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智能控制器范文第1篇

關(guān)鍵詞:智能控制器;ARM;110kV高壓隔離開(kāi)關(guān);CPLD;電磁兼容

1系統(tǒng)總體方案

1.1110kV高壓智能開(kāi)關(guān)柜本課題探究的智能高壓開(kāi)關(guān)柜其實(shí)也就是數(shù)字傳輸站的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是信息采集以及數(shù)字關(guān)鍵組件和這個(gè)智能電子設(shè)備簡(jiǎn)易爆炸裝置的關(guān)鍵設(shè)備智能高壓開(kāi)關(guān)柜。需要探究的是一組智能高壓開(kāi)關(guān)柜能夠控制以及監(jiān)控等功能，集成智能高壓開(kāi)關(guān)柜不斷自我保護(hù)以及這個(gè)自的功能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)直接連接到我們的一個(gè)發(fā)電站。包含單元工作狀態(tài)顯示、故障顯示以及這些參數(shù)選擇查詢顯示的具體按鈕，這些操作設(shè)備選擇的具體按鈕，包括有開(kāi)關(guān)按鈕，還有本地/開(kāi)關(guān)從遠(yuǎn)處看，以及這個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)。因?yàn)榘ㄏ蘖鞅Ｗo(hù)，過(guò)壓，過(guò)熱還有我們會(huì)遇到的這個(gè)接地故障，同時(shí)是能夠根據(jù)需要隨機(jī)地去組合起來(lái)。課題中探究的這個(gè)自我診斷能力表示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析還有具體的這些處理，包括有故障預(yù)測(cè)，以及判斷剩余使用壽命的開(kāi)關(guān)，同時(shí)還計(jì)算維護(hù)期間，和其他功能。隔離開(kāi)關(guān)在設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易爆炸裝置110kV智能高壓開(kāi)關(guān)柜的一部分，用于我們的這個(gè)110kV的高壓輸電線路過(guò)程中，簡(jiǎn)易爆炸裝置的特點(diǎn)和功能智能電子設(shè)備。1.2控制器總體設(shè)計(jì)原則按照統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全站儀國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的平臺(tái)，它的基本特性測(cè)量、控制、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)還有我們的這個(gè)功能一體化和信息交互，同時(shí)我們的這個(gè)智能電子設(shè)備可是能夠用獨(dú)立的外在智能電子數(shù)字通信設(shè)備或在原位智能操作箱上面進(jìn)行操作，最后順利完成數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換還有狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及智能電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)智能控制，本課題中對(duì)具體數(shù)據(jù)采集、信息通信和傳輸，以及過(guò)程中的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和故障自檢，和其他功能。

2SCM模塊設(shè)計(jì)

本文探究的是基于ARM還有這個(gè)CPLD設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)控制模塊，通常來(lái)說(shuō)是保持原來(lái)的一部分以及機(jī)械傳動(dòng)以及這個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不變，從而完成設(shè)計(jì)新的控制部分。一般來(lái)說(shuō)是由旋轉(zhuǎn)變壓器開(kāi)關(guān)位置信息采集，以及我們的數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)字信息到CPU后，所以是能夠較好完成實(shí)時(shí)顯示開(kāi)關(guān)的角度為了確定位置和狀態(tài)。課題中探究了繼電器控制部分改用電力電子設(shè)備，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)的使用固態(tài)繼電器，課題中還研究了繼電器驅(qū)動(dòng)電路使用光學(xué)器件。通常來(lái)說(shuō)保護(hù)裝置和電路通信網(wǎng)絡(luò)付款接收命令或者說(shuō)是這樣一個(gè)上傳狀態(tài)，在我們的這個(gè)隔離單元的狀態(tài)切換到主IED以及最后具體接收IED裝置發(fā)送到命令的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而最后完成隔離開(kāi)關(guān)智能控制。在我們使用具體電子電流傳感器檢測(cè)電機(jī)電流的過(guò)程中，電流超過(guò)一定值的SSR斷開(kāi)，能夠較好地防止電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)和意外損壞。CPLD也就是我們說(shuō)的通常用戶根據(jù)自己的需求和構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路、CPLD通過(guò)修改其內(nèi)部與已經(jīng)固定連接電路邏輯功能來(lái)完成的一個(gè)編程，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)內(nèi)部使用固定長(zhǎng)度的導(dǎo)線互連的整個(gè)邏輯塊，通常來(lái)說(shuō)它具有較強(qiáng)的這樣一個(gè)抗干擾能力。我們的具體系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分是程序設(shè)計(jì)的主題。圖1中可以看到，軟件設(shè)計(jì)中必須特別要去注意層次化還有模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。通信程序一般來(lái)說(shuō)是負(fù)責(zé)物理信道的數(shù)據(jù)，而且還需要去按照相應(yīng)的通信協(xié)議發(fā)送獲取我們的這個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。

3系統(tǒng)程序總體設(shè)計(jì)流程

MDK環(huán)境中控制器程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，調(diào)試，通常來(lái)說(shuō)系統(tǒng)在開(kāi)始之前會(huì)先去完成這個(gè)存儲(chǔ)管理單元和微處理器存儲(chǔ)保護(hù)單元的這些配置工作，然后才去完成這個(gè)初始化庫(kù)函數(shù)和堆棧指針。一般來(lái)說(shuō)我們系統(tǒng)初始化是繁瑣的，而且其中在根據(jù)不同的需求的這些時(shí)鐘芯片資源分配我們的時(shí)鐘模塊過(guò)程中，課題探究的這個(gè)系統(tǒng)定時(shí)器配置模塊、定時(shí)器以及我們的這個(gè)采樣參數(shù)等等，也是建立了一個(gè)DMA通道，通常來(lái)說(shuō)這個(gè)電流傳感器定時(shí)器設(shè)置，例如我們的這個(gè)芯片引腳輸出配置。同時(shí)還有STM32處理器支持線的工作模式以及我們的工作模式，當(dāng)復(fù)位以及我們的異常返回線程模型的這個(gè)過(guò)程中，我們的主程序是運(yùn)行在這些具體模式。當(dāng)整個(gè)的處理器異常將進(jìn)入到需要處理的一個(gè)模式。我們的在線程棧使用過(guò)程模式，同時(shí)會(huì)去中斷返回新的任務(wù)和任務(wù)切換之前，并且這里的軟件必須存儲(chǔ)在任務(wù)堆棧寄存器R4R1l，之后這組寄存器從堆棧彈出當(dāng)執(zhí)行一個(gè)新任務(wù)時(shí)，調(diào)整堆棧值和返回值，最后完成中斷返回。本課題中的這個(gè)主程序流程設(shè)計(jì)，以及這個(gè)單片機(jī)模塊正常條件下電動(dòng)機(jī)電路不工作，對(duì)于探究的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)程序測(cè)試程序，同時(shí)這里的開(kāi)關(guān)信號(hào)收集和溫度和濕度的測(cè)試程序。通常來(lái)說(shuō)是除了模擬信號(hào)采集，以及我們環(huán)境通常是需要收集和檢測(cè)的溫度和濕度，最后也就是確定系統(tǒng)硬件工作溫度和濕度是合適的;權(quán)力需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，最后也就是確保整個(gè)模塊的正常運(yùn)行。本課題探究中的SCM模塊控制進(jìn)給運(yùn)行之后，例如，需要開(kāi)關(guān)的時(shí)候，這個(gè)隔離開(kāi)關(guān)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的簡(jiǎn)易爆炸裝置關(guān)閉命令信號(hào)，同時(shí)還有這個(gè)單片機(jī)模塊，繼電器電路電力開(kāi)關(guān)，另外在SSR后常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，我們的這個(gè)電機(jī)電路的傳導(dǎo)，同時(shí)還有這個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)作用機(jī)理的操作。通常來(lái)說(shuō)我們的電動(dòng)機(jī)和運(yùn)行機(jī)制三個(gè)齒輪減速裝置，以及之后具體操作符輸出軸旋轉(zhuǎn)本體驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)接觸開(kāi)關(guān)還有這個(gè)角度傳感器、角度信號(hào)采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控隔離開(kāi)關(guān)的位置。另外在具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的角度來(lái)看，我們這個(gè)在具體輸出軸連桿機(jī)械驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)作用機(jī)制，從課題中的這個(gè)SCM模塊能夠傳達(dá)出具置信號(hào)，通常來(lái)說(shuō)單片機(jī)模塊控制繼電器響應(yīng)的動(dòng)作，以及我們的電機(jī)控制電路、制動(dòng)電路傳導(dǎo)的力量將放電電路的電樞電流消耗，關(guān)閉過(guò)程完成。

