PID控制器总体规划及硬件电路设计
本论文中PID控制器需要实现单路PID控制，并且具有参数自整定、上下限报警、故障检测、LCD显示、多机远程通讯等功能，通过RS232接口与个人计算机连接直接读取仪表的数据，然后再传送给计算机，可通过数据管理软件对数据进行分析，通过RS485接口，与组态网等专业组态软件组成一个实时监控系统，采用USB接口，可直接将数据存储到U盘之中。现有的工业控制系统都要求具备多种通讯接口，控制器开发了多种串行通讯接口。系统分为数据采集输入单元和PID算法输出两个单元。系统结构如下图：
3.1 硬件电路总体设计规划
控制器硬件平台的核心也就是我们经常说的处理器，是PID控制器的关键，器件的性能对所实现的功能可以产生决定性的影响。我们在选择处理器时，一般从指令的种类、数量、字长、寄存器的种类、微处理器的速度、微处理器的外围电路、中断能力等多个方面来考虑。在本论文中，综合考虑了以上几个因素，控制器选取了集成度高的微处理器芯片，以降低系统复杂度，提高可靠性，降低成本。为便于调试实现，控制器又分为两个相对独立的处理单元。
3.1.1 数据采集、处理单元的硬件设计
信号采集转换单元微处理器主要通过TI公司的MSP430F169单片机完成。MSP430F169单片机内部大量应用了运用于数字信号领域DSP芯片的硬件乘法器模块和DMA模块，这样它使用的成本较低，而且可以较为出色的完成一般的数字滤波的任务。内置的12位精度ADC模块用于现场模拟量采集，通过SPI接口与控制单元通讯。单元采集两路4-20mA(需经过转换模块转为1-5V)和1-5V标准信号，通过调理电路转换变为MSP430F169内置A／D单元可以采集的范围，采集单元模块图如下：
3.1.2 PID算法输出单元硬件设计
主控单元微处理器的选择：首先，考虑到较高的信号采集处理能力；另外，需要较强的现场通讯能力来满足它在多种控制总线中的应用；而且，设计还要考虑解决控制器后续扩展的问题。经过反复的选择比较结合PID控制器的实际硬件需求，综合考虑价格、运算速度等，最终选择了PHILIPS公司的ARM处理器LPC2368作为主控处理器：因为它具有128位宽度接口／加速器可实现高达72MHz工作频率，具有128K的FLASH存储器和32K的SRAM，完全可以满足实时操作系统的软件设计的需求，丰富而强大的片内模块，降低系统成本。控制单元接收前级采集模块的输出信号，执行PID控制程序运算后，可将数据存储(最大数据量16M)；通过通讯接口与上位机或网络上其他控制器一起共享输出数据；直接经调理电路以标准信号输出参与控制，模块自带温度传感器采集现场温度，用于数据处理温度补偿和现场温度控制应用。控制输出单元模块图如下：
3.1.3 控制器的模块划分与功能定义
控制器电路大致划分为以下模块：
1） 电源模块
电源模块主要负责向控制器中各个模块提供稳定、可靠的电源。
2） 键盘模块
键盘模块主要用于发出命令和设定状态，通过键盘输入可以切换控制器工作状态、切换液晶屏的显示模式、更改控制器参数、切换所显示信号的类型，同时还可以校正系统时间等。
3） 液晶显示模块
主要是用来显示控制器的工作状态、采集和输出的模拟量、系统时间以及键盘输入的数据等。
4） PC通信模块
主要用来实现控制器与PC机的通信，在电平转换器的支持下实现其与PC机之间的点-点方式或是主从方式的通信。
5） 网络通讯模块
主要支持USB、232、485等多种通讯接口协议，使用同一个接口与其他仪表组成控制网络。
6） 环境温度的检测模块
主要通过DS18B20芯片进行数据采集，实现采集点环境温度的检测，通过I／0引脚模拟单总线与LPC2368芯片进行通信，给主控单元传递环境温度信息。为下面校正环境温度引起的测量误差做准备。
7）数据存储模块
主要是将采集到的数据暂存于FLASH中，再通过USB接口转存到U盘。
8） 实时时钟模块
主要是给显示和存储模块提供时间信息。
微信
QQ1：3097331788 QQ2：2601997959 QQ3：2993773635
