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篇（1）

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試

緒論

單片機(jī)利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元、定時(shí)單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。

第1章單片機(jī)空調(diào)控制系統(tǒng)

隨著中國(guó)人民環(huán)境的改善和人民生活質(zhì)量的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求，建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例巨大且持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年中國(guó)建筑能耗已達(dá)到3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占總能耗的27.6%，年增長(zhǎng)比例是5%。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，供熱和空調(diào)的能耗很大，可占到社會(huì)總能耗的25%-30%。有資料統(tǒng)計(jì)，辦公樓中空調(diào)系統(tǒng)耗能量占總能量的25%左右，所以空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)始終是建筑環(huán)境與設(shè)備領(lǐng)域中的重要研究課題之一。

1.1當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究情況

1）在城市現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其中用在建筑物空調(diào)系統(tǒng)的電力負(fù)荷比例日益增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京已有250余幢賓館、辦公樓和50余家大商場(chǎng)采用中央空調(diào)，其空調(diào)用電負(fù)荷達(dá)40萬(wàn)kW。相當(dāng)于華北電網(wǎng)為了調(diào)峰，耗資27億元而興建的十三陵抽水蓄能電站的1/2裝機(jī)容量。以廣東省為例，現(xiàn)有裝機(jī)容量已達(dá)30萬(wàn)kW,并以每年30%的速度遞增，其用電負(fù)荷已占總共電量的40%以上。

2）改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)電力供應(yīng)不斷提出新的挑戰(zhàn)。盡管我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已超過(guò)2億Kw,年發(fā)電量已突破9000億kWh。然而，目前我國(guó)電力供應(yīng)仍很緊張。突出的矛盾是電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差加大，夜間至清晨谷段負(fù)荷率低，而高峰段電力嚴(yán)重不足，有的電網(wǎng)峰谷負(fù)荷之差達(dá)25%-30%，造成白天經(jīng)常拉閘限電，夜間有電送不出的現(xiàn)象。

3）由于空調(diào)用電負(fù)荷一般在電力谷段用量甚少，對(duì)城市點(diǎn)昂具有很大的“肖鋒填谷“潛力，而在中央空調(diào)中，制冷系統(tǒng)的用電量通常占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)用電量的40%-50%，如以商場(chǎng)為例，每10萬(wàn)m2空調(diào)制冷系統(tǒng)的須用電功率約為7000-9000KW。因此，空調(diào)蓄冷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并將日益展示他廣闊的應(yīng)用前景

1.2空調(diào)控制系統(tǒng)的組成以及基本工作原理

空調(diào)系統(tǒng)的基本組成形式可分為三大組成部分，分別是：冷熱源設(shè)備（主機(jī)）、空調(diào)末端設(shè)備、附件及管道系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有制冷、制熱、除濕、自動(dòng)4種工作模式，包括定時(shí)、睡眠、風(fēng)向、智能化霜、應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)、試運(yùn)轉(zhuǎn)以及5種可調(diào)室內(nèi)風(fēng)速等控制功能；在定時(shí)開(kāi)機(jī)時(shí)，可根據(jù)訪間溫度作智能判斷，自動(dòng)調(diào)整定時(shí)開(kāi)機(jī)時(shí)間，避免開(kāi)機(jī)時(shí)太冷或太熱；另外，可對(duì)設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個(gè)溫度值進(jìn)行同時(shí)指示，以及完整的抗干擾和系統(tǒng)保護(hù)功能。

1.2.1控制器原理

該系統(tǒng)具有制冷、制熱、除濕、自動(dòng)4種工作模式，包括定時(shí)、睡眠、風(fēng)向、智能化霜、應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)、試運(yùn)轉(zhuǎn)以及5種可調(diào)室內(nèi)風(fēng)速等控制功能；在定時(shí)開(kāi)機(jī)時(shí)，可根據(jù)訪間溫度作智能判斷，自動(dòng)調(diào)整定時(shí)開(kāi)機(jī)時(shí)間，避免開(kāi)機(jī)時(shí)太冷或太熱；另外，可對(duì)設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個(gè)溫度值進(jìn)行同時(shí)指示，以及完整的抗干擾和系統(tǒng)保護(hù)功能。

本系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單可靠，軟件具有更完善的控制功能和抗干擾能力。系統(tǒng)具有很高的性能價(jià)格比

系統(tǒng)CPU根據(jù)遙控器或按鍵輸入的命令，對(duì)采集到的溫度進(jìn)行智能判斷，然后作出相應(yīng)的制冷、制熱或除溫運(yùn)行。再通過(guò)接口電路，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、換向閥、風(fēng)向電機(jī)和室內(nèi)風(fēng)機(jī)作相應(yīng)動(dòng)作，并對(duì)溫度用LED指示。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

1.3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用模擬化處理，主控程序包括以下幾個(gè)部分：程序的初始化、試運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)和信號(hào)的采集與處理、溫度LED指示、室內(nèi)風(fēng)機(jī)的閉環(huán)積分控制、室內(nèi)風(fēng)向電機(jī)的步進(jìn)控制。功能子程序包括制冷、制熱、除濕、自動(dòng)四種運(yùn)行模式。中斷程序包括遙控接收。各種定時(shí)的中斷查詢處理、速度檢測(cè)等。系統(tǒng)的主控程序流程如圖4所示。

1.4硬件設(shè)計(jì)

1.4.1單片機(jī)的選擇

系統(tǒng)有3路溫度模擬信號(hào)輸入，還有1路電壓和1路電流模擬輸入，共5路模擬輸入要求；而模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能用單片機(jī)CPU處理。為提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比，應(yīng)采用含有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)。經(jīng)過(guò)各方面的綜合比較，我們選用了美國(guó)Microchip公司的PIC16C72單片機(jī)作為控制核心。它具有5路模擬量輸入的A/D轉(zhuǎn)換器，恰好滿足系統(tǒng)的模擬輸入要求。另外，它在1塊芯片上集成了1個(gè)8位邏輯運(yùn)算單元和工作寄存器、2KB程序存儲(chǔ)器、128個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、3個(gè)端口（A口、B口、C口）共22條I/O線、3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。另外，只有35條易學(xué)易用而高效的RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）指令，同時(shí)，芯片具看門狗功能，并提供對(duì)軟件運(yùn)行出錯(cuò)的保護(hù)。

1.4.2模擬輸入電路

本系統(tǒng)直接用熱敏電阻進(jìn)行測(cè)溫，再加一級(jí)電容濾波。對(duì)外交換溫度檢測(cè)電路，因其干擾較大，特加上二極管限幅保護(hù)。對(duì)傳感器的不同電阻值，將其所對(duì)應(yīng)的不同分壓值輸入至PIC單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口，在單片機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比高。又因采用的單片機(jī)為8位，所以溫度轉(zhuǎn)換精度高，可為0.5℃，完全滿足了空調(diào)的信號(hào)檢測(cè)精度要求。對(duì)過(guò)流信號(hào)的檢測(cè)，不用經(jīng)過(guò)比較器，節(jié)約了資源；而是采用模擬信號(hào)整流分壓后直接輸入，通過(guò)單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，每500μs對(duì)其進(jìn)行一次檢測(cè)，并進(jìn)行軟件比較，以確認(rèn)是否過(guò)流。對(duì)過(guò)零電壓信號(hào)的檢測(cè)，也是采用模擬信號(hào)整流分壓后直接輸入。因兩個(gè)半的過(guò)零點(diǎn)都要檢測(cè)，所以用橋式整流。模擬輸入電路如圖2所示。

1.5單片機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試

1.5.1硬件調(diào)試

根據(jù)設(shè)計(jì)的原理電路做好實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，便進(jìn)入硬件調(diào)試階段。調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機(jī)故障，其中包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝性故障。

1）脫機(jī)檢查

用萬(wàn)能表或邏輯測(cè)試筆逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時(shí)為保護(hù)芯片，先對(duì)各管座的電位（或電源）進(jìn)行檢查，確定其無(wú)誤后再插入芯片檢查。

1.5.2仿真調(diào)試

暫時(shí)排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機(jī)接上仿真機(jī)的40芯仿真插頭進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。這部分工作是一種經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)制作的樣機(jī)不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。通常的方法是，先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。其次是調(diào)試MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以進(jìn)行下面的應(yīng)用軟件調(diào)試。

1.5.3硬件電路調(diào)試的一般順序

1）檢查CPU的時(shí)鐘電路。通過(guò)測(cè)試ALE信號(hào)，如沒(méi)有ALE信號(hào)，則判斷是晶體或CPU故障，這稱之為“心臟”檢查。

2）檢查ABUS/DBUS的分時(shí)復(fù)用功能的地址鎖存是否正常。

3）檢查I/O地址分配器。一般是由部分譯碼或全譯碼電路構(gòu)成，如是部分譯碼設(shè)計(jì)，則排除地址重疊故障。

4）對(duì)擴(kuò)展的RAM、ROM進(jìn)行檢查調(diào)試。一般先后寫入55H、AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。因?yàn)檫@樣RAM、ROM的各位均寫入過(guò)‘0’、‘1’代碼。

5）用戶級(jí)I/O設(shè)備調(diào)試。如面板、顯示、打印、報(bào)警等等。

1.5.4軟件調(diào)試

軟件調(diào)試根據(jù)開(kāi)發(fā)的設(shè)備情況可以有以下方法：

1）交叉匯編

用IBMPC/XT機(jī)對(duì)MCS—51系列單片機(jī)程序進(jìn)行交叉匯編時(shí)，可借助IBMPC/XT機(jī)的行編輯和屏幕編輯功能，將源程序按規(guī)定的格式輸入到PC機(jī)，生成MCS—51HEX目標(biāo)代碼和LIST文件。

2）用匯編語(yǔ)言

現(xiàn)在有些單片STD工業(yè)控制機(jī)或者開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可直接使用匯編語(yǔ)言，借助CRT進(jìn)行匯編語(yǔ)言調(diào)試。

3）手工匯編

這種方法是最原始，但又是一種最簡(jiǎn)捷的調(diào)試方法，且不必增加調(diào)試設(shè)備。這種方法的實(shí)質(zhì)就是對(duì)照MCS—51指令編碼表，將源程序指令逐條地譯成機(jī)器碼，然后輸入到RAM重新進(jìn)行調(diào)試。在進(jìn)行手工匯編時(shí)，要特別注意轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、查表指令。必須準(zhǔn)確無(wú)誤地計(jì)算出操作碼、轉(zhuǎn)移地址和相對(duì)偏移量，以免出錯(cuò)。

