傳感器與綜合控制技術(shù)課件第1章：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

第一章：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)Introduction計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(ComputerControlSystem，簡(jiǎn)稱CCS)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本屬于同一類別。本章簡(jiǎn)述傳感器與控制綜合技術(shù)的基本構(gòu)成，并希望讀者初步了解計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的架構(gòu)本章要點(diǎn)傳感器與控制技術(shù)基本概念電路設(shè)計(jì)軟件要點(diǎn)概述單片機(jī)技術(shù)要點(diǎn)概述

程序設(shè)計(jì)語言C在單片機(jī)中的使用要點(diǎn)概述傳感器技術(shù)要點(diǎn)概述目錄1.1傳感器與綜合技術(shù)概述1.2電子電路設(shè)計(jì)軟件1.3單片機(jī)技術(shù)1.4單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)1.5傳感器技術(shù)1.1傳感器與綜合技術(shù)概述傳感器與控制綜合技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、程序設(shè)計(jì)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子電路技術(shù)等相關(guān)綜合技術(shù)結(jié)合而成的一種交叉學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)。1.1傳感器與綜合技術(shù)概述

硬件部分信號(hào)處理電路前端控制部分(執(zhí)行器)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)前端測(cè)量部分(傳感器)信號(hào)處理電路測(cè)控目標(biāo)操作系統(tǒng)（可選）算法與程序設(shè)計(jì)軟件部分圖1.1：傳感器與綜合技術(shù)概圖1.2電子電路設(shè)計(jì)軟件AltiumDesinger6.5（以下簡(jiǎn)稱AD6）版本電路設(shè)計(jì)軟件。使用AD軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)兩部分是最重要的第一部分就是原理圖設(shè)計(jì)，原理圖設(shè)計(jì)完成了理論驗(yàn)證工作；其意思是：你的電路設(shè)計(jì)從軟件的角度是正確的。第二部分就是PCB設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)完成了實(shí)際電路生產(chǎn)之前的硬件線路定義，包含元件位置、走線的位置、長(zhǎng)短、粗細(xì)等問題。即：完成了實(shí)際的電路物理設(shè)計(jì)。AD6軟件而言，重點(diǎn)需要掌握如下三個(gè)要點(diǎn)：1）原理圖繪制：簡(jiǎn)單原理圖繪制、元件與元件庫制作2）從原理圖進(jìn)行編譯自動(dòng)導(dǎo)出PCB3）PCB繪制：簡(jiǎn)單PCB繪制、元件封裝與封裝庫制作1.2電子電路設(shè)計(jì)軟件1.2電子電路設(shè)計(jì)軟件AD6.9軟件界面如左圖（AD6.5類似，目前AD6.9軟件在WINDOWSXP以及以上版本操作系統(tǒng)上運(yùn)行正常，下圖的軟件截屏為運(yùn)行在windows10操作系統(tǒng)上的截屏。）如果用戶需要更方便使用硬件電路設(shè)計(jì)軟件，建議使用AD10以上版本，運(yùn)行操作系統(tǒng)為WIN10以上，硬件為四核處理器，內(nèi)存至少為16G，獨(dú)立顯卡。這樣在硬件設(shè)計(jì)過程當(dāng)中細(xì)節(jié)會(huì)看得更清楚，而且軟件使用更方便。1.3單片機(jī)技術(shù)單片機(jī)（Microcontrollers）：即單片微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1.3單片機(jī)技術(shù)圖1.2：?jiǎn)纹瑱C(jī)測(cè)控系統(tǒng)例子目前多數(shù)的單片機(jī)（MCU）與微處理器均具有一定計(jì)算能力，允許用戶完成如左圖類似的閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。單片機(jī)實(shí)物圖（來自百度圖片）國(guó)內(nèi)最著名的單片機(jī)公司宏晶科技（）1.3單片機(jī)技術(shù)1.4單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)[問題]單片機(jī)如何能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)控過程？

采用計(jì)算機(jī)語言來編寫代碼、

將代碼翻譯成單片機(jī)能夠識(shí)別的“語言（HEX或是BIN文件）”

