時間：2023-01-18 12:04:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇控制器設計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：PCI總線接口控制器S5933甚高速紅外控制器HHH（1,13）編解碼
PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線[1]是一種高性能、32位或64位地址數(shù)據(jù)多路復用的同步總線。它的用途是在高度集成的外設控制器件、擴展卡和處理器/存儲器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部的連接機構，它規(guī)定了互連機構的協(xié)議、機械以及設備配置空間。PCI局部總線因具有極小延遲時間、支持線性突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、兼容性能以及系統(tǒng)能進行全自動配置等特點受到業(yè)界青睞。PCI總線規(guī)范2.1版本還定義了由32位數(shù)據(jù)總線擴充為64位總線的方法，使總線寬度擴展，并對32位和64位PCI局部總線外設做到向前和向后兼容。
目前微機之間的紅外通信是基于IRDA-1.1標準的紅外無線串行SIR通信，參考文獻[2]給出了基于ISA總線的紅外無線串行通信卡的設計及實現(xiàn)，該通信卡的數(shù)據(jù)速率為9.6kbps～115.2kbps，工作距離0～3m。但由于RS-232端口的最高數(shù)據(jù)速率上限為115.2kbps，不能滿足IRDA-1.4規(guī)范甚高速紅外VFIR16Mbps速率要求，所以使用了PCI同步總線擴展外設的方法設計甚高速紅外控制器。雖然ISA總線的傳輸速率能滿足甚高速紅外控制器設計要求，但目前許多微機系統(tǒng)已經(jīng)逐漸淘汰ISA/EISA標準總線。原因是高速微處理器和低速ISA總線之間不同步，造成擴展外設只能通過一個慢速且狹窄的瓶頸發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使CPU高性能受到嚴重影響。
1HHH（1,13）編解碼
2001年5月，紅外無線數(shù)據(jù)協(xié)會IRDA了紅外串行物理層規(guī)范IRDA-1.4[4]；它與前期的物理層規(guī)范的主要區(qū)別在于增加甚高速紅外VFIR16Mbps數(shù)據(jù)速率的編解碼技術和幀結構，而其它如視角范圍、發(fā)射器最小（大）光功率和接收器靈敏度等規(guī)范基于相同。紅外串行物理層規(guī)范IRDA-1.4規(guī)定數(shù)據(jù)速率小于4Mbps采用RZI（歸零反轉）調(diào)制，最大脈沖寬度是位周期的3/16或1/4；數(shù)據(jù)速率4Mbps采用4PPM（脈沖位置調(diào)制）；數(shù)據(jù)速率16Mbps采用HHH（1,13）碼。
IRDA提出的VFIR編解碼技術-HHH（1,13）碼是碼率為2/3，（d,k）=(1,13)的RLL（run-length-limited）碼；它是一種功率消耗和頻帶利用率相對折中的高效編碼，其中參數(shù)d、k分別表示在兩個''''1''''之間最小和最大的''''0''''的數(shù)目，參數(shù)d決定接收信號中有無碼間干擾ISI，參數(shù)k決定接收器能否從接收序列中恢復時鐘。HHH(1,13)碼的帶寬效率使數(shù)據(jù)通信能夠選擇成本很低、上升/下降時間為19ns的LED。功率效率避免了LED的熱問題，它能保證1m距離范圍內(nèi)保持鏈接。1m距離16Mbps鏈路可達到過去4Mbps鏈路的驅動電流和功耗。HHH（1,13）碼和4PPM碼（用于4Mbps）的顯著區(qū)別是HHH(1,13)碼決不允許一個紅外脈沖緊跟前一個紅外脈沖，脈沖之間應該保持一個chip時間差。由于光電管工作區(qū)域內(nèi)有少量載流子的慢輻射，使LED或光電二極光表現(xiàn)出拖尾效應，HHH（1,13）碼能夠兼容拖尾效應，從而允許在chip時間周期內(nèi)脈沖的擴展。
雖然HHH（1,13）碼的設計過程比較復雜，但IRDA-1.4標準已經(jīng)詳細給出了編譯碼邏輯方程和電路，所以實現(xiàn)起來比較容易。筆者使用AlteraMAX+plusII進行邏輯功能仿真，并用GW48EDA實驗系統(tǒng)進行硬件偽真，驗證HHH（1,13）碼編譯碼電路設計的正確性。
2甚高速紅外VFIR控制器的硬件設計
由于PCI總線規(guī)定了嚴格的電氣特性，開發(fā)PCI總線的應用具有很大難度，因此使用AMCC（AppliedMicroCorporation）公司推出的PCI接口控制器S5933實現(xiàn)紅外控制器PCI總線接口規(guī)范[5]。甚高速紅外VFIR控制器原理框圖如圖1所示。選用Altera公司的FLEX10K系列現(xiàn)場可編程門陣列器件實現(xiàn)S5933與紅外TX/RXFIFO、寄存器的傳輸控制和邏輯時序以及紅外接口控制邏輯和紅外收發(fā)器接口功能模塊（CRC校驗、編解碼以及串/并轉換）。甚高速紅外VFIR控制器工作原理如下：首先由AMCCS5933外部非易失性串行EEPROMAT24C02下載PCI配置空間，然后主機通過直通（PassThru）寄存器數(shù)據(jù)訪問方式向紅外接口控制寄存器寫控制命令[3]。紅外接口控制邏輯根據(jù)控制命令發(fā)出控制信號，使整個紅外控制器處于準備狀態(tài)。當上層協(xié)議發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送事件時，紅外接口控制邏輯發(fā)出消息，通知主機啟動S5933總線主控讀操作，把上層數(shù)據(jù)寫到外部紅外TXFIFO數(shù)據(jù)緩沖器；同時紅外接口控制邏輯根據(jù)TXFIFO狀態(tài)把TXFIFO的數(shù)據(jù)發(fā)送到紅外收發(fā)器接口，進行鎖存、并/串轉換、CRC校驗和編碼，最后通過VFIR收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)。同理VFIR收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼、CRC校驗、串/并轉換和鎖存，寫入RXFIFO數(shù)據(jù)緩沖器。紅外接口控制邏輯觸發(fā)上層協(xié)議發(fā)出數(shù)據(jù)接收事件接收數(shù)據(jù)，主機啟動S5933總線主控寫操作向上層協(xié)議遞交數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成上層協(xié)議發(fā)回消息，通知數(shù)據(jù)接收完成。下面重點分析S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組訪問控制邏輯以及紅外接口控制邏輯和紅外接發(fā)器接口功能。
2.1紅外TX/RXFIFO與紅外控制寄存器組控制邏輯
AMCCS5933支持3個物理總線接口：PCI總線接口、擴充總線接口和非易失性EEPROM總線接口。非易失性EEPROM用于映射PCI的配置空間及設備BIOS的初始化；擴充總線可以與外設設備互連。主機和外設之間可以利用S5933的郵箱寄存器、FIFO寄存器、直通寄存器（Pass-Thru）數(shù)據(jù)傳輸方式雙向傳輸數(shù)據(jù)。
紅外寄存器組包括紅外接口控制寄存器和狀態(tài)寄存器。本文中甚高速紅外控制利用S5933直通寄存器單周期數(shù)據(jù)傳送向紅外接口控制寄存器寫控制字，由Pass-Thru邏輯控制電路把地址和數(shù)據(jù)分離開，直通地址寄存器（APTA）經(jīng)374鎖存并譯碼，選通紅外接口控制寄存器，同時把直通數(shù)據(jù)寄存器（PTDA）的低字寫入紅外控制器；該接口控制寄存器的數(shù)據(jù)寬度為16位，包括紅外控制器始能、工作模式（UART、SIR、MIR、FIR、VFIR）的設置，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的選擇以及滿足SIR模式下多波特率的分頻數(shù)。紅外接口控制寄存器結構定義如圖2。
同理使用直通寄存器方式獲取紅外接口狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。紅外接口狀態(tài)寄存器結構定義如圖3。
為滿足高速數(shù)據(jù)傳輸，利用S5933FIFO寄存器總線主控方式下的同步猝發(fā)（Burst）操作（DMA傳送）完成主機與紅外TX/RXFIFO的數(shù)據(jù)傳輸。PCI接口首先初始化S5933作為總線主控設備，然后由PCI接口向主控讀/寫地址寄存器（MRAR/MWAR）寫入要訪問的PCI存儲空間地址，向主控讀/寫計數(shù)器（MRTC/MWTC）寫入要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。S5933提供了4個專用引腳RDFIFO#、WRFIFO#、RDEMPY#和WREULL#控制內(nèi)部FIFO與外部FIFO的數(shù)據(jù)傳輸接口邏輯。接收/發(fā)送FIFO的數(shù)據(jù)寬度都是32位，分別由4片8位數(shù)據(jù)總線的IDT72220FFO數(shù)據(jù)位擴展實現(xiàn)。該FIFO既為PCI接口提供數(shù)據(jù)緩沖，又為紅外收發(fā)器接口提供訪問數(shù)據(jù)。S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組的數(shù)據(jù)訪問控制邏輯如圖4。
2.2紅外接口控制邏輯
根據(jù)紅外接口控制寄存器控制字，紅外接口控制邏輯實現(xiàn)外部RX/TXFIFO與紅外收發(fā)器接口之間的數(shù)據(jù)傳輸和邏輯時序。它的工作原理如下：根據(jù)控制字，首先啟動紅外收發(fā)器接口CRC校驗、編解碼器和可編程時鐘（RX/TXFIFO讀/寫時鐘RCLK、WCLK和編解碼時鐘fclock），然后根據(jù)控制字的TX/RX位決定是接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXFIFO緩沖器不為空，TXFIFO的EF信號就觸發(fā)紅外接口控制邏輯發(fā)TXFIFO讀操作信號ENR#，讀取TXFIFO的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)寬度32位）傳給紅外收發(fā)器接口進行CRC校驗、編碼以及并/串轉換。同理當甚高速紅外控制器接收數(shù)據(jù)時，紅外收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼、串/并轉換（數(shù)據(jù)寬度32位），然后觸發(fā)紅外接口控制邏輯發(fā)出紅外接收FIFO的寫操作信號ENW#，把接收數(shù)據(jù)寫入紅外接收FIFO。當RXFIFO寫滿后，觸發(fā)控制邏輯發(fā)出S5933FIFO寫信號WRFIFO#，上層協(xié)議啟動PCI接口初始化S5933為同步主控寫操作實現(xiàn)紅外接收FIFO到主機內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳畀。另外紅外接口邏輯還實現(xiàn)紅外接口狀態(tài)寄存器狀態(tài)的配置，以方便上層協(xié)議了解紅外控制器工作狀態(tài)。
2.3紅外收發(fā)器接口
