光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】,發(fā)電,系統(tǒng),監(jiān)控,裝置,設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書(shū),開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 雙軸太陽(yáng)跟蹤器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)光學(xué)傳感器基于光電傳感器的單電機(jī)光伏系統(tǒng) 摘 要 ： 能源耗竭和全球氣候變暖是地方發(fā)展的雙重威脅，解決公共利益方法是利用可再生的能源資源。太陽(yáng)能源是一種最有前途的可再生能源。太陽(yáng)跟蹤器可以大幅度提高電力生產(chǎn)。本文提出了一種新穎的利用的雙軸太陽(yáng)跟蹤光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)反饋控制理論以及四象限光電阻 (感器和簡(jiǎn)單的電子電路提供較好的系統(tǒng)性能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用獨(dú)特的雙軸交流電機(jī)和一個(gè)獨(dú)立的光伏逆變器完成太陽(yáng)能跟蹤。 控制執(zhí)行是一種簡(jiǎn)單而有效的技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。此外構(gòu)造了一個(gè)按比例縮小的實(shí)驗(yàn)室原型來(lái)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃的可行性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了太陽(yáng)跟蹤器的有效性。 最后，本研究結(jié)果可以作為未來(lái)太陽(yáng)能應(yīng)用的參考。 關(guān)鍵詞 ： 雙軸太陽(yáng)跟蹤器；太陽(yáng)能光伏板；反饋控制理論的光依賴電阻器；獨(dú)立光伏逆變器；能量增益， 1 介紹 隨著人口和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源危機(jī)的問(wèn)題的快速增加和受到全球變暖影響。可再生能源資源的利用成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。太陽(yáng)能是主要來(lái)源之一，它具有清潔、 豐富和取之不盡，用之不竭的特點(diǎn)，這不僅提供了可替代能源資源，同時(shí)也減輕了 環(huán)境污染。 最直接的和技術(shù)上有吸引力地利用太陽(yáng)能是通過(guò)光伏轉(zhuǎn)換。（也稱為太陽(yáng)能電池） 在 池的物理是非常類似于經(jīng)典的 p — n 結(jié)型二極管。光伏電池將陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為直流電 （ 電力由光伏效應(yīng) [1， 2]。光伏面板或模塊是光伏電池封裝互連的大會(huì)。在為了最大限度地從太陽(yáng)能電池板，一個(gè)需要保留小組在最佳的輸出功率位置垂直于白天的太陽(yáng)輻射。因此，就必須有它的裝備與太陽(yáng)跟蹤器。相對(duì)于固定效應(yīng)的面板，由太陽(yáng)跟蹤器驅(qū)動(dòng)手機(jī)光伏面板可能刺激一貫的能量增益的光伏面板。 太陽(yáng)能跟蹤是最合適的技術(shù)，以提高電力生產(chǎn)的 光伏系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)較高程度的跟蹤精度，幾種方法已廣泛進(jìn)行了研究。一般來(lái)說(shuō)，可以列為要么基于太陽(yáng)能的開(kāi)環(huán)跟蹤類型運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型或使用傳感器基于反饋的閉環(huán)跟蹤類型控制器 [3 — — 5]。在開(kāi)環(huán)跟蹤方法，跟蹤公式或控制算法。談到文學(xué) [6方位角和俯仰角，太陽(yáng)角測(cè)定太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌跡模型或在給定的日期、 時(shí)間和地理信息的算法。的控制算法在微處理器控制器 [11， 12] 被處死。在閉環(huán)跟蹤各種活動(dòng)傳感器設(shè)備，例如電荷耦合器件 ([13或光的方法依賴電阻器 （異地） [12,16被用 于感受太陽(yáng)的位置及反饋錯(cuò)誤信號(hào)然后生成控制系統(tǒng)要不斷收到的最大的太陽(yáng)能輻射在光伏面板。本文提出了在這個(gè)問(wèn)題上的實(shí)證研究方法。 太陽(yáng)能跟蹤方法可以通過(guò)使用單軸式方案 [12,19和雙軸結(jié)構(gòu)的高精度系統(tǒng) [16 — 18,22 — 27]。一般來(lái)說(shuō)，與單軸跟蹤系統(tǒng)單自由度跟隨太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)從東到西白天時(shí)雙軸跟蹤也跟隨太陽(yáng)的仰角。近年來(lái)，已越來(lái)越多研究關(guān)注的雙軸太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的容量。然而，在現(xiàn)有的研究中，其中絕大多數(shù)用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī) [22,23] 或 [16,17,24,25] 兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)執(zhí)行雙軸太陽(yáng)能跟蹤 。有兩個(gè)跟蹤電機(jī)的設(shè)計(jì)，兩個(gè)電機(jī)裝在垂直軸上，甚至在某些方向?qū)R它們。在某些情況下，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都在同一時(shí)間 [5] 不能動(dòng)彈了。此外，這類系統(tǒng)總是涉及使用微處理器芯片作為控制平臺(tái)的復(fù)雜跟蹤策略。在這項(xiàng)工作，只有單一的跟蹤電動(dòng)機(jī)，采用雙軸企圖取得了制定和實(shí)施一種簡(jiǎn)單而有效的控制方案。兩軸間的陽(yáng)光跟蹤被允許在他們各自的范圍內(nèi)同時(shí)移動(dòng)。利用常規(guī)電子線路，需要沒(méi)有編程或計(jì)算機(jī)的接口。此外，擬議的制度使用獨(dú)立的光伏逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并提供電源。該系統(tǒng)是獨(dú)立和自主。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明跟蹤的可行性光伏發(fā)電系統(tǒng)并驗(yàn)證了提出的控制實(shí) 現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。 2 開(kāi)發(fā)閉環(huán)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng) 發(fā)達(dá)國(guó)家的閉環(huán)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的框圖如圖 1 所示描述組成和系統(tǒng)的互連。閉環(huán)跟蹤的方法，太陽(yáng)能跟蹤問(wèn)題是如何使光伏面板位置 （輸出），跟隨陽(yáng)光（輸入） 盡可能地接近的位置?；趥鞲衅鞯姆答伩刂破靼? 感器、 差分放大器和比較器。在跟蹤操作中，低劑量輻射傳感器測(cè)量陽(yáng)光作為參考輸入信號(hào)的強(qiáng)度。