4）以上3種方法調(diào)試完成以后，即可通過(guò)EPROM寫入器，將目標(biāo)代碼寫入EPROM中，并將其插至機(jī)器的相應(yīng)插座上，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。

硬件、軟件仿真調(diào)試經(jīng)過(guò)硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，即可進(jìn)入硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。實(shí)驗(yàn)室調(diào)試工作完成以后，即可組裝成機(jī)器，移至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)行和進(jìn)一步調(diào)試，并根據(jù)運(yùn)行及調(diào)試中的問(wèn)題反復(fù)進(jìn)行修改。

1.5.5調(diào)試

單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點(diǎn)是十分必要的。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，前面敘述的系統(tǒng)調(diào)試方法將會(huì)有助于從事這方面工作的技術(shù)人員及本專業(yè)的學(xué)習(xí)者。

第2章單片機(jī)的空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)和量化要求

2.1空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)字化控制

（以Infineon的8位單片機(jī)C504/C508）為例

2.1.1模糊智能控制

與普通空調(diào)的運(yùn)行方式不同，變頻空調(diào)的壓縮機(jī)需要連續(xù)運(yùn)行。其速度調(diào)節(jié)變得更加重要，要確保室內(nèi)溫度波動(dòng)限制在較小范圍內(nèi)。事實(shí)上永磁直流無(wú)刷電機(jī)是一個(gè)多變量，非線性，強(qiáng)耦合的對(duì)象，需要智能控制才能取得比較滿意的效果。考慮到8位單片機(jī)的資源有限，本系統(tǒng)采用模糊控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。因?yàn)镃504/C508的CCU單元的通道0在塊交換模式下降了參與電機(jī)換相外，還可用來(lái)完成捕獲動(dòng)作，故這個(gè)通道可以同時(shí)用于電機(jī)速度檢測(cè)。系統(tǒng)所用的模糊控制規(guī)則如下式：U=αE+（1-α）E式中，E為位速度誤差，Ec為速度誤差變化率，α為加權(quán)系數(shù)，在0和1之間取值，U為控制器輸出。通過(guò)調(diào)整加權(quán)系數(shù)，本系統(tǒng)可以對(duì)控制規(guī)則進(jìn)行在線修正。

2.1.2功率變換電路

功率變換電路及其驅(qū)動(dòng)和保護(hù)是直流無(wú)刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最核心的部分。功率變換電路主要是整流橋和逆變橋。目前在國(guó)內(nèi)變頻空調(diào)產(chǎn)品中這部分電路的角色主要是由智能功率模塊（IPM）來(lái)充當(dāng)。所謂IPM，就是將功率變換電路，驅(qū)動(dòng)，保護(hù)，檢測(cè)，輔助電源都集成在一個(gè)模塊內(nèi)。

2.1.3單片機(jī)控制系統(tǒng)中控制算法

(1)直接數(shù)字控制

當(dāng)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型能夠確定時(shí)，可采用直接數(shù)字控制。所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它表示系統(tǒng)輸入輸出及其內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。一般多用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出系統(tǒng)的特性曲線，然后再由此曲線確定出其數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)在經(jīng)常采用的方法是計(jì)算機(jī)仿真及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，由計(jì)算機(jī)確定出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，因而加快了系統(tǒng)模型的建立。當(dāng)系統(tǒng)模型建立后，即可選定上述某一種算法，設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，并求出差分方程。計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)就是按此差分方程計(jì)算并輸出控制量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制。

(2)數(shù)字化PID控制

由于被控對(duì)象是復(fù)雜的，因此并非所有的系統(tǒng)均可求出數(shù)學(xué)模型，有些即使可以求出來(lái)，但由于被控對(duì)象環(huán)境的影響，許多參數(shù)經(jīng)常變化，因此很難進(jìn)行直接數(shù)字控制。此時(shí)最好選用數(shù)字化PID（比例積分微分）控制。在PID控制算法中，以位置型和增量型2種PID為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)的要求，可對(duì)PID控制進(jìn)行必要的改進(jìn)。通過(guò)各種組合，可以得到更圓滿的控制系統(tǒng)，以滿足各種不同控制系統(tǒng)的要求。

2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字化

2.21采用數(shù)字化負(fù)荷隨動(dòng)控制理論

運(yùn)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)中央空調(diào)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行綜合、優(yōu)化；針對(duì)中央空調(diào)主機(jī)和輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的工況和末端負(fù)荷的變化，采集其瞬間多種變化參數(shù)，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行隨動(dòng)跟蹤；自動(dòng)、準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)冷凍（溫）水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，使中央空調(diào)主機(jī)運(yùn)行環(huán)境得以優(yōu)化，使得主機(jī)工質(zhì)和輔機(jī)系統(tǒng)各種流量跟隨末端負(fù)荷的變化而同步變化，確保中央空調(diào)系統(tǒng)在滿足舒適性的前提下，大幅度降低系統(tǒng)的能源消耗。即把負(fù)荷運(yùn)行所不需要的，而系統(tǒng)運(yùn)行又將會(huì)產(chǎn)生的這部分多余的冷量節(jié)省下來(lái)。

2.22中央空調(diào)數(shù)字化負(fù)荷隨動(dòng)節(jié)能控制系統(tǒng)

控制精度高，同頻精度和穩(wěn)定性好，可使中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到20%以上。該技術(shù)、產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)、國(guó)外處于領(lǐng)先水平，具有高效節(jié)能、安全、舒適和方便管理的顯著效果。

第3章結(jié)論

單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點(diǎn)是十分必要的。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的思路上過(guò)去那種過(guò)多注重價(jià)格因素而使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開(kāi)始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)高檔次的產(chǎn)品。由于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)手段目前仍以仿真器為主，公司能否提供廉價(jià)的仿真器，提供方便的技術(shù)服務(wù)與培訓(xùn)，較之能否提供高性能、低價(jià)位的單片機(jī)有著同等的重要性。各單片機(jī)廠商在開(kāi)發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這種競(jìng)爭(zhēng)與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)是相輔相成的。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者，由于單片機(jī)對(duì)各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。

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[6]吳金戌、沈慶陽(yáng)、郭庭吉《8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》清華大學(xué)出版社2002.

[7]數(shù)字電子技術(shù)

[8]模擬電子技術(shù)

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[12]李玉峰，倪虹霞.MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù).人民郵電出版社2004-5

第5章致謝

本論文設(shè)計(jì)在（）老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫作過(guò)程，無(wú)不凝聚著（）老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，（）老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向（）老師表示深深的感謝和崇高的敬意。

篇（2）

隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的智能機(jī)電一體化產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們不單要突出設(shè)備的自動(dòng)化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，否則就無(wú)法體現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。

1.系統(tǒng)受到干擾的主要原因和現(xiàn)象

由于單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個(gè)非常突出的問(wèn)題。單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用必須長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失。

影響單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)果設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。這些因素對(duì)控制系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入單片機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)量單元模擬信號(hào)的輸入通道，疊加在有用信號(hào)之上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是當(dāng)傳感器輸出弱信號(hào)時(shí)干擾更加嚴(yán)重。

（2）控制狀態(tài)失靈。微機(jī)輸出的控制信號(hào)常依賴某些條件的狀態(tài)輸入信號(hào)和這些信號(hào)的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的狀態(tài)信號(hào)受到干擾，引入虛假狀態(tài)信號(hào)，將導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。

（3）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于RAM存儲(chǔ)器是可以讀/寫的，故在干擾的侵害下，RAM中的數(shù)據(jù)有可能被竄改。在單片微機(jī)系統(tǒng)中，程序及表格、常數(shù)存于程序存儲(chǔ)器中，避免了這些數(shù)據(jù)受到干擾破壞，但對(duì)于內(nèi)RAM、外擴(kuò)RAM中的數(shù)據(jù)都有可能受到外界干擾而變化。根據(jù)干擾竄入的途徑、受干擾數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同，系統(tǒng)受損壞的情況也不同．有的造成數(shù)據(jù)誤差．有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件（如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口等）的工作狀態(tài)等。

（4）程序運(yùn)行失常。單片機(jī)控制系統(tǒng)中程序計(jì)數(shù)器的正常工作，是系統(tǒng)維持程序正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。如果外界干擾導(dǎo)致計(jì)數(shù)器的值改變，破壞了程序的正常運(yùn)行。由于受到干擾后計(jì)數(shù)器的值是隨機(jī)的，因而導(dǎo)致程序混亂。通常的情況是程序?qū)?zhí)行一系列毫無(wú)意義的指令，最后進(jìn)入"死循環(huán)"，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。

2.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的分析和方法

單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性技術(shù)涉及到生產(chǎn)過(guò)程的方方面面，不僅與設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、維護(hù)有關(guān)，還與生產(chǎn)管理、質(zhì)量監(jiān)控體系、使用人員的專業(yè)水平與素質(zhì)有關(guān)。這里主要是從技術(shù)角度分析提高系統(tǒng)可靠性的最常用方法。

導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的內(nèi)部因素主要有以下三點(diǎn)：

（1）元器件本身的性能與可靠性。元器件是組成系統(tǒng)的基本單元，其特性好壞與穩(wěn)定性直接影響整系統(tǒng)性能與可靠性。因此，在可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中，首要的工作是精選元器件，使其在長(zhǎng)期穩(wěn)定性、精度等級(jí)方面滿足要求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的可靠性不斷提高，現(xiàn)在小功率晶體管及中小規(guī)模IC芯片的實(shí)際故障大約為10×10-9/h。這為提高系統(tǒng)性能與可靠性提供了很好的基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括硬件電路結(jié)構(gòu)和運(yùn)行軟件設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)中要求元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)也可以消除或削弱外部干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，如去耦電路、平衡電路等。同時(shí)也可以采用冗余結(jié)構(gòu)，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，它是通過(guò)增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元〔包括硬件單元或軟件單元〕數(shù)目來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時(shí)也不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設(shè)計(jì)，目的是提高單片機(jī)系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，即能保持完成規(guī)定功能的能力。常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術(shù)、去耦電路、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)等。