紅外收發(fā)器接口的設計與實現(xiàn)是紅外控制器成功的關鍵。該接口需要實現(xiàn)各種工作模式（SIR、MIR、FIR、VFIR）的編解碼器和硬件CRC校驗、設計比較復雜。編碼器前、譯碼器后，數(shù)據(jù)都要進行硬件CRC校驗實現(xiàn)差錯控制。SIR模式采用RZI（歸零反轉）編碼，信號為高電平，調(diào)制為低電平；信號為低電平，調(diào)制為高電平脈沖，最大脈沖寬度是位周期的3/16。MIR模式也采用RZI（歸零反轉）編碼，但最大脈沖寬度是位周期的1/4。FIR模式采用4PPM（脈沖位置調(diào)制）調(diào)制，它的原理是被編碼的二進制數(shù)據(jù)流每兩位組合成一個數(shù)據(jù)碼元組（DBP），其占用時間Dt=500ns，再將該數(shù)據(jù)碼元組（DBP）分為4個125ns的時隙（chip），根據(jù)碼元組的狀態(tài)，在不同的時隙放置單脈沖。由于PPM通信依賴信號光脈沖在時間上的位置傳輸信息，所以解調(diào)時先保證收發(fā)雙方時隙同步、幀同步，然后根據(jù)脈沖在500ns周期中的位置解調(diào)出發(fā)送數(shù)據(jù)。考慮到紅外收發(fā)器通信距離突然變化引發(fā)脈沖寬度擴展，發(fā)生碼間干擾，導致譯碼出錯，因此根據(jù)HiroshiUno提出的新算法[7]簡化4PPM譯碼過程，并通過實驗驗證該算法比最大似然譯碼算法結構更簡單，功耗更低，而且更容易實現(xiàn)。
VFIR模式采用HHH（1，13）編解碼技術。編碼器原理：為了正確實現(xiàn)編碼，要求在計算內(nèi)部碼字C=(c1,c2,c3)之前，在nT(T表示一個chip時間)時刻到達編碼器輸入端的輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)經(jīng)過3個編碼周期（每個編碼周期是3T）的延時后進行邏輯計算，得到下一狀態(tài)矢量值N=(s1,s2,s3)，即與輸入數(shù)據(jù)有關的N出現(xiàn)在（n+9T）時刻；再經(jīng)過一個編碼周期，即（n+12T）時刻，狀態(tài)N賦給內(nèi)部狀態(tài)矢量S=(s1,s2,s3)，同時計算與輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)有關的內(nèi)部碼字矢量C=(c1,c2,c3)，再經(jīng)過一個編碼周期，內(nèi)部碼字C賦給輸出碼字矢量Y=(y1,y2,y3)。由此可見16Mbps的數(shù)據(jù)速率經(jīng)過編碼器變?yōu)?4Mchip/s編碼速率，整個編碼過程延時5個編碼周期即15個chip。注意編碼器初始狀態(tài)S應設置為（1，0，0）。譯碼器原理：輸入數(shù)據(jù)R=(r1,r2,r3)經(jīng)過鎖存器延時得到矢量Y4=(y10,y11,y12)，對Y4進行不同的延時得到Y3、Y2及Y1。這里矢量Yi是Y4的4-I次延時（由鎖存器實現(xiàn)延時）；對Y4進行或非運算得到Zd，再將Zd進行不同的延時得到Zc和Zb。這里Zc、Zb、Zd是變量，然后將Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd進行邏輯運算、延時分別得到矢量X1=(x1,x2)、X2=(x3,x4)、X3=(x5,x6)；最后將x1、x2經(jīng)過鎖存器得到譯碼器輸出矢量值U=(u1,u2)。整個譯碼過程延時4個周期即12個chip。可見HHH（1,13）編譯碼電路比較簡單，利用FPGA基于門級描述即可實現(xiàn)，但必須注意鎖存器時鐘fclock=1/3fchip。VFIR模式增加線性反饋移位寄存器（LFSR）實現(xiàn)加擾和解擾功能提高系統(tǒng)性能，減少誤碼。
圖4S5933與紅外接收/發(fā)送FIFO，紅外寄存器組數(shù)據(jù)訪問控制邏輯圖
3甚高速紅外VFIR控制器的軟件設計
論文關鍵詞：MATLAB，BP神經(jīng)網(wǎng)絡，污水處理，溶解氧
0、引言
近年來，環(huán)境污染日益嚴重，淡水資源日益匱乏，如何將污水處理后排放或加以利用，已經(jīng)成為世界各國政府關注的大事。活性污泥法是目前大多數(shù)城市污水生活處理廠廣泛采用的污水處理工藝，其基本流程包括粗格柵及提升泵房、細格柵及沉砂池、配水計量井、CASS反應池、計量井、接觸消毒池等，處理工藝圖如圖1所示。在曝氣作用下機電一體化論文，CASS反應池中的污水得到足夠的溶解氧并使存活在活性污泥上的微生物分解可溶性有機物，經(jīng)過一系列的生化反應，使污水得到凈化[1]。
圖1 污水處理工藝圖
1、控制策略分析與控制器設計
1.1 控制策略分析
CASS反應池中溶解氧濃度的高低直接影響著有機物的去除效率，也就相應的影響了出水水質。如果溶解氧濃度過低，供氧不足，會使微生物代謝活動受影響，微生物凈化功能降低，使生化反應不夠充分，出水水質達不到標準；如果溶解氧濃度過高，氧的轉移效率降低，動力費用增加。曝氣池中影響溶解氧濃度的因素眾多，主要有進水水質化驗值(BOD，COD，TP，TN機電一體化論文，SS)和進水流量等免費論文。所以，在污水處理過程中不同工況下都能夠對溶解氧濃度進行快速有效的控制，對整個污水處理過程具有重大的現(xiàn)實意義[2]。
由于對溶解氧濃度的控制是一個大時滯、非線性、多變量的系統(tǒng)，溶解氧濃度數(shù)學模型難以建立，所以對溶解氧濃度的傳統(tǒng)控制方式存在著控制精度不夠高，實時性不夠好等缺點。基于規(guī)則的傳統(tǒng)模糊控制雖取得了比傳統(tǒng)PID控制方法好的控制效果，但是，由于缺乏自學習能力，不能在線調(diào)整控制規(guī)則，自適應能力差，使系統(tǒng)的魯棒性受到限制。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是將神經(jīng)網(wǎng)絡在相應的控制系統(tǒng)結構中作為控制器或辨識器，由于神經(jīng)網(wǎng)絡是從微觀結構與功能上通過對人腦神經(jīng)系統(tǒng)的模擬而建立起來的一類模型，具有模擬人的部分智能的特性，使神經(jīng)控制能對變化的環(huán)境具有自適應性，且成為基本上不依賴于數(shù)學模型的一類控制機電一體化論文，所以它在控制系統(tǒng)中的應用具有多樣性和靈活性。
1.2 BP網(wǎng)絡控制器設計
BP網(wǎng)絡是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡，由輸入層、隱含層和輸出層組成。層與層之間采用全互連方式，同一層之間不存在相互連接，隱含層可以有一個或多個[3]。構造一個BP網(wǎng)絡需要確定其處理單元――神經(jīng)元的特性和網(wǎng)絡拓撲結構。神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡最基本的處理單元，隱含層中的神經(jīng)元采用S型變換函數(shù)，輸出層的神經(jīng)元可采用S型或線性變換函數(shù)。圖2所示即為一個典型的三層BP網(wǎng)絡結構。
圖2 典型三層BP網(wǎng)絡結構
設上圖BP網(wǎng)絡輸入層有M個節(jié)點，輸出層有L個節(jié)點，而且隱含層只有一層，具有N個節(jié)點。一般情況下N>M>L。設輸入層神經(jīng)節(jié)點的輸出為ai（i=1，2，……，M）；隱含層節(jié)點的輸出為aj（j=1，2，……，N）；輸出層神經(jīng)節(jié)點的輸出為yk（k=1機電一體化論文，2，……，L）；神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出向量為ym；期望輸出向量為yp免費論文。則：
（1）輸入層第i個節(jié)點的輸入為
式中xi（i=1,2，……，M）為網(wǎng)絡的輸入，θi為第i個節(jié)點的閾值。
（2）隱含層的第j個節(jié)點輸入為
式中wij和θj分別為隱含層的權值和第j個節(jié)點的閾值。
（3）輸出層第k個節(jié)點的輸入為
1.3 BP網(wǎng)絡學習算法的步驟
（1）初始化：置所有的加權系數(shù)為最小的隨機數(shù)。
（2）提供訓練集：給出順序賦值的輸入向量和期望的輸出向量。
（3）基數(shù)按實際輸出：計算隱含層和輸出層各神經(jīng)元的輸出。
（4）計算期望值與實際輸出的誤差。
（5）調(diào)整輸出層的加權系數(shù)。
（6）調(diào)整隱含層的加權系數(shù)。
（7）返回步驟（3），直到誤差滿足要求為止。
2、BP網(wǎng)絡控制器的MATLAB實現(xiàn)
2.1 BP網(wǎng)絡模型的建立與訓練
由于待處理的污水組成成分復雜，對溶解氧濃度的影響并不是一兩個因素，根據(jù)污水的主要污染物組成的特點，我們選取了最具代表性和普遍意義，具有關鍵控制作用的幾個進水參數(shù)，即選取進水的BOD5、COD、SS、TN、TP以及進水流量作為輸入層的輸入節(jié)點，輸出節(jié)點即為溶解氧濃度。
通常隱含層的數(shù)目及隱含層神經(jīng)元數(shù)目決定著神經(jīng)網(wǎng)絡的運算速度、存儲空間和收斂性質。太多或太少的隱含層都會導致神經(jīng)網(wǎng)絡的收斂性變差，這是因為過少的隱含層處理單元數(shù)目不足以反映輸入變量間的交互作用，因而誤差較大機電一體化論文，而數(shù)目過多，雖然可以達到更小的誤差值，但因網(wǎng)絡較復雜，從而收斂較慢[6]免費論文。有研究表明，當隱含層為1―2層時，網(wǎng)絡的收斂性最佳。本系統(tǒng)采用1層隱含層。
首先確定BP網(wǎng)絡訓練的樣本數(shù)據(jù)，本文對BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行訓練和檢驗的數(shù)據(jù)，是采用某污水處理廠一個月中每天中午十二點的采樣數(shù)據(jù)，其中5號、10號、15號、20號、25號、30號這6天的數(shù)據(jù)進行驗證網(wǎng)絡的輸出，其它24天的數(shù)據(jù)進行對神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練。
其次建立網(wǎng)絡并對網(wǎng)絡進行訓練。首先將訓練數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)導入到工作空間，生成p1和t向量用來訓練網(wǎng)絡；生成p2向量和test_target向量，用來通過仿真檢測網(wǎng)絡的性能。然后通過命令生成一個隱含層包含5個神經(jīng)元，輸出層包含1個神經(jīng)元的BP網(wǎng)絡；第一層傳遞函數(shù)是tansig()，第二層傳遞函數(shù)是線性的，訓練函數(shù)選取為traingd()。設置好訓練次數(shù)、誤差精度、學習率等參數(shù)機電一體化論文，開始訓練網(wǎng)絡。MATLAB中部分程序代碼如下所示：
net = newff(minmax(p1),[5,1],{‘tansig’,’purelin’},’traingd’);%生成一個BP網(wǎng)絡
net.trainParam.show= 20; %每隔20次顯示一次
net.trainParam.lr= 0.01; %學習率設為0.01
net.trainParam.mc= 0.9; %動量因子設為0.9
net.trainParam.epochs= 100; %最大訓練次數(shù)設為100
net.trainParam.goal= 1e-2; %訓練要求精度設為0.01
[net,tr] = train(net,p1,t); %開始訓練網(wǎng)絡
網(wǎng)絡訓練過程如圖3所示，從圖中可以看到，網(wǎng)絡訓練在20個步長之后就將誤差訓練到小于0.01了。
圖3 網(wǎng)絡的訓練過程
2.2 仿真結果分析
網(wǎng)絡訓練完畢，然后通過仿真驗證，驗證之后得出的實際值、網(wǎng)絡輸出值和誤差的數(shù)據(jù)對比如圖4所示。從圖中我們可以看到，網(wǎng)絡的仿真檢測輸出和實際輸出之間的誤差很小，說明設計的BP網(wǎng)絡控制器性能穩(wěn)定，能夠滿足實際應用的性能要求，對溶解氧濃度的控制能夠起到比較精確的控制效果。
