析

3.3.2 误差情况分析

3.3.3 减少误差的处理办法

3.4 本章小结

第四章 嵌入式人机通信单元通信策略分析

4.1 嵌入式控制器与外设装置的通信策略

4.1.1 单片机系统串行总线的分析介绍

4.1.2 串行总线的比较选择

4.2 上位机的通信策略

4.2.1 计算机通信接口的分析

4.2.2 上位机通信接口的选择

4.2.3 上位机与远程计算机实时数据共享的通信策略

4.3 本章小结

第五章 I2C总线在人机通信中的应用

5.1 I2C总线扩展I/O端口器件的选择

5.2 I2C总线在键盘功能中的应用

5.2.1 通过I2C总线对键盘控制

5.2.2 PROTEUS仿真

5.3 I2C总线在LCD驱动中的应用

5.3.1 LCD显示器的选择

5.3.2 LCD控制中忙状态的处理方法

5.3.3 PROTEUS仿真

5.4 通过I2C总线实现键盘与LCD的联动

5.5 本章小结

第六章 Labview在人机通信中的应用

6.1 上位机界面开发平台的选择

6.2 Labview开发中关键问题的研究与解决

6.2.1 Labview串口通信的设计

6.2.2 Labview-Proteus的联合仿真

6.3 通过Datasocket的远程实时监控的实现

6.3.1 Datasocket技术

6.3.2 Datasocket的实现方法

6.3.3 恒流装置上位机远程监控的实现

6.4 本章小结

第七章 总结

参考文献

致 谢