低劑量輻射傳感器所產(chǎn)生的電壓不平衡被放大，然后生成反饋誤差電壓。誤差電壓成正比陽(yáng)光位置與光伏面板位置之間的差異。在這時(shí)間的比較將與指定的閾值 （公差） 誤差電壓進(jìn)行比較。如果 比較器輸出變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和繼電器被激活，旋轉(zhuǎn)雙軸 （方位角和俯仰角）跟蹤電機(jī)和光伏面板給孫因此，反饋控制器執(zhí)行的臉重要功能： 光伏面板和陽(yáng)光不斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)并發(fā)送微分控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)光伏面板，直到誤差電壓小于預(yù)先指定的閾值。 圖 系統(tǒng)會(huì)跟蹤太陽(yáng)高度自主的方位角和俯仰角角。整個(gè)工作圖 2 和圖 3 所示的流程圖中，總結(jié)了算法。四個(gè)陽(yáng)光的強(qiáng)度 于傳感電路測(cè)量不同的方向。電壓 大眾、 定義為傳感電 壓產(chǎn)生的東、 西、 南、 北異地分別。在嘗試從光伏面板、 方位角和仰角跟蹤過(guò)程可以得出最大功率同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行直到光伏面板垂直對(duì)齊在陽(yáng)光下。追蹤器安裝并不局限于地理位置。 圖 圖 3 太陽(yáng)跟蹤器的硬件設(shè)計(jì) 圖 4 展示了一個(gè)擬議的太陽(yáng)跟蹤器方位跟蹤的硬件電路。的整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)硬件電路與方位和仰角方向到驅(qū)動(dòng)器雙軸交流電機(jī)。發(fā)達(dá)國(guó)家的太陽(yáng)跟蹤器由三個(gè)模塊，是組成 于傳感電路、 比較器 和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與繼電器。 圖 傳感電路 若要跟蹤陽(yáng)光，就必須感覺(jué)到的位置，和太陽(yáng)光電所需傳感器。擬議的太陽(yáng)跟蹤器使用光電傳感器的自標(biāo)定。 敏電阻是可變電阻器的電阻取決于光的強(qiáng)度或落上它。低劑量輻射電阻隨入射光強(qiáng)度增加。第一次所示部分圖 4 的 感器是電壓分壓器電路的一部分，使輸出電壓。 文中建立異地用圓柱的樹(shù)蔭下，作為太陽(yáng)敏感器的太陽(yáng)追蹤器。圖 5 顯示設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能的傳感裝置，其包括四象限 感器和缸安裝在一塊木頭上。太陽(yáng)能的遙感設(shè)備被連接到光伏面板。東 /西 南 /北 別用于檢測(cè)方位運(yùn)動(dòng)及高程運(yùn)動(dòng)的光伏面板。光傳感器的設(shè)計(jì)基于陰影的使用。如果光伏面板不是垂直于陽(yáng)光下，氣缸的陰影會(huì)覆蓋一個(gè)或兩個(gè)異地和這會(huì)導(dǎo)致不同的光照強(qiáng)度，以收到的傳感裝置。 圖 感器的傳感裝置。 在圖 4 的第一部分，提出了一種用于創(chuàng)建誤差電壓簡(jiǎn)單的電子電路。它可以看出相應(yīng) ，將降低電壓分 壓器的輸出電壓蒙上了陰影。如果點(diǎn)燃了一個(gè)傳感器，另一種是陰影，差動(dòng)放大器放大它們之間的差電壓。反饋誤差電壓可以表示為： (1) 它可以重新排列，如下所示： (2) 如果西方 灰色， 比較器的主要功能是充當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)打開(kāi)中繼和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 A 比較器是本質(zhì)上是一個(gè)運(yùn)算放大器 （運(yùn)放） 操作在開(kāi)環(huán)配置中，將一個(gè)時(shí)變的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制輸出。第二 部分中所示圖 4，比較器被為了比較具有兩個(gè)門限值的誤差電壓。的門檻值被定義為輸入電壓，輸出的變化狀態(tài)。如中所示圖 4 有兩個(gè)門限值，作為給出： 比較器的輸出是高飽和的狀態(tài) 飽和的狀態(tài)。飽和 輸出電壓可分別接近電源電壓 + ? 然后，如下所示表示產(chǎn)出的比較： 比較器理想運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性圖 6 所示。它注意到跟蹤系統(tǒng)的靈敏度由是的閾值通過(guò)可變電阻 蹤精度調(diào)整。隨著 減小，跟蹤精度越高。然而，系統(tǒng)跟蹤響應(yīng)將變得越來(lái)越振蕩。 圖 圖 4 的最后部分所示，它指出，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與繼電器包括兩個(gè)達(dá)林頓對(duì)提供更多的電流增益和激勵(lì)繼電器。如果西方 陰影，反饋誤差電壓視圖生成。當(dāng) 較器輸出 據(jù)和 別走高、 低飽和的電壓。晶體管 因此，行為和第 3 季度和 4 季度處于截止?fàn)顟B(tài)。談到圖 4 晶體管 提出主動(dòng)模式中，操作和輸入的電流或基極電流的 ： 其中 前偏基極 此，輸出當(dāng)前可以寫(xiě)成： 參數(shù) 1Β 和 2 β 是共發(fā)射極雙極晶體管的電流增益。 繼電器被激活的輸出電流，并通常開(kāi)放接觸 閉。在這種情況下，跟蹤電機(jī)在方位方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并因此光伏面板將向東移動(dòng)到面對(duì)太陽(yáng)。更具體地說(shuō)，太陽(yáng)跟蹤器嘗試調(diào)整光伏面板這樣所有電壓由異地幾乎相等，并平衡。其結(jié)果是，光伏面板幾乎是垂直于陽(yáng)光下，具有 高能源發(fā)電。 4、結(jié)論 本文介紹了一些簡(jiǎn)單功能和簡(jiǎn)單控件完成實(shí)現(xiàn)采用雙軸交流電機(jī)的太陽(yáng)跟蹤器，跟隨太陽(yáng)和使用獨(dú)立的光伏逆變器電源來(lái)支撐整個(gè)系統(tǒng)。提出的一個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)單和自包含的并不需要編程和計(jì)算機(jī)接口。已成功地建立和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室原型驗(yàn)證控件實(shí)現(xiàn)的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)增加了能量增益達(dá) 晴間多云的一天。擬議的方法是到目前為止最為創(chuàng)新的。它實(shí)現(xiàn)了以下有吸引力的功能： （ 1）控制簡(jiǎn)單和符合成本效益。 （ 2）獨(dú)立的光伏逆變器電源支撐整個(gè)系統(tǒng)。 （ 3）能夠移動(dòng)同時(shí)在其各自的范圍之內(nèi)， 這兩根軸。 （ 4）能夠調(diào)整跟蹤精度。 （ 5 適用于移動(dòng)平臺(tái)上的太陽(yáng)跟蹤器。 以上的實(shí)證研究結(jié)果使我們相信這些研究工作能提供給我們一些好的太陽(yáng)能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的啟示。 基于單片機(jī)的火災(zāi)探測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng) . 要 ： 火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警監(jiān)控已成為一個(gè)復(fù)雜而完整的體系。該系統(tǒng)采用多個(gè)單芯片架構(gòu)到一條主線上。