4各數(shù)據(jù)采集模塊軟件程序

信息采集的各種數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度，濕度，同時(shí)一般來(lái)說(shuō)是根據(jù)角度傳感器信息采集和顯示，另外我們的電流傳感器采集和檢測(cè)電流和電機(jī)保護(hù)模塊。4.1基于AM2301的濕度采集及通信程序AM23O1濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊的數(shù)字信號(hào)輸出校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)的形式程序存儲(chǔ)在內(nèi)部的單片機(jī)。微處理器基于單總線和傳感器是主從結(jié)構(gòu)，通常來(lái)說(shuō)是傳感器響應(yīng)，主機(jī)訪問(wèn)傳感器必須嚴(yán)格遵循單一序列。4.2溫度采集和顯示STM32基于IZC通信總線的DS18B20程序部分代碼:宏定義:#defineI2C1_SLAVE_ADDRESS70x30#defineI2C2_SLAVE_ADDRESS70x30#defineBufferSize4#defineC1ockSpeed200000DS18B20初始化的子程序:InitDS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(85);DQ=1;delay(14);}通常來(lái)說(shuō)主控制器是能夠向DS18B20讀數(shù)值，并且可以設(shè)定門(mén)限值，部分程序如下:ReadTemperature(void){InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Ox44);delay(125);InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Oxbe);tempt=ReadOneChar();tempH=ReadOneCharU;/溫度轉(zhuǎn)換，通常是經(jīng)過(guò)下面把高低位的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為實(shí)際溫度temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625;……4.3電機(jī)過(guò)流保護(hù)通常來(lái)說(shuō)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)往往產(chǎn)生過(guò)載，一般來(lái)說(shuō)在當(dāng)前形勢(shì)下，隔離開(kāi)關(guān)的電動(dòng)馬達(dá)是1000w的功率三個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)，Ie=1額定電壓，倘若這個(gè)超過(guò)您可以抓住電機(jī)工作電流，尤其是當(dāng)阻塞反過(guò)來(lái)，這個(gè)電流瞬時(shí)值突然增加通常來(lái)說(shuō)回超過(guò)預(yù)想值，也就非常有容易引起電動(dòng)機(jī)的損壞。鎖定轉(zhuǎn)子條件為了更好地保護(hù)電機(jī)損壞電機(jī)，通常來(lái)說(shuō)電機(jī)如果空氣開(kāi)關(guān)，所以當(dāng)電動(dòng)機(jī)電路通道被堵住了，不過(guò)我們現(xiàn)在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)和斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)控制器電路，通常來(lái)說(shuō)有效斷開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)跳閘電路保護(hù)電動(dòng)機(jī)。一般來(lái)說(shuō)是因?yàn)楫?dāng)前值一直在不停地變化，所以說(shuō)我們電機(jī)的實(shí)際熱量積累量大于熱積累量的計(jì)算，通常來(lái)說(shuō)就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的行動(dòng)。表達(dá)式的逆時(shí)間算法參數(shù)設(shè)置在很大程度上影響電動(dòng)機(jī)保護(hù)的靈敏度，因此我們需要確定正確的逆時(shí)間參數(shù)。

5結(jié)語(yǔ)

智能控制器范文第2篇

關(guān)鍵詞 AT91RM9200 智能控制器 Linux 硬件設(shè)計(jì)

在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，嵌入式系統(tǒng)已越來(lái)越多地應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、智能儀表、控制系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域。本文論述基于ARM920T微控制器的AT91RM9200、采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種智能控制器平臺(tái)，提供一具體被控對(duì)象，可供人員在其上驗(yàn)證各類(lèi)控制算法的實(shí)際控制效用。主要是論述其硬件實(shí)現(xiàn)。

1 智能控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能控制器的整體方略是實(shí)現(xiàn)一閉環(huán)控制，提供一溫度被控對(duì)象，目的是控制對(duì)象溫度達(dá)到期望值，途徑是通過(guò)改變PWM占空比進(jìn)而改變加熱對(duì)象的電加熱膜的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.1硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件機(jī)構(gòu)如圖1所示。嵌入式微處理器是系統(tǒng)的核心，采用ATMEL公司的AT91RM9200芯片，它負(fù)責(zé)處理ADC從對(duì)象那里采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際與期望值進(jìn)行控制算法運(yùn)算后，最終確定PWM波形的占空比，當(dāng)PWM輸出為高電平時(shí)，加熱膜導(dǎo)通，反之截止。

SDRAM用于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)程序的存取，選用兩片HY57V561620，64MB空間足夠操作系統(tǒng)使用；引導(dǎo)程序Boot loader、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及相關(guān)配置參數(shù)固化在NOR Flash內(nèi)；物理層網(wǎng)絡(luò)芯片LXT971通過(guò)MII接口同AT91RM9200連接，用于系統(tǒng)與上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊；為方便系統(tǒng)測(cè)試和應(yīng)用程序調(diào)試，還配備了標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口、調(diào)試DBGU串口和USB HOST。

圖1 智能控制器硬件結(jié)構(gòu)

1.2軟件結(jié)構(gòu)

嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，本智能控制器選用Linux操作系統(tǒng)?；贚inux的軟件結(jié)構(gòu)需要完成如下幾個(gè)方面的工作。

1.2.1 引導(dǎo)程序Boot loader的編譯，它是連接操作系統(tǒng)與硬件的紐帶，主要起初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖、為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確環(huán)境的作用。它的移植與硬件密切相關(guān)，需根據(jù)實(shí)際硬件平臺(tái)進(jìn)行修改；