軟件是微機(jī)系統(tǒng)區(qū)別于其它通用電子設(shè)備的獨(dú)到之處，通過(guò)合理編制軟件可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。常用的軟件措施主要有：一是信息冗余技術(shù)，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用而言，保持信號(hào)信息和重要數(shù)據(jù)是提高可靠性的主要方面。為防止系統(tǒng)故障等原因而丟失信息，常將重要數(shù)據(jù)或文件多重化，復(fù)制一份或多份"拷貝"，并存于不同空間，一旦某一區(qū)間或某一備份被破壞，則自動(dòng)從其它部分重新復(fù)制，使信息得以恢復(fù)。二是時(shí)間冗余技術(shù)，為提高單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，可采用重復(fù)執(zhí)行某一操作或某一程序，并將執(zhí)行結(jié)果與前一次結(jié)果進(jìn)行比較對(duì)照來(lái)確認(rèn)系統(tǒng)工作是否正常。只有當(dāng)兩次結(jié)果相同時(shí)，才被認(rèn)可，并進(jìn)行下一步操作。

若兩次結(jié)果不相同，可再次重復(fù)執(zhí)行一次，當(dāng)?shù)谌谓Y(jié)果與前兩次之中的一次相同時(shí)，則認(rèn)為另一結(jié)果是偶然故障引起的，應(yīng)剔除。若三次結(jié)果均不相同，則初步判定為硬件永久性故障，需進(jìn)一步檢查。這種辦法是用時(shí)間為代價(jià)來(lái)?yè)Q取可靠性，稱為時(shí)間冗余技術(shù)，也稱為重復(fù)檢測(cè)技術(shù)。三是故障自動(dòng)檢測(cè)與診斷技術(shù)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，為了保證能及時(shí)檢測(cè)出有故障裝置或單元模塊，以便及時(shí)把有用單元替換上去，就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線測(cè)試與診斷。這樣做的目的有兩個(gè)：一是為了判定動(dòng)作或功能的正常性；二是為了及時(shí)指出故障部位，縮短維修時(shí)間。四是軟件可靠性技術(shù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行軟件是系統(tǒng)要實(shí)行的各項(xiàng)功能的具體反映。軟件的可靠性主要標(biāo)志是軟件是否真實(shí)而準(zhǔn)確地描述了要實(shí)現(xiàn)的各種功能。因此對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程的了解程度直接關(guān)系到軟件的編寫質(zhì)量。提高軟件可靠性的前提條件是設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程的深入了解，并且使軟件易讀、易測(cè)和易修改。五是失效保險(xiǎn)技術(shù)：有些重要系統(tǒng)，一但發(fā)生故障時(shí)希望整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)處于安全或保險(xiǎn)狀態(tài)。此外，還有常見(jiàn)的數(shù)字濾波、程序運(yùn)行監(jiān)視及故障自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等。

（3）安裝與調(diào)試。元器件與整個(gè)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，是保證系統(tǒng)運(yùn)行與可靠性的重要措施。盡管元器件選擇嚴(yán)格，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理，但安裝工藝粗糙，調(diào)試不嚴(yán)格，仍然達(dá)不到預(yù)期的效果。

導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的外因是指單片機(jī)控制系統(tǒng)所處工作環(huán)境中的外部設(shè)備或空間條件導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不可靠因素，主要包括以下幾點(diǎn)：一是外部電氣條件，如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)等的影響；二是外部空間條件，如溫度、濕度，空氣清潔度等；三是外部機(jī)械條件，如振動(dòng)、沖擊等。

為保證系統(tǒng)可靠工作，必須創(chuàng)造一個(gè)良好的外部環(huán)境。例如：采取屏蔽措施、遠(yuǎn)離產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)干擾的設(shè)備；加強(qiáng)通風(fēng)以降低環(huán)境溫度；安裝緊固以防振動(dòng)等。

元器件的選擇是根本，合理安裝調(diào)試是基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是手段，外部環(huán)境是保證，這是可靠性設(shè)計(jì)遵循的基本準(zhǔn)則，并貫穿于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行的全過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)這些準(zhǔn)則，必須采取相應(yīng)的硬件或軟件方面的措施，這是可靠性設(shè)計(jì)的根本任務(wù)。

中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的工作環(huán)境，采用以上的系統(tǒng)抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施與方法，基本能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，充分地體現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)在不增加控制成本的情況提高機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化性能與智能性的優(yōu)越所在。

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篇（3）

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(見(jiàn)圖3)主要由細(xì)分電路、驅(qū)動(dòng)控制芯片和光耦隔離電路組成。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移和輸入的脈沖數(shù)目要求嚴(yán)格成正比。如果按照整步的工作方式，會(huì)受到步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)大、噪聲大等影響;運(yùn)用細(xì)分，不僅可使振動(dòng)和噪聲減小，且可以減小步進(jìn)電機(jī)誤動(dòng)作產(chǎn)生的平臺(tái)傾斜度偏移，從而減小激光定位的誤差;并且，細(xì)分?jǐn)?shù)取得越高，在遠(yuǎn)端產(chǎn)生的偏移量越小。為了使步進(jìn)電機(jī)工作的誤差盡可能的小，本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電路采用高細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128。圖3中，M1、M2、M3端為細(xì)分的設(shè)定端，根據(jù)這3端所提供的高低電平的不同，有1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128多種細(xì)分可選，當(dāng)三端全為高電平時(shí)，細(xì)分為128。CW/CCW端為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制端，CW/CCW為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。ST/VCC端為低電平時(shí)，THB6128進(jìn)入待機(jī)，功耗極低。另外，為了防止對(duì)電源或?qū)Φ囟搪罚撔酒瑑?nèi)置溫度保護(hù)及過(guò)流電路。驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)相連的端口均采用光耦隔離，U8、U10、U11為光耦隔離，防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)控制電路產(chǎn)生干擾;LED可以直觀顯示隔離控制的通斷。

1.2激光旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計(jì)

激光發(fā)射電路主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、激光發(fā)射控制電路、光耦隔離電路及細(xì)分電路構(gòu)成，如圖4所示。激光發(fā)射器控制電路主要完成控制激光發(fā)射器發(fā)射和轉(zhuǎn)動(dòng)，保證其發(fā)射的激光能實(shí)時(shí)完成激光接收靶跟蹤，使農(nóng)田平地機(jī)被實(shí)時(shí)控制。由單片機(jī)輸出的激光發(fā)射器發(fā)射信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路后輸入激光發(fā)射器控制電路。其中，JG為單片機(jī)P46端口的控制輸出端，U17為電路的光耦隔離器。激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制，由單片機(jī)輸出信號(hào)控制THB6128的使能、脈沖及方向端從而控制激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)。

1.3電源電路設(shè)計(jì)

電路選擇采用簡(jiǎn)單高效電源芯片LM2576，該穩(wěn)壓器是單片集成電路，能實(shí)現(xiàn)熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)，能驅(qū)動(dòng)3A負(fù)載。控制核心的電源設(shè)計(jì)如圖5所示。在直流電源輸入端加入TVS瞬變電壓抑制二極管PK6E22A，該二極管能在收到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，迅速將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗瑫r(shí)吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，有效地保護(hù)電子電路中的電子元器件免受浪涌脈沖的破壞［4］。為了防止功率地跟信號(hào)地之間的互相干擾，在電源電路設(shè)計(jì)中，功率地和信號(hào)地之間加入了電感L2進(jìn)行隔離。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)的工作環(huán)境的惡劣性，易對(duì)數(shù)據(jù)的采集造成干擾，再加上傾角傳感器自身存在的溫度漂移等，會(huì)加大傾角數(shù)據(jù)采集的誤差。因此，對(duì)傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)時(shí)，先采用基于限幅濾波法和遞推算術(shù)平均值濾波算法相結(jié)合的復(fù)合濾波法算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理［5］，接著采用角度偏移與溫度變化的三次曲線對(duì)傾角傳感器溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性［6］。另外，由于步進(jìn)電機(jī)的非線性特征，對(duì)其非線性參數(shù)進(jìn)行整定較困難，而常規(guī)的PID算法由于參數(shù)整定過(guò)程繁瑣，實(shí)施起來(lái)較復(fù)雜，并且在越接近預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時(shí)，越容易產(chǎn)生超調(diào)而抖動(dòng)，影響其控制效果的進(jìn)一步提高。因此，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID算法控制器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，能保證步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能提升，響應(yīng)時(shí)間縮短，動(dòng)態(tài)性能、自適應(yīng)性和魯棒性更佳。系統(tǒng)總體流程圖，如圖6所示。系統(tǒng)初始化后，首先進(jìn)行傾角數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)采集當(dāng)前的平臺(tái)的傾角數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)濾波和補(bǔ)償處理，直接交給單片機(jī)進(jìn)行判斷:如果到達(dá)調(diào)平的預(yù)設(shè)值，則結(jié)束。沒(méi)到達(dá)預(yù)設(shè)值的話，如果是大于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;如果小于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如此反復(fù)進(jìn)行平臺(tái)調(diào)整，直至達(dá)到預(yù)定的平臺(tái)傾斜度為止。

3試驗(yàn)分析

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)主要是為提高農(nóng)田平地機(jī)的雙激光源定位系統(tǒng)的精度做準(zhǔn)備，在雙激光源定位系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。而整個(gè)調(diào)平過(guò)程中，由于傾角傳感器和調(diào)平電機(jī)的特性，此控制系統(tǒng)主要受溫度影響。所以，本試驗(yàn)在激光發(fā)射器校準(zhǔn)完成后，設(shè)計(jì)了在加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法對(duì)電機(jī)控制，并在不同溫度環(huán)境下的試驗(yàn)。將調(diào)整平臺(tái)置于不同的溫度環(huán)境中，同時(shí)讓激光器支座處于允許的任意傾斜角度狀態(tài)，分別測(cè)試支座在大傾角(20°～30°)和小傾角(10°左右)狀態(tài)下系統(tǒng)調(diào)整的可靠性。