該控制算法是基于兩級(jí)決策層次，因此分配了復(fù)雜性。一個(gè)完整的電路原理圖，給出了主、分控制器所需的軟件的結(jié)構(gòu)要求。設(shè)計(jì)延續(xù)一般形式，這樣可以適應(yīng)于多種系統(tǒng)的配置。尤其顯示出新的技術(shù)發(fā)展，特別是 芯片器件，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的使用，以減少整體硬件的復(fù)雜性，例如，通過(guò)分解系統(tǒng)，這樣的層次較低水平的控制器能夠有一些決策自主權(quán)，用簡(jiǎn)單的分布式的方法解決了復(fù)雜的決策。 關(guān)鍵詞： 危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè) 1、引言 大多數(shù)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和建筑 物的管理要求安裝火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。多數(shù)國(guó)家消防規(guī)范的要求監(jiān)測(cè)和控制具體的是危險(xiǎn)場(chǎng)合或建筑物，如化工廠，石油類，核電廠，住宅高樓等這些場(chǎng)合的一般性質(zhì)可以指定為下列要求： (1)所有探測(cè)器信號(hào)源信號(hào)能被主處理器準(zhǔn)確識(shí)別。 (2)主從控制器有另外的溝通路徑。 (3)檢測(cè)報(bào)警和主控制設(shè)備由控制中心控制。 (4)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和控制中心的通訊。 (5)提供的應(yīng)急電源。 它也被用來(lái)應(yīng)對(duì)特殊情況和進(jìn)行深被檢測(cè)。 火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)旨在信號(hào)，在一旦發(fā)生火警報(bào)警裝置的組合。 該系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇控制，防火門關(guān)閉或釋放，電梯鎖定，應(yīng)急照明控制和其他緊急任務(wù)。這些額外的功能補(bǔ)充由檢測(cè)和報(bào)警裝置和中央控制單元組成。 技術(shù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有很深的影響。當(dāng)技術(shù)的變革，該架構(gòu)必須修訂，以利用這些新的功能變化。近年來(lái)，超大規(guī)模集成電路技術(shù)已經(jīng)大大進(jìn)步。第一， 片以相同的堆積密度擁有更多的門和更低的功耗。當(dāng)然這種技術(shù)的變化必然影響在芯片和系統(tǒng)級(jí)我們的硬件設(shè)計(jì)。在芯片級(jí)，單芯片現(xiàn)在正在制作的是只相當(dāng)于上一年或兩年的水平。這些芯片有微處理器， 口存儲(chǔ) 器串行和并行， A / D 轉(zhuǎn)換定時(shí)器，和其他功能的芯片。在系統(tǒng)級(jí)，新的芯片做出新的結(jié)構(gòu)成為可能。本文的目的是體現(xiàn)技術(shù)如何影響消防控制領(lǐng)域的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。新的高密度的單芯片微控制器納入一個(gè)大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但我們可以得到了更好的性能，更小的系統(tǒng)。在火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)中，這是直接反映在分控制站的硬件，因?yàn)榈靥幤h(yuǎn)和電源的要求。一個(gè)完整的分控制站可以圍繞著一個(gè)帶電源的 片設(shè)計(jì)。這種方法降低了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，方便實(shí)施和維護(hù)，并提供易于擴(kuò)展和便攜式設(shè)計(jì)。這是舊技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的。大部分火災(zāi)檢測(cè) /監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供特定的應(yīng) 用程序，缺乏對(duì) 這項(xiàng)研究中，我們開(kāi)發(fā)了火災(zāi)檢測(cè) /監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，常規(guī)設(shè)計(jì)，易于執(zhí)行的早期發(fā)現(xiàn)火警。在這里，我們提出一個(gè)中央控制和分發(fā)控制 /檢測(cè) /充分的溝通，如果使用的單芯片微控制器在分控制站，從而提高可控性和可觀性的監(jiān)測(cè)過(guò)程。 2、檢測(cè)和報(bào)警裝置 一個(gè)基本的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)由兩部分組成，檢測(cè)和報(bào)警。自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備有比如熱，煙霧或火焰檢測(cè)器，紫外線或紅外線探測(cè)器或火焰閃爍，是基于檢測(cè) 一個(gè)燃燒的副產(chǎn)品。煙霧探測(cè)器都電離和光類型，是最常用的檢測(cè)設(shè)備。 當(dāng)這種類型的典型探測(cè)器進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)產(chǎn) 生的電流信號(hào)會(huì)從 成 如，從單純的 15休眠模式下為 60 毫安 )在主動(dòng)模式。在許多探測(cè)器的檢測(cè)器輸出電壓明確在各種運(yùn)行條件，越是敏感的檢測(cè)器，它更容易受到虛假警報(bào)。為了控制探測(cè)器的精確，可使用下列方法：過(guò)濾技術(shù)，這樣的邏輯電路成為活躍僅當(dāng) 。檢測(cè)技術(shù)在很大程度上取決于地點(diǎn)和植物受到保護(hù)，煙霧探測(cè)器是睡覺(jué)的地方，紅外線和紫外線輻射探測(cè)器，檢測(cè)易燃液體燃燒，熱探測(cè)器用于滅火和滅火系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，生命和財(cái)產(chǎn)保護(hù)有不同的做法。報(bào)警裝置，從通常的聲響或視覺(jué)報(bào)警外，還可以采用固態(tài)的聲音 再現(xiàn)和緊急話音通信或打印機(jī)，記錄時(shí)間，日期，地點(diǎn)和其他資料。 4] 擁有一支優(yōu)秀的審查探測(cè)器和滅火器的各種制度。 制理念和分工 我們的理念是實(shí)施控制等級(jí)。三個(gè)層次的系統(tǒng)級(jí)的實(shí)施， 兩個(gè)級(jí)別的決策。之間沒(méi)有設(shè)備，在同一層次的溝通。 交互各級(jí)之間發(fā)生了向上的信息傳輸有關(guān)的子系統(tǒng)和向下?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)移的命令。其中第 1 級(jí)是中央控制站，是微機(jī)最終 (在不手動(dòng)模式 )決策者。第 2 級(jí)是當(dāng)?shù)乜刂破鳎⒃诋?dāng)?shù)氐恼尽? 第 3 級(jí)是實(shí)際檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)器。在各級(jí)提供手操作模式。所有探測(cè)器的數(shù)據(jù)和分處理器是當(dāng)?shù)乜刂频幕A(chǔ)。他們將信息濃縮，并轉(zhuǎn)交中央處理器。信息傳遞的地位始終是單向及以上。命令傳輸是單向的總是向下，并在擴(kuò)大局部控制的水平。