圖4 實際值、網(wǎng)絡輸出值和誤差值的對比
3、控制系統(tǒng)實現(xiàn)
3.1 硬件系統(tǒng)設計
根據(jù)工藝要求，甘肅靖遠污水處理廠采用三個控制站，針對CASS池部分的控制站使用的PLC是AB系列的Logix 5561；模擬量輸入模塊為1756-IF16，采集現(xiàn)場BOD5、COD、SS、TN、TP以及進水流量等傳感器數(shù)據(jù)；模擬量輸出模塊為1756-OF8，輸出給定鼓風機變頻器的頻率大小。
3.2 軟件系統(tǒng)設計
一般的污水處理控制系統(tǒng)都是采用PLC和上位組態(tài)軟件來進行控制的，而PLC和上位組態(tài)軟件編程方式的局限性，使得它們不能進行神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法的編寫機電一體化論文，只能實現(xiàn)一些簡單的控制方法；MATLAB能很容易的實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡的算法編寫，但是不能夠進行組態(tài)免費論文。如何將MATLAB和PLC結合起來實現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡對溶解氧濃度的控制是本系統(tǒng)的關鍵所在，這就要用到OPC協(xié)議來實現(xiàn)上位機中的MATLAB與下位機PLC之間的數(shù)據(jù)交換，才能將MATLAB中設計好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制器用到系統(tǒng)中。在本系統(tǒng)中，我們將PLC采集來的BOD5、COD、SS、TN、TP以及進水流量等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過OPC協(xié)議送入到MATLAB工作空間，經(jīng)過MATLAB中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制器處理，得出鼓風機變頻器需要的頻率大小，然后將結果再通過OPC協(xié)議送回到PLC，經(jīng)過模擬量輸出給到變頻器，通過調(diào)節(jié)鼓風機頻率的大小來調(diào)節(jié)鼓風量的大小，最終調(diào)節(jié)CASS池中溶解氧濃度的大小。PLC與MATLAB通過OPC協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換的部分m程序如下所示：
da = opcda (‘localhost’,‘RSLinx OPC Server’); %建立OPC數(shù)據(jù)訪問對象模型
connect(da); %連接到服務器
grp = addgroup (da); %建立組對象模型
item1 = additem (grp,‘[plc]temp1’); %建立數(shù)據(jù)項模型
r = read (item1); %讀item1數(shù)據(jù)結構，并把值賦給data
data = r.value;
item2 = additem (grp,’[plc]temp2’);
write (item2,0); %向item2中寫入數(shù)據(jù)0
disconnect (da); %斷開OPC連接
delet (da); %刪除OPC數(shù)據(jù)訪問對象
3.3 上位組態(tài)監(jiān)控設計
本控制系統(tǒng)上位組態(tài)軟件采用組態(tài)王。在組態(tài)王設計的監(jiān)控操作畫面中,可以實現(xiàn)手動/自動切換、給定值輸入、參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)顯示、畫面切換等功能，使操作人員很容易的對控制系統(tǒng)進行操作和管理。另外，利用組態(tài)王還可以完成監(jiān)視器顯示所需的現(xiàn)場設備監(jiān)控畫面機電一體化論文，如系統(tǒng)狀態(tài)圖、硬件報警、工藝報警、模擬量趨勢、對比趨勢、操作日志、報表輸出等，可直觀、動態(tài)地顯示出現(xiàn)場各部位重要參數(shù)的變化。圖5所示為CASS池監(jiān)控畫面：
圖5CASS池組態(tài)監(jiān)控畫面
4、結束語
本文通過對污水處理CASS池中溶解氧濃度控制要求的深入分析，對比闡述了傳統(tǒng)控制方法的局限性以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡的優(yōu)越性，通過在MATLAB環(huán)境下設計BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制器，并對其進行訓練仿真，得出合理的BP網(wǎng)絡控制器。最后通過OPC協(xié)議進行MATLAB與PLC之間的數(shù)據(jù)交換，將MATLAB環(huán)境下的BP神經(jīng)網(wǎng)絡運用到實際的污水處理控制系統(tǒng)中，通過實際運行觀察，控制效果非常理想，降低了成本，提高了效率。
參考文獻：
[1]胡玉玲，曹建國，喬俊飛.活性污泥污水處理系統(tǒng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制[J].系統(tǒng)仿真學報，
2005，17（10）：2541-2544.
關鍵詞：焦爐煤氣，螺桿壓縮機，高精度調(diào)節(jié)，ABB，DCS控制系統(tǒng)
1綜述
萊鋼CCPP燃機系統(tǒng)采用高壓焦爐煤氣做燃料，焦爐煤氣需要加壓到2.9±0.2Mpa，因此采用了日本前川公司的壓縮機，此類型的壓縮機利用雙螺桿的旋轉嚙合原理來壓縮煤氣并向壓縮機內(nèi)噴注油。該壓縮機螺桿式壓縮機，低壓段入口壓力約8.5Kpa，低壓段出口壓力為0.6Mpa，高壓段出口即為額定壓力。碩士論文，ABB。
該系統(tǒng)采用ABBDCS控制器，在控制中采用了多種控制模式，使系統(tǒng)完成設備控制和高精度的調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)本著簡潔、靈活、安全的目標進行程序設計，集參數(shù)監(jiān)控、參數(shù)聲光報警、歷史趨勢記錄、生產(chǎn)操作、硬件狀態(tài)監(jiān)控、設備運行狀態(tài)判斷、與生產(chǎn)調(diào)度遠程監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度綜合管理等多項功能于一身，體現(xiàn)了系統(tǒng)的完整性。
2 DCS控制系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)組成及功能
該系統(tǒng)的DCS采用ABB生產(chǎn)的AC800F的冗余配置，以PM802F控制器為基礎，通過標準的I/O卡件傳送機組信息和發(fā)出控制指令，具有高度的可靠性、安全性；系統(tǒng)工作時，一主一從，同步運行，相互冗余。一旦主控制器因故障而停止運行，從控制器馬上變成主控制器繼續(xù)工作。碩士論文，ABB。利用CBF8.1變成軟件對I/O模件進行組態(tài)，實施程序編制，通過現(xiàn)場總線通訊控制現(xiàn)場設備的啟停。運用梯形圖（LD）和功能塊（FBD）相結合的編程方式，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的邏輯判斷和控制，實現(xiàn)設備的連鎖控制。具有模擬量處理、數(shù)字量處理、控制調(diào)節(jié)、趨勢查詢、監(jiān)控功能塊，開環(huán)控制、邏輯運算、數(shù)據(jù)轉換等功能。控制器PM802F和I/O從站通過Profibus現(xiàn)場總線通訊，控制器PM802F和上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享。碩士論文，ABB。DCS自控系統(tǒng)可根據(jù)人機界面的操作指令和現(xiàn)場監(jiān)測器信號，完成整個壓縮機系統(tǒng)的順序控制和邏輯控制，并進行工藝過程以及設備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，完成工藝過程數(shù)據(jù)分析以及設備和網(wǎng)絡的診斷。碩士論文，ABB。碩士論文，ABB。
2.2系統(tǒng)控制邏輯
當燃氣輪機用柴油啟動后，開機信號會傳遞給壓縮機控制系統(tǒng)，壓縮機檢查開機條件允許后，手動發(fā)出機組啟動命令。當啟動命令到來后，機組打開煤氣入口切斷閥，油回流閥，啟動油泵，然后啟動低段壓縮機電機。低段壓縮機啟動的初始階段，壓縮機滑閥開始按照間隔脈沖的方式逐漸開到設定位置，隨著出口壓力的增高，回流調(diào)節(jié)閥開始對出口壓力進行調(diào)節(jié)。當壓縮機電機開始運行的時候，油溫也開始自動調(diào)節(jié)。當?shù)投纬隹趬毫_到設定值、滑閥在設定的范圍之內(nèi)，開始達到高段允許啟動條件時。
同樣，打開高段入口閥門，啟動油泵，啟動高段壓縮機電機，同時調(diào)節(jié)油溫度、壓縮機滑閥開度以及壓縮機出口壓力。在低段入口閥后、高段出口閥前還設置有一大回流管道，管道上設置有2個快速調(diào)節(jié)閥。燃機停機信號發(fā)出時，根據(jù)設定壓力對壓縮機出口壓力進行調(diào)節(jié)，使尾端的2.9Mpa的焦爐煤氣迅速降到設定點，從而避免長時間的高壓焦爐煤氣發(fā)生爆炸。整個邏輯的完成，完美的呈現(xiàn)了DCS的自動控制優(yōu)勢。
2.3 回路控制
該系統(tǒng)主要有高低段壓縮機出口壓力調(diào)節(jié)、高低段溫調(diào)節(jié)、高低段排氣溫度調(diào)節(jié)等6個回路。其中，油溫和排氣溫度的調(diào)節(jié)采用單回路PID控制，調(diào)節(jié)精度在1攝氏度之內(nèi)。 對高低段壓縮機出口壓力調(diào)節(jié)共分為2種模式，獨立運行模式和協(xié)調(diào)控制模式。
1、獨立運行模式：當壓縮機運行而燃氣輪機沒有投入運行連鎖的時候，壓縮機出口壓力完全通過回流調(diào)節(jié)閥來直接調(diào)節(jié)，而壓縮機滑閥通過開機階段的自動脈沖觸發(fā)打開到設定值即保持不動；
2、協(xié)調(diào)控制模式：當燃氣輪機運行的時候，通過回流調(diào)節(jié)閥正常工作值判斷，如果回流調(diào)節(jié)閥的輸出小于低點設定值減去死區(qū)，那么就會脈沖增加滑閥開度而增加壓縮機容量。碩士論文，ABB。如果回流調(diào)節(jié)閥的輸出大于高點設定值加上死區(qū)，那么就會脈沖減小滑閥開度，從而降低壓縮機容量，兩方面相互作用共同調(diào)節(jié)。
2.4系統(tǒng)安全
壓縮機與煤氣柜的柜位以及燃機采用硬線連鎖。當煤氣柜柜位超低時需要壓縮機停機以保證煤氣柜前系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。當燃機準備開機的時候，壓縮機才具備開機條件，當燃機開始燒焦爐煤氣后，才能進行動態(tài)的容量調(diào)節(jié)。
3結束語
焦爐煤氣壓縮機，性能穩(wěn)定，運行良好。DCS自動控制系統(tǒng)基于對生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)采集、順序控制、連續(xù)控制、監(jiān)控操作、人機對話和數(shù)據(jù)通信，其應用實現(xiàn)了發(fā)電廠DCS自控系統(tǒng)的在線實時監(jiān)控、故障診斷、故障預報，并提供了故障診斷系統(tǒng)信息指導功能。
參考文獻
[1]AC800F操作與組態(tài)，北京：ABB大學-北京培訓中心出版，2006.