1)13℃時(shí)，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

2)13℃時(shí)，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示。由圖7、圖8可知，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制調(diào)平時(shí)，在農(nóng)平地過(guò)程中調(diào)平過(guò)程的前期，調(diào)平速度快，當(dāng)角度越接近目標(biāo)角度時(shí)，速度明顯減慢;若達(dá)到調(diào)平要求的預(yù)設(shè)精度值0．03°時(shí)，調(diào)平停止;而且在調(diào)平過(guò)程中很少出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)，調(diào)平完成的時(shí)間相對(duì)較短。

3)25℃，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖9所示。

4)25℃，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖10所示。由圖9和10可知，當(dāng)溫度變化時(shí)，平臺(tái)大傾斜角度和小傾斜角度的調(diào)平規(guī)律與圖7和8相似。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法后此系統(tǒng)受溫度影響不大。

篇（4）

引言

隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)和視頻檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能交通、設(shè)備制造等很多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的視頻檢測(cè)往往采用工控機(jī)作為其視頻處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。這種方法往往由于工控機(jī)處理速度的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)不同方向同時(shí)進(jìn)行視頻檢測(cè)，而且由于視頻檢測(cè)處理過(guò)程需要占用大量的處理時(shí)間，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制功能。

目前在遠(yuǎn)程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系統(tǒng)的通信平臺(tái)得到普遍的引用，但是DOS操作系統(tǒng)作為單任務(wù)操作系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多任務(wù)功能和實(shí)時(shí)處理的要求；而Windows操作系統(tǒng)作為視窗操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性也無(wú)法與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作相比擬。

本文提出一種以DSP作為視頻檢測(cè)處理芯片，以Linux為操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要包括視頻檢測(cè)卡和x86通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)2個(gè)部分。視頻檢測(cè)卡主要包括模擬圖像采集、轉(zhuǎn)換、DSP視頻檢測(cè)3個(gè)部分，每塊交換參數(shù)檢測(cè)卡擴(kuò)充PCI總線接口，插在通信開(kāi)發(fā)平臺(tái)的PCI總線插口上，通過(guò)PCI總線同通信平臺(tái)交換數(shù)據(jù)。通信平臺(tái)處理多塊交通參數(shù)檢測(cè)卡的通信問(wèn)題，將視頻檢測(cè)卡通過(guò)PCI總線傳送過(guò)來(lái)的視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給控制中心。系統(tǒng)的功能方框圖如圖1所示。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，視頻檢測(cè)卡功能主要分為：模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及DSP視頻檢測(cè)5個(gè)部分。視頻檢測(cè)卡流程如圖2所示。

本系統(tǒng)采用Philips公司的SAA7111A來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換。該芯片可實(shí)現(xiàn)多路選通、鎖相與時(shí)序、時(shí)鐘產(chǎn)生與測(cè)試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式：YUV4：1：1（12bit）、YUV4：2：2（16bit）、YUV4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時(shí)序不同，可以通過(guò)CPLD進(jìn)行邏輯控制FIFO來(lái)完成數(shù)據(jù)緩存的功能。

DSP是實(shí)時(shí)信號(hào)處理的核心。本系統(tǒng)采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點(diǎn)系列，C6211在這個(gè)系列中是性價(jià)比最高的一種。C6211處理器由3個(gè)主要部分組成：CPU內(nèi)核、存儲(chǔ)器和外設(shè)。集成外設(shè)包括EDMA控制器、外存儲(chǔ)器接口（EMIF）、主機(jī)口（HPI）、多通道緩沖接口（McBSP）、定時(shí)器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時(shí)鐘發(fā)生器。通過(guò)EMIF接口擴(kuò)充SDRAM，而PCI總線控制芯片的擴(kuò)展通過(guò)HPI接口。

PCI總線的接口芯片PCI9050，主要包括PCI總線信號(hào)接口和本地總線（LOCALBUS）信號(hào)。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，只需將本地總線信號(hào)的接口通過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接到DSP的HPI接口，同時(shí)擴(kuò)展PCI接口就可以完成其硬件電路設(shè)計(jì)。

2通信開(kāi)發(fā)平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通信開(kāi)發(fā)平臺(tái)以x86為核心器件，擴(kuò)充PCI總線，通過(guò)Modem撥號(hào)，實(shí)現(xiàn)x86與Internet的連接。

2.1PCI總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)

PCI設(shè)備有3種物理空間：配置空間、存儲(chǔ)器空間和I/O空間。配置空間是長(zhǎng)度為256字節(jié)的一段連接空間，空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設(shè)備標(biāo)識(shí)、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標(biāo)類型。其中供應(yīng)商代碼用來(lái)標(biāo)識(shí)設(shè)備供應(yīng)商的代碼；設(shè)備標(biāo)識(shí)用來(lái)標(biāo)識(shí)某一特殊的設(shè)備；修改版本標(biāo)識(shí)設(shè)備的版本號(hào)；分類代碼用來(lái)標(biāo)識(shí)設(shè)備的種類；頭標(biāo)類型用來(lái)標(biāo)識(shí)頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其它字段的值由供應(yīng)商分配。

命令字段寄存器用來(lái)提供設(shè)備響應(yīng)的控制命令字；狀態(tài)字段用來(lái)記錄PCI總線相關(guān)事件（詳細(xì)的命令控制和狀態(tài)讀取方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)4）。

基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設(shè)備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，bit0用來(lái)標(biāo)識(shí)是存儲(chǔ)器空間還是I/O地址空間。基地址寄存器映射到存儲(chǔ)器空間時(shí)bit0為“0”，映射到I/O地址空間時(shí)bit0為“1”。基地址空間中其它一些內(nèi)容用來(lái)表示PCI設(shè)備地址空間映射到系統(tǒng)空間的起始物理地址。地址空間大小通過(guò)向基地址寄存器寫全“1”，然后讀取其基地址的值來(lái)得到。

PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)過(guò)程主要包括下面幾個(gè)步驟。

首先，PCI設(shè)備的查找。在嵌入式操作系統(tǒng)中一般提供相應(yīng)的API函數(shù)，在Linux操作系統(tǒng)中通過(guò)函數(shù)pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供應(yīng)商代碼為PCI-ID，設(shè)備標(biāo)識(shí)為PCI-DEVICE的第n(index+1)個(gè)設(shè)備，并且返回總線號(hào)和功能號(hào)，分別保存于bus和devfn中。

第2步，PCI設(shè)備的配置。通過(guò)操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)訪問(wèn)PCI設(shè)備的配置空間，配置PCI設(shè)備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等，這樣可以得到PCI的存儲(chǔ)器空間和I/O地址空閑映射，設(shè)備的中斷號(hào)等。在Linux操作系統(tǒng)中，訪問(wèn)PCI設(shè)備配置空間的API函數(shù)有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等，它們分別完成對(duì)PCI設(shè)備配置空間的讀寫操作。

第3步，根據(jù)PCI設(shè)備的配置參數(shù)，對(duì)不同的設(shè)備編寫初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對(duì)PCI設(shè)備存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)程序。

2.2遠(yuǎn)程控制與通信鏈路的建立

與Internet連接的數(shù)據(jù)鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網(wǎng)的連接方式，廣泛應(yīng)用于本地計(jì)算機(jī)的連接。通過(guò)Modem進(jìn)行撥號(hào)連接的串行通信方式，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，下面詳細(xì)介紹串行通信接口協(xié)議方式。

串行通信協(xié)議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協(xié)議。SLIP和CSLIP提供一種簡(jiǎn)單的通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝方式，通過(guò)RS232串行接口和調(diào)試解調(diào)器接入Internet。但是這種簡(jiǎn)單的連接方式有很多缺陷，如每一端無(wú)法知道對(duì)方IP地址；數(shù)據(jù)幀中沒(méi)有類型字段，也就是1條串行線路用于SLIP就不能同時(shí)使用其它協(xié)議；SLIP沒(méi)有在數(shù)據(jù)幀中加上檢驗(yàn)和，當(dāng)SLIP傳輸?shù)膱?bào)文被線路噪聲影響發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，無(wú)法在數(shù)據(jù)鏈路層檢測(cè)出來(lái)，只能通過(guò)上層協(xié)議發(fā)現(xiàn)。

PPP（PointtoPointProtocal，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）修改了SLIP協(xié)議中的缺陷。PPP中包含3個(gè)部分：在串行鏈路上封裝IP數(shù)據(jù)報(bào)的方法；建立、配置及測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）；不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）。PPP相對(duì)于SLIP來(lái)說(shuō)具有很多優(yōu)勢(shì)；支持循環(huán)冗余檢測(cè)、支持通信雙方進(jìn)行IP地址動(dòng)態(tài)協(xié)商、對(duì)TCP和IP報(bào)文進(jìn)行壓縮、認(rèn)證協(xié)議支持（CHAP和PAP）等。圖4為PPP數(shù)據(jù)幀的格式。

PPP的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)2個(gè)后臺(tái)任務(wù)來(lái)完成。協(xié)議控制任務(wù)和寫任務(wù)。協(xié)議控制任務(wù)控制各種PPP的控制協(xié)議，包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來(lái)處理連接的建立、連接方式的協(xié)商、連接用戶的認(rèn)證以及連接中止。寫任務(wù)用來(lái)控制PPP設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送過(guò)程，就是通過(guò)寫任務(wù)往串行接口設(shè)備寫數(shù)據(jù)的過(guò)程，當(dāng)有數(shù)據(jù)報(bào)準(zhǔn)備就緒，PPP驅(qū)動(dòng)通過(guò)信號(hào)燈激活寫任務(wù)，使之完成對(duì)串行接口設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程。PPP接收端程序通過(guò)在串行通信設(shè)備驅(qū)動(dòng)中加入“hook”程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。在串行通信設(shè)備接收到1個(gè)數(shù)據(jù)之后，中行設(shè)備的中斷服務(wù)程序（ISR）調(diào)用PPP的ISR。當(dāng)1個(gè)正確的PPP數(shù)據(jù)幀接收之后，PPP的ISR通過(guò)調(diào)度程序調(diào)用PPP輸入程序，然后PPP輸入程序從串行設(shè)備的數(shù)據(jù)緩存中將整個(gè)PPP數(shù)據(jù)幀讀出，根據(jù)PPP的數(shù)據(jù)幀規(guī)則進(jìn)行處理，也就是分別放入IP輸入隊(duì)列或者協(xié)議控制任務(wù)的輸入隊(duì)列。

