單片機(jī)智能氣動(dòng)泵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4通信模塊
為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間長(zhǎng)距離有效數(shù)據(jù)通信，通信模塊采用MAX485芯片，利用RS485標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，配置P0口的P0.0和P0.1為TX0和RX0引腳，與MAX485的RO和DI相連，由于微機(jī)串口利用RS232標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)串口輸出為TTL標(biāo)準(zhǔn)，必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 RS485通信電路圖

氣體流量控制
在氣體流量測(cè)量的基礎(chǔ)上，給定值和實(shí)際測(cè)得的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較后算出偏差，然后對(duì)氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于氣體流量系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型很難獲得，而模糊控制算法具有人的智能思維、適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，正適用于這類系統(tǒng)。因此，采用模糊控制算法對(duì)氣體流量進(jìn)行自動(dòng)控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框圖如圖5所示。

模糊控制器采用雙輸入、單輸出的二維結(jié)構(gòu)。輸入變量為瞬時(shí)流量偏差e和偏差變化c，輸出變量為控制量u。其模糊子集分別為
E={NL, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PL}
C={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}
U={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}
它們的論域分別為
E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0, +0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
C={-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
當(dāng)瞬時(shí)流量變化時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制其開啟的大小及變化規(guī)律，使偏差趨近于零。根據(jù)氣體流量的參數(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)及專家的知識(shí)理論，總結(jié)出模糊控制規(guī)則表，如表1所示。

選擇模糊控制規(guī)則是模糊控制器的關(guān)鍵問題。為了更好地提高控制精度，本系統(tǒng)采用帶有4個(gè)調(diào)整因子的控制規(guī)則：
其中，0α1α2α3α41，本系統(tǒng)選擇：α1=0.26，α2=0.58，α3=0.76，α4=0.86。代入上式運(yùn)算后經(jīng)反復(fù)修改和實(shí)際調(diào)試，得到了實(shí)用的模糊控制查詢表，如表2所示。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及抗干擾措施
軟件的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)下位機(jī)和上位機(jī)的設(shè)計(jì)。

1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)
下位機(jī)程序主要進(jìn)行C8051F020單片機(jī)系統(tǒng)的初始化、端口配置、A/D初始化、液晶以及鍵盤掃描初始化。為防止誤動(dòng)作，無(wú)意中改變系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，造成人為計(jì)量誤差，系統(tǒng)可設(shè)置“密碼”，保證測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性，具體流程如圖6所示。

模糊控制中的控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)。包括兩部分，一是離線計(jì)算模糊控制查詢表，二是在實(shí)時(shí)控制過程中在線輸入變量，并將它們作模糊量化處理，然后查找模糊控制查詢表后進(jìn)行輸出，去控制調(diào)節(jié)閥的開啟角度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的控制。

2 上位機(jī)部分
上位機(jī)程序采用Lab Windows/CVI設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣氣體流量、兩個(gè)流量限值的接收和顯示，還可對(duì)流量限值進(jìn)行修改和發(fā)送給下位機(jī)。

3 抗干擾措施
為提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)抗干擾能力，可采用隔離電源變壓器，信號(hào)通道采用光電隔離和濾波技術(shù)；可使用Watchdog技術(shù)和軟件陷阱防止程序跑飛，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的恢復(fù)；采取電源抗干擾措施。

結(jié)論：本設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)預(yù)期功能，還能有效的抗干擾。