[2]前川公司壓縮機系統(tǒng)控制說明
關鍵詞：模糊PID；角度控制；仿真
1.控制系統(tǒng)結構
本系統(tǒng)中由于機器人的運動涉及到角度及距離兩個方面，所以本文中的模糊PID控制器具體設計為兩組控制器構成：一組用于控制機器人的角度轉動，一組用于機器人的位置移動。具體結構圖如圖1所示。
其中Ra、Ya為角度的輸入輸出，Ea、Eac為角度誤差及其變化率，Uaf、Uap為角度模糊控制器和PID控制器輸出，Ua為角度控制器總輸出。同理，位置的控制輸出也是如此。下面進一步以電機角度的模糊PID控制為例來說明系統(tǒng)的可行性。
2.模糊控制器的設計
設在采樣時刻t，誤差和誤差的變化分別為：
本模糊系統(tǒng)設計為二維控制器：et、Δet為兩個輸入變量，ut為輸出變量。模糊控制器的基本結構如下圖2所示。
從上述控制器的系統(tǒng)設計中知道PID控制器的輸出為Uap，模糊控制器的輸出為Uaf，故總輸出為Ua=Uap+Uaf=KP×et+Ki×∫etdt+Uaf 。
根據(jù)模糊控制規(guī)律本文設計系統(tǒng)中沒有微分環(huán)節(jié)，而參數(shù)Kp、Ki是通過實驗方法確定的。從角度和距離的實際情況中我們可以看出，不同范圍的誤差變化，系統(tǒng)要取得好的控制效果，Kp、Ki參數(shù)是不同的。例如，在角度控制中，Kp適合于誤差為10o到20o的中等角度，但它對5o以下的小角度調(diào)節(jié)時，Kp×et就會過小，從而使得調(diào)節(jié)時間較長、穩(wěn)態(tài)誤差增大；但在對40o以上的大角度調(diào)節(jié)時，Kp×et就會過大而出現(xiàn)較大的超調(diào)，調(diào)節(jié)時間也相應延長。所以針對這樣的情況，在本論文中的PID控制器的設計針對不同范圍的誤差，采用了多組參數(shù)值的方法。將角度誤差范圍分為小（0-5o），中（5o-25o）、大（25o以上）3個區(qū)域，每個區(qū)域對應不同的參數(shù)值。經(jīng)過實驗，本論文中的小角度誤差時Kp取0.65，Ki取0.0015；中角度時Kp取0.35，Ki取0.0015；大角度時Kp取0.15，Ki取0.001。
3.實驗結果分析
本系統(tǒng)的實驗是利用MATLAB的Simulink仿真環(huán)境對系統(tǒng)進行的。下圖3、4、5就是角度范圍劃分不同情況下單一的PID控制與模糊PID控制的效果對比圖。
實驗結果分析：
（1）從圖3和圖4可以看出，在單一的PID控制輸出超調(diào)量較大時，引入模糊控制后，確保快速性的情況下能夠減小系統(tǒng)輸出的超調(diào)量。
（2）從圖5可以看出，在單一的PID控制輸出調(diào)節(jié)時間過長時，引入模糊控制后，確保不損失控制精度的情況下，能迅速減小調(diào)節(jié)時間。
4.總結
通過實驗對本文所提出的模糊控制器與單一PID控制器相結合構成的模糊PID控制算法進行了測試，并通過仿真曲線圖形顯示了模糊PID控制算法能夠保證機器人足球系統(tǒng)運動控制的準確性和穩(wěn)定性，又縮短了動態(tài)調(diào)整時間，取得了較好的控制效果。（作者單位：長春工業(yè)大學人文信息學院）
參考文獻：
[1] 諸靜.模糊控制理論與系統(tǒng)原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[關鍵詞] 89C51單片機 洗衣機 控制器
作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊环N家用電器，洗衣機為人們提供了很多便利。本論文將設計一款由微電腦控制的全自動洗衣機。采用的芯片為51系列的單片機。
為了更好地理解本論文的設計內(nèi)容，先來全面介紹一下全自動洗衣機的工作原理：
將衣物放入洗衣機后，打開進水龍頭的閥門，選擇好正確的水位及工作程序后接通電源。閉合倉門，門安全開關閉合，此時水位開關內(nèi)部的公共觸點和脫水觸點相通，進水閥通電進水。當桶內(nèi)水位到達指定高度時，在氣壓的作用下水位開關內(nèi)部公共觸點斷開脫水觸點而接通洗滌觸點，進水閥斷電停止進水，電動機電源被接通。電動機運轉后，周期性正轉、反轉，通過離合器帶動波輪正轉、反轉，波輪的轉動會帶動桶內(nèi)的水及衣物形成旋轉水流，衣物在水流中相互摩擦而達到洗衣的目的。當洗滌過程完成后，排水電磁閥通電工作，排水閥門被打開，桶內(nèi)的水向外排出，同時聯(lián)動桿也把離合器從洗滌狀態(tài)切換到脫水狀態(tài)。當排水完成后桶內(nèi)大氣壓力下降，水位開關的公共觸點復位接通脫水觸點，排水電磁閥繼續(xù)保持通電狀態(tài)，電動機通電運轉帶動脫水桶高速旋轉而甩干衣物，洗衣程序結束后斷開水電而停機。至于中間的過程要洗多少次，洗衣時間的長短，由程序控制。
此洗衣機控制器的設計分成硬件設計和軟件設計兩部分。
硬件設計：
洗衣機控制器硬件設計電路包括三部分：水位檢測模塊，電機控制模塊、顯示按鍵模塊。
水位檢測機構由玻璃管、浮子、金屬滑桿等組成。玻璃管與洗衣桶相連，玻璃管中的水位就是洗衣桶內(nèi)的水位。在放水或進水的過程中，浮子帶動金屬管上下移動，當水位處于最高點或最低點時，金屬滑桿都與金屬地相連，致使引腳INT1處于低電平，向CPU申請中斷，否則INT1被上拉電阻上拉為高電平。
電機控制模塊有兩個控制端，一端控制電動機正向運轉，該端與P1.0相連；另一端控制電動機反向運轉，該端與P1.1相連。電控水龍頭共兩只，一只為進水龍頭，受P3.0控制：另一只為出水龍頭，受P3.1控制。當電控水龍頭的控制端為“1”時，水龍頭打開，當電控水龍頭的控制端為“0”時，水龍頭關閉。
顯示按鍵模塊包括LED顯示器、按鍵和若干指示燈。LED顯示器共兩只，P0控制高位顯示器，P2控制低位顯示器。按鍵4只，分別為“編程選擇”、“增”、“減”和“啟動鍵”，這4只鍵組成2*2鍵的矩陣式鍵盤，該鍵盤使用引腳INT0向CPU申請中斷。蜂鳴器由P1.2控制，當P1.2輸出為“1”時，蜂鳴器發(fā)聲。單片機的P1.3、P1.4、P1.5引腳分別接三八譯碼器74LS138的輸入端C、B、A，74LS138的輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6分別與7個發(fā)光二極管的陰極相連，用于指示工作狀態(tài)。其中Y0控制“洗衣剩余時間”指示燈，Y1控制“脫水剩余時間”指示燈，Y2控制“強洗”指示燈，Y3控制“弱洗”指示燈，Y4控制“洗滌次數(shù)”指示燈，Y5控制“洗衣時間”指示燈，Y6控制“脫水時間”指示燈。
軟件設計：
整個洗衣程序要經(jīng)過以下幾個過程：
（1）進水程序：由控制進水閥的開/關時間來完成。
（2）洗滌過程：洗衣機不斷正轉、反轉，是通過單片機對電機的控制來實現(xiàn)的。
（3）排水過程：由單片機控制排水閥的開/關時間來完成。
（4）脫水過程：洗衣機高速旋轉一定時間，是通過單片機對電機的控制來實現(xiàn)的。
因此，本文按照上述過程設計主程序，主程序流程圖如圖1所示：
圖1 程序流程圖
關鍵詞：云臺；無線傳輸，Mini2440；局域網(wǎng)
中圖分類號：TP277
目前在視頻傳輸系統(tǒng)領域中，有線視頻系統(tǒng)應用廣泛，但有很多缺點，只適用于小范圍的區(qū)域。尤其對于一些特殊的勘探場合，很難布線，因此有線視頻傳輸系統(tǒng)受物理布線的限制無法實現(xiàn)。無線視頻傳輸系統(tǒng)卻不受限制，可以克服有線視頻傳輸系統(tǒng)的缺點。同時隨著自動化，通信技術的飛速發(fā)展，一種以嵌入式系統(tǒng)為主要處理手段的視頻無線傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)已經(jīng)成為可能。
隨著信息技術的發(fā)展，市場上出現(xiàn)很多基于嵌入式的有線和無線兩種視頻傳輸系統(tǒng)。它們有很多突出的優(yōu)點：系統(tǒng)提供良好的用戶接口，設置了用戶權限，只有有權限的用戶才能操作或控制該系統(tǒng)；可以用手機瀏覽網(wǎng)頁的方式查看實時視頻畫面。因此基于嵌入式技術的網(wǎng)絡視頻傳輸系統(tǒng)將有很好的發(fā)展空間。
1 云臺控制視頻無線傳輸系統(tǒng)的硬件結構
設計的系統(tǒng)由兩個大模塊組合而成：一個是控制攝像頭捕捉足夠大的視頻畫面的云臺控制器，此部分的設計是本論文的重點；另一個是基于Mini2440開發(fā)板的視頻無線傳輸模塊，此部分是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的一個重要輔助工具，也是本系統(tǒng)以后發(fā)展、延伸的部分。基于云臺的視頻無線傳輸系統(tǒng)中硬件是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的關鍵，由以下幾個部分構成：云臺控制器、視頻采集模塊、mini2440微處理器、無線傳輸模塊，GSM開關、手機終端模塊。
1.1 云臺控制器。云臺控制器是基于STC12C5A60S2 單片機設計的一個機體結構，通過單片機控制X軸和Y軸方向的兩個舵機，一個是X軸方向的旋轉，通過延時程序的設置可以以任意速度旋轉；Y軸方向的舵機可分三個檔位，當X軸舵機旋轉一個來回時Y軸方向的舵機才旋轉一個檔位，如此周而復始地旋轉，當X軸旋轉6個來回時Y軸舵機的三個檔位才能循環(huán)一次，如此的程序設計是為了云臺上的攝像頭能掃描到足夠大的視頻畫面。
1.2 mini2440微處理器。Mini2440是性價比較高的一款開發(fā)板。因采用了穩(wěn)定性特別強的電源芯片供電，再加上專業(yè)的復位電路，使得整體的電路板運行非常穩(wěn)定。其PCB是采用先進的四層板制板技術，布線合理，整個電路板的信號流非常流暢、完整，符合電路信號原理，而且具有很多先進性，支持基本的操作系統(tǒng)，不僅具有極強的視頻圖像處理功能，還有豐富的硬件資源。
1.3 視頻采集模塊。數(shù)字攝像頭可以直接捕捉視頻圖像，然后傳送到計算機里儲存或進一步的處理。本文涉及到視頻采集模塊是一款USB攝像頭。
1.4 無線傳輸模塊。本次設計是通過網(wǎng)頁瀏覽的方式將攝像頭捕捉到的視頻圖像經(jīng)過友善之臂開發(fā)板進行處理后經(jīng)過一個由路由器組建的局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)無線傳輸。在本次設計中選擇TP-LINK無線路由器作為無線傳輸模塊來搭建本次設計所用到的一個局域網(wǎng)。TP-LINK無線路由器有很多優(yōu)點，適合于本次設計的視頻數(shù)據(jù)傳輸要求。
1.5 GSM開關。整個系統(tǒng)中控制攝像頭掃描范圍的云臺控制器是通過單片機控制兩個平面的舵機轉角來實現(xiàn)攝像頭的畫面捕捉范圍的。云臺控制器耗電量比較大，而且長時間運行會縮短舵機的壽命，所以需要一種開關來控制云臺控制器的開通與關斷，所以對一個GSM開關進行了改裝，從而實現(xiàn)了在任何一個位置，任何一個時間都可以控制云臺控制器的開通與關斷。查看視頻畫面掃不到的范圍時才打開云臺控制器運行，否則就關掉，這樣不僅節(jié)省電能，還能做到延長云臺控制器的壽命。
2 云臺控制器的設計
2.1 云臺機體設計。云臺是為了能使其上面搭載的攝像頭掃描到的范圍更廣泛而設計的。它的機械結構一般有兩個自由度即可，一般是指在水平方向即X軸和垂直方向即Y軸即可滿足要求。
2.2 云臺控制電路的設計。云臺電路結構如下圖1所示，本次云臺共用2路舵機，但考慮到某些端口發(fā)生故障而影響研究進程，再考慮到節(jié)約資源，避免浪費，此主控板可以對以后的擴展有所幫助，所以我預留了20個接口，主控板共有22路舵機接口，并且在云臺主控板上預留了其他傳感器接口，可以進行一些附加功能的擴展。