PPP現(xiàn)在已經(jīng)廣泛為各種ISP（InternetSeverProvider）接受，而Linux操作系統(tǒng)下完全支持PPP協(xié)議。在Linux下網(wǎng)絡(luò)配置過(guò)程中，通過(guò)1個(gè)Modem建立與ISP的物理上的連接，然后在控制面板（ControlPanel）里面選擇NetowrksConfiguration。在接口（Interface）里面加入PPP設(shè)備，填入ISP電話號(hào)碼、用戶以及密碼，同時(shí)將本地IP和遠(yuǎn)端IP設(shè)置為0.0.0.0，修改/ETC/PPP/OPTION，加上DEFAULTROUE，由ISP提供缺省路由，這樣就完成了設(shè)備的PPP數(shù)據(jù)鏈路設(shè)置過(guò)程，可以通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

結(jié)束語(yǔ)

篇（5）

2合理設(shè)計(jì)軟件

因?yàn)橐M(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)人值守，所以要自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，其中，控制的主要對(duì)象有：對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在運(yùn)行風(fēng)機(jī)的時(shí)候，反饋信號(hào)、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)、風(fēng)力參數(shù)、監(jiān)測(cè)電力參數(shù)等，從而確保機(jī)組能夠穩(wěn)定的運(yùn)行；在風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候，要根據(jù)運(yùn)行的相關(guān)步驟采取風(fēng)機(jī)全自動(dòng)開(kāi)車，進(jìn)而能夠確保開(kāi)車能夠穩(wěn)定進(jìn)行；對(duì)槳距進(jìn)行控制，從而確保機(jī)組能夠穩(wěn)定、安全運(yùn)行；對(duì)偏航進(jìn)行控制，從而確保風(fēng)機(jī)正對(duì)著風(fēng)向而得到最多的風(fēng)能。當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)速要比啟動(dòng)風(fēng)速要低、并網(wǎng)故障、剎車故障等情況的時(shí)候，要立刻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)操作。

2.1控制的相關(guān)策略

當(dāng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的時(shí)候，風(fēng)輪的槳葉是不動(dòng)的，其槳距的角度應(yīng)為90°，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中氣流不會(huì)對(duì)槳葉產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以槳葉實(shí)質(zhì)上就是阻尼板。當(dāng)風(fēng)速與啟動(dòng)風(fēng)速一致的時(shí)候，槳葉會(huì)向0°轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)氣流對(duì)槳葉所產(chǎn)生的功角，促使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并入到電網(wǎng)之前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)將會(huì)控制槳距系統(tǒng)中的槳距角的給定值。同時(shí)，轉(zhuǎn)速控制器會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，合理的對(duì)槳距角設(shè)定值進(jìn)行改變，而變槳距系統(tǒng)則會(huì)按照給出的槳距角的參考值，有效的對(duì)速度進(jìn)行控制并對(duì)槳距角進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)風(fēng)速大于等于額定風(fēng)速的時(shí)候，風(fēng)電機(jī)組將會(huì)處于額定功率狀態(tài)。同時(shí)，轉(zhuǎn)速控制也會(huì)變成功率控制，而且變槳距系統(tǒng)將會(huì)控制發(fā)電機(jī)的功率所發(fā)出的信號(hào)。額定功率即是控制信號(hào)給定值恒定。給定值與功率反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比時(shí)，如果功率超過(guò)額定功率，槳葉槳距就會(huì)轉(zhuǎn)向迎風(fēng)面積正在變少的方向；如果功率沒(méi)有超過(guò)額定功率，槳葉槳距就會(huì)轉(zhuǎn)向迎風(fēng)面積正在增加的方向。

2.2合理控制風(fēng)機(jī)啟動(dòng)

當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，要采用風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)風(fēng)速的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)風(fēng)速大于啟動(dòng)風(fēng)速的時(shí)候，要啟動(dòng)風(fēng)機(jī)；當(dāng)風(fēng)速小于啟動(dòng)風(fēng)速的時(shí)候，要繼續(xù)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量。在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的時(shí)候，要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調(diào)到零度以及確保風(fēng)機(jī)能夠正面迎風(fēng)。在對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)切入轉(zhuǎn)速的時(shí)候，就能夠?qū)嵭胁⒕W(wǎng)發(fā)電。

2.3合理控制偏航

合理控制偏航的目的在于確保風(fēng)機(jī)能夠在迎面對(duì)著風(fēng)向的時(shí)候，能夠得到最大化的風(fēng)能，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，如果偏航角和風(fēng)向角的差額不超過(guò)15°的時(shí)候，就可以認(rèn)定風(fēng)機(jī)是迎面對(duì)著風(fēng)向的。對(duì)控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要遵循快捷進(jìn)行控制的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而能夠更好的避免在執(zhí)行時(shí)所出現(xiàn)的繁瑣動(dòng)作。如果電纜纏繞了多達(dá)兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風(fēng)電機(jī)組能夠安全的運(yùn)行。同時(shí)，在進(jìn)行解纜的時(shí)候風(fēng)電機(jī)組要采用正常停機(jī)的方式，并要采用自動(dòng)偏航后才能合理的進(jìn)行解纜。

2.4合理控制風(fēng)機(jī)停機(jī)

如果風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，比如，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)冷卻水的溫度比較高、風(fēng)機(jī)的溫度比較高、槳距系統(tǒng)的液壓油位比較低等的時(shí)候，要及時(shí)發(fā)出停機(jī)警告，從而促使風(fēng)機(jī)停機(jī)。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)速超出相關(guān)限度的時(shí)候，由于風(fēng)機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)受到一定的限制，所以一定要脫網(wǎng)停機(jī)。在停機(jī)的時(shí)候，要及時(shí)把槳距角調(diào)整到90°,確保停機(jī)時(shí)的安全性。

2.5合理控制槳距

在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)滯后，要憑借對(duì)槳距角的調(diào)節(jié)去調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的功率，如果額定功率小于實(shí)際功率的時(shí)候，PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出和功率之間的差距成為比例的信號(hào)，如果功率偏差低于0的時(shí)候，要憑借進(jìn)槳來(lái)促使功率的增加，同時(shí)，如果功率的偏差在-5且+5的時(shí)候，不能夠?qū)嵭凶儤瑥亩軌虮苊膺^(guò)度頻繁的進(jìn)行變槳。

篇（6）

2菇棚溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2．1菇棚的溫度控制原理

寧夏南部山區(qū)杏鮑菇生產(chǎn)基地采用大棚式培養(yǎng)方式，作為對(duì)杏鮑菇生長(zhǎng)起最重要影響的因素，溫度顯得尤為重要［8］。菇棚溫度采用自動(dòng)記錄儀對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，利用空調(diào)對(duì)菇棚溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于溫度控制系統(tǒng)具有大時(shí)變、非線性、滯后性等特點(diǎn)，采用模糊控制非常合適［9－10］。本文對(duì)菇棚的溫度進(jìn)行了控制設(shè)計(jì)，最終采用模糊PID控制方案，達(dá)到對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，從而將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。菇棚溫度控制系統(tǒng)的原理如圖3所示。圖3中，虛線框內(nèi)的部分在工業(yè)控制環(huán)境中大多由PLC等控制設(shè)備完成，而這些設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)模糊PID的控制功能。因此，將虛線框部分在Simulink中實(shí)現(xiàn)，把在Simulink中創(chuàng)建的模糊PID控制器直接應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。菇棚實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)原理圖如圖4所示。圖4中，該系統(tǒng)以PCACCESS軟件作為OPC服務(wù)器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模塊和OPCRead模塊與Simulink進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。傳感變送裝置檢測(cè)溫度后將電信號(hào)傳送給S7－200PLC的模擬量輸入模塊EM231，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得出溫度值;PCACCESS軟件從PLC中讀取溫度值，通過(guò)OPCRead模塊傳送給Simulink;在Simulink中與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較后，進(jìn)行模糊PID計(jì)算，將結(jié)果通過(guò)OPCWrite模塊傳送給PCACCESS軟件，經(jīng)PCACCESS軟件寫入到PLC中，計(jì)算分析得出數(shù)字量，輸出到模擬量輸出模塊EM232，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給溫控裝置(空調(diào))，實(shí)現(xiàn)對(duì)菇棚溫度的模糊PID控制。

2．2模糊PID控制系統(tǒng)

2．2．1模糊PID控制器的設(shè)計(jì)菇棚的溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，而常規(guī)的PID控制則需建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控過(guò)程的適應(yīng)性差，算法得不到滿意的控制效果。單純使用模糊控制時(shí)，控制精度不高、自適應(yīng)能力有限，可能存在穩(wěn)態(tài)誤差，引起振蕩［11－12］。因此，本文針對(duì)PID控制和模糊控制的各自特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，可以利用模糊控制規(guī)則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線修改，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)菇棚溫度的實(shí)時(shí)控制，將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。基于上述分析，將菇棚溫度作為研究對(duì)象，E、EC作為模糊控制器的輸入，其中E為設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度值的差值。PID控制器的3個(gè)參數(shù)KP、KI、KD作為輸出。設(shè)輸入變量E、EC和輸出變量的KP、KI、KD語(yǔ)言值的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，誤差E和誤差變化率EC的論域?yàn)閧－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的論域?yàn)閧－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的論域?yàn)閧－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的論域?yàn)閧－3，－2，－1，0，1，2，3}。為了論域的覆蓋率和調(diào)整方便，均采用三角形隸屬函數(shù)。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的分析和工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，得出KP、KI、KD的模糊控制規(guī)則表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系統(tǒng)的模糊PID控制器的模型，如圖5所示。2．2．2系統(tǒng)的仿真菇棚溫度的傳遞函數(shù)采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α為慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，為純滯后時(shí)間。設(shè)定菇棚溫度值為15℃，常規(guī)PID控制器的仿真結(jié)果如圖6所示，模糊PID控制器的仿真結(jié)果如圖7所示。結(jié)果表明，菇棚溫度控制系統(tǒng)采用模糊PID控制器具有超調(diào)小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能較好地滿足系統(tǒng)的要求。

3Simulink與S7－200PLC數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)

