吳忠偉

摘 要

Proteus軟件元件仿真模型豐富，微處理器仿真功能強(qiáng)大，本文以Proteus軟件為基礎(chǔ)，提出了一種適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真方法，以采用AT89C51單片機(jī)為微處理器的溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，分析了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，探討了Proteus仿真程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，利用C語言進(jìn)行編程，仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)仿真控制效果良好。

【關(guān)鍵詞】Proteus軟件 自動(dòng)控制系統(tǒng) 仿真程序

Proteus軟件是專門針對單片機(jī)等微處理器的互動(dòng)型電路仿真軟件，在原理圖虛擬原型上即可完成編程，且能夠?qū)崟r(shí)對軟件源碼進(jìn)行調(diào)試，從而直觀的觀測系統(tǒng)控制效果。基于以上，本文簡要探討了Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的運(yùn)用，旨在為相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

1 Proteus軟件概述

Proteus是一種電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真軟件，由英國著名軟件開發(fā)公司Labcenter公司開發(fā)研制，在沒有目標(biāo)原形的基礎(chǔ)上，也能夠?qū)崿F(xiàn)各種處理器的實(shí)時(shí)仿真和調(diào)試測試。Proteus軟件中的元件庫功能十分龐大，能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)提供外圍部件，同時(shí)Proteus軟件支持第三方編譯器，這提升了其使用的便利性。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，Proteus軟件及Keil軟件有著明確的分工，前者主要負(fù)責(zé)硬件仿真，后者主要進(jìn)行軟件仿真，通過二者的聯(lián)調(diào)來構(gòu)建虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，對于提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率有著積極的意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

本文以溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，探討了Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用，下面來介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

2.1 總體設(shè)計(jì)

以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用DS18B20溫度傳感器測量溫度，其能夠?qū)y量信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī)進(jìn)行溫度測量值處理后會在LCD1602顯示器上顯示。系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，設(shè)定溫度上下限值，如果溫度測試值超過設(shè)定的溫度上限，蜂鳴器和指示燈會產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)通風(fēng)電機(jī)啟動(dòng)，通過溫室室內(nèi)外通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)溫室降溫；如果溫度測試值低于設(shè)定的溫度下限，則通風(fēng)電機(jī)停止。系統(tǒng)以串行通信為主，現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中。

2.2 Proteus仿真設(shè)計(jì)

2.2.1 Proteus仿真模塊

采用Proteus軟件中的ISIS工具進(jìn)行電路原理圖的編輯和電路仿真，其不僅包括常用分立元件和集成塊元件，還包括眾多類型微控制器和仿真元件，能夠?qū)崿F(xiàn)對外圍接口器件的仿真。采用的芯片包括運(yùn)算放大器芯片、AT89C51芯片、邏輯門路芯片及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等。

2.2.2 仿真結(jié)構(gòu)

本文提出的溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)以PID控制為基礎(chǔ)，其仿真原理圖如圖1所示。

在Proteus仿真框圖中，程序中給定r（k）的設(shè)定值，由AT89C51單片機(jī)處理器程序來實(shí)現(xiàn)PID控制算法，選用DAC0808作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用運(yùn)算放大器進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的仿真，主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括蜂鳴器、溫度上下限指示燈、繼電器及通風(fēng)機(jī)等。為了提升仿真分析的直觀性，增加“ANALOGUE ANAALYSIS”仿真圖形顯示，顯示被控制對象的輸出曲線，以此來更好的進(jìn)行觀測和分析。

2.2.3 程序設(shè)計(jì)

選用Keil C51工具對程序進(jìn)行編寫和變異，以面向?qū)ο蟮哪K化程序設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，對各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行模塊調(diào)試，模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試完成之后，進(jìn)行所有模塊的聯(lián)合調(diào)試工作。在本文提出的溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要包括的模塊有溫度采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊及顯示模塊等。定時(shí)器中斷處理程序首先進(jìn)行溫度反饋信號的采集，并將溫度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，之后根據(jù)溫度上下限設(shè)定值進(jìn)行溫度誤差的PID計(jì)算，模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換。在整個(gè)仿真程序設(shè)計(jì)的過程中，PID輸出計(jì)算的編程至關(guān)重要。

3 仿真結(jié)果分析

在Keil C51中進(jìn)行軟件調(diào)試，將生成的.HEX文件在單片機(jī)芯片上加載，點(diǎn)擊運(yùn)行鍵運(yùn)行程序，則可以直觀、生動(dòng)的觀察到溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果。當(dāng)溫度測量值為34℃的時(shí)候，超過溫度設(shè)定上限，此時(shí)顯示器屏幕上顯示出“Temperature val：34℃”，溫度上限指示燈閃爍，同時(shí)蜂鳴器產(chǎn)生聲光報(bào)警，繼電器觸點(diǎn)接收到指令后合上，通風(fēng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)溫室的內(nèi)外通風(fēng)，從而將溫室溫度降低到溫度設(shè)定上限之下。

4 結(jié)論

Proteus軟件能夠?yàn)榛谖⑻幚砥鞯淖詣?dòng)控制系統(tǒng)提供仿真平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件仿真，有利于提升仿真效果。本文以溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，提出了基于Proteus軟件的仿真方法，仿真結(jié)果表明，其能夠提升仿真效率和仿真的直觀性與準(zhǔn)確性，指的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳朝元，魯五一.Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008（02）：318-320.

[2]王申瑩，胡志超，吳惠昌，彭寶良，王海鷗，吳峰.基于Proteus的甜菜收獲機(jī)自動(dòng)對行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014（03）：35-40.

作者單位

吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院 吉林省長春市 130000