1.2.2 Linux內(nèi)核的裁剪和移植，文件系統(tǒng)ram disk的制作；

1.2.3 ADC、PWM驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。成功嵌入Linux后，就可以進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)了。被控量通過(guò)ADC采集，電加熱膜的導(dǎo)通時(shí)間由PWM占空比控制，所以還需編寫(xiě)基于Linux內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)程序。

2 智能控制器硬件電路設(shè)計(jì)

2.1電源與復(fù)位電路

本系統(tǒng)需要三種直流電源，一是給AT91RM9200內(nèi)核、鎖相環(huán)PLL和振蕩器供電的1.8V，一是器件I/O接口所需的3.3V，還有USB接口使用的5V。其中系統(tǒng)對(duì)1.8V核心電壓的品質(zhì)要求較高，再加之系統(tǒng)精密，所以需要有足夠的保護(hù)冗余設(shè)計(jì)。電源電路采用兩級(jí)電壓轉(zhuǎn)換的方式。第一級(jí)先降輸入電壓到5V，USB接口直接使用該電源；第二級(jí)分別使用低壓降穩(wěn)壓器LDO輸出噪聲較小的3.3V和1.8V。

系統(tǒng)復(fù)位電路如圖3所示。選用IMP706作系統(tǒng)μP監(jiān)控芯片，利用該電路可以實(shí)現(xiàn)上電、掉電、手動(dòng)復(fù)位、電源電壓監(jiān)控、看門(mén)狗等功能。PFI為電源故障電壓監(jiān)控輸入，當(dāng)PFI小于l.25V時(shí)，電源故障輸出FPO變?yōu)榈碗娖?；WDI是看門(mén)狗輸入，

當(dāng)其保持高電平或低電平達(dá)1.6s時(shí)可使內(nèi)部定時(shí)器完成計(jì)數(shù)，并置WDO為低；復(fù)位輸出RESET低電平有效；看門(mén)狗輸出WDO如果連接到MR將會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào)；為了觸發(fā)復(fù)位，需將PFO接至MR端[1]。

圖2 電源電路

圖3 復(fù)位電路

2.2 時(shí)鐘電路

AT91RM9200的電源控制器PMC集成了兩個(gè)振蕩器和兩個(gè)PLL，可以提供系統(tǒng)所需的所有時(shí)鐘。圖4是本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路，包括兩個(gè)外部晶振、兩個(gè)PLL的外部二階濾波器以及外部時(shí)鐘信號(hào)所必須的電源供給VDDPLL。

2.3存儲(chǔ)器接口電路

本系統(tǒng)SDRAM和NOR Flash的接口電路由于篇幅原因，這里不再給出。參考文獻(xiàn)[2]，就可以知道EBI引腳同NOR Flash和SDRAM存儲(chǔ)控制器間的關(guān)系。需要說(shuō)明的是，AT91RM9200的外部總線接口EBI設(shè)計(jì)可以確保多個(gè)外設(shè)與基于ARM器件的內(nèi)置控制存儲(chǔ)器間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。EBI集成了靜態(tài)存儲(chǔ)、SDRAM和Burst Flash三個(gè)外部存儲(chǔ)控制器，并提供額外的SmartMedia和CompactFlash邏輯支持；數(shù)據(jù)通過(guò)16或32位數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸，高達(dá)26位的地址總線可對(duì)64M字節(jié)空間尋址；8個(gè)芯片選擇口NCS[7:0]，優(yōu)化的引腳復(fù)用以減少外部存儲(chǔ)器的等待時(shí)間[2]。

圖4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路

2.4以太網(wǎng)接口電路

本系統(tǒng)選用的PHY層收發(fā)芯片是Intel公司的全雙工網(wǎng)絡(luò)通信接口電路LXT971A，它符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，支持100BASE-TX和10BASE-T應(yīng)用，并提供MII接口可以很好地同10/100MACs連接。圖3-9給出了LXT971A的接口電路。AT91RM9200的MAC可提供兩種與PHY互連的接口，獨(dú)立媒體接口MII和精簡(jiǎn)獨(dú)立媒體接口RMII。在我們的系統(tǒng)中，考慮MII多占用的IO口并未與其他外設(shè)沖突，再加之RMII所需的50MHz有源晶振多少會(huì)增加硬件設(shè)計(jì)中電源去耦和電磁兼容的難度，我們選擇使用MII接口。

圖4 以太網(wǎng)接口電路

2.5 調(diào)試與USB接口

本系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口電路如圖5所示。JTAG標(biāo)準(zhǔn)的目的是用測(cè)試數(shù)據(jù)輸入TDI、測(cè)試模式選擇TMS、測(cè)試時(shí)鐘輸入TCK和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出TDO四個(gè)信號(hào)來(lái)測(cè)試芯片的內(nèi)部狀態(tài)并進(jìn)行故障檢測(cè)，JTAGRST為測(cè)試復(fù)位，低電平有效，電路上上述五個(gè)信號(hào)端都需要上拉電阻。NRST是系統(tǒng)復(fù)位，調(diào)試完畢后可以通過(guò)復(fù)位鍵使其復(fù)位。

AT91RM9200的調(diào)試串口DBGU實(shí)現(xiàn)特性同標(biāo)準(zhǔn)USART串口100％兼容，為方便調(diào)試，達(dá)到將調(diào)試信息通過(guò)串口在PC超級(jí)終端打印出來(lái)的目的，DBGU必然需要保留，考慮可能要與其他開(kāi)發(fā)板進(jìn)行串口連接，系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了一通用串口。相關(guān)電路見(jiàn)圖5。

AT91RM9200(208引腳PQFP封裝)內(nèi)置兩個(gè)USB控制器，一個(gè)是USB 2.0全速主機(jī)端口USB Host，片上收發(fā)器，集成FIFO及專(zhuān)用的DMA通道；另一個(gè)是USB2.0全速設(shè)備端口USB Device，片上收發(fā)器，2K字節(jié)可配置的集成FIFO?？刂菩盘?hào)分別為HDMA、HDRA、DDM、DDP。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，兩個(gè)端口我們都占用，其中HOST接口主要用于應(yīng)用程序進(jìn)行U盤(pán)調(diào)試時(shí)插拔U盤(pán)，而系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行連接則采用Device接口。USB電路原理圖見(jiàn)圖5。

圖5 調(diào)試與USB接口電路

2.6 模擬量輸入輸出與PWM

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)串行外設(shè)，ADC和DAC，它們分別由片選線NPCS0、NPCS1控制。ADC部分的原理圖見(jiàn)圖6。選用的芯片是Analog Device公司推出的12位16通道逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490，高速，低功耗。5V電壓供電時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1MBPS，典型功耗9mW、最大僅有12.5 mW。DA轉(zhuǎn)換器AD420也是選擇的Analog Device公司的產(chǎn)品，高達(dá)16位的分辨率；靈活的串行數(shù)字接口，最大速率可達(dá)3.3 Mb/s，可通過(guò)3線制或異步制同MCU相連，我們采用的是三線制；轉(zhuǎn)換后的模擬輸出信號(hào)可以是0-5V電壓，也可以是4-20mA、0-20mA或0-24mA電流，可通過(guò)引腳進(jìn)行實(shí)際配置。