這種方法保留了層次的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)檢測(cè)和嚴(yán)格的規(guī)則高風(fēng)險(xiǎn)的核電站警報(bào)系統(tǒng)。兩個(gè)控制層的分類是基于決策層。 (1)在屆時(shí)的決定，提出和決定的執(zhí)行情況不能再拖延 (2)決定的不確定性 (3)將隔離當(dāng)?shù)氐臎Q定 (例如，我們可能會(huì)在當(dāng)?shù)貓?bào)警，但有可能有故障系統(tǒng) ) 3、硬件 系統(tǒng)采用四個(gè)導(dǎo)體開(kāi)放的路線，在所有遠(yuǎn)程共享一個(gè)循 環(huán)電纜設(shè)備和控制面板。這種方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)上可行。但是，一個(gè)主要缺點(diǎn)是對(duì)一個(gè)單一的電力和信號(hào)電纜的依賴。在重要環(huán)境下，可靠性是極其重要的。固可采用兩個(gè)甚至三個(gè)電纜采取不同的線路連接，可并行連接。是驅(qū)動(dòng)電路必須得一個(gè)擴(kuò)展總線。采用這種設(shè)計(jì)在單片機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展優(yōu)勢(shì)減少與中央控制站和地方控制站的接口。 央控制任務(wù) 中央站點(diǎn)提供了一個(gè)集中點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的活動(dòng)。在該系統(tǒng)介紹了中央控制單元的目的 (一 )它得到了分控制站的信息和控制警鐘及其他輸出設(shè)備。 (二 )它提示在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的操作。 (三 )它提供了一個(gè)全面系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)控制。 (四 )它提供了中央和分站的系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)。 (五 )它提供了一個(gè)中心點(diǎn)觀察，學(xué)習(xí)和適應(yīng)。 控制站 分控制站的決定可以控制處理當(dāng)?shù)氐男畔?。這種技術(shù)我們就依靠負(fù)載型協(xié)調(diào)下級(jí)單位，承認(rèn)在同一水平上的其他決定單位的存在 ;中央或高層提供了一個(gè)較低的單位模型之間的行動(dòng)和系統(tǒng)響應(yīng)的關(guān)系。很明顯，一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)器，需要在這個(gè)階段，使所有需要的功能得到有效執(zhí)行。該芯片的新一代供應(yīng)使得該體系結(jié)構(gòu)的解決變得可行。 單片機(jī)被選中了離散的數(shù)字和模擬設(shè)備接口，到外地設(shè)備和中央微機(jī)。這是最主要的 原因，以前這種做法是不可行的。該芯片的選擇的，包含要求的模擬和數(shù)字接口所需的端口和 術(shù)的運(yùn)用，由于地處偏僻的分控制站最一體化。這個(gè)選擇是摩托羅拉 68由如下： (1)它是 術(shù)，這可減少電力消耗。 (2)它有一個(gè) 有利于串行通信。 (3)它有一個(gè) A / D 轉(zhuǎn)換器上，這消除了外部 A/D 轉(zhuǎn)換 (4)它有一個(gè) 4K 的 256 K 內(nèi)存， 512K 節(jié) 40 個(gè) I/O 端口的線路和一個(gè) 16 位定時(shí)器 ;符合分控制站所有的內(nèi)存和 1 / 0 的要求。 4、系統(tǒng)實(shí)施 回路電源，通常在 26 到 28V 之間，通常五伏一百毫安單片低功耗電壓調(diào)節(jié)器供電的微控制器。板載振蕩器，是一個(gè) 外部晶體結(jié)合，提供時(shí)間信號(hào)，它被分為 4 個(gè)內(nèi)部收益率為 赫，這是一個(gè)更多的 32 [7]波特率發(fā)生器的處理器頻率微控制器。 5、結(jié)論 本文描述了一個(gè)大規(guī)模的火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)，使用多的發(fā)展，單芯片微型計(jì)算機(jī)。該架構(gòu)是采用兩個(gè)層次的決策層次。這種架構(gòu)是可以用到的新的控制器，低功耗，并在數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大的高堆積密度和決策。每個(gè)地方控制站可以自主作出的決定如果上級(jí)機(jī)構(gòu) ，允許它這樣做。一般格式化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此它可以適應(yīng)不同的情況。所描述的系統(tǒng)原型已經(jīng)建成并測(cè)試 [10]。中央控制站的控制部分是基于 8000 微處理器 (墨西哥 68托羅拉 )，它有一個(gè)內(nèi)置的顯示器稱為導(dǎo)師。該應(yīng)用程序都是使用這個(gè)顯示器提供的特性。本地基站控制器的設(shè)計(jì)采用了 片機(jī)。 一種控制光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的方法 M. . 要： 在光伏系統(tǒng)中，為使其輸出最大化而不受外界溫度、光照輻射度以及所接電力負(fù)荷特性的影響，一種最大功率工作的跟蹤技術(shù)得到了應(yīng)用。在本文章中，我們認(rèn)為光伏陣列提供電源。為最大化其輸出功率，我們使用直 /直變換的路，并用 節(jié)器對(duì)其進(jìn)行控制?？刂破鲄?shù)的整定采用 法。此外，我們應(yīng)用一個(gè)小型信號(hào)系統(tǒng)模型以獲得系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)換功能。理論值和仿真值都在本篇中有所展現(xiàn)，而且實(shí)驗(yàn)的結(jié)果具有決定性。 關(guān)鍵詞： 光伏系統(tǒng) ；最大功率點(diǎn)跟蹤； 直 /直升壓斬波電路； 節(jié)器， 1 簡(jiǎn)介 自 20 世紀(jì)初以來(lái)，電力行業(yè)普便把以“大機(jī)組，大電廠和大電網(wǎng)”為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)作為現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展方向。經(jīng)過(guò) 100 多年的發(fā)展，這種集中式的單一供電系統(tǒng)已經(jīng)具有相當(dāng)大的規(guī)模，為世界經(jīng)濟(jì)的繁榮和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。 從 20 世紀(jì) 80 年代末開(kāi)始，世界電力工業(yè)出現(xiàn)了由傳統(tǒng)的集中供電模式向集中和分散結(jié)合的供電模式過(guò)渡的趨勢(shì)。近年來(lái)，以可再生能源利用為主的新型發(fā)電技術(shù)，主要是太陽(yáng)能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，還包括燃料電池發(fā)電等，憑借發(fā)電方式靈活，與環(huán)境兼容等優(yōu)點(diǎn)得到了快速發(fā)展。 光伏發(fā)電系統(tǒng)具有非 線性的特征。其 性 性如圖 1 所示。光伏系統(tǒng)（以下稱 輸出電壓和輸出電流的乘積的最大功率點(diǎn)稱其為“ 為了達(dá)到最大的利用率， 板必然要在其最大功率點(diǎn)處工作運(yùn)行。