PCACCESS軟件是專用于S7－200PLC的OPC服務(wù)器軟件，它向作為客戶機(jī)的MATLAB/OPC客戶端提供數(shù)據(jù)信息。在菇棚溫度控制系統(tǒng)中，模糊PID控制器的輸出值和反饋值就是Simulink與S7－200PLC進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的具體步驟如下:1)打開(kāi)軟件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，單擊右鍵設(shè)置“PC/PG”接口，本文選用“PC/PPI(cable)”。然后，右鍵單擊“MicroWin(USB)”進(jìn)入“新PLC”，添加監(jiān)控S7－200PLC，本文默認(rèn)名稱為“NewPLC”。右鍵單擊所添加的新PLC的名稱，進(jìn)入“NewItem”添加變量，本文為輸出值“wendu1”和反饋值“wendu2”，設(shè)置完成，如圖8所示。PCACCESS軟件自帶OPC客戶測(cè)試端，客戶可以將創(chuàng)建的條目拖入測(cè)設(shè)中心進(jìn)行測(cè)試，觀察通信質(zhì)量，如圖9所示。測(cè)試后的通信質(zhì)量為“好”。2)打開(kāi)MATLAB，在工作空間輸入命令“opctool”后，將彈出OPCTool工具箱的窗口，在該窗口的MAT-LABOPCClients對(duì)話框下單擊右鍵，進(jìn)入“AddClient”添加客戶端，用戶名默認(rèn)“l(fā)ocalhost”，ServerID選擇“S7200．OPCServer”;與PCACCESS軟件連接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加組和項(xiàng)，把在PCACCESS軟件中創(chuàng)建的兩個(gè)變量“wendu1”和“wendu2”添加到項(xiàng)中，操作完成后結(jié)果如圖10所示。3)新建Simulink文件，導(dǎo)入模糊PID控制器模型，調(diào)用OPCWrite模塊、OPCRead模塊和OPCConfigura-tion模塊，設(shè)置OPCWrite模塊和OPCRead模塊的屬性，把OPC工作組中的變量“wendu1”添加到OPCWrite模塊中，把變量“wendu2”添加到OPCRead模塊中，設(shè)置完成后兩個(gè)模塊與控制器相連，如圖11所示。這樣，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就完成了。

篇（7）

本文所控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以HITV代手為控制對(duì)象。該手略小于成年人人手，具有5根手指，每根手指2個(gè)指節(jié)，大拇指還另有一個(gè)內(nèi)旋/外展關(guān)節(jié)，共有11個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)，整個(gè)手由6個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每根手指安裝有力矩傳感器、位置傳感器、指尖六維力傳感器。控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)系統(tǒng)分割成幾個(gè)模塊，通過(guò)通用接口建立相互連接，使整個(gè)控制系統(tǒng)可以放置在仿人假手內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

2基于FPGA的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仿人假手電氣控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)假手各手指的驅(qū)動(dòng)控制、多種傳感器信息的采集以及與上位機(jī)(PC或PCI控制卡)之間的通信。該控制系統(tǒng)由10個(gè)模塊組成，分別為:由FPGA組成的主控芯片模塊、USB接口模塊、拇指控制電路模塊、食指控制電路模塊、中指控制電路模塊、無(wú)名指控制電路模塊、小指控制電路模塊、肌電信號(hào)采集模塊、電池管理系統(tǒng)模塊、電刺激反饋模塊。模塊化設(shè)計(jì)方法增加了控制系統(tǒng)的靈活性與獨(dú)立性，便于對(duì)模塊單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試與修改。電氣系統(tǒng)總體功能框圖如圖1。

2．1FPGA主控芯片模塊設(shè)計(jì)

FPGA主控芯片模塊采用Altera公司CycloneⅢ系FP-GA芯片EP3C25F25617作為控制核心，負(fù)責(zé)肌電信號(hào)和多種傳感器信號(hào)的處理、與手指電路的通信、USB通信、CAN通信接口等功能。同時(shí)，主控芯片模塊還負(fù)責(zé)大拇指內(nèi)旋/外展自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。各個(gè)功能通過(guò)VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫，F(xiàn)PGA中嵌入雙NIOS核構(gòu)成雙核處理器，其中一個(gè)NIOS核用于肌電信號(hào)處理，另一個(gè)NIOS核用于通信;雙核通過(guò)2M的EEPROM進(jìn)行通信。FPGA功能框圖如圖2。RS—485通信通過(guò)在NIOS核內(nèi)自定義元件AutoSCI控制RS—485收發(fā)接口芯片MAX3362實(shí)現(xiàn)。MAX3362收發(fā)芯片可通過(guò)3．3V低壓實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送。CAN與LVDS通信采用復(fù)用電路設(shè)計(jì)(圖3)，通過(guò)更換接收發(fā)送接口芯片完成功能轉(zhuǎn)換。CAN通信采用TI公司的CAN收發(fā)器SN65HVD230QD作為接口芯片。LVDS通信采用TI公司的半雙工LVDS收發(fā)接口芯片SN65LVDM176，構(gòu)成PPSeCo高速串行通信系統(tǒng)與PCI控制卡通信，通信速率可達(dá)25Mbps，保證控制信息與傳感器信息傳送的及時(shí)性。拇指內(nèi)旋/外展自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)由NIOS核中自定義元件PWM控制。元件功能通過(guò)VHDL語(yǔ)言編寫，PWM波周期和占空比均可調(diào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用MPC17531A，其內(nèi)部集成雙H橋，可直接控制直流有刷電機(jī)。

2．2手指運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)

五根手指的運(yùn)動(dòng)控制模塊采用相同的設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)系統(tǒng)的互換性與通用性。該模塊由DSP作為控制核心，直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MPC17531A作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)手指電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，力矩傳感器、位置傳感器、電機(jī)電流傳感器信號(hào)的采集與處理，以及與觸覺(jué)傳感器系統(tǒng)的通信，最后各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過(guò)RS—485通信接口與主控芯片模塊通信。控制模塊如圖4。該模塊采用的DSPTMS320F28027運(yùn)行速率高，封裝小。內(nèi)部集成的16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)對(duì)力矩、位置、電機(jī)電流信號(hào)的采樣。串行異步通信接口通過(guò)RS—485收發(fā)接口芯片實(shí)現(xiàn)與主控芯片模塊通信。EPWM模塊可直接控制直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MPC17531A。如圖5，關(guān)節(jié)力矩傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)包括力矩傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。力矩傳感器基于應(yīng)變?cè)恚捎脙x表放大器INA337組成半橋電路對(duì)力矩信號(hào)進(jìn)行放大后通過(guò)RC濾波電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片。如圖6，關(guān)節(jié)位置傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)包括位置傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。位置傳感器基于旋轉(zhuǎn)電位器原理，采用集成運(yùn)放MAX9618對(duì)電位器信號(hào)進(jìn)行放大后通過(guò)RC濾波電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片。

2．3肌電信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

肌電信號(hào)采集模塊用來(lái)采集肌電電極的信號(hào)以及對(duì)信號(hào)的濾波和D/A轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在CPU中，包括RC電路組成的濾波電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字信號(hào)通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為3．3V電壓，通過(guò)SPI接口輸入到CPU中央處理器。

2．4電池管理系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

電池管理模塊包括電池、電流傳感器、蜂鳴器電路、LED顯示電路。電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池輸出電流大小，通過(guò)LED顯示電路和蜂鳴器電路顯示充電狀態(tài)和電池電量過(guò)低報(bào)警。

篇（8）

2、Dupline現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)

該工程中用Dupline現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集皮帶機(jī)保護(hù)信號(hào)送入選煤廠PLC控制系統(tǒng)，使用Dupline現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)可降低選煤廠建設(shè)總投資，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)選煤廠內(nèi)帶式輸送機(jī)累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)270m時(shí)，使用Dupline總線系統(tǒng)作為皮帶保護(hù)的總投資將小于將保護(hù)信號(hào)直接送入PLC的總投資。該廠主廠房生產(chǎn)控制系統(tǒng)皮帶機(jī)累計(jì)長(zhǎng)度560m，需用跑偏開(kāi)關(guān)26對(duì)、拉繩開(kāi)關(guān)19個(gè)、失速開(kāi)關(guān)7個(gè)和堵溜槽開(kāi)關(guān)7個(gè)。Dupline現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由四種基本元件組成：網(wǎng)關(guān)模塊、輸入模塊、輸出模塊和兩芯電纜。在主廠房控制系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)模塊型號(hào)為：G38910020，網(wǎng)關(guān)模塊負(fù)責(zé)將Dupline數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，反之亦然。網(wǎng)關(guān)模塊為PLC和Dupline現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化方法，每個(gè)網(wǎng)關(guān)可帶數(shù)字量點(diǎn)數(shù)為128個(gè)，但距離長(zhǎng)達(dá)幾公里時(shí)其所帶數(shù)字量點(diǎn)數(shù)要適當(dāng)減少。本廠所用數(shù)字量輸入模塊型號(hào)為G50101106和G50102206，跑偏開(kāi)關(guān)和失速開(kāi)關(guān)內(nèi)裝2206數(shù)字量輸入模塊，拉繩開(kāi)關(guān)和堵溜槽開(kāi)關(guān)內(nèi)裝1106數(shù)字量輸入模塊，1106模塊和2206模塊的區(qū)別在于1106為1通道，2206為2通道，這兩種數(shù)字量輸入模塊都可以通過(guò)Dupline網(wǎng)絡(luò)直接供電，無(wú)需再拉電源線。Dupline系統(tǒng)所用總線電纜為：RVVSP2×1.5型屏蔽雙絞線，所有Dupline數(shù)字量輸入模塊通過(guò)同一條兩芯電纜與Dupline網(wǎng)關(guān)模塊相連接，通過(guò)編碼工具為每個(gè)數(shù)字量輸入模塊設(shè)置唯一的地址編碼。主廠房生產(chǎn)控制系統(tǒng)中用到G38910020型網(wǎng)關(guān)模塊1塊、數(shù)字量輸入模塊G50101106型和G50102206型分別為26塊和33塊、測(cè)試工具1套、編碼工具1套和配套總線電纜。