AT91RM9200的I/O引腳最大輸出電流僅8mA，這對(duì)于加熱來(lái)說(shuō)是完全不夠的，需要進(jìn)行電流放大。采用MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管IRF620，6A漏極連續(xù)電流滿足需求，電子開(kāi)關(guān)可以頻繁開(kāi)關(guān)也非常適用于PWM控制方式下控制電熱膜的加熱。

圖6 AD、DA與PWM電路

三、結(jié)束語(yǔ)

詳細(xì)介紹了包括電源復(fù)位模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器單元、網(wǎng)絡(luò)接口、調(diào)試通訊接口以及ADC、PWM輸出在內(nèi)的智能控制器平臺(tái)的硬件電路設(shè)計(jì)。在移植完Linux系統(tǒng)后，開(kāi)發(fā)完ADC及PWM驅(qū)動(dòng)程序，即可建出智能控制器平臺(tái)的整體架構(gòu)。接下來(lái)的主要工作還需辨識(shí)出被控對(duì)象的模型，編寫(xiě)相應(yīng)控制算法，以在其上驗(yàn)證控制算法的實(shí)際控制效果。

參考文獻(xiàn)：

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智能控制器范文第3篇

關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場(chǎng)總線通訊； M2M； 可編程邏輯控制器； 工業(yè)PC

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）16?0110?04

0 引 言

制造物聯(lián)是對(duì)制造資源信息與產(chǎn)品信息的動(dòng)態(tài)感知、智能處理與優(yōu)化控制的一種新型制造模式和信息服務(wù)模式，是通過(guò)將RFID，M2M為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)集成應(yīng)用，構(gòu)建服務(wù)于供應(yīng)鏈、制造過(guò)程、物流配送、售后服務(wù)、再制造等產(chǎn)品各生命周期階段的基礎(chǔ)性、開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。將推動(dòng)制造業(yè)向全球化、信息化、智能化、綠色化方向發(fā)展。

M2M是制造物聯(lián)的基礎(chǔ)之一，其中M可以是人（Man），也可以是機(jī)器（Machine），M2M泛指人、機(jī)器之間建立連接的所有技術(shù)和手段，旨在通過(guò)通信技術(shù)將機(jī)器之間通信、機(jī)器控制通信、人機(jī)交互通信、移動(dòng)互聯(lián)通信等不同類(lèi)型的通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起[1?2]。在現(xiàn)有的許多大型工程裝備類(lèi)行業(yè)，通常采用可編程邏輯控制器（PLC）作為設(shè)備的控制系統(tǒng)。

現(xiàn)有性能可靠、安全性高的PLC產(chǎn)品幾乎都被國(guó)外企業(yè)所壟斷，成本較高。并且由于PLC制造商之間存在競(jìng)爭(zhēng)，不同制造商生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品采用的通訊協(xié)議不同，之間無(wú)法進(jìn)行直接通訊，因此要想與自身原有的PLC網(wǎng)絡(luò)兼容，必須購(gòu)買(mǎi)具有相同品牌PLC的工程裝備，選擇受到限制[3?4]。

此外，傳統(tǒng)的PLC產(chǎn)品并不能直接接入互聯(lián)網(wǎng)，要想將設(shè)備的PLC接入網(wǎng)絡(luò)，并將設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送至設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)預(yù)警、故障在線診斷，則必須將PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊接入到企業(yè)的局域網(wǎng)中，然后通過(guò)VPN的形式才能將數(shù)據(jù)送回至設(shè)備制造商，且傳回的數(shù)據(jù)必須通過(guò)WinCC等特定的組態(tài)軟件進(jìn)行讀取接收，此類(lèi)軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)固有，無(wú)法進(jìn)行任意地改造開(kāi)發(fā)，極大地增加了維護(hù)成本[5]；同時(shí)傳回的數(shù)據(jù)無(wú)法與企業(yè)自身的信息化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，導(dǎo)致形成信息孤島[6]；由于PLC的數(shù)據(jù)傳輸屬于窄帶寬即時(shí)傳輸，無(wú)法傳輸現(xiàn)場(chǎng)的視頻等數(shù)據(jù)量較大的信息，傳回的數(shù)據(jù)也不足以判斷造成故障的原因。因此這種做法不僅造價(jià)極高，而且很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果、滿足制造物聯(lián)的需求。

由于傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品存在上述問(wèn)題并且很難進(jìn)行改造，通常采用工業(yè)PC與PLC結(jié)合[7?9]或者單片機(jī)控制器[10]進(jìn)行控制。單片機(jī)控制器之間無(wú)法進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)以及與互聯(lián)網(wǎng)的通信，同時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制結(jié)果的人機(jī)界面反饋以及故障診斷、報(bào)警等功能，而工業(yè)PC由于具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信、 數(shù)據(jù)處理功能， 可以處理比較復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程， 在 Windows下可以使用如 VC++，VB 等可視化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)良好的人機(jī)界面， 可以方便地監(jiān)視和處理控制過(guò)程，因而工業(yè)PC+PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于離散和連續(xù)的過(guò)程控制中。綜合以上特性，本文選擇工業(yè)PC與PLC結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了一種智能控制器，替代通用的PLC產(chǎn)品，對(duì)制造現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)和控制，并可與不同通訊協(xié)議的PLC設(shè)備進(jìn)行通訊，可接入互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的在線服務(wù)。打破了國(guó)外產(chǎn)品對(duì)PLC行業(yè)的長(zhǎng)期壟斷，自主研發(fā)并大大降低了產(chǎn)品成本。

1 智能控制器應(yīng)用架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能控制器應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

此應(yīng)用架構(gòu)共分為三層：感知層、控制層和應(yīng)用層。其中，感知層包括傳感器、閥門(mén)、儀表、RFID等信息采集設(shè)備，控制層包括不同種類(lèi)的控制器，本文設(shè)計(jì)的智能控制器就在這一層，其主要功能包括故障檢測(cè)、故障報(bào)警、應(yīng)急處理、狀態(tài)查詢等，應(yīng)用層包含設(shè)備運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，主要包括用戶管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、商務(wù)營(yíng)銷(xiāo)、資源管理、安全認(rèn)證等功能模塊。

本文設(shè)計(jì)的智能控制器使用嵌入式A/D、D/A轉(zhuǎn)換器將被控設(shè)備上儀表、傳感器的模擬信號(hào)（電壓或是電流的形式）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供控制系統(tǒng)識(shí)別，同時(shí)將控制系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備上儀表、傳感器可以識(shí)別的模擬信號(hào)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)控制層與感知層的互聯(lián)。

對(duì)于控制層中不同PLC產(chǎn)品的連接問(wèn)題，智能控制器集成了自適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)通信模塊，通過(guò)自適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，抽象成單一通訊接口，在接口上使用自適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議，根據(jù)外部通訊接口的變化自動(dòng)匹配與之相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，打通多現(xiàn)場(chǎng)總線間的通訊壁壘，做到不同控制器之間的無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)控制層的內(nèi)部通信。

智能控制器集成的網(wǎng)絡(luò)通訊模組，提供GPRS/3G通訊模塊支持控制器數(shù)據(jù)在線移動(dòng)通訊；提供WiFi模塊，可以通過(guò)WiFi接入到局域網(wǎng)。支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊、WiFi通訊、GPRS通訊、3G通訊，保證控制器數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)控制層和應(yīng)用層的連接。