然而， 元溫度以及負(fù)荷的變換的影響，其運(yùn)行點(diǎn)會(huì)偏離 時(shí)為了在 統(tǒng)和負(fù)荷之間插入最大功率工作點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)（即 它可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)使其在任何的環(huán)境下，都可以工作在 ，并且提高了系統(tǒng)的利用率 [1]。在現(xiàn)代工程中，許多 調(diào)節(jié)器使用微控制器和計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，而且還有部分 使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些系統(tǒng)都有著十分良好的性能。然而它們過(guò)于昂貴并且這些方法均需要得到一套獨(dú)立的、穩(wěn)定的電能供給來(lái)維持其運(yùn)行；因此它們只在高能量場(chǎng)合適合應(yīng)用。另外一種算法基于利用公式 ?P/ ?V = 0 以搜索功作點(diǎn)，既由“ ?P/ ?V”產(chǎn)生的信號(hào)作為 搜索的方向。這就使得在電壓和電流為連續(xù)信號(hào)的情況，決定最大功率點(diǎn)成為了可能。在最近幾年，很多基于這種控制算法的 用應(yīng)用和證明。在參考文獻(xiàn) [9]和 [10]中，推薦了一種類似的 制系統(tǒng)，其中同樣含有 路以使得??其中 直直轉(zhuǎn)換電路的輸出電流。 圖 1 統(tǒng)的 性 在這種方法中，為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，電池的電壓設(shè)定了一個(gè)常量 E，而且假定變流器為理想器件。因此，直直轉(zhuǎn)換電路的輸出功率 就約為 統(tǒng)的功率 P。 同樣的方法在文獻(xiàn) [11]也得以體現(xiàn)， 其中電池電壓設(shè)定為常數(shù)，并且將其與定值電阻 串聯(lián)。在文獻(xiàn) [12]中考慮 了 路的損耗，既在 體管中的損耗。 在本文章中，經(jīng)過(guò)重新考慮在文獻(xiàn) [9]和 [12]中所提出的實(shí)驗(yàn)實(shí)施方法。建議使用一種如圖 3 所示的控制框圖。為得到最大功率工作點(diǎn)，采用 路用以連接電池和 統(tǒng)的輸出。此時(shí)， 制器必須使得“ ?P/ ?V = 0”，根據(jù)光照輻射度 λ 和光電板的溫度 T 調(diào)節(jié)占空比 α 則使上述控制得以實(shí)現(xiàn)。占空比為 節(jié)器提供的信號(hào)之一。為了合成 節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，這里應(yīng)用一個(gè)小型的信號(hào)系統(tǒng)模型以開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能。 節(jié)器的系統(tǒng) 方法的概要方案如圖 3（ b）所示。伴隨著 的輸 出電壓和輸出電流的測(cè)量，其輸出功率以及功率對(duì)電壓的偏微分可以相繼得出，并將其偏微分與 0相比較。誤差信號(hào)作為 而向 其中： 在以上三式中， k , q , λ , γ (=β ) , 和 T 分別為單元反向飽和電流 ， 波茲曼常數(shù)（ ） , 電子電量（ , 在溫度為 25。 C，光照強(qiáng)度為 1000W/路電流的溫度系數(shù)，單位為 W/光照輻射度，光照電流，硅元件的帶隙電壓，理想系數(shù)，在參考溫度 并聯(lián)電阻阻值，串聯(lián)電阻阻值，單元的開(kāi)氏溫度值。 =理想工作點(diǎn)，可證明 故又可出： 其中， A = q/(γ , 在本文章中，根據(jù) 立 統(tǒng)模型。它由 36 個(gè)相連的單晶單元串聯(lián)而成。其在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（光照輻射度為 1000W/午，太陽(yáng)光譜，單元溫度為 25。 C）下的測(cè)量的銘牌相關(guān)參數(shù)如表 1所示。 其他的參數(shù)的值如下 圖 4 型的等效電路 表 1： B. 在這里我們可以推斷，從連續(xù)模型的等效電路（圖 2（ b））中，可以得到下列等式： 其中， 感阻抗，晶體管在打開(kāi)狀態(tài)時(shí)候的阻抗，電池阻抗，二極管的電壓閾值。 現(xiàn)在對(duì)系列等式（ 8理想工作點(diǎn)處進(jìn)行擴(kuò)展，在這里，對(duì)于每一個(gè)定義工作點(diǎn)的集合｛ V,α , I , 這里都標(biāo)記為 q= q。 在穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，有 對(duì)于理想工作點(diǎn)附近的小變化的系統(tǒng)，可以用下面的控制圖進(jìn)行表示。 符號(hào) 相應(yīng)參數(shù) 參數(shù)值 T 單元溫度 25． C 路電壓 路電流 大功率電流 大功率電壓 大功率 55W 路電流的溫度系數(shù) 圖 5 系統(tǒng)的系統(tǒng)控制框 其中 y(t)= (t) , G0(s)= . 為有理分式，并且R(0)=1， 為積分階數(shù)。 其中 如今，在 中有查表法（“ 擾動(dòng)觀察法（ 電導(dǎo)增值法 (動(dòng)態(tài)法（ 等 對(duì)于 控制器，其控制的主要任務(wù)就是維持 ?P / ?V = 0 。使得輸出功率對(duì)電壓偏導(dǎo)為零的相應(yīng)電壓值，可由電導(dǎo)增值法計(jì)算得出，為使輸出電壓改變，由于光伏系統(tǒng)為直流系統(tǒng)，這里可以利用 升壓的斬波。同時(shí)使用 通過(guò)電壓比較器和觸發(fā)電壓對(duì) 占空比進(jìn)行 得到相應(yīng)的電壓，使得光伏系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)。 3、仿真方法 利用 的 們可以搭建該文章所提及的系統(tǒng)模型。其仿真模板在圖 6 中得以表示。 在 用等式（ 1而在變流器和電池模型中 ,應(yīng)用等式（ 8 這里提倡使用一種能夠使 電路圖如圖 7所示。 圖 6 仿真系統(tǒng)的框圖 圖 7 蹤電路框圖 四、控制系統(tǒng)的流程 控制系統(tǒng)的流程圖在圖 2（ a）和圖 3（ b）已經(jīng)展示出來(lái)。在控制電路中，直直變流電路包含一個(gè) 額定值為 60V 50A，而且 ?；貟叨O管 D 具有快速關(guān)斷的功能。在電路的輸入端，電感線圈纏繞在鐵芯上，并帶有一定的氣隙，以此來(lái)防止可能由較大的直流電流造成的飽和。在輸出側(cè)，直直變流電路連接在兩個(gè) 12V/85并為其充電。 制系統(tǒng)包括三大部分，分別為 節(jié)電路、比較器和 出功率運(yùn)算程序電路。其中運(yùn)算電路應(yīng)用 成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)乘除的信號(hào)運(yùn)算。為了保證更高的精確度，可以應(yīng)用霍爾元件來(lái)提取 統(tǒng)的輸出電流。其次，在運(yùn)算電路中，應(yīng)用微分器提取 統(tǒng)電壓追蹤最大功率點(diǎn)的電壓。此外，該控制系統(tǒng)還應(yīng)用集成電路 五、結(jié)果和相應(yīng)的討論 A．理論值 基于博得方法采用頻率合成法獲得的 制器的增益和積分常數(shù)分別為 T=9]. 在 路中， L=1 并選擇輸入電容 C=16]想的 所示 表 2 在不同的光照和溫度下的輸出電壓 λ（ W/ T(K)的值 ) ) λ =100 T = =1000 T = =1000 T = =100 T = 中，轉(zhuǎn)換頻率為 15 在這里我們應(yīng)用仿真來(lái)展示系統(tǒng)對(duì)不同的溫度和光照輻射度劇烈變化的響應(yīng)。為達(dá)到以上目的，光照輻射度λ和溫度 00W/且分別在 000W/如圖 8（ a）和 8（ b）），反之亦然。也就是說(shuō)，在 將光照輻射度和溫度分別從 1000W/00 W/ 由仿真得到的 所示。 