圖1 云臺電路結構
2.3 云臺動作程序。程序分兩個子程序：一個是單片機初始化子程序，另一個是云臺動作規(guī)劃控制程序。其中云臺動作規(guī)劃控制程序又分兩個動作，一個是X軸方向的旋轉，通過延時程序的設置可以以任意速度旋轉，Y軸方向的舵機可分三個檔位，當X軸舵機旋轉一個來回時Y軸方向的舵機才旋轉一個檔位，如此周而復始地旋轉，當X軸旋轉6個來回時Y軸舵機的三個檔位才能循環(huán)一次，如此的程序設計是為了云臺上的攝像頭能掃描到足夠大的視頻畫面。
3 視頻無線傳輸?shù)膶崿F(xiàn)
3.1 視頻的無線傳輸。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種無線設備如同雨后春筍，得到了很廣泛的應用。在本次論文設計中我主要采用目前技術比較成熟的無線局域網(wǎng)技術，無線局域網(wǎng)的通信標準是802.11a/b/g。通過無線路由器搭建一個局域網(wǎng)，使用TCP/IP協(xié)議再將攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過Mini2440開發(fā)板處理后通過局域網(wǎng)可以查看到動態(tài)的視頻畫面。
3.2 視頻數(shù)據(jù)壓縮處理程序的實現(xiàn)。在本次設計中視頻數(shù)據(jù)的采集及壓縮處理程序是Mini2440-bin，可以與本次論文所選用的攝像頭驅動程序很好地匹配使用。此程序可實現(xiàn)的是實時視頻數(shù)據(jù)的傳輸，不需要用大量的存儲空間去保存大量的視頻數(shù)據(jù)，這也是本次畢業(yè)論文所設計系統(tǒng)區(qū)別與監(jiān)控錄像的地方。
然后可以通過智能安卓系統(tǒng)的手機在終端通過瀏覽網(wǎng)頁的方式查看實時的視頻畫面，同時也通過手機撥通GSM開關的方法來控制云臺的開通與關斷，即可以用手機查看實時畫面的同時也可以靈活的無線控制云臺輕松得到自己想要看到的視頻畫面角度。
3.3 手機查看視頻畫面。前期的設計和調(diào)試工作完成后，就可以通過手機查看系統(tǒng)傳輸?shù)膶崟r畫面。打開手機的瀏覽器，鍵入系統(tǒng)的IP地址，可以在手機上顯示動態(tài)的視頻畫面，同時還可以通過手機控制云臺的開通與關斷，從而得到自己想看的畫面角度，找好位置后可以通過手機發(fā)送指令關掉云臺，這樣可以節(jié)省電能。
4 結論
本次論文設計運用自動控制技術和信息通信技術的一些成熟的技術作為理論依據(jù)，成功地完成了基于云臺控制的視頻無線傳輸系統(tǒng)的設計工作。因為在設計云臺控制器主控板時預留了很多傳感器輸入，并且主控板還可以控制20路舵機，所以可以在系統(tǒng)上加一個濕度檢測傳感器，通過濕度檢測傳感器檢測雨點，同時驅動另幾路舵機來控制遮雨裝置工作，保護整個系統(tǒng)不會受雨水淋濕，這樣系統(tǒng)的安裝位置就不受環(huán)境限制了，不僅可以用在室內(nèi)，還可以用在戶外。如此改裝，完善后我們可以將本系統(tǒng)用在實驗室，老師可以隨時隨地查看學生的做實驗狀況。經(jīng)過長時間運行測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，對于畫面運動變化檢測靈敏，能夠滿足一般用途的視頻防盜監(jiān)控的需要。同時系統(tǒng)價格低廉，可以根據(jù)不同的應用改變智能監(jiān)控算法，具有廣泛的應用前景。
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關鍵詞：J2EE，Struts，系統(tǒng)開發(fā)框架
在J2EE企業(yè)級系統(tǒng)開發(fā)中，Struts框架占據(jù)了很重要的地位，熟練使用Struts框架可以大大地縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。本文將通過具體的代碼實例和流程圖對Struts框架的工作原理進行論述。
關鍵詞
J2EE Struts 系統(tǒng)開發(fā)框架
引言
學習Struts框架普遍會遇到的問題是搞不清它的具體工作原理。整個Struts應用是一個分工明確的有機整體，各個組件各司其職，在控制中心的統(tǒng)一指揮下，按部就班地完成各個部門的處理工作。
1.接收HTTP請求轉到Struts控制器
圖1 ：Struts工作原理流程
在如圖1所示的工作原理流程中描述了客戶端瀏覽器從發(fā)出請求到獲得響應的整個處理過程：
從圖1中可以看出，服務器首先對接受到的客戶端請求進行過濾：屬于Struts處理范圍的請求被自動提交給Struts控制器處理，否則將按照傳統(tǒng)的方式作出響應。具體說來，在Web應用程序中，凡是“*.do”格式的頁面請求URI(Uniform Resource Indicator,統(tǒng)一資源指示符)均屬于Struts處理范圍，將由一個名為ActionServlet的Servlet負責處理，Struts實現(xiàn)這一控制邏輯并沒有引入新的機制，來看Web應用下web.xml的一段代碼：
<servlet>
<servlet-name>action</servlet-name>
<servlet-class>org.apache.struts.action.ActionServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
<servlet-name>action</servlet-name>
<url-pattern>*.do</url-pattern>
</servlet-mapping>
上述代碼片段中使用標準格式配置了名為action的控制器Servlet，并在<servlet-mapping>元素中將所有“.do”結尾的頁面請求URI映射到該Servlet。類型org.apache.struts.action.ActionServlet是Struts API 中定義的最重要組件類之一，該類繼承了javax.servlet.http.HHttpServlet，因此其對象可以被作為 Servlet使用。
2.FormBean分發(fā)請求
控制器Servlet開始工作，它先使用一個制定的JavaBean來自動接收客戶端請求中包含的表單數(shù)據(jù)，這在Struts配置文件struts-config.xml中可以找到，聲明該JavaBean的代碼為：
<form-beans>
<form-bean name=”loginForm” type='com.struts.from.UserForm' />
</form-beans>
為了實現(xiàn)屬性的自動填充功能，該JavaBean必須是org.apache.struts.action.
ActionForm類型（實際上是其子類）的對象。論文格式。指定使用該Bean的代碼同樣位于文件struts-config.xml中：
<action-mappings>
<action input='/login.jsp' name='loginForm'path='/login' scope='request' type='com.struts.action.LoginAction'>
</action>
<action path=”/regist” forvard=”/regist.jsp”>
</action-mapping>
上述代碼片段的作用是，使用<action-mapping>元素的子元素<action>來事先約定控制器(ActionServlet對象)分發(fā)HTTP請求的規(guī)則：
（1）如果請求的頁面URI是login.do，則使用先前說明過的loginForm來自動接收請求表單中的數(shù)據(jù)，并將該請求分發(fā)給一個LoginAction類型的實例來處理。該實例起到類似于java程序中事件監(jiān)聽器的作用，要求其所屬類型必須是org.apache.struts.action.Action的子類。
同樣地，控制器Servlet對象有時也被稱為“AectionServlet對象”。和使用JavaBean的情形類似，如果找不到該Action對象（第一次用到時），則系統(tǒng)會自動實例化一個。
（2）如果請求的頁面URI是reqist.do，則直接轉向到“/regist.jsp”頁面做出響應。此時對應的是圖2-9中的一條“短路”流程“1->7->9”。論文格式。
顯然，如果需要還可以在<action-mapping>中定義更多的<action>子元素，來實現(xiàn)多分支效果。
3.執(zhí)行execute（）方法
Action對象接收到分發(fā)來的請求和先前由ActionServlet對象填充過的表單Bean（以及一些其他相關信息）后，會調(diào)用其execute()方法進行處理，execute()方法返回一個封裝了下一目標頁面信息的AoctionForvard對象給控制器ActionServlet。此時，mapping對象調(diào)用findForward()方法查找的是配置文件中<forward>元素所包含的映射信息：
<global-forwards>
<forwardname='failed' path='/error.jsp'/>
<forwardname='successed' path='/right.jsp'/>
</global-forwards>
最終的效果是，身份驗證通過則由ActionServlet將原客戶端HTTP請求再次轉發(fā)至/error.jsp頁面，否則轉發(fā)至right.jsp頁面。論文格式。
4.歸納Struts應用程序的基本原理
（1）ActionServlet接收客戶端HTTP請求，使用ActionForm自動接收請求表單信息，然后將請求分發(fā)給相應的Action對象。
（2）Action對象調(diào)用execute()方法處理請求，然后返回ActionForward對象給ActionServlet
（3）根據(jù)AoctionForward對象封裝的信息，ActionForward將HTTP請求再次轉發(fā)給其它頁面，最終發(fā)送響應回客戶端。
參考文獻
1. 《Struts Kick Start》 作者: （美）比德爾 （美）特納
譯者: 孫勇 電子工業(yè)出版社
2.《精通Struts：基于MVC的Java Web設計與開發(fā)》
關鍵詞：自動，熱備，通訊
1． 前言
隨著發(fā)電技術迅猛發(fā)展目前新建火電機組單機容量600MW屬于主流，我公司三四期擴建工程裝機容量為4×600MW。論文大全，自動。面對如此規(guī)模的發(fā)電機組對煤炭的需求量也就越來越大，對輸煤等公用系統(tǒng)的自動化控制要求也就越來越高。論文大全，自動。考慮機組容量對用煤量的問題，為了避免一條卸煤和上煤通路成為瓶頸耽誤正常生產(chǎn)，設計了兩條上煤通路，在正常情況下的運行方式是雙路如果在其中一條有缺陷需要停運處理時就得單路運行這主要是考慮設備運行的穩(wěn)定性。
2． PACSystem 控制系統(tǒng)介紹
利港電廠為三四期擴建工程配套輸煤系統(tǒng)所使用的控制系統(tǒng)為 GE FANUC公司在2003年推出的新的可編程自動化控制器PACSYSTEMRX7I .雖然PAC形式與PLC相似, 但PAC系統(tǒng)的性能卻廣泛全面得多.它是一種多功能控制器平臺,包含了多種用戶可以按照自己的意愿組合,搭配和實施的技術和產(chǎn)品.