3、現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的問(wèn)題

3.1廠家配套電控箱的安裝問(wèn)題

電控箱包括閥門控制箱、壓濾機(jī)電控柜、電子皮帶秤、除鐵器控制箱等，這些電控箱由電氣施工單位安裝還是配套廠家安裝的問(wèn)題。在技術(shù)協(xié)議中，廠家不負(fù)責(zé)設(shè)備安裝，只負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)指導(dǎo)；這部分的安裝費(fèi)及附加耗材無(wú)法在電氣圖紙中體現(xiàn)，導(dǎo)致電氣廠家和電氣施工單位都不愿意做這部分工作。解決方法：在技術(shù)協(xié)議中要求配套廠家配齊成套設(shè)備所需電纜，并負(fù)責(zé)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試，另外，機(jī)制專業(yè)在畫(huà)設(shè)備安裝圖時(shí)應(yīng)體現(xiàn)設(shè)備配套電控柜。

篇（9）

2控制系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)組網(wǎng)

考慮到生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及中頻退火干擾等因素，我們選擇了市場(chǎng)上技術(shù)比較成熟應(yīng)用較廣的西門子系統(tǒng)。生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，地輥運(yùn)輸機(jī)和各個(gè)液壓站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太網(wǎng)模塊，這樣所有的設(shè)備均能通過(guò)以太網(wǎng)連接至中控室交換機(jī)，通過(guò)中控室工程師站調(diào)試設(shè)備更改程序，通過(guò)操作員站遠(yuǎn)程操作設(shè)備，查詢各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)、故障內(nèi)容等信息。在線測(cè)徑儀采用天津兆瑞公司的最新產(chǎn)品，通過(guò)以太網(wǎng)通信，能夠?qū)崟r(shí)顯示鋼筋的基圓尺寸、縱肋高度等信息，為在線質(zhì)量檢測(cè)提供了可靠保證，也為在線質(zhì)量自動(dòng)調(diào)整提供了前提。所有設(shè)備通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接至主操作室交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)交換。

2.2生產(chǎn)線主站與遠(yuǎn)程IO組態(tài)

生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，按照距離遠(yuǎn)近將設(shè)備分成7個(gè)從站，采用ET200S和ET200M的遠(yuǎn)程IO，所有站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與主站CPU連接，7個(gè)從站分別是上料機(jī)站、軋機(jī)站、飛剪吐絲輥道站、集卷站、中頻1站、中頻2站和中頻3站。在需要操作和監(jiān)控的地方設(shè)置了觸摸屏，采用西門子的MP277觸摸屏，通過(guò)以太網(wǎng)與主站PLC通信。

2.3主站PLC與變頻器DP通信

現(xiàn)場(chǎng)變頻器均采用偉肯NXP系列，通過(guò)調(diào)取偉肯提供的GSD文件，對(duì)各個(gè)變頻器組態(tài)。根據(jù)工藝及機(jī)械要求，包括上料機(jī)的送料小車、旋轉(zhuǎn)小車和升降臺(tái)共3臺(tái)變頻器；軋機(jī)部分1臺(tái)變頻器；廢鋼剪切裝置1臺(tái)變頻器；夾送裝置1臺(tái)變頻器；吐絲機(jī)1臺(tái)變頻器；輸送輥道8臺(tái)變頻器；集卷站的升降臺(tái)、托盤、小車3臺(tái)變頻器。共計(jì)18臺(tái)變頻器，通過(guò)DP總線實(shí)時(shí)傳遞啟停信號(hào)和速度指令。

2.4控制要點(diǎn)

2.4.1生產(chǎn)線自動(dòng)化控制

生產(chǎn)線的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在全自動(dòng)上料機(jī)、全自動(dòng)集卷站、全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線上。全自動(dòng)上料機(jī)從上料到送料再到換料，基本實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，每次只需在原料接頭后按按鈕確認(rèn)即可，整機(jī)包括二十余個(gè)接近開(kāi)關(guān)和五個(gè)光電開(kāi)關(guān)，為自動(dòng)化提供條件。全自動(dòng)集卷站與全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線互相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落料，自動(dòng)剪切，自動(dòng)換料架，整機(jī)也有十余個(gè)接近開(kāi)關(guān)和數(shù)個(gè)光電開(kāi)關(guān)。全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線由百余節(jié)軌道組成，料架在運(yùn)輸線上自動(dòng)運(yùn)行，完成卸料。

2.4.2生產(chǎn)線速度匹配

由于整條生產(chǎn)線從上料到集卷為一整條長(zhǎng)絲，因此對(duì)生產(chǎn)線的速度匹配提出了較高要求，特別是軋機(jī)與夾送電機(jī)之間，夾送電機(jī)太快容易將鋼筋拉細(xì)，太慢又容易堆鋼，在電機(jī)的控制模式上選擇了速度控制與轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的方式，滿足了控制要求。吐絲機(jī)的速度決定了產(chǎn)品的圈形大小，而且速度的快慢與圈形的大小并不是線性的關(guān)系。最終，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，吐絲機(jī)的速度采用自動(dòng)調(diào)整加手動(dòng)微調(diào)的方式進(jìn)行控制，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.4.3軋機(jī)閉環(huán)控制與中頻退火

無(wú)論是生產(chǎn)線速度匹配還是中頻退火都要求軋機(jī)速度穩(wěn)定，對(duì)軋機(jī)變頻器采取帶編碼器的閉環(huán)矢量控制方式，基本滿足要求。中頻退火作為整條生產(chǎn)線的工藝核心，基本滿足了輸出穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、高效節(jié)能的要求，為生產(chǎn)高性能產(chǎn)品提供了依據(jù)。而軋機(jī)與中頻的工藝配方也為全線的自動(dòng)化與高速生產(chǎn)提供了保證。該工藝配方是合力公司幾年來(lái)生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)晶，具有很高的實(shí)用性和適應(yīng)性，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4.4飛剪碎斷

生產(chǎn)線啟動(dòng)時(shí)中頻退火的啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)的廢鋼，為滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求，需要將之從成品中去除，于是便有了飛剪碎斷裝置。該裝置是在原來(lái)的定尺剪切的基礎(chǔ)上改裝得來(lái)，用變頻器替換了伺服控制器，這就對(duì)變頻器的啟動(dòng)加速和制動(dòng)減速性能提出了很高要求。如果加速時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在切到半圈內(nèi)不能達(dá)到生產(chǎn)線速度，就會(huì)產(chǎn)生堆鋼。如果中頻退火達(dá)到規(guī)定溫度，在停切時(shí)不能及時(shí)停車，就會(huì)造成飛車，影響生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行。最終采用凸輪控制模式，滿足了生產(chǎn)工藝要求，既不會(huì)使變頻器加速報(bào)警，又保證了及時(shí)制動(dòng)。

篇（10）

蒸發(fā)器的示意所示，其工作流程大致可描述為：待濃縮的稀液從蒸發(fā)器上部進(jìn)入蒸發(fā)器E1201，吸收過(guò)熱蒸汽提供的熱量，稀液中的水分變成二次蒸汽從蒸發(fā)器頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)器底部排出；濃縮液濃度不能在線測(cè)量；稀液流量為F1201，稀液管線上設(shè)閥門V1201；濃縮液流量為F1202，濃縮液管線上設(shè)閥門V1202；二次蒸汽流量為F1203，二次蒸汽管線上設(shè)閥門V1203；從蒸發(fā)器中部通入滿足工藝要求的過(guò)熱蒸汽，蒸汽流量為F1105，過(guò)熱蒸汽管線上設(shè)閥門V1105；換熱后的過(guò)熱蒸汽變?yōu)槔淠懦觥Ｕ舭l(fā)器為真空操作，蒸發(fā)器液位為L(zhǎng)1201，溫度為T1201，壓力為P1201。

1．2工藝流程分析蒸發(fā)器的工藝流程可以具體描述為：

1）打開(kāi)稀液流量閥V1201，向蒸發(fā)器E1201注入稀液，并使蒸發(fā)器液位穩(wěn)定在80％左右。

2）打開(kāi)過(guò)熱蒸汽流量閥V1105和二次蒸汽流量閥V1203，向蒸發(fā)器通入過(guò)熱蒸汽，使蒸發(fā)器溫度達(dá)到108℃，并保持穩(wěn)定。

3）待濃縮液濃度達(dá)到7．5％時(shí)，開(kāi)啟濃縮液流量閥V1202，開(kāi)始連續(xù)出料，使?jié)饪s液流量達(dá)到4．63kg／s，并保持流量平穩(wěn)。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2．1控制要求與技術(shù)指標(biāo)

（1）控制要求

基礎(chǔ)過(guò)程控制（BPCS）的任務(wù)是保證蒸發(fā)器溫度、濃縮液濃度以及濃縮液流量均符合工藝要求。根據(jù)工藝要求可以將BPCS的控制任務(wù)分解為：建立蒸發(fā)器液位、提升蒸發(fā)器溫度、蒸發(fā)器提升負(fù)荷運(yùn)行、濃縮液濃度控制、蒸發(fā)器溫度控制、蒸發(fā)器液位控制、濃縮液流量控制。

（2）系統(tǒng)安全要求

現(xiàn)代過(guò)程控制系統(tǒng)包括基本過(guò)程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)（SIS）。蒸發(fā)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)壓力過(guò)大而引起事故，因此SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。

2．2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

考慮到安全可靠和經(jīng)濟(jì)適用的同時(shí)兼顧，本方案選擇了西門子的PLCS7416－2F，與PCS7BOX構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，兩個(gè)CPU同時(shí)具有基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（BPCS）和安全控制系統(tǒng)（SIS）的功能，正常運(yùn)行狀態(tài)下PCS7BOX執(zhí)行BPCS功能，PLCS7416－2F執(zhí)行SIS功能。BPCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)共用一個(gè)工程師站和一個(gè)操作員站，這樣避免了傳統(tǒng)DCS和SIS之間復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，節(jié)省了成本與安裝費(fèi)用，系統(tǒng)中備件品種少，經(jīng)濟(jì)性好，并且可以互為代用，便于維護(hù)。BPCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)之間的通信連接采用光纖實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高。此外，PCS7BOX和冗余PLC相互獨(dú)立，冗余系統(tǒng)的存在與否不影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)擴(kuò)展此系統(tǒng)，使此系統(tǒng)一方面可與管理系統(tǒng)對(duì)接，另一方面具有了良好的可擴(kuò)展性，能方便地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，同時(shí)使此系統(tǒng)的維護(hù)也變得更加方便。

3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3．1儀表供配電設(shè)計(jì)