2 智能控制器設(shè)計(jì)方案

2.1 智能控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

本文設(shè)計(jì)的智能控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

該智能控制器以嵌入式主板為基礎(chǔ)，嵌入式主板為嵌入式X86主板、嵌入式ARM主板或其他具有類(lèi)似功能的主板。集成硬盤(pán)、顯示器、數(shù)/模，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號(hào)采集板、自適應(yīng)PLC通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模組，采用Windows操作系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與被控裝備上的傳感器、儀表、閥門(mén)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對(duì)被控裝備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；智能控制器可通過(guò)自適應(yīng)PLC通訊模塊與多種PLC設(shè)備如上位機(jī)、總控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊模組接入互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入產(chǎn)品運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線服務(wù)。

2.2 各模塊具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.2.1 智能控制器主板設(shè)計(jì)

（1）嵌入式并行處理技術(shù)的應(yīng)用。傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)中，CPU“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式?jīng)Q定了PLC在執(zhí)行時(shí)，指令必須短小精悍，且只能串行，無(wú)法并行處理指令，限制了PLC的控制實(shí)現(xiàn)，使其無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和控制功能。

本文設(shè)計(jì)的智能控制器通過(guò)對(duì)嵌入式并行處理系統(tǒng)架構(gòu)和任務(wù)并行協(xié)同處理技術(shù)的研究，采用嵌入式并行處理架構(gòu)CPU，取代傳統(tǒng)的單片機(jī)、PLC等串行處理架構(gòu)CPU，作為控制系統(tǒng)的控制芯片，結(jié)合增強(qiáng)型的DSP指令集，增加了對(duì)并行任務(wù)處理的支持、快速的中斷處理和硬件I/O支持、低開(kāi)銷(xiāo)或無(wú)開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持、單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器的支持，比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快8～10倍，完成一次乘加運(yùn)算快16～30倍，即具備了傳統(tǒng)單片機(jī)、PLC的高穩(wěn)定性、高精度的特點(diǎn)，同時(shí)又提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使系統(tǒng)的控制功能更加豐富、高效。

（2）高級(jí)PID控制器算法的實(shí)現(xiàn)。PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件，其核心算法由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成[11]，通過(guò)對(duì)，和進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，來(lái)適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，通過(guò)配置可用于溫度、壓力、流量等參數(shù)的單回路控制方案[12]。PID控制器算法有三種，分別為增量式算法、位置式算法和微分先行[13]。

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)如PLC中，通常會(huì)集成PID控制算法函數(shù)，供控制功能開(kāi)發(fā)人員調(diào)用，對(duì)溫度、壓力、功率等模擬量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但不同品牌的PLC集成的PID控制算法各不相同，且作為核心算法固化在PLC控制器內(nèi)部，設(shè)計(jì)人員無(wú)法選擇或更改，這就要求在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同類(lèi)型的控制需求來(lái)選擇使用不同品牌的PLC控制器，且一旦選定后將無(wú)法更改，這給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，后期的維護(hù)帶來(lái)很多的麻煩。

本智能控制器根據(jù)三種PID算法的不同特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)定參數(shù)的方式讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及后期維護(hù)過(guò)程中靈活選擇，而不影響系統(tǒng)已有的控制功能。

PID算法實(shí)現(xiàn)：

[ut=Kpet+1T10teτdτ+TDdetdt] （1）

式中：Kp為比例放大系數(shù)；TI為積分時(shí)間；TD為微分時(shí)間。

2.2.2 嵌入式A/D、D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用

A/D、D/A轉(zhuǎn)換器是控制器與被控設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶，其性能指標(biāo)主要通過(guò)取樣與保持、 量化與編碼、分辨率、轉(zhuǎn)換誤差、轉(zhuǎn)換時(shí)間、絕對(duì)精準(zhǔn)度、相對(duì)精準(zhǔn)度等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量，傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器受其自身和外部條件限制，在抗干擾能力上比較差，在強(qiáng)電壓、高電磁干擾的信號(hào)源的采樣上容易出現(xiàn)“毛刺”或電源紋波，降低了信號(hào)的分辨率和精準(zhǔn)度，使得在一些對(duì)信號(hào)精度要求高的自控設(shè)備上無(wú)法達(dá)到控制要求。

本文設(shè)計(jì)的智能控制器通過(guò)對(duì)嵌入式A/D、D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)技術(shù)、多值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字濾波器技術(shù)的研究，在降低A/D、D/A轉(zhuǎn)換器體積和功耗的情況下，采用數(shù)字濾波算法增強(qiáng)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力，提高信號(hào)轉(zhuǎn)換的分辨率和精準(zhǔn)度。

2.2.3 自適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的設(shè)計(jì)

本控制器集成的自適應(yīng)PLC通訊模塊，包括與嵌入式主板匹配的標(biāo)準(zhǔn)通訊口、與各種PLC設(shè)備匹配的多種通訊口，如PCI，RJ45，RS 232，RS 485等通訊接口及各種PLC通訊協(xié)議。嵌入式主板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊口與自適應(yīng)PLC通訊模塊上的標(biāo)準(zhǔn)通訊口進(jìn)行通訊，自適應(yīng)PLC通訊模塊可選用各種通訊口與不同的PLC設(shè)備進(jìn)行通訊。當(dāng)自適應(yīng)PLC通訊模塊與PLC設(shè)備進(jìn)行通訊時(shí)，如果PLC設(shè)備支持RJ45，RS 232，RS 485通訊接口則優(yōu)先選用，否則，則選用PCI通訊口，通過(guò)擴(kuò)展PLC通訊卡與這些PLC設(shè)備進(jìn)行通訊。其中PLC通訊卡可根據(jù)與之進(jìn)行通訊的PLC設(shè)備進(jìn)行選擇，如與西門(mén)子系列PLC設(shè)備進(jìn)行通訊時(shí)，可選用西門(mén)子品牌的通訊卡。

該自適應(yīng)PLC通訊模塊具有協(xié)議自動(dòng)匹配功能，可根據(jù)與之通訊的PLC設(shè)備的通訊協(xié)議，自動(dòng)進(jìn)行協(xié)議匹配，建立通訊連接。模塊結(jié)構(gòu)圖如3所示。

（1）多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線自適應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。目前世界上存在著大約40余種現(xiàn)場(chǎng)總線，雖然早在1984年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC/ISA）就開(kāi)始著手制定現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，但由于各個(gè)國(guó)家各個(gè)公司的利益之爭(zhēng)，所以至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但彼此的開(kāi)放性和互操作性還難以統(tǒng)一。這種現(xiàn)象的存在使得通用控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中需要針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行設(shè)計(jì)和考量，增大了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，而且無(wú)法從根本上解決多現(xiàn)場(chǎng)總線間通訊的問(wèn)題。

本文設(shè)計(jì)的智能控制器設(shè)計(jì)的自適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議技術(shù)將復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，抽象成單一通訊接口，在接口上使用自適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議，根據(jù)外部通訊接口的變化自動(dòng)匹配與之相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，打通多現(xiàn)場(chǎng)總線間的通訊壁壘，做到無(wú)縫切換，降低了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)難度。示意圖如圖4所示。

