计算机控制技术及应用第7章计算机控制系统设计与实现第7章计算机控制系统设计与实现7.1计算机控制系统的设计方法7.1.1计算机控制系统的设计原则1.可靠性高(1)备份工作方式(2)主从工作方式(3)双工工作方式在这种系统中，两台主机同时投入系统运行，在任何一个时刻，都同步执行同一个任务，并将结果送到一个专门的装置进行核对。(4)分布式控制方案2.操作性好3.实时性强4.通用性好5.经济效益高7.1.2计算机控制系统的设计步骤1.项目可行性论证2.项目的工程设计2.项目的工程设计(1)组建项目实施小组(2)系统总体设计(3)总体设计的论证与评审(4)分别对硬件和软件进行细化设计(5)硬件和软件的分别调试实际上，硬件、软件的设计中都需边设计边调试边修改。(6)系统的组装3.离线仿真和调试阶段4.在线调试和运行验收阶段4.在线调试和运行验收阶段7.2计算机控制系统的实现过程7.2.1计算机控制系统的可行性论证1.硬件总体方案设计(1)确定系统的结构和类型(2)确定系统的构成方式(3)现场设备选择现场设备主要包含传感器、变送器和执行机构，这些装置的选择要正确，它是影响系统控制性能的重要因素之一。(4)其他方面的考虑总体方案中还应考虑人机联系方式、系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。2.软件总体方案设计3.系统总体方案4.方案可行性论证7.2.2计算机控制系统的工程设计1.硬件系统设计1.硬件系统设计2.软件系统设计(1)数据类型和数据结构规划。(2)资源分配(3)实时控制软件设计3.离线仿真和调试(1)硬件调试(2)软件调试(3)仿真调试4.在线调试和运行验收7.3控制系统中的可靠性技术7.3.1冗余结构技术1.系统可靠性的度量参数介绍2.双重结构系统(冗余系统)可靠性3.双重结构系统的平均故障间隔时间7.3.2控制系统的抗干扰措施1.信号系统的抗干扰措施2.电源系统的抗干扰措施3.接地与抗干扰3.接地与抗干扰(1)一点接地和多点接地(2)模拟地和数字地的连接(3)主机外壳接地为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽罩接地，而把机内器件架与外壳绝缘，绝缘电阻大于50MΩ，即机内信号地浮空。4.信号隔离技术(1)光电耦合电路(2)变压器耦合电路5.看门狗技术6.电源掉电处理技术(1)电源监控电路电源监控电路用来监测电源电压的掉电，以便使CPU能够在电源下降到所设定的门限值之前完成必要的数据转移和保护工作，并同时监控电源何时恢复正常。(2)掉电保护我们都知道计算机使用的RAM一旦停电，其内部的信息将全部丢失，因而影响系统的正常工作。7.3.3软件设计的可靠性措施1.使程序高速循环2.输出反馈、表决和周期刷新3.存储器使用技巧4.实时诊断7.3.4重视安装工艺措施7.4多通道温度采集系统7.4.1系统方案设计7.4.2系统硬件设计1.LM135温度传感器图7-134路温度传感器接口电路2.采样放大稳压电路3.A/D转换电路3.A/D转换电路(1)MAX197结构特点(2)MAX197的控制字MAX197的控制字如表7-1所示。(2)MAX197的控制字MAX197的控制字如表7-1所示。(3)MAX197引脚功能4.电源模块5.AT91R40008及外围电路(1)AT91R40008功能介绍(2)存储电路(3)JTAG下载接口电路(3)JTAG下载接口电路(4)晶振复位电路6.选择开关电路7.LCD显示电路7.LCD显示电路7.LCD显示电路7.LCD显示电路7.LCD显示电路7.4.3系统软件设计1.主程序图7-26主程序流程图2.A/D转换程序3.按键扫描子程序4.LCD驱动显示程序7.4.4系统调试与运行7.5智能小车控制系统7.5.1控制方案设计1.智能小车设计要求1.智能小车设计要求表7-4智能小车技术参数2.系统总体方案7.5.2系统硬件设计1.硬件系统设计方案论证(1)图像采集模块(2)速度采集模块(3)加速度传感器模块(4)电动机驱动模块(5)舵机驱动模块(6)电源管理模块(7)调试模块(8)最终方案决策2.元器件选型3.硬件设计与驱动程序(1)供电模块(1)供电模块1)5V电源。2)摄像头用电源3)舵机电源(2)信息采集模块(2)信息采集模块(2)信息采集模块(2)信息采集模块(2)信息采集模块(2)信息采集模块(2)信息采集模块图7-35视频信号分离原理图图7-36图像采样流程图图7-37车速检测电路图7-38加速度传感器原理图7-39加速度传感器检测电路(3)执行模块电路设计图7-40电动机驱动电路图7-41舵机转角与脉宽的关系(4)调试模块图7-42LCD显示模块的连接电路图7-43调速键盘的连接电路图7-44速度和转向灯连接电路7.5.3系统软件设计1.软件总体流程设计