將該“語言”“告訴”單片機(jī)（下載HEX或是BIN文件到單片機(jī)）。一旦完成上述過程，單片機(jī)就會(huì)無條件地“執(zhí)行”計(jì)算機(jī)語言告訴它需要完成的事情了。[問題]采用什么語言？？

一般采用C語言。在現(xiàn)代信息系統(tǒng)當(dāng)中，軟件占有絕對(duì)的比重?。?！因此：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中最重要的也是軟件系統(tǒng)，只是這個(gè)軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)語言編寫的。讀者掌握本書除了硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之外，最重要的就是“嵌入式軟件設(shè)計(jì)”。單片機(jī)C語言設(shè)計(jì)技術(shù)需要掌握什么？（1）C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)（2）算法分析與設(shè)計(jì)1.4單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)算法設(shè)計(jì)例子：1.4單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)例子算法：使用一個(gè)簡(jiǎn)單算法描述圖2的溫室測(cè)控系統(tǒng)算法運(yùn)行前提：假定系統(tǒng)通電即長(zhǎng)期工作，斷電即停止。算法輸入：檢測(cè)到的溫濕度算法輸出：對(duì)電動(dòng)機(jī)（或是溫度調(diào)節(jié)裝置）的控制結(jié)果算法描述：

第一步：系統(tǒng)初始化

第二步：在無限循環(huán)中做

讀取當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)；

如果溫度或濕度數(shù)據(jù)超標(biāo)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)

否則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)

void main (void){ InitialSystem(); //系統(tǒng)初始化

while(1) //在無限循環(huán)中做 {

Temperture=ReadTemperture(); //讀取溫度數(shù)據(jù) Humidity=ReadHumidity(); //讀取濕度數(shù)據(jù) if(Temperture>TempValue||Humidity>HumiValue) //若溫度或濕度數(shù)據(jù)超標(biāo) StartMotor(); //啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) else //否則 CloseMotor(); //關(guān)閉電動(dòng)機(jī)}}注意到：算法寫得足夠好的時(shí)候，語言與算法之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)需要這種基本能力才有可能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成將來的開發(fā)工作任務(wù)。算法不清晰直接敲代碼是絕大多數(shù)錯(cuò)誤的根源，因?yàn)榇蠹叶紩?huì)重復(fù)修改問題，時(shí)間都是這樣被浪費(fèi)了。[思考]很多C語言教程都提到了不要使用“死循環(huán)”，為什么？難道事實(shí)真的是這樣嗎？1.5傳感器技術(shù)傳感器簡(jiǎn)單解釋就是：能夠“感覺”到某種信號(hào)的電子元件/部件/設(shè)備。無論如何解釋，“感覺”是傳感器的關(guān)鍵。例子：1）能夠感覺到“開關(guān)量”的傳感器。

有人過來了還是沒有人過來？生活中有哪些？？2）能夠感覺到“連續(xù)量”的傳感器

現(xiàn)在溫度是多少？生活中有哪些？1.5傳感器技術(shù)傳感器實(shí)物圖（圖片來自百度圖片）溫濕度傳感器光照度傳感器模塊繼電器模塊光電開關(guān)加速度傳感器模塊重要的區(qū)別一：敏感元件與傳感器的區(qū)別1.5傳感器技術(shù)敏感元件：水銀溫度計(jì)，無法傳遞電信號(hào)不能被單片機(jī)識(shí)別傳感器：SHT11芯片能夠傳遞電信號(hào)，

可以想辦法被單片機(jī)識(shí)別重要的區(qū)別二：傳感器與傳感器模塊1.5傳感器技術(shù)傳感器：SHT11芯片能夠傳遞電信號(hào)，

但是單片機(jī)不能直接識(shí)別，

需要“想辦法”傳感器模塊：SHT11芯片加上外圍電路，可以轉(zhuǎn)換電信號(hào)為數(shù)字信號(hào)單片機(jī)通過某種方式讀取數(shù)字信號(hào)，