（2）高可靠性實(shí)時(shí)通信技術(shù)應(yīng)用。隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)功能的日益強(qiáng)大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性要求也越來(lái)越高，未來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)控制數(shù)據(jù)將不再只是單純的信號(hào)片段，會(huì)出現(xiàn)對(duì)音頻、視頻，甚至是三維虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)傳遞，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)更多的是應(yīng)用于小數(shù)據(jù)量的傳遞，對(duì)這種大數(shù)據(jù)的信號(hào)處理往往力不從心，存在帶寬不足，或投資成本過(guò)高的情況。

本文設(shè)計(jì)的智能控制器在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊協(xié)議時(shí)充分考慮到了未來(lái)的發(fā)展，將數(shù)據(jù)按類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，針對(duì)不同的分類(lèi)采取不同的傳輸策略；采用基于帶寬預(yù)留方式的調(diào)度機(jī)制，采用EDF實(shí)時(shí)調(diào)度算法，在大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪^(guò)程中保證帶寬的合理使用；采用基于時(shí)間片的分時(shí)調(diào)度方式，提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸效率，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。

（3）控制功能通訊安全技術(shù)應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的智能控制器研究了高可靠性的加密算法對(duì)數(shù)據(jù)加密，保障數(shù)據(jù)內(nèi)容安全性；建立證書(shū)認(rèn)證體系，保障數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)發(fā)起端和數(shù)據(jù)接收端的可信性；加入密鑰管理與協(xié)商機(jī)制，增強(qiáng)整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸體系的可靠性；根據(jù)通訊類(lèi)型的不同采用不同等級(jí)的安全認(rèn)證策略，在控制器與控制器間，采用輕量級(jí)加密算法和證書(shū)認(rèn)證流程，加入密鑰管理與協(xié)商機(jī)制，在不影響數(shù)據(jù)傳輸速度的情況下，提高數(shù)據(jù)安全；在控制器與服務(wù)器間，采用深度加密算法和嚴(yán)格的證書(shū)認(rèn)證流程，同時(shí)增強(qiáng)密鑰管理機(jī)制與協(xié)商機(jī)制，保障數(shù)據(jù)安全。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)大型工程類(lèi)裝備存在的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)PLC之間無(wú)法互聯(lián)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)制造物聯(lián)中M2M互聯(lián)模式的問(wèn)題，自主研發(fā)設(shè)計(jì)了一種智能控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)和控制，并可與不同通訊協(xié)議的PLC設(shè)備進(jìn)行通訊，可接入互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的在線服務(wù)，性能上完全可以取代市場(chǎng)上的傳統(tǒng)PLC，同時(shí)降低了成本，打破了國(guó)外企業(yè)對(duì)PLC行業(yè)的長(zhǎng)期壟斷。

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智能控制器范文第4篇

關(guān)鍵詞： Arduino單片機(jī)；LD3320模塊；Zigbee模塊；HR911105A模塊

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.11.146

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，人們?cè)谶x擇和使用家用電器時(shí)，已從單一功能的傳統(tǒng)家電轉(zhuǎn)向智能化家電。利用智能家居控制器可以提供多種家電智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他們處理家庭事務(wù)，更快、更方便，為他們提供更加適宜的生活空間。然而智能家居市場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能性，再加上智能設(shè)備的多樣性、智能系統(tǒng)的兼容性、價(jià)格不菲等諸多因素使得智能家居很難真正走入大眾的生活。

本文根據(jù)現(xiàn)代生活對(duì)居住環(huán)境的便捷性、安全性、舒適性等方面的需求，設(shè)計(jì)一種新型多功能智能家居控制器，實(shí)現(xiàn)家居電器的低功耗、高可靠性、可擴(kuò)展性、靈活性的無(wú)線傳輸和遠(yuǎn)程控制。

2總體方案

智能家居控制器總體方案框圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由主控制器、無(wú)線傳輸模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊和無(wú)線發(fā)射/接收模塊組成。

主控制器選用性價(jià)比較高的Arduino單片機(jī)模塊；語(yǔ)音識(shí)別模塊負(fù)責(zé)語(yǔ)音指令的采集、識(shí)別以及語(yǔ)音報(bào)警；網(wǎng)絡(luò)接口模塊負(fù)責(zé)手機(jī)終端與主控制器之間的網(wǎng)絡(luò)通信；無(wú)線傳輸模塊負(fù)責(zé)接收室內(nèi)溫濕度、可燃?xì)鈧鞲衅鞯膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)，并上傳給主控制器；無(wú)線發(fā)射模塊負(fù)責(zé)發(fā)射主控制器發(fā)出的家居電器控制命令，無(wú)線接收模塊則接收命令并傳給執(zhí)行模塊。

3硬件設(shè)計(jì)

3.1主控制器模塊

主控制器模塊Arduino Mega2560是美國(guó)Atmel公司2013年最新推出的一款易用型開(kāi)源控制器，以ATmega2560-16AU單片機(jī)為核心。

主控制器模塊電路主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)和下載程序接口。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、電源電路和復(fù)位電路。

ATmega2560-16AU單片機(jī)資源豐富、性價(jià)比高，16MHz的晶振，處理速度可達(dá)20MIPS，同時(shí)具有54路I/O口、256KB Flash Memory、8KB SRAM、4KB EEPROM、4路UART接口。主控制器模塊可以通過(guò)3種途徑自動(dòng)選擇供電方式（外部直流電源供電、電池供電和USB接口供電），同時(shí)提供了自動(dòng)復(fù)位設(shè)計(jì)，可以通過(guò)Arduino軟件下載程序自動(dòng)復(fù)位。

主控制器模塊上的單片機(jī)已經(jīng)預(yù)置了bootloader程序，可以直接通過(guò)單片機(jī)上ICSP header直接下載程序。

3.2語(yǔ)音識(shí)別模塊

系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別模塊采用ICRoute公司的高性能LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片，它集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和外部電路，可對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行捕捉、識(shí)別、處理和播報(bào)。

LD3320芯片內(nèi)置16位A/D轉(zhuǎn)換器、16位D/A轉(zhuǎn)換器和和功放電路等接口，且不需要外接任何輔助的Flash芯片，RAM芯片和A/D芯片等，可直接實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控和人機(jī)對(duì)話功能。識(shí)別的種類(lèi)包括單字，詞組等，語(yǔ)音識(shí)別率比較穩(wěn)定，準(zhǔn)確率也比較高。

語(yǔ)音識(shí)別模塊與單片機(jī)的接口方式采用并行接口，其控制信號(hào)、中斷返回信號(hào)均與單片機(jī)直接相連。語(yǔ)音識(shí)別的工作原理為：首先對(duì)輸入的聲音進(jìn)行頻譜分析后，再提取語(yǔ)音特征信息，最后將訓(xùn)練模板中的數(shù)據(jù)與特征信息進(jìn)行匹配，輸出識(shí)別結(jié)果。

3.3無(wú)線收發(fā)模塊

本系統(tǒng)中運(yùn)用315M無(wú)線模塊來(lái)完成單片機(jī)與設(shè)備之間的“通信”作業(yè)。通過(guò)315M無(wú)線模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、發(fā)送/接收、傳遞。