2.1）控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)使用了兩套GE 公司的PACSystem RX7i系列PLC，(RX 代表機架式安裝,7代表基于90-70架構, i代表智能化意思)，互為熱備用即CPU冗余。為了避免同時失電，兩個機架的電源都取UPS電源。其處理器的型號700 MHz Pentium，內(nèi)存10MB和10MB FLASH。另外CPU冗余使用了一種新技術—映射內(nèi)存,如果在一個內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù),它們會立即在其它內(nèi)存中映射出來.它是一種光纖環(huán)和獨立設備.這體現(xiàn)了冗余備份技術的可用性和可靠性.在實際生產(chǎn)運用中我們兩個使CPU中的程序完全一樣，采集信息、處理程序、發(fā)出命令由主CPU完成，備用CPU在實時跟蹤主CPU工作。一旦主CPU失電或者通訊中斷，備用CPU將代替主CPU繼續(xù)完成工作。 主機通過以太網(wǎng)同PC機相連進行數(shù)據(jù)交換，由CPU通過判斷采集的輸入信號，經(jīng)過預先編制好的程序進行運算處理后，再通過輸出模塊發(fā)出命令，來達到控制的目的。
3. 現(xiàn)場控制系統(tǒng)
3.1）系統(tǒng)控制對象
本套輸煤系統(tǒng)的主要控制對象有：皮帶機24條（其中4#A/B皮帶可雙向運行），卸船機2臺，十個環(huán)式布料機和十個環(huán)式給料機，滾軸篩4臺，碎煤機4臺，取樣裝置兩套，圓盤電磁除鐵器10臺，皮帶稱4套，，電動三通擋板2個，移動伸縮頭4個，除塵器24個。
3.2）人機接口系統(tǒng)
本系統(tǒng)由兩臺操作員站(POS)，一臺工程師站(EDS),一臺服務器,及相應的通訊網(wǎng)絡組成.兩臺工控機可互為備用,EDS 是對輸煤系統(tǒng)運用軟件,進行開發(fā)管理的工具,與編程軟件一起完成所有的工程設計,組態(tài)修改,文檔服務,現(xiàn)場調(diào)試和系統(tǒng)維護等任務。服務器用于對過程數(shù)據(jù)進行實時采集、記錄、處理、存儲并生成一定格式的報表等數(shù)據(jù)以便于運行監(jiān)視、歷史分析等管理工作.各工作站使用普通網(wǎng)線同以太網(wǎng)交換機相連，通過以太網(wǎng)通訊模塊同PLC主機進行通訊。所有的數(shù)據(jù)顯示和操作都可以在操作員上位機上完成，并且還有報警，歷史趨勢和報表功能，給操作人員提供最完備的使用環(huán)境。論文大全，自動。
3.3）遠程系統(tǒng)
本系統(tǒng)設置了八個I/O遠程站，通過光纜經(jīng)光電轉換器與主/從站的總線控制器相連。這種應用方式極大地減少了控制電纜的數(shù)量和長度，減少了因電纜過長而引起的接地或接線不良等故障，也減少了費用的投入。另外采用光纜連接遠程站的通訊方式，使得通訊距離比應用同軸電纜通訊長了很多，并且消除了電壓、電流的干擾，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠焚|。每一套系統(tǒng)通過四塊IC697BEM731總線控制器與現(xiàn)場Genius BIU(IC670BI002)總線接口單元連接，構成一個簡潔Genius 網(wǎng)絡。這個時候我們可以通過Genius 網(wǎng)絡特性一覽表決定終端電阻等。我們可以從網(wǎng)絡組態(tài)圖上可以看出基本上每個轉運站都有兩個BIU，每個BIU可以管理多種類型的I/0模塊，熱電阻和熱電偶模塊。我廠在現(xiàn)場主要采用的是IC670MDL640輸入模件，IC670MDL740輸出模件，IC670ALG240模擬量輸入模塊及 IC670ALG620 RTD模塊。對于BIU 和I/O模塊我們都可以通過HHM手持式監(jiān)視器進行配置。
4） 構成局域網(wǎng)主要軟硬件
4.1 軟件系統(tǒng)
4.1.1）上位機監(jiān)控軟件
本系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件選用的是GE公司的CIMPLICITY HMI 6.1作為開發(fā)平臺，利用該軟件的變量存檔編輯器和報表設計器，可以很方便地為運行用戶過程數(shù)據(jù)生成用戶檔案并生成報表。利用ODBC功能，把所有設備的報警和人員的操作都記錄下來，通過聲音通知操作人員，以便使操作人員能夠立即進行處理，并給日后事故原因的分析創(chuàng)造有利條件。報表的數(shù)據(jù)量目前保留一個月，通過ODBC功能存放在服務器中（服務器所用軟件為SQL2000）
4.1.2）PLC編程軟件
PLC編程軟件采用GE公司的Proficy Machine Edition5.0（包含編程軟件、組態(tài)軟件）作為編程調(diào)試軟件的開發(fā)平臺。論文大全，自動。使用梯形圖編程方式，這種軟件的優(yōu)點是有強大的功能塊系統(tǒng)，并且由于集成了組態(tài)通訊等功能對于我們使用者是相當方便的。另外當時上位機軟件也采用GE公司的HMI，作為畫面開發(fā)平臺它雖然不屬于主流開發(fā)軟件，但我們考慮到與PLC良好的兼容性通過和INTOUCH軟件比較后覺得還是采用同一家公司的軟件比較好。
4.2) 硬件系統(tǒng)
操作員站配置客戶機2臺.長期放置于值班員操作臺,POS客戶機采用DELL臺式PC.工程師站配置服務器一臺,服務器采用DELL服務器.安裝軟件為基于微軟 Windows XP 操作系統(tǒng)上的SQL2000 數(shù)據(jù)庫軟件,一臺DELL 臺式PC機
5） 使用注意問題
a) 控制好溫度
PLC正常工作要求的環(huán)境溫度在0-55°C之間。在安裝PLC時應使其盡量遠離發(fā)熱量在的元件，并給PLC四周留足足夠的通風散熱空間。PLC的基本單元和擴展單元之間要留有30mm以上間隔。PLC機架上要安裝風扇，在夏天最好裝設空氣調(diào)節(jié)器，以降低PLC運行時的環(huán)境溫度。
b) 保證供電電源質量
PLC設備使用的供電電源為50HZ、220（1±10）V的交流電。考慮到設備持續(xù)運行的問題一般考慮接入UPS電源。論文大全，自動。
c) 提供良好的接地
良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。論文大全，自動。PLC的接地線與機器的接地端相接，擴展單元其接地點與基本單元的接地點接在一起。并使用專用地線（獨立的接地裝置），接地點應盡可能靠近PLC。
6） 結束語
這套系統(tǒng)目前已經(jīng)運行了兩年時間了，根據(jù)實際的運行情況證明：整個系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性高，控制靈活性強。隨著計算機和PLC技術的提高，輸煤系統(tǒng)的自動化水平也在不斷提高，目前已經(jīng)做到了把相對分散的各個設備統(tǒng)一集中到一起進行遠程控制，表明了目前自動化水平的提高。相信隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和計算機、PLC硬件及軟件水平的不斷提高，程序控制作為輸煤系統(tǒng)的主要控制方式，在火力發(fā)電廠將得到更加廣泛的應用。
參考文獻
PACsystem中文手冊
網(wǎng)站www．ctrlink．com．cn以太網(wǎng)須知介紹
《現(xiàn)代電氣控制》機械工業(yè)出版社
【關鍵詞】FPGA 雙軸自平衡 姿態(tài)傳感器 藍牙模塊 管理軟件
1 引言
眾所周知，輪椅已成為了許多病人和老年人的不可或缺的工具，它不僅是一種代步工具，更重要的是用戶可以借助輪椅鍛煉身體和參與社會活動。傳統(tǒng)的輪椅通過兩個大輪和兩個小輪來保持平衡，這樣雖然可以在平地上平穩(wěn)行進，但是在遇到上下坡和顛簸路面時則很難提供平穩(wěn)舒適的用戶體驗；同時對于乘坐輪椅的弱勢群體，在發(fā)生突發(fā)狀況時他們往往無法應對，如沒有及時得到救助可能會有生命危險，所以對于這個群體的監(jiān)護是必不可少的。
本文提出了一種基于FPGA的雙軸自平衡監(jiān)護系統(tǒng)的設計方案，一則通過自平衡系統(tǒng)的特殊設計應對復雜路面的平衡問題，另一則通過監(jiān)護軟件實時監(jiān)控用戶的狀態(tài)。該系統(tǒng)的主體采用雙軸自平衡技術以維持輪椅的平衡，并加裝安全監(jiān)控裝置，使監(jiān)護人通過手機就可以實時了解用戶的安全及位置信息。
2 系統(tǒng)總體設計方案
雙軸自平衡監(jiān)護系統(tǒng)主要由雙軸自平衡輪椅和輪椅監(jiān)護軟件組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
雙軸自平衡輪椅的操作與一般的輪椅相同，其不同點是在座椅部分使用電機驅動的十字支撐的雙軸來維持座椅的平衡狀態(tài)；同時用戶手機上的監(jiān)護軟件實時監(jiān)控著輪椅的運行狀態(tài)和使用者此時所處的地理位置。一旦輪椅出現(xiàn)故障或使用者主動按下報警按鈕，輪椅監(jiān)控軟件就會將此時使用者所處的地理位置和出現(xiàn)的危險情況以短信的形式發(fā)送至監(jiān)護人的手機上。并且監(jiān)護人還可以通過向用戶手機放松信息，得到老人當前所處的位置及輪椅的狀態(tài)。
2.1 雙軸自平衡原理
本系統(tǒng)中輪椅的自平衡主要由座椅下的十字支撐雙軸的自平衡來保證，這需要使用兩個步進電機、姿態(tài)傳感器和主控制器協(xié)同完成。
已橫軸為例，即保持座椅的縱向平衡。座椅下的橫軸與一個步進電機的軸承直接相連，主控制器通過從姿態(tài)傳感器傳回的座椅的位置數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制信號驅動步進電機進行角度補償來維持座椅縱軸方向的平衡。
當座椅出現(xiàn)前后偏移時，由姿態(tài)傳感器來撲捉偏移量，通過串口傳至主控制器，并申請中斷處理信號，接收到中斷信號，主控制器接收到座椅的偏移信息，并應用PID算法計算出控制信號驅動步進電機進行縱向的偏角補償，從而維持座椅的前后平穩(wěn)。座椅的橫向平衡與此相同。
2.2 數(shù)字PID算法
數(shù)字式PID控制算法可以分為位置式PID和增量式PID控制算法。
2.2.1 位置式PID
位置PID算法是以T作為采樣周期，k作為采樣序號，則離散采樣時間kT對應著連續(xù)時間t，用矩形法數(shù)值積分近似代替積分，用一階后向差分近似代替微分，經(jīng)過近似變換：可以得到離散的PID表達式為
（1）
其中Kp表示控制器的比例系數(shù)；k表示采樣序號；uk表示第k次采樣時刻的計算機輸出值；ek表示第k次采樣時刻輸入的偏差值；ek-1表示第k-1次采樣時刻輸入的偏差值。
2.2.2 增量式PID
所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量uk。增量式PID控制算法可以通過（式1）推導出。由（式1）可以得到控制器的第k-1個采樣時刻的輸出值為：
（2）
將（式1）與（式2）相減并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式為：
（3）
