Proteus軟件在自動控制系統仿真中的運用探討

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大，本文以Proteus軟件為基礎，提出了一種適用于自動控制系統的仿真方法，以采用AT89C51單片機為微處理器的溫室溫度自動控制系統為例，分析了系統的整體結構，探討了Proteus仿真程序設計和實現，利用C語言進行編程，仿真結果顯示，系統仿真控制效果良好。

【關鍵詞】Proteus軟件 自動控制系統 仿真程序

Proteus軟件是專門針對單片機等微處理器的互動型電路仿真軟件，在原理圖虛擬原型上即可完成編程，且能夠實時對軟件源碼進行調試，從而直觀的觀測系統控制效果。基于以上，本文簡要探討了Proteus軟件在自動控制系統仿真中的運用，旨在為相關研究和實踐提供參考。

1 Proteus軟件概述

Proteus是一種電路及單片機系統設計及仿真軟件，由英國著名軟件開發公司Labcenter公司開發研制，在沒有目標原形的基礎上，也能夠實現各種處理器的實時仿真和調試測試。Proteus軟件中的元件庫功能十分龐大，能夠為單片機設計提供外圍部件，同時Proteus軟件支持第三方編譯器，這提升了其使用的便利性。在實際應用的過程中，Proteus軟件及Keil軟件有著明確的分工，前者主要負責硬件仿真，后者主要進行軟件仿真，通過二者的聯調來構建虛擬單片機實驗室，對于提升系統的設計效率有著積極的意義。

2 系統設計與仿真應用實現

本文以溫室溫度自動控制系統為例，探討了Proteus軟件在自動控制系統仿真中的應用，下面來介紹系統設計及實現。

2.1 總體設計

以AT89C51單片機為控制核心，采用DS18B20溫度傳感器測量溫度，其能夠將測量信息傳輸到單片機中，單片機進行溫度測量值處理后會在LCD1602顯示器上顯示。系統運行的過程中，設定溫度上下限值，如果溫度測試值超過設定的溫度上限，蜂鳴器和指示燈會產生報警，此時通風電機啟動，通過溫室室內外通風來實現溫室降溫；如果溫度測試值低于設定的溫度下限，則通風電機停止。系統以串行通信為主，現場采集的數據通過串口傳輸到上位機中。

2.2 Proteus仿真設計

2.2.1 Proteus仿真模塊

采用Proteus軟件中的ISIS工具進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，能夠實現對外圍接口器件的仿真。采用的芯片包括運算放大器芯片、AT89C51芯片、邏輯門路芯片及模數轉換芯片等。

2.2.2 仿真結構

本文提出的溫室溫度自動控制系統以PID控制為基礎，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）的設定值，由AT89C51單片機處理器程序來實現PID控制算法，選用DAC0808作為模數轉換器，利用運算放大器進行執行機構的仿真，主要的執行機構包括蜂鳴器、溫度上下限指示燈、繼電器及通風機等。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，以此來更好的進行觀測和分析。

2.2.3 程序設計

選用Keil C51工具對程序進行編寫和變異，以面向對象的模塊化程序設計方法為基礎，對各個模塊進行設計，并進行模塊調試，模塊設計和調試完成之后，進行所有模塊的聯合調試工作。在本文提出的溫室溫度自動控制系統中，主要包括的模塊有溫度采集模塊、電機驅動控制模塊及顯示模塊等。定時器中斷處理程序首先進行溫度反饋信號的采集，并將溫度數據信息進行數字化處理，之后根據溫度上下限設定值進行溫度誤差的PID計算，模數轉換器進行輸出的數字信號轉換。在整個仿真程序設計的過程中，PID輸出計算的編程至關重要。

3 仿真結果分析

在Keil C51中進行軟件調試，將生成的.HEX文件在單片機芯片上加載，點擊運行鍵運行程序，則可以直觀、生動的觀察到溫室溫度自動控制系統的運行結果。當溫度測量值為34℃的時候，超過溫度設定上限，此時顯示器屏幕上顯示出“Temperature val：34℃”，溫度上限指示燈閃爍，同時蜂鳴器產生聲光報警，繼電器觸點接收到指令后合上，通風機開始運轉，實現溫室的內外通風，從而將溫室溫度降低到溫度設定上限之下。

4 結論

Proteus軟件能夠為基于微處理器的自動控制系統提供仿真平臺，能夠實現軟硬件仿真，有利于提升仿真效果。本文以溫室溫度自動控制系統為例，提出了基于Proteus軟件的仿真方法，仿真結果表明，其能夠提升仿真效率和仿真的直觀性與準確性，指的進一步推廣和應用。

參考文獻

[1]陳朝元，魯五一.Proteus軟件在自動控制系統仿真中的應用[J].系統仿真學報，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的甜菜收獲機自動對行控制系統設計仿真與試驗[J].中國農機化學報，2014（03）：35-40.

作者單位

吉林建筑大學城建學院 吉林省長春市 130000