315M無(wú)線模塊分為數(shù)據(jù)發(fā)射模塊和接收模塊。

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊具備較寬的工作電壓，最佳工作電壓為12V，可最遠(yuǎn)傳輸至500米。采用ASK方式調(diào)制，可延長(zhǎng)使用期。傳輸距離因?qū)嵉丨h(huán)境不同而不同，主要受調(diào)制信號(hào)，發(fā)射電壓，接收機(jī)靈敏度等因素影響。

接收模塊在一定程度上僅僅是一種組件，只有和發(fā)送電路、單片機(jī)組合時(shí)才有效。接收模塊可在電路設(shè)計(jì)中靈活的滲入，以達(dá)到減小干擾，保證信號(hào)的穩(wěn)定性。

3.4無(wú)線傳輸模塊

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中zigbee無(wú)線傳輸模塊用于煙霧、溫濕度傳感器和arduino模塊之間信息“交互”。

Zigbee是一種短距離、低速率的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)。在zigbee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，設(shè)備之間通信穩(wěn)定，無(wú)需人為設(shè)定，抗干擾能力強(qiáng)。

Zigbee模塊提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能，通信距離遠(yuǎn)。最大的亮點(diǎn)是zigbee技術(shù)可自組網(wǎng)。通過(guò)動(dòng)態(tài)路由和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)可穩(wěn)定傳輸至目的地。

4軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于Code Composer Studio IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和Keil C51語(yǔ)言。軟件模塊主要有：主函數(shù)、語(yǔ)音報(bào)警子函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)接口子函數(shù)、無(wú)線傳輸子函數(shù)和無(wú)線收發(fā)子函數(shù)等。

4.1主函數(shù)流程圖

通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊LD3320進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別與播報(bào)，模擬信號(hào)通過(guò)arduino模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)給315傳輸模塊，然后繼電器接收，做出指定“動(dòng)作”，見(jiàn)圖2。

4.2語(yǔ)音報(bào)警子函數(shù)

通過(guò)煙霧傳感器收集信息，將信號(hào)經(jīng)zigbee模塊傳輸?shù)絘rduino，進(jìn)而將信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)D3320模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，完成語(yǔ)音報(bào)警，如圖3所示。

4.3網(wǎng)絡(luò)接口子函數(shù)

手機(jī)/PC的信號(hào)通過(guò)云端發(fā)送至HR911105模塊，進(jìn)而arduino捕獲信號(hào)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給語(yǔ)音模塊完成報(bào)警工作，如圖4所示。

5總結(jié)

本項(xiàng)目結(jié)合新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)有的多媒體信息化手段，設(shè)計(jì)一種新型多功能智能家居控制器，通過(guò)語(yǔ)音、手機(jī)、PC設(shè)備和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等多種方式來(lái)無(wú)線遠(yuǎn)程控制家用電器，實(shí)現(xiàn)多種方式一體化控制；被控家用電器與總控制器之間采用無(wú)線通訊方式連接；同時(shí)，兼?zhèn)浼彝セ馂?zāi)監(jiān)測(cè)，語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)警報(bào)功能，真正體現(xiàn)智能家居的內(nèi)涵，讓家用電器與我們?nèi)祟?lèi)之間的溝通變得更加簡(jiǎn)單、快捷、高效。

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智能控制器范文第5篇

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；人工智能；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)： TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

1.人工智能應(yīng)用理論分析

人工智能屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)交叉的一門(mén)邊緣學(xué)科，涉及眾多學(xué)科，比如哲學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，其研究范疇是智能搜索、感知問(wèn)題、邏輯程序設(shè)計(jì)、遺傳算然、自然語(yǔ)言處理等。從本質(zhì)上來(lái)講，人工智能就是模擬人的思維的信息過(guò)程。 兩條道路可以用于對(duì)人的思維模擬，一條是結(jié)構(gòu)模擬，對(duì)人腦的結(jié)構(gòu)機(jī)制進(jìn)行模仿，將“類(lèi)人腦”的機(jī)器制造出來(lái)；另一條是功能模擬，暫時(shí)將人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)撇開(kāi)，在模擬是從人腦的功能過(guò)程出發(fā)。 對(duì)人腦思維功能的模擬的典型事例就是現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)，它模擬了人腦思維的信息過(guò)程。人工智能并不意味著人的智能，更不意味著對(duì)人的智能的超越。 從本質(zhì)上來(lái)將，“機(jī)器思維”不同于人類(lèi)思維的地方表現(xiàn)在四個(gè)方面，一，前者是無(wú)意識(shí)的機(jī)械的物理的單純過(guò)程，而后者主要是心理和生理的過(guò)程；二，前者沒(méi)有社會(huì)性；三，前者沒(méi)有人類(lèi)的意識(shí)所特有的能動(dòng)的創(chuàng)造能力；四，電腦的功能總是在人腦的思維之后。

人工智能控制器的優(yōu)勢(shì)

人工智能控制器諸如模糊神經(jīng)，遺傳算法等都可以看做一類(lèi)非線性函數(shù)近似器，經(jīng)過(guò)這樣的分類(lèi)，我們就能夠較好地對(duì)其進(jìn)行總體理解，也有利于統(tǒng)一開(kāi)發(fā)控制策略。 和常規(guī)的函數(shù)估計(jì)其相比，這些人工智能控制器具有下列優(yōu)勢(shì)：沒(méi)有控制對(duì)象的模型也可以設(shè)計(jì)人工智能器。 在很多場(chǎng)合，實(shí)際控制對(duì)象的精確動(dòng)態(tài)方程是很難得到的，在設(shè)計(jì)控制器時(shí)實(shí)際控制對(duì)象的模型通常也存在著諸多不確定性因素，比如， 和最優(yōu) PID 控制器相比， 模糊邏輯控制器的上升時(shí)間是其 1.5被，下降時(shí)間是其 3.5 倍，過(guò)沖更加小；相對(duì)于古典控制器，人工智能控制器的調(diào)節(jié)更容易；在缺乏必要的專(zhuān)家知識(shí)時(shí)，通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)也能夠?qū)⑷斯ぶ悄芸刂破髟O(shè)計(jì)出來(lái)；對(duì)語(yǔ)言和相應(yīng)信息進(jìn)行運(yùn)用也可能將人工智能控制器設(shè)計(jì)出來(lái)；人工智能的一致性良好，即使使用一些新的位置輸入數(shù)據(jù)也能得到良好的估計(jì)， 和驅(qū)動(dòng)器的特性是沒(méi)有關(guān)系的。目前，如果沒(méi)有使用人工智能的控制算法，也許對(duì)特定對(duì)象具有良好的控制效果，但是對(duì)其他控制對(duì)象就不一定具有一致性的良好的控制效果，因此應(yīng)該依據(jù)徒具對(duì)象進(jìn)行具體設(shè)計(jì)；對(duì)新信息或新數(shù)據(jù)，人工智能控制器的適應(yīng)性良好；人工智能控制器能夠?qū)⒊Ｒ?guī)方法解決不了的問(wèn)題解決掉；人工智能控制器的抗噪聲干擾能力良好；實(shí)現(xiàn)人工智能控制器控制價(jià)格低廉， 尤其是只是對(duì)最下配置進(jìn)行使用的情況下；人們和容易擴(kuò)展和修改人工智能控制器。