由（式3）可以看出，如果計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定A、B、C，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（式3）求出控制量。
而位置式PID控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計算公式：
（4）
（式4）就是目前在計算機控制中廣泛應用的數(shù)字遞推PID控制算法，也是本文主要使用的算法。
3 雙軸自平衡輪椅硬件系統(tǒng)設計
雙軸自平衡輪椅的硬件系統(tǒng)主要包括，主控制器、姿態(tài)傳感器、電機系統(tǒng)、藍牙通信系統(tǒng)等。
3.1 主控制器
自平衡需要的硬件電路復雜度適中，數(shù)據(jù)計算量較復雜，如果進行最基本、最粗糙的自適應平衡，普通的單片機也能做到。但考慮到系統(tǒng)的實時性和高靈敏性，需要運行PID算法來調(diào)整車體狀態(tài)，且要與手機進行通信。從系統(tǒng)性能和未來可改進空間上綜合考慮選擇使用Altera公司的Cyclone II系列的芯片EP2C50，主頻50MHz。
3.2 姿態(tài)傳感器
采用六軸姿態(tài)傳感器模塊，其中包含有高精度的陀螺加速度計MPU6050，且集成有姿態(tài)解算器，并配合動態(tài)卡爾曼濾波算法，能在動態(tài)環(huán)境下準確輸出模塊當前姿態(tài)，且輸出直接為串口，波特率為115200，免去開發(fā)MPU6050的IIC協(xié)議，直接通過串口獲取模塊當前的姿態(tài)信息，方便的判斷輪椅車體當前的狀態(tài)。
3.3 電機系統(tǒng)
自平衡輪椅座椅下的十字支撐軸由兩個減速步進電機控制控制。該步進電機為四相五線減速步進電機，驅動電壓5V，步進角度為5.625*1/64，減速比為1/64。
直流電機和步進電機均使用電機驅動芯片L298N進行驅動。用該芯片可以驅動兩個直流電機或一個步進電機，所以本系統(tǒng)中使用兩個L298N。
3.4 藍牙通信系統(tǒng)
自平衡輪椅與手機上的監(jiān)護軟件通信使用的是藍牙，所以在主控FPGA上連接有HC-06藍牙模塊。該模塊采用CSR主流藍牙芯片，藍牙V2.0協(xié)議標準；工作電壓5V；波特率有八種可選，本系統(tǒng)中設定為115200；可與藍牙筆記本、手機、PDA等設備無縫連接。
4 輪椅監(jiān)護軟件設計
本系統(tǒng)的輪椅監(jiān)護軟件是運行于手機上的客戶端軟件，具有藍牙通信、GPS地理位置信息獲取和短信監(jiān)聽、發(fā)送功能。藍牙通信部分主要實現(xiàn)對輪椅發(fā)生意外時的報警和輪椅狀態(tài)的監(jiān)控；GPS部分則主要獲取到當前手機的地理位置；短信部分則負責在發(fā)生突發(fā)事件時將地理位置信息、報警信息發(fā)送到監(jiān)護人手機上，同時軟件監(jiān)聽手機接收到的短信，如果監(jiān)護人發(fā)來短信想獲取使用者的位置，軟件就將用戶的地理位置發(fā)送給監(jiān)護人。
4.1 建立藍牙連接
監(jiān)護軟件使用藍牙與雙軸自平衡輪椅進行通信之前，首先要先建立起通信連接，保證雙方已可以進行通信，然后才通過藍牙進行通信。
如圖3所示，建立藍牙通信的過程可以分為五個步驟：
（1）獲取手機默認的藍牙適配器，它是藍牙交互的入口點，利用它可以發(fā)現(xiàn)其它藍牙設備，查詢綁定了的設備，使用已知的MAC地址實例化一個藍牙設備和建立一個藍牙服務器端來監(jiān)聽來自其它設備的連接；
（2）開啟藍牙設備，這是建立通信的前提；
（3）搜索 “可見”的藍牙設備，若設備可被發(fā)現(xiàn)，則返回設備的名字、MAC地址等信息；
（4）在上步中搜索到的藍牙設備中選擇要連接的設備，發(fā)起連接請求，如果雙方已配對，則直接建立好連接；
（5）最后訪問已經(jīng)建立好的藍牙連接的套接字，就可以進行通信了 。
4.2 地理位置信息獲取
本系統(tǒng)的輪椅監(jiān)護軟件具有實時獲取手機GPS地理位置信息的功能，開啟軟件之后，便自動開始獲取GPS信息，每隔一段時間刷新一次。其獲取流程如圖4所示。
地理位置的獲取，主要分為兩種方式：GPS模塊定位和WLAN、移動網(wǎng)絡定位。我們主要采用移動網(wǎng)絡進行定位，室內(nèi)GPS無法獲取到衛(wèi)星信息，當在室外時開啟GPS模塊使用它進行定位。
通過上述兩種方式獲取到的地理位置信息包括經(jīng)度、緯度、海拔等，在本軟件中只獲取經(jīng)緯度，并通過獲取到的經(jīng)緯度解析為具體地址街道信息，這需要開啟網(wǎng)絡，所以在軟件運行前要保證網(wǎng)絡的順暢。
4.3 短信監(jiān)聽與發(fā)送
在4.2中我們通過獲取到了地理位置信息，這些信息保存在軟件中。當輪椅發(fā)生意外或監(jiān)護人發(fā)來請求時，軟件通過短信將之前獲取到的地理位置信息和報警信息發(fā)送給監(jiān)護人。如圖5所示為這部分的軟件流程。
5 結語
本文設計的雙軸自平衡輪椅能夠有效的克服復雜路面環(huán)境，為用戶提供良好的康復和社會環(huán)境，同時也能夠為用戶著想提供給用戶了解自身身體狀態(tài)信息。并且在發(fā)生特殊情況是告知用戶監(jiān)護人。總之，提供給了用戶安全可靠和值得信賴的平臺。
此外，本文所涉及的安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件也可應用于手機對其它設備的監(jiān)控上，應用前景廣泛。
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作者單位
1.中國飛行試驗研究院 陜西省西安市 710089
【關鍵詞】SOPC；光電開關；恒流驅動電源；調(diào)光
1.總體方案設計
設計一套模擬路燈控制系統(tǒng)，能夠控制多條支路的路燈開關，設定支路控制器，支路控制器有時鐘功能，能設定、顯示開關燈時間，控制整條支路按時開燈和關燈；能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈，獨立控制每條支路上的開關燈時間；能根據(jù)交通和環(huán)境自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)，當有移動物體經(jīng)過時候自動亮燈，超出燈的一定覆蓋范圍自動熄燈，不同路燈之間能夠平滑切換；能夠對監(jiān)控路燈故障，發(fā)出報警信息。
方案設計如圖1所示，采用可擴展性能和系統(tǒng)控制性能較強的FPGA器件作為核心，用可編程技術把整個系統(tǒng)的控制功能集中在一塊芯片上，即SOPC可編程片上系統(tǒng)，在FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)處理器軟核，通過模擬處理器，提供豐富的接口資源，直接連接時鐘、鍵盤顯示、轉換點測量裝置光電開關、光敏器件單元控制器等設備，整個系統(tǒng)靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。
由于FPGA控制容易實現(xiàn)，資源豐富，液晶顯示準備采用128*64的模塊，而且設置多級顯示菜單，鍵盤采用4*4的行列式鍵盤，提高了人機交互的便捷性，使操作界面更加美觀性。
在這個方案中Cyclone、數(shù)字電位器、電平轉換、光電開關驅動、鍵盤顯示等都屬于支路控制器部分，可以根據(jù)路燈支路的多少進行增加或者減少；繼電器、LED恒流源、比較器等屬于單元控制器。
2.主要電路設計
①FPGA底層設計
首要任務就是用FPGA模擬處理器。在FPGA中我們定義了A/D采樣模塊、鎖相環(huán)模塊、CPU模塊。
CPU模塊是真?zhèn)€FPGA模擬的核心，加載在嵌入式IP軟核，CPU模塊下根據(jù)電路需求又定義了1個矩陣鍵盤模塊、1個時鐘模塊、2個功率控制模塊、2個故障告警模塊、1個動態(tài)存儲器模塊；分別處理鍵盤輸入、實時時鐘、恒流源輸出功率調(diào)節(jié)等。
從上面，我們知道如果需要更多的擴展路燈，在資源夠用的情況下，在FPGA定義更多的功能模塊就可以了，如所圖2所示，所以說用FPGA方案具有良好的擴展性。
②LED恒流源調(diào)節(jié)電路
本設計采用FPGA，則在硬件電路方面的要求不高，我們利用LM324運放和三極管構成恒流源如圖3所示。
來自FPGA的調(diào)節(jié)指令加在具有256個抽頭的數(shù)字電位器MAX5402上，MAX5402兩端最大有10KΩ電阻，通過串聯(lián)20KΩ的電阻對5V進行分壓，轉換成為電壓信號，不同的調(diào)節(jié)等級轉換為不同的電壓等級加在恒流源上，調(diào)節(jié)恒流源的輸出功率。
LED_CS用于對LED燈進行抽樣，送入電壓比較器中比較，如果沒有電壓，說明LED燈故障，如果有電壓而且到一定程度說明LED正常。
3.軟件控制和人機交互
軟件實現(xiàn)的功能如下：①控制切換過程；②時間設定；③測試狀態(tài)顯示；④故障報警判斷、⑤環(huán)境判斷、⑥人機交互等。
簡要主控軟件流程如圖4所示。
為了方便操作，人機交互界面設計的非常人性化，液晶采用菜單式命令進入操作，方便快捷，用一個“燈”的圖形變化顯示標明路燈的工作狀態(tài)，形象生動。
4.切換點控制流程
切換點控制流程如圖5所示。
5.設計創(chuàng)新
本設計創(chuàng)新的設計了人性化人機交互界面，預留可擴展路燈端口，自制恒流源，可調(diào)光功能，燈運行狀態(tài)顯示，單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅動電源
輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，該功率應能在20%～100%范圍內(nèi)設定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%。
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作者簡介：
關鍵詞：微網(wǎng)；控制策略；現(xiàn)狀
中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A
Analyses the micro network control research status
DUAN Xiao-rui，LI Jin，ZENG Zhao-wei
（College of Electrical Engineering， Guizhou University， Guiyang Guizhou，550025）
Abstract： In recent years， Distributed Generation obtained more and more attention and application， and by the small capacity of distributed power network research. This paper first introduces the concept of micro network and micro network control strategy， and then summarizes and analyzes the current research status of micro network.