觀察表 2 和表 3，可以明顯地看出，一方面 統(tǒng)的輸出功率和輸出電壓的平均值與 一方面，由仿真得到的數(shù)據(jù)與 C 語(yǔ)言程序得到的數(shù)據(jù)幾近吻合。 于直直換流器切換工作的影響，數(shù)據(jù)會(huì)在理想值的上下振蕩。 表 3 在不同的光照和溫度下的輸出電壓 λ（ W/ T(K)的值 ) ) λ =100 T = =1000 T = =1000 T = =100 T = C．實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在仿真的基礎(chǔ)上，現(xiàn)應(yīng)用上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)電路包路 速切換的二極管，單電感的 路。在沒(méi)有測(cè)量光照輻射度的情況下，為了履行經(jīng)驗(yàn)，我們進(jìn)行了如下的試驗(yàn)： 在黑屋中（沒(méi)有風(fēng)以及日光），用燈炮型號(hào)為 250W 的懸掛式探照燈向 列提供給定的光照（λ I）以及溫度 (285K)。在這種情況下（λ 經(jīng)測(cè)量可得，一方面開(kāi)路電壓 =）短路電流變換負(fù)荷的情況下我們也可以得到一系列不同的輸出電壓和輸出電流。測(cè)量的結(jié)果可以用來(lái)繪制 性曲線，進(jìn)而得到在光照強(qiáng)度為λ I 最佳的工作點(diǎn)“ 如圖 10 所示） 首先，我們將直直變流器的輸入與 輸出與電池相連。其后，使用 出信號(hào) 門極。 蹤器使得工作點(diǎn)為理想工作點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示在圖 10，圖 11（ a），圖 11（ b）和圖 12中。在光照強(qiáng)度為λ用 性， 統(tǒng)的理想輸出電壓和理想輸出功率的響應(yīng)在 為： 2V 測(cè)得的響應(yīng)電流為 應(yīng)用 們得到了最大功率電壓 (圖 11（ a） ) 最大功率電流 9 11（ b） )的理想工作點(diǎn)。所以， 最大的輸出功率響應(yīng)為 這些結(jié)果表示在 出電壓，輸出電流分別提高 ， 4% ， 。 六 結(jié)論 中包括，由控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的、連接在 提取 且現(xiàn)在已經(jīng)有人開(kāi)發(fā)出了低能耗的 制系統(tǒng)并得到應(yīng)用。控制系統(tǒng)中，變流電路為 于 系數(shù)通過(guò)基于博德方法的頻率合成法而整 定。 對(duì)于一個(gè)給定的溫度 T 和光照輻射度λ，我們可以計(jì)算出相應(yīng)的 實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表示了該推薦方法可以在給定的溫度 T 和光照輻射度λ下追蹤最大功率 P。 圖 8 溫度 T(光照輻射度 圖 9 溫度 T(光照輻射度 圖 10 在給定的溫度 下的 性 單片機(jī)溫度控制： 一個(gè)跨學(xué)科的本科生工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目 要： 本文的主要內(nèi)容是作者和四個(gè)大學(xué)高年級(jí)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一個(gè)跨學(xué)科工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)氣室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求是：當(dāng)實(shí)際氣室的溫度階躍響應(yīng)時(shí)，規(guī)定范圍內(nèi)的溫度進(jìn)入氣室后，穩(wěn)定時(shí)的溫度誤差和超調(diào)量必須少于一個(gè)絕對(duì)溫度。本組學(xué)生開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是基于列單片機(jī)。該問(wèn)題的教學(xué)價(jià)值也 通過(guò)某些步驟的關(guān)鍵描述在本文說(shuō)明。本章顯示，解決該方案需要具有廣泛的工程學(xué)科知識(shí)，包括相關(guān)電子、機(jī)械和控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。 1 引言 該設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)自一個(gè)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，一個(gè)關(guān)于顯微鏡載玻片干燥劑溫控器 —— 歐米哥 這個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是研發(fā)一個(gè)自定義的通用溫度控制系統(tǒng)取代歐米哥系統(tǒng)、一個(gè)以更低的成本實(shí)現(xiàn)相同功能的自定義控制器，就像歐米哥系統(tǒng)一樣，并不需要能夠全方位的處理各種問(wèn)題。 該載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局如圖 1所示。干燥機(jī)的主體是一個(gè)足夠大的絕緣充氣室，里面依次存放著薄紙包著的石蠟。為了使石 蠟保持適當(dāng)穩(wěn)定性，載玻片氣室的溫度必須維持穩(wěn)定。第二個(gè)氣筒（電子圍繞元件）設(shè)有一個(gè)電阻加熱器、一個(gè)溫度控制器以及一個(gè)安裝在干燥機(jī)上的風(fēng)扇，是為了把風(fēng)吹過(guò)加熱器，把熱量帶到載玻片氣室。 圖 1玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局 自 1996年來(lái)，本文作者帶領(lǐng)四位三一大學(xué)工程科學(xué)系的高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展此項(xiàng)目的研究。本文的目的說(shuō)明了提出一些問(wèn)題并詳細(xì)闡述學(xué)生的一些解決方案，而且討論了這種類型的跨學(xué)科設(shè)計(jì)項(xiàng)目在教學(xué)方面應(yīng)用的問(wèn)題。這份學(xué)生報(bào)告曾經(jīng)在 1997年全國(guó)本科畢業(yè)生研討會(huì)上提出過(guò)并討論過(guò)。第 2節(jié)給出該設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)情況，包括性能規(guī)格。第 3節(jié)具體 學(xué)生的設(shè)計(jì)。第 4節(jié)是論文的主體，討論該設(shè)計(jì)在教學(xué)應(yīng)用方面的實(shí)施問(wèn)題。最后，第 5節(jié)全文總結(jié)。 2 問(wèn)題闡述 該項(xiàng)目基本的思想是設(shè)計(jì)一個(gè)自定義溫度控制系統(tǒng)來(lái)取代相關(guān)的歐米茄度控制器。溫度時(shí)通常保持在一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù)，但重要的是階躍變化可以被“合理”的跟蹤。因此主要要求如下： 2可以對(duì)空氣室的溫度進(jìn)行設(shè)定， 2同時(shí)顯示設(shè)定值和實(shí)際溫度， 2以及在設(shè)定溫度值情況下，可接受范圍內(nèi)的跟蹤階躍變化，穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量。 