為保證供電的安全和可靠，設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按照用電儀表的電壓等級(jí)和電源類型進(jìn)行設(shè)計(jì)。本方案采用二級(jí)供電方式，由第一級(jí)總供電箱直接向設(shè)置在底層的各二級(jí)供電箱供電，并在第二級(jí)供電系統(tǒng)中同樣設(shè)置總供電箱、分供電箱。供電系統(tǒng)可采用多回路供電的配電方式，將各分供電箱分別接到總供電箱上的各組端子上，這樣在靈活分配用電負(fù)荷的同時(shí)能夠分散端子故障所帶來(lái)的影響。

3．2輸入／輸出模塊配置

BPCS和SIS的輸入／輸出模塊配置相類似，以BPCS為例，在分析控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。確定了BPCS所需配置的I／O點(diǎn)數(shù)后，即可進(jìn)行輸入／輸出模塊的選擇。本方案選擇西門子公司的分布式I／O產(chǎn)品ET200M。

3．3系統(tǒng)控制柜設(shè)計(jì)

接下來(lái)是系統(tǒng)控制柜的設(shè)計(jì)，包括主控制柜和分控制柜的設(shè)計(jì)，確定控制柜以及輸入輸出模塊后，繪制系統(tǒng)輸入輸出模塊的接線原理圖。

3．4系統(tǒng)組態(tài)

在SIMATICManager中完成系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3上半部分所示，左邊是BPCS系統(tǒng)的硬件組態(tài)，右邊是SIS系統(tǒng)的硬件組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)如圖3的下半部分所示，完成BPCS功能和SIS功能的DCS和PLC均掛接在PROFIBUS總線上。PCS7BOX和IM153－2分別是BPCS的CPU和ET200M通信模塊；AS400F和IM153－2FO則是SIS的CPU和ET200M通信模塊。

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4．1控制程序總體設(shè)計(jì)

根據(jù)程序的功能以及程序執(zhí)行情況，控制程序可以被劃分為3個(gè)部分：

1）啟動(dòng)組織塊OB100。OB100在PLC啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次，通過(guò)該組織塊可以實(shí)現(xiàn)初始化操作。

2）主程序OB1。OB1由操作系統(tǒng)不斷地循環(huán)調(diào)用。通過(guò)OB1可以進(jìn)行系統(tǒng)常規(guī)處理，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，比如更新程序中的標(biāo)志，并進(jìn)行相應(yīng)處理。

3）循環(huán)中斷OB35。循環(huán)中斷組織塊按照設(shè)定的時(shí)間間隔執(zhí)行中斷程序。在循環(huán)中斷中完成模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算，最后是控制量輸出。

4．2控制程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）S7CFC編程語(yǔ)言

CFC（ContinuousFunctionChart，連續(xù)功能圖）用圖形的方式連接程序庫(kù)中的各種功能塊，包括從簡(jiǎn)單的邏輯操作到復(fù)雜的閉環(huán)和開(kāi)環(huán)控制等領(lǐng)域。編程的時(shí)候?qū)⑿枰墓δ軌K復(fù)制到圖中并用線連接起來(lái)即可。定時(shí)中斷程序即采用CFC來(lái)編寫。

（2）定時(shí)中斷的整體結(jié)構(gòu)

在定時(shí)中斷中進(jìn)行模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算以及控制信號(hào)輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)超限時(shí)的報(bào)警和停車。程序的控制單元主要有：溫度控制、液位控制、濃度控制等。不同被控量所需定時(shí)中斷的時(shí)間間隔均不相同，定時(shí)時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況來(lái)確定。

4．3推理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)分析，可以看出被控對(duì)象的特點(diǎn)是多回路、多參數(shù)、強(qiáng)耦合。因此控制策略為：將復(fù)雜大系統(tǒng)分解成相對(duì)獨(dú)立的簡(jiǎn)單子系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制律力求簡(jiǎn)單實(shí)用。其中，根據(jù)對(duì)被控對(duì)象的分析，發(fā)現(xiàn)濃縮液濃度不可在線測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)濃度的準(zhǔn)確控制，采用了推理控制策略，利用可實(shí)時(shí)測(cè)得的稀液流量、濃縮液流量以及二次蒸汽流量，通過(guò)推理運(yùn)算實(shí)現(xiàn)濃度的間接控制。推理控制算法采用SCL（類似于C語(yǔ)言）進(jìn)行編程，并將其編譯成模塊，供CFC編程調(diào)用。BPCS部分主要采用連續(xù)功能圖CFC實(shí)現(xiàn)。

4．4系統(tǒng)安全SIS設(shè)計(jì)

作為保證生產(chǎn)安全的重要措施，安全控制系統(tǒng)主要包含安全儀表和信號(hào)報(bào)警兩部分。大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程要求安全儀表系統(tǒng)和信號(hào)報(bào)警遵循失效安全原則，使工業(yè)設(shè)備在發(fā)生故障的時(shí)候轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。在本方案中，包括了報(bào)警指示、緊急停車聯(lián)鎖等安全控制。緊急停車聯(lián)鎖在蒸發(fā)器裝置的機(jī)械設(shè)備故障、某些過(guò)程參數(shù)越限、系統(tǒng)自身故障或稀液進(jìn)料中斷時(shí)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施緊急停車。緊急停車聯(lián)鎖能自動(dòng)產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動(dòng)作，使工藝裝置和人員處于安全狀態(tài)。

4．5系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)使用西門子WinCC組態(tài)軟件對(duì)操作員站進(jìn)行了組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器的實(shí)時(shí)控制及調(diào)整、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控與管理。WinCC使生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)能夠以文字、圖像、曲線和報(bào)警等多種形式清晰地表達(dá)出來(lái)，同時(shí)能夠記錄生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的事件，供歷史查詢使用，還可以組態(tài)可打印的報(bào)表。

篇（11）

2.過(guò)程分析

圖1是一個(gè)十字路口示意圖。分別用1、2、3、4表明四個(gè)流向的主車道，用a、b、c、p分別表示各主車道的左行車道、直行車道、右行車道以及人行道。用a、b、c、p分別表示左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)和人行道的交通信號(hào)燈，如圖2所示。

交通燈閃亮的過(guò)程：

路口1的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

3a3b2p綠3c紅+4a4b4c3p全紅+1c綠1a1b4p紅+2c綠2a2b1p紅

路口2的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

4a4b3p綠4c紅+1a1b1c4p全紅+2c綠2a2b1p紅+3c綠3a3b2p紅

故路口3的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

1a1b4p綠1c紅+2a2b2c1p全紅+3c綠3a3b2p紅+4c綠4a4b3p紅

故路口4的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

2a2b1p綠2c紅+3c3a3b2p全紅+4c綠4a4b3p紅+1c綠1a1b4p紅

圖1：十字路通示意圖

圖2：十字路口通行順序示意圖

圖3：十字路通指示燈示意圖

圖4：交通燈控制系統(tǒng)硬件框圖

3、硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件上采用at89c52單片機(jī)和可編程并行接口芯片8155，分別控制圖2所示的四個(gè)組合。at89c52單片機(jī)具有mcs-51內(nèi)核，片內(nèi)有8kbflash、256字節(jié)ram、6個(gè)中斷源、1個(gè)串行口、最高工作頻率可達(dá)24mhz，完全可以滿足本系統(tǒng)的需要；與其他控制方法相比，所用器件可以說(shuō)是比較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的。

4、軟件流程圖

圖5：交通燈控制系統(tǒng)流程圖

5、交通燈控制系統(tǒng)軟件

org0000h

ljmpmain

org0100h

main:

movsp,#60h

;lcalldir;調(diào)用日期、時(shí)間顯示子程序

loop:

movp1,#0ffh

ljmptest

lcallroad1;路口1的車直行時(shí)各路口燈亮情況

lcalldly30s;延時(shí)30秒

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口高電平

lcallreset;恢復(fù)8155各口為高電平

lcallyellow1;路口1的車直行--%26gt;路口2的車直行黃燈亮情況

lcalldly5s;延時(shí)5秒

lcallreset;恢復(fù)8155各口為高電平

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口

lcallroad2;路口2的車直行時(shí)各路口燈亮情況

lcalldly30s;延時(shí)30秒

lcallreset;恢復(fù)8155a、b口為高電?

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口高電平

lcallyellow2;路口2的車直行--%26gt;路口3的車直行黃燈亮情況

lcalldly5s;延時(shí)5秒

lcallreset;恢復(fù)8155a、b口為高電?

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口高電平

lcallroad3;路口3的車直行時(shí)各路口燈亮情況

lcalldly30s;延時(shí)30秒

lcallreset;恢復(fù)8155a、b口為高電?

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口高電平

lcallyellow3;路口3的車直行--%26gt;路口4的車直行黃燈亮情況

lcalldly5s;延時(shí)5秒

lcallreset;恢復(fù)8155各口為高電平

movp1,#0ffh;恢復(fù)p1口高電平

ljmptest

lcallroad4;路口4的車直行時(shí)各路口燈亮情況

lcalldly30s;延時(shí)30秒

setbp1.5;恢復(fù)p1.5高電平

setbp1.4;恢復(fù)p1.4高電平

movdptr,#0ffffh;恢復(fù)8155各口為高電平

lcallyellow4;路口4的車直行--%26gt;路口1的車直行黃燈亮情況

lcalldly5s;延時(shí)5秒

setbp1.6;恢復(fù)p1.6高電平

setbp1.3;恢復(fù)p1.3高電平

movdptr,#0ffffh;恢復(fù)8155各口為高電平

ljmploop

;路口1的車直行時(shí)各路口燈亮情況3a3b2p綠3c紅+4a4b4c3p全紅+1c綠1a1b4p紅+2c綠2a2b1p紅

road1:

movdptr,#7f00h;置8155命令口地址；無(wú)關(guān)位為1）

mova,#03h;a口、b口輸出，a口、b口為基本輸入輸出方式

movx@dptr,a;寫入工作方式控制字

incdptr;指向a口

mova,#79h;1a1b4p紅1c綠2a2b1p紅

movx@dptr,a

incdptr;指向b口

mova,#0e6h;3a3b2p綠3c紅4a4b3p紅

movx@dptr,a

movp1,#0deh;4c紅2c綠

ret6、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可現(xiàn)自動(dòng)控制，具有一定的智能性；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。

本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對(duì)獨(dú)立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。

6、參考資料