3.人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 人工智能在直流傳動(dòng)中的應(yīng)用

3.1.1 模糊邏輯控制應(yīng)用

Mamdani 和 Sugeno 型是主要的兩類(lèi)模糊控制器。 現(xiàn)階段，在調(diào)速控制系統(tǒng)中只用到了 Mamdani 模糊控制器。 需要注意的是這兩種控制器都有一個(gè) if-then 模糊規(guī)則庫(kù)，但是“如果 x 是 A，并且 y 是 B，那么 Z=f（x，y）”是 Sugeno 型控制器的典型規(guī)則，這里 A、B 是模糊集，Z=f（x，y）是 x、y 的函數(shù)，一般情況下是將 x、y 的多項(xiàng)式輸入進(jìn)去。 當(dāng) f 是常數(shù)，就是零階 Sugeno 模型，因此 Sugeno 是 Mamdani 控制器中一個(gè)特殊的例子。Mamdani 控制器主要由四個(gè)組成部分，一，輸入變量的模糊化、量化等是在模糊化的背景下實(shí)現(xiàn)的，具有多種形式的隸屬函數(shù)；二，數(shù)據(jù)庫(kù)和語(yǔ)言控制規(guī)則庫(kù)是知識(shí)庫(kù)的兩大組成部分，對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的主要方法是在應(yīng)用和控制目標(biāo)中運(yùn)用專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)歷，對(duì)建模操作器進(jìn)行控制，建模過(guò)程，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制及自適應(yīng)模糊控制器；三，模糊控制器的核心是推理機(jī)，能夠?qū)θ说臎Q策和推理模糊控制行為進(jìn)行模仿；四，量化和反模糊化是由反模糊化實(shí)現(xiàn)的，反模糊化的技術(shù)有很多，比如，中間平均技術(shù)等。

3.1.2 ANNS 的應(yīng)用

過(guò)去二十多年，在識(shí)別模式和處理信號(hào)過(guò)程中，ANNS（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）得到了極為廣泛的應(yīng)用。 由于 ANNS 的非線性函數(shù)估計(jì)其具有一致性，因此它也可以在電氣傳動(dòng)控制領(lǐng)域得到有效的應(yīng)用，無(wú)需被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，具有良好的一致性，對(duì)噪音不敏感是其優(yōu)勢(shì)所在。此外，ANNS 的并行結(jié)構(gòu)使其很適合多傳感器輸入運(yùn)用，比如，在診斷系統(tǒng)、條件監(jiān)控中能夠促進(jìn)決策可靠性的有效增強(qiáng)。 近年來(lái)，電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向變?yōu)榇偈箓鞲衅鲾?shù)量的最小化，但是在特殊情況下，多個(gè)傳感器可以使系統(tǒng)對(duì)特殊傳感器缺陷的敏感性降低，過(guò)高的精度和復(fù)雜的信號(hào)處理都是不需要的。多層前饋 ANN 最常用的學(xué)習(xí)技術(shù)是誤差反向傳播技術(shù)。 如果網(wǎng)絡(luò)的隱藏層與隱藏節(jié)點(diǎn)足夠多，而且激勵(lì)函數(shù)適宜，多層 ANN 只能實(shí)現(xiàn)需要的映射，缺乏直接技術(shù)對(duì)最優(yōu)隱藏層、激勵(lì)函數(shù)等進(jìn)行選擇，那么這個(gè)問(wèn)題就可以用嘗試法加以解決。 基本的最快下降法就是反向傳播訓(xùn)練算法，它向網(wǎng)絡(luò)反饋輸出結(jié)點(diǎn)，用于權(quán)重調(diào)整，搜索最優(yōu)、和隱藏結(jié)點(diǎn)的權(quán)重調(diào)整迭代不同，輸出結(jié)點(diǎn)的權(quán)重調(diào)整迭代尤其自身的特點(diǎn)。 通過(guò)反向傳播技術(shù)的使用，能夠獲取所需的非線性函數(shù)的近似值，學(xué)習(xí)速率參數(shù)包含在該算法當(dāng)中，極大地影響著網(wǎng)絡(luò)的特性。

3.2人工智能在交流傳動(dòng)中的應(yīng)用

3.2.1 模糊邏輯的應(yīng)用

一般情況下，在將模糊邏輯運(yùn)用到交流傳動(dòng)中時(shí)，常規(guī)速度調(diào)節(jié)器被模糊控制器替代。 但是英國(guó) Aberdeen 大學(xué)開(kāi)發(fā)的具有多個(gè)模糊控制器的全數(shù)字高性能傳動(dòng)系統(tǒng)卻不是這種情況。這些模糊控制器在對(duì)常規(guī)的 PI 或 PID 控制器進(jìn)行替代的同時(shí)，也用于其他任務(wù)。Aberdeen 大學(xué)還在各種全數(shù)字高動(dòng)態(tài)性能傳統(tǒng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)只能夠運(yùn)用模糊神經(jīng)控制器。 也有人認(rèn)為，可以使用模糊邏輯對(duì)電機(jī)的磁通和力矩進(jìn)行感應(yīng)。它具有變化著的輸入標(biāo)定引資。 有關(guān)實(shí)驗(yàn)也對(duì)所提方案的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。 該系統(tǒng)同時(shí)使用模糊速度控制器、CRPWM塑變器及 PI 速度控制器，它常常用來(lái)對(duì)可能的慣性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在交流電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的條件檢測(cè)與診斷中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于 ANN 使用常規(guī)反向轉(zhuǎn)播算法， 因此它在步進(jìn)電機(jī)控制算法的最優(yōu)化中得到了應(yīng)用。 該方案依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和初始速度，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)最大可觀測(cè)速度增量進(jìn)行確定。 這就需要 ANN 對(duì)三維圖形映射進(jìn)行學(xué)習(xí)。 相比于常規(guī)控制算法提醒控制法，該系統(tǒng)的性能更加優(yōu)良，能夠促進(jìn)定位時(shí)間的極大減少，同時(shí)也能夠有效控制負(fù)載轉(zhuǎn)矩的非初始速度及答非為變化。 ANNS 的結(jié)構(gòu)屬于多層前饋型，對(duì)常規(guī)反向傳播學(xué)習(xí)算法加以應(yīng)用。 該系統(tǒng)的構(gòu)成元素是兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)辨識(shí)電氣動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)定子電流進(jìn)行自適應(yīng)控制，另一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)辨識(shí)機(jī)電系統(tǒng)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)自速度進(jìn)行自適應(yīng)控制。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，人工智能是人類(lèi)制造出來(lái)的機(jī)器所具有的智能，由感知、思維、行為能力三部分的性能組成。人工智能技術(shù)在自動(dòng)化方面的發(fā)展可以促進(jìn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的全面進(jìn)步與發(fā)展，有效促進(jìn)智能理論的全方位運(yùn)用，從而極大提高人們的生活水平。 參考文獻(xiàn)：