表 1 精確的規(guī)格說(shuō)明 設(shè)定溫度接口 范圍 準(zhǔn)確度 601攝氏度 設(shè)定溫度顯示 范圍 準(zhǔn)確度 誤差 601攝氏度 ± 1° C 室內(nèi)溫度顯示 范圍 精度 準(zhǔn)確度 60° C ± 1° C 室內(nèi)溫度階梯響應(yīng) 范圍（穩(wěn)定狀態(tài)） 精度（穩(wěn)定狀態(tài)） 最大超調(diào) 設(shè)定時(shí)間（到± 1°） 60 1° C 1° C 120s 盡管表 1 的一部分說(shuō)明并不明確，但是它清楚的反映了人們對(duì)數(shù)字顯示器在設(shè)定值和實(shí)際溫度的要求和溫度應(yīng)該通過(guò)數(shù)值輸入來(lái)設(shè)定（而不是，通過(guò)電位器設(shè)置）。 根據(jù)微控設(shè)計(jì)，數(shù)字溫度顯示和單點(diǎn)輸入的要求可能是最合適的。圖 2為學(xué)生的設(shè)計(jì)框圖。 圖 2度控制器硬件結(jié)構(gòu)圖 稱 6805），是系統(tǒng)的核心。它通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的 4鍵小鍵盤(pán)對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)使用兩個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制 7 段 碼管來(lái)顯示定值和氣室溫度的測(cè)量值。所有這些，輸入和輸出信號(hào)與 6805 的并行口相連。氣室的溫度值使用預(yù)校準(zhǔn)熱敏電阻測(cè)量，并通過(guò) 6805 的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入。最后，6085的脈沖寬度調(diào)制（ 出用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，以控制線性電阻加熱器的閉合和斷 開(kāi)。 圖 3更詳細(xì)的顯示了 6805的接口和電子器件。使用暴風(fēng) 3過(guò) 中一個(gè)重要的功能是進(jìn)行模式切換。兩種模式：固定模式和運(yùn)行模式。在固定模式下，其他兩個(gè)鍵用于設(shè)定溫度，一個(gè)增加，一個(gè)減少，第四個(gè)按鍵暫無(wú)作用。 示屏由哈里斯半導(dǎo)體 過(guò) 口與芯片相連，作為輸出。熱敏電阻由電壓分頻器驅(qū)動(dòng)，通過(guò) 腳（八個(gè)模擬輸入端口中的一個(gè)）相連。最后， 腳（兩個(gè) 動(dòng)加熱繼電器。 圖 2 單片機(jī)原理圖 圖 3單片機(jī)原理圖是關(guān)于用軟件實(shí)現(xiàn)溫度控制算法、保持溫度顯示以及改變鍵盤(pán)輸入響應(yīng)，這將不會(huì)在本文詳細(xì)討論，因?yàn)檫@并不是本文的重點(diǎn)，也沒(méi)有編譯完成。軟件部分還沒(méi)有確定控制算法，但很可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例控制，比 些控制設(shè)計(jì)的問(wèn)題將在第四節(jié)討論。 4 設(shè)計(jì)過(guò)程 雖然該項(xiàng)目的本質(zhì)是建立一個(gè)恒溫器，但它有許多很好的契機(jī)可以供教學(xué)借鑒。高級(jí)工程本科教育的知識(shí)只是能夠讓學(xué)生們具有解決問(wèn)題的能力。然而，很多情況下，實(shí)際情況卻和理論有些不同。不過(guò)，這些不是問(wèn)題，參與這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，將 獲得很多設(shè)計(jì)方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。本節(jié)的其余部分著眼于其他的幾個(gè)方面： 化系統(tǒng)熱性能的數(shù)學(xué)模型，以及一些簡(jiǎn)單理論的證明。 通過(guò)模擬環(huán)境，指出怎樣克服問(wèn)題。 及出現(xiàn)問(wèn)題和值得借鑒之處。 學(xué)模型 集總元件熱系統(tǒng)符合線性控制，適用于載玻片干燥機(jī)的問(wèn)題。圖 4顯示了二階集總元件熱量模型的載玻片干燥機(jī)。狀態(tài)變量是溫度， 系統(tǒng)輸入功率等于 q(t)的熱量和環(huán)境溫度 ma， 圖 4總元件熱模型 由圖 4可以推出（線性）狀態(tài)方程 拉普拉斯變換 (1)和 (2)等式，并整理 Ta(s)。有趣的是，可以推出一個(gè)開(kāi)環(huán)的熱系統(tǒng)方程。 其中 D(s)是一個(gè)二階的多項(xiàng)式。 K,及系數(shù) D(s)和在 (1)和 (2)等式中出現(xiàn)的系數(shù)功能相近。當(dāng)然，在 (1)和 (2)等式中各種參數(shù)在未知的情況下，不難證明 D(s)與其他參數(shù)的值 無(wú)關(guān)，具有兩個(gè)零點(diǎn)。因此傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成（我們假設(shè)環(huán)境溫度為常數(shù)） 此外 ,可以推出 1/<1/，零點(diǎn)在兩極之間。開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)如圖 5所示。 圖 4aq(s)的零極點(diǎn) 為了獲取完整的熱模型，從 (3)式中除去常數(shù) K 和 3 個(gè)未知的時(shí)間常數(shù)。四個(gè)未知參數(shù)并不少，但由簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)表明， 1/1/1/基本上是一階函數(shù)，且 tz,似為 0。因此，開(kāi)環(huán)系可以寫(xiě)成： (下標(biāo) 過(guò)初始溫度和熱量值大范圍內(nèi)的設(shè)置，簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，K≈ ，τ≈ 295S。 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 使用 (4)式的一階開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) s)，并且假定加熱器的輸出函數(shù) q(t)為線性，圖 6 是系統(tǒng)框圖代表閉環(huán)系統(tǒng)。 Td(s)是設(shè)定溫度的函數(shù)， C(s)是傳遞函數(shù)， Q(s)是熱量輸出，單位是瓦特。 圖 6簡(jiǎn)化的閉環(huán)系統(tǒng)框圖鑒于這種簡(jiǎn)單情況，前面所指的線性控制設(shè)置，例如，根軌跡法設(shè)計(jì)法可以使 C(s)中符合要求的階躍響應(yīng)對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量符合表格 1 所示。當(dāng)然，一個(gè)有足夠增益的比例控 制器就可以滿足各種要求。超調(diào)量改變是不可能既增加增益又減少穩(wěn)態(tài)誤差和上升時(shí)間的。不幸的是，如果要獲得足夠增益，需要生產(chǎn)超過(guò)實(shí)際生產(chǎn)能力的大容量加熱器。這是本系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題，將會(huì)致使上升時(shí)間不符合要求。這要求學(xué)生們?nèi)绾卫眠@個(gè)經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算的簡(jiǎn)化模型，在整體性能上達(dá)到最佳控制。 型仿真 該設(shè)計(jì)的大部分性能和限制功能，應(yīng)該可以使用圖 6簡(jiǎn)化模型來(lái)完成。但有一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)其他方面的影響并非能夠如此簡(jiǎn)單的仿真。其中最主要的是： 2量化誤差的模擬和數(shù)模轉(zhuǎn)換， 2測(cè)量溫度和使用 這兩種都是 非線性的、時(shí)變的。