计算机控制课程设计报告书

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1、武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课 程 名 称 计算机控制技术 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 马海艳 10212409228 学 生 专 业 班级 自动化1092 指 导 教 师 姓名 李 莉 课程设计起止日期 2012.1.72012.1.11 课程设计任务书学生姓名： 马海艳 专业班级： 自动化1092 指导教师： 李莉 工作单位： 信息工程系 题目： 可燃气体检测及报警装置 初始条件：1对常见可燃气体进行自动监测的报警装置；2检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警 ；3工作原理：采用的控制方案-直接数字控制（DDC）。要求完成的主要任务： 1.设计可燃气体检测及报警装

2、置硬件系统，画出框图； 2.检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警； 3.采用的控制方案-直接数字控制（DDC）； 4.CPU采用单片机； 5.撰写设计说明书。时间安排：1月7日：查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计；1月8日：完成硬件设计；1月9日：编写调试程序；1月10：撰写课程设计说明书；1月11日：提交课程设计说明书、图纸、电子文档。指导老师签字： 年 月 日 课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳

3、能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。3. 项目设计方案论证主要

4、包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报

5、告书第五项中，考核成绩占10%左右。6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出23个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占25%左右。7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的

6、重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。一、课程设计项目名称可燃气体检测及报警装置二、项目设计目的及技术要求 初始条件：1对常见可燃气体进行自动监测的报警装置；2检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警 ；3工作原理：采用的控制方案-直接数字控制（DDC）。 要求完成的主要任务： 1.设计可燃气体检测及报警装置硬件系统，画出框图； 2.检测到气体浓度超过设定上限时，发出声光报警； 3.采用的控制方案-直接数字控制（DDC）； 4.CPU采用单片机； 5.撰写设计说明书。三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图)3.1总体方案设计 3.1.1 方

7、案一：（采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和二极管、三级管构成的电子开关。再用两个三极管构成互补多谐振荡器，他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。电位器为报警灵敏度调节，可燃气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二极管闪烁报警。3.1.2 方案二：电路输入级将浓度信号转换成电压信号，并采用多级非门驱动发光二级管报警，气体浓度越大，发光二级管点亮得越多。3.1.3 方案三：电路气敏元件采集浓度信号，A/D处理数据，单片机控制电路，LED数据显示，对不同的气体浓度进行声光报警。方案论证与比较：方案一结构小巧，采用电位器可以对报警灵敏度进行调节，但是属于纯模拟电路报警，在调节过程中相对比较困

8、难。方案二采用多级非门驱动LED报警，可对气体浓度进行定量分析，浓度越大点亮的发光二极管越多。从定性到定量，方案二较方案一从设计上有所提高，但由于只是通过LED发光来报警，不能很好的引起使用者的重视。方案三采用以单片机为核心的控制电路，对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LCD显示器显示出来。并通过软件控制设定一定的报警阀值，当浓度达到此阀值时有选择的进行声光报警。经分析比较，最终选定方案三为最佳方案。3.2单元模块设计3.2.1电源模块电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。线性稳压电源亦称串

9、联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大，效率低。 图 1电源电路3.2.2通信部分 图2 通信电路该电路为PC机与单片机实现串口通讯的典型电路，MZX232芯片为RS-232电平和TTL电平的转换芯片，外围电路只需按芯片PDF资料说明上接上5个电容即可。3.2.3 LED显示及驱动 图3数码管驱动电路该电路为检测的可燃气体浓度显示部分。采用四位共阴数码管，同时用两个74HC573点亮驱动。驱动芯片分别有单片机的I/O口P26、P27控制。当片选信号为高时，表示该芯片工作有效，可输送入数据。当

10、片选信号为低时，该芯片将获得的数据锁存。3.2.4 A/D采集与单片机最小系统 图4 A/D采集与单片机最小系统 ADC0809中D0-D7表示8位数字量输出引脚，IN0-IN7表示8位模拟量输入引脚，START为A/D转换启动信号输入端。ALE为地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC表示转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE表示输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz，这里有74LS74四分频电路产生） 图5 四分频电路3.2.5总体功能设计 本设计的可燃气体警报器主要由六个部分组成：传感

11、器、LED显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模块，传感器部分采用的气体传感器能感知环境中某种气体并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。这种电信号是连续变化的模拟信号需要经过A/D转换将其转化离散的数字信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LED显示器显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。本系统可以对检测的数据和设定的阀值参数进行存储并自备电源。运算放大器声光报警串口程序下载LED显示器控制电路传感器整形器A/D转换 图6 总体功能框 图7 电路原理图3.3软件设计开始3.3.1单片机程

12、序流程图初始化启动AD转换是否结束否延时等待是单片机处理AD读取数据声光报警LED显示浓度函数转换判断浓度是否大于报警阀值是 图8 系统流程图 3.3.2程序设计单片机的程序是用C语言编辑的。系统总体流程图如图4-1-1，系统中A/D读入传感器部分的电信号，并转化成二进制码，并把数据送给单片机处理，单片机运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LED显示器显示出来，在对浓度与事先设定的浓度阀值进行比较，判断是否需要报警。浓度大于阀值(2000ppm),单片机P2.0口置为高电平，二极管导通，发光二极管亮，单片机P2.1口置低，三极管导通，蜂鸣器工作。浓度小于阀值P2.0置低，二极管截止，P2.1口置高，三极管截止。相关设计程序:void main() deng=0; num=0; while(1) ST=0; delay_2(5); ST=1; delay_2(5); ST=0; while(EOC=0); OE=1; num+; AD_data=P1; ADdata+=AD_data; if(num=20) num=0;U=ADdata/20; ADdata=0;OE=0; nongdu=U*19; display(); /数码管显示 if(nongdu2500) didi();