所以唯一切實(shí)可行的方法就是通過(guò)仿真（或?qū)嶒?yàn)）加以研究。 圖 7真閉環(huán)系統(tǒng)框圖顯示了 況下的閉環(huán)系統(tǒng)框圖，其中包括 A/D 轉(zhuǎn)換和使用標(biāo)準(zhǔn) 化飽和塊建立的飽和量化模型。建立要一個(gè)自定義的 這種仿真模型已經(jīng)被證明在衡量不同的 本參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的影響以及適當(dāng)參數(shù)的選擇中特別有用。（即時(shí)間越長(zhǎng)， 制會(huì)產(chǎn)生更多溫度誤差。另一方面，時(shí)間越長(zhǎng)，繼電器抖動(dòng)機(jī)率越小。） 制方法往往很難讓學(xué)生掌握，并且仿真模型允 許研究測(cè)試運(yùn)行和明顯的影響。 片機(jī) 簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制、鍵盤(pán)輸入和顯示控制是經(jīng)典單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，這個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目包含上述三個(gè)方面。因此這是一個(gè)優(yōu)秀的全面的單片機(jī)應(yīng)用練習(xí)。 此外，由于該項(xiàng)目是來(lái)源于現(xiàn)實(shí)，它不會(huì)是一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入輸出設(shè)計(jì)就能完成的。相反，這個(gè)項(xiàng)目需要制定一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用。這需要從大量的單片機(jī)型號(hào)中選取適當(dāng)?shù)男酒W(xué)著使用一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的開(kāi)發(fā)環(huán)境。最后，必須設(shè)計(jì)和選取印刷電路板和單片機(jī)，以及外接元件。 單片機(jī)選擇： 從現(xiàn)有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，經(jīng)常選用 司的單片機(jī)。不過(guò)，芯片的選擇不應(yīng) 該局限于此。研究表明，系統(tǒng)要求符合工作需求的單片機(jī)。這對(duì)學(xué)生很困難，因?yàn)樗麄內(nèi)狈α己玫慕?jīng)驗(yàn)與判斷能力，只能通過(guò)制造商的產(chǎn)品選擇指南決定單片機(jī)的選擇。部分問(wèn)題是各種外圍設(shè)備（例如，應(yīng)該使用哪種顯示驅(qū)動(dòng)程序？）連接方法的選擇。 相關(guān)應(yīng)用研究 [2,3,4]中的證明是非常有用的，基本闡述了可實(shí)用性的連接方法以及單片機(jī)和外圍連接的組合方式。在最終要求的基礎(chǔ)上，選擇 現(xiàn)有 A/D 輸入和 4個(gè)數(shù)字 I/樣選擇是有必要的，因?yàn)榇隧?xiàng)目需要一個(gè) A/個(gè) 和 11個(gè) I/圖 3）。該決定為了安全方面，因?yàn)檫x擇一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是有必要的，該項(xiàng)目預(yù)算中沒(méi)有足夠的資金再次購(gòu)買元件。 單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)： 外圍設(shè)備的電路硬件、軟件的開(kāi)發(fā)、最終調(diào)試、單片機(jī)的自定的印刷電路板和外設(shè)都需要某種形式的發(fā)展環(huán)境。 如同單片機(jī)本身，一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇是令人困惑并需要一些教師的專業(yè)知識(shí)。 級(jí)發(fā)展環(huán)境，包括從簡(jiǎn)單的評(píng)估板（在約 100 美元）到全面的實(shí)時(shí)在線仿真器（在大約 7500元）。中間選項(xiàng)被選為本項(xiàng)目的 中包括： 2平臺(tái)板（支持所有 6805分）， 2 模擬器模塊（具體到 2 電纜頭和目標(biāo)適配器（簡(jiǎn)明包裝）。 總體而言，該系統(tǒng)花費(fèi)為 900美元，并且在一定局限下，提供了在線仿真能力。它還配備了簡(jiǎn)單但足夠的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 ]。 學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)使用這類系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。但他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界的微控制器應(yīng)用獲得的經(jīng)驗(yàn)大大超過(guò)了第一使用典型的簡(jiǎn)單評(píng)估板的經(jīng)驗(yàn)。 印刷 一個(gè)簡(jiǎn)單的（雖然布局絕對(duì)不平凡）印刷電路板是這個(gè)工程提供的另一個(gè)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。圖 8 顯示最后的板布局與包輪廓（ 50%實(shí)際大?。Ｏ鄬?duì)簡(jiǎn)單的電路使手工安置和路由實(shí)踐方面更實(shí)際，它有可能提供更好的結(jié)果比一個(gè)這樣的應(yīng)用程的自動(dòng)性。學(xué)生因此接觸到基本印刷電路布局問(wèn)題和基本的設(shè)計(jì)規(guī)則。本排版軟件使用的是非常漂亮的包裝印刷電路板，板制作是在內(nèi)部電子技術(shù)員的幫助下完成的。 圖 4 單片機(jī)印刷版布局 5 結(jié)論 本文的目的是描述一個(gè)跨學(xué)科的本科工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目：一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，包括設(shè)定點(diǎn)輸入數(shù)字與設(shè) 定值 /實(shí)際溫度顯示。本文已描述了這樣系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)，并且討論了許多來(lái)自工程的問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決通常需要入門課程要求的知識(shí)，尤其是在老師的建議和監(jiān)督下，實(shí)際上可以促進(jìn)大學(xué)生發(fā)展。 從教學(xué)方法觀點(diǎn)看，問(wèn)題的理想特征包括微控制器和外圍設(shè)備的簡(jiǎn)單使用，有效地運(yùn)用導(dǎo)論水平的物理系統(tǒng)建模和設(shè)計(jì)閉環(huán)控制。并需要相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)和模擬（詳細(xì)的性能 預(yù)測(cè)）。并可取的是一些技術(shù)相關(guān)方面的問(wèn)題，包括熱敏電阻和溫度傳感器（分別需要知識(shí) 脈寬調(diào)制和校準(zhǔn)技術(shù)）的實(shí)際使用、單片機(jī)選擇和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的使用以及并印制電路設(shè)計(jì)。 致 謝 作者想 要感謝參與這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生， 以及 獻(xiàn)和能力。這個(gè)工程的完成歸功于他們。