Key words： Micro network；The control strategy；The status quo
引言
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，近年來用電負荷正急劇增長。與此同時，能源危機與環(huán)境保護的壓力正逐漸加大，化石燃料的迅速消耗和燃燒應用中產(chǎn)生的污染問題也已嚴重影響到了人們的正常生活。因此，綠色清潔的新能源以及可再生能源的應用得到了越來越多的重視。分布式發(fā)電將分散存在的清潔能源轉化為電能，使分布式能源得到最有效的利用，因此分布式發(fā)電技術為清潔能源的推廣應用提供了有力的技術支撐[1]。分布式發(fā)電技術不斷發(fā)展，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式運行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)能效的最有效方式。
微網(wǎng)概念
微網(wǎng)是一種可將各種小型分布式電源組合起來為當?shù)刎摵商峁╇娔艿牡蛪弘娋W(wǎng)。它具有聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種運行模式，能提高負荷側的供電可靠性。微網(wǎng)中的分布式電源常采用電力電子接口連接到微網(wǎng)，這增加了分布式電源接口控制的靈活性，但是減少了系統(tǒng)的慣性。微網(wǎng)缺少慣性和運行模式的多樣性增加了系統(tǒng)在維持能量平衡及頻率穩(wěn)定等方面的控制難度。微網(wǎng)既可以通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運行，形成一個大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運行系統(tǒng)，也可以獨立地為當?shù)刎摵商峁╇娏π枨蟆Ｔ撿`活運行模式大大提高了負荷側的供電可靠性。同時，微網(wǎng)通過單點接入電網(wǎng)，可以減少大量小功率分布式電源接入電網(wǎng)后對傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響。
微網(wǎng)控制策略
微網(wǎng)在實際運行中需要解決的關鍵問題之一就是控制問題。當微網(wǎng)中的負荷或網(wǎng)絡結構發(fā)生變化時，如何通過對微網(wǎng)中各種微電源進行有效的協(xié)調(diào)控制，以保證微網(wǎng)在不同運行模式下都能夠滿足負荷的電能質量要求，是微網(wǎng)能否可靠運行的關鍵[2]。
目前的微網(wǎng)控制方案，按整體控制策略可分為對等控制、主從控制。主從控制一般是指底層微電源的控制是一種主從控制結構：以一個微電源作為主單元，其控制器作為主控制器，其余微電源的控制器作為從控制器。從控制器必須服從主控制器，其之間的通信聯(lián)系是強聯(lián)系，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無法正常工作。主從控制策略主要用于孤島運行時的微網(wǎng)。對等控制就是微網(wǎng)中每個微電源地位相等，不存在起主要支撐作用的主控制單元。對等控制策略基于下垂控制法，分別將頻率和有功功率、電壓和無功功率關聯(lián)起來，通過一定的控制算法，模擬傳統(tǒng)電網(wǎng)中的有功、頻率特性曲線和無功、電壓曲線，實現(xiàn)電壓、頻率的自動調(diào)節(jié)而無須借助于通信。
下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制是目前常見三種的微電源接口逆變器控制方法。下垂控制方法就是使接口逆變器模仿傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的下垂特性，通過有功和無功來調(diào)節(jié)微電源輸出的頻率和電迅。該控制方法是基于本地測量的有功和無功值對逆變器進行控制，各微電源之間不需要通信，因此一般用于對等控制策略中[3]。恒壓恒頻控制通過直接給定電壓和頻率的參考值，設計控制器來調(diào)節(jié)接口逆變器的輸出電壓和頻率，主要用于孤島運行模式，給微網(wǎng)提供頻率和電壓的支撐[4]。主從控制策略中主微電源的控制一般釆用此控制方法。通常PQ控制用于并網(wǎng)運行狀態(tài)。設計控制器在并網(wǎng)運行時使逆變器按照給定的有功和無功參考值輸出功率，微電源一般不參與電壓、頻率的調(diào)節(jié)，主要由大電網(wǎng)提供支撐[5]。當處于孤島運行狀態(tài)時，微網(wǎng)必須中有維持電壓和頻率的微電源。
研究現(xiàn)狀
微電網(wǎng)是目前國內(nèi)外學者的研究熱點，其靈活的運行方式、高質量的供電服務以及綠色高效的經(jīng)濟性能，使其具有良好的發(fā)展前景。我國對微網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在國家科技部“863計劃先進能源技術領域2007年度專題課題”中已經(jīng)包括了微網(wǎng)技術，目前中國科學院電工研究所、清華大學、天津大學等單位相繼開始了對微網(wǎng)的研究。
文獻[6]通過對微網(wǎng)實驗系統(tǒng)微網(wǎng)主從控制模式和對等控制模式進行比較，得到結論：主從控制微網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)電壓和頻率的無差控制，但對主控單元有很強的依賴性，主控單元的選擇至關重要； 若微網(wǎng)中存在燃機等輸出穩(wěn)定且易于控制的DG時，應優(yōu)選其作為主控單元，而光伏風力等間歇性DG作為從控單元； 若微網(wǎng)中不含有可控DG，則選擇儲能裝置為主控單元，但儲能裝置容量將限制其長時間孤島運行。對等控制微網(wǎng)具有冗余性，但沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復問題，屬于有差控制，魯棒性差，并且在控制和應用上尚存在若干關鍵技術問題亟待攻克，目前僅限于實驗研究階段。
文獻[7]研究了下垂控制和混合控制的微源控制方法，并建立了微網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型， 針對計劃孤網(wǎng)和非計劃孤網(wǎng)中的下垂控制和混合控制進行了仿真分析。仿真結果驗證了2種控制方式對維持微網(wǎng)孤網(wǎng)穩(wěn)定的有效性，并且任何控制方式下，微網(wǎng)再并網(wǎng)時均需對微源出力進行重新調(diào)整，才能平滑過渡至并網(wǎng)穩(wěn)定運行模式。
文獻[8]分析了微網(wǎng)中多個分布式電源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制時，微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源的輸出特性和負荷需求特性，設計了一種分布式電源層對等控制與主從控制相結合的微網(wǎng)控制策略，并分析了采用此控制方案后微網(wǎng)在不同運行情況下的暫態(tài)特性。
文獻[9]主要研究了微電源接口逆變器的控制方法，通過建立下垂控制小信號模型，仔細分析了電壓頻率、電壓幅值下垂參數(shù)和低通濾波器的截止頻率三個參數(shù)對于系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。將微電源等效為直流源或經(jīng)整流后的直流源，在坐標系中建立了三相逆變器的數(shù)學模型；在分析微電源逆變器控制方法和原理的基礎上，設計了基于下垂特性的雙環(huán)反饋控制器、PQ控制器。
文獻[10]只考慮并網(wǎng)后電網(wǎng)向微網(wǎng)注入功率時，對含有一個DG的微網(wǎng)并網(wǎng)過程仿真，研究了并網(wǎng)過程中頻率和電壓波動變化，著重分析了在并網(wǎng)前開關兩側電壓相對相位超前和落后的兩種不同情況，提出了微網(wǎng)并網(wǎng)的最佳控制策略：并網(wǎng)時開關兩側的電壓差必須很小，理想狀態(tài)為零；電網(wǎng)頻率必須稍高于微網(wǎng)頻率；并網(wǎng)時刻電網(wǎng)電壓必須超前于微網(wǎng)電壓。
文獻[11]詳細分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法，對相應的控制器進行設計，并在此基礎上建立起微網(wǎng)的模型。通過不同運行方式仿真驗證了該模型的運行特性，從而證明了控制策略的有效性和正確性。
文獻[12]分析了傳統(tǒng)的下垂控制策略在微電網(wǎng)系統(tǒng)中應用所存在的缺陷，并提出采用倒下垂控制與下垂控制相結合的綜合控制策略。該策略在改善微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，最大限度地限制過流情況發(fā)生等方面都具有顯著特點，而且能實現(xiàn)微電網(wǎng)在網(wǎng)絡結構或狀態(tài)轉換過程的無縫切換，同時也為不同響應時間的儲能裝置選擇合適的控制策略提供了可能。
由以上的分析可知，目前我國針對微網(wǎng)控制的研究主要集中在下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制三種控制方式，在假定條件下通過對其控制原理和方法的分析進行控制器設計，進而搭建模型進行仿真，從而驗證控制策略的有效性。
總結
面對能源危機的挑戰(zhàn)，加強綠色能源的利用，既符合國家的能源政策，又可以緩解現(xiàn)階段能源供求緊張的關系。智能微網(wǎng)的出現(xiàn)，可以較好地解決整個電網(wǎng)控制的復雜性。雖然目前微網(wǎng)的實用化還存在著各種各樣的困難，但微網(wǎng)在降低能耗以及補充電網(wǎng)不足方面的優(yōu)點會促進專家學者的研究，微網(wǎng)的巨大潛力會凸現(xiàn)出來。
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[關鍵詞] 預測算法 時間參數(shù)設置 節(jié)能 便捷
根據(jù)國家發(fā)改委公布的消息，2007年我國單位GDP能耗下降情況繼續(xù)趨好，同比下降3%左右。 2008年，我國節(jié)能形勢仍然嚴峻，國家將采取強化節(jié)能目標責任制、繼續(xù)著力淘汰落后生產(chǎn)能力、抓好重點企業(yè)節(jié)能和重點工程建設等措施繼續(xù)推進節(jié)能工作。電器節(jié)能是節(jié)能工作的重要組成部分。
一、問題的提出
節(jié)能控制領域的研究在我國目前處于起步階段。目前我國電器節(jié)能的研發(fā)趨勢之一就是降低產(chǎn)品的制造和使用成本，設計節(jié)能的工作或生活場所控制系統(tǒng)是現(xiàn)代節(jié)能領域的重要研究方向。據(jù)統(tǒng)計，工作或生活場所的用電器在無人、待機的狀態(tài)下長期浪費的電能占的能耗平均多達總能耗的30%以上。為了有效的解決這個問題，就需要設計一套集中控制管理工作或生活場所能量與電器配備相應的節(jié)能控制算法的分布式控制系統(tǒng)。
二、時間序列的基本思想與基于時間序列理論的電器使用時間預測
1.時間序列理論
由式(2-2)和式(2-7)可以看出，時間序列都是由一部分規(guī)律性的和一部分不相關的組成。
2.基于時間序列理論的電器使用時間預測
傳統(tǒng)的時間序列分析主要是應用在電力系統(tǒng)的負荷預測，其原理就是利用過去的和現(xiàn)在的電力網(wǎng)的負荷來預測將來的電力網(wǎng)的負荷，通過預測進行電網(wǎng)的輸電調(diào)度，保證滿足電網(wǎng)上的各個用電部門能夠正常的工作。除此外，還可以通過長期的負荷預測，決定電網(wǎng)的建設和水電、火電的規(guī)劃。同時，用戶對工作或生活中常用的電器的使用也是有一定的規(guī)律，可以通過對過去的使用情況進行處理從而預測將來的用戶的使用規(guī)律進行相應的無人的自動控制，這樣既可以提高用戶對自己常用電器的使用質量，使生活工作更加舒適又可以起到節(jié)約能源的作用。
時間序列預測的特點是一個連續(xù)時間序列往往存在規(guī)律性和偶然性，偶然性存在的情況下，仍然能夠比較好的預測到將來的觀測值。電網(wǎng)的負荷化就是這樣的，它是由用電部門的穩(wěn)定地用電規(guī)律和偶性的隨機用電尖峰。而用電器的使用規(guī)律也是這樣的，一方面用戶在某個電的使用上是有規(guī)律的，另一方面用戶也會因為偶然的突發(fā)事件改變自己以往使用規(guī)律，即隨機事件的發(fā)生。
因此采用時間序列法來預測用戶對電器的使用規(guī)律是可行的。本研究就是采用這種時間序列的方法進行電器使用時刻的預測。
3.二階自回歸模型預測過程介紹
4.二階自回歸模型預測的軟件流程圖設計
從上述推導過程可以得到二階自回歸模型預測的流程，即先利用歷史觀測數(shù)據(jù)通過式(4-5)計算出，然后再利用Y-W方程的導出式(4-4)計算出，這樣便可以構建出二階自回歸的預測模型，最后便是利用這個二階模型來計算下一個數(shù)據(jù)的預測值。其預測控制流程圖見下圖所示：
5.時間序列預測的仿真分析
為了證實時間序列預測算法的可用性，本研究還進行了仿真分析。本研究采用的仿真軟件為MATLAB仿真軟件，由于MATLAB軟件中的SIMULINK提供了常用的仿真塊，因此只需要進行簡單的參數(shù)設定便可以進行仿真分析。具體的階次和數(shù)據(jù)長度如下圖。
三、節(jié)能控制器的設計
1.節(jié)點控制器的控制策略
(1)是實驗數(shù)據(jù)的分離，即將采集到的時間點數(shù)據(jù)分類存儲處理。由于大多數(shù)的電器使用者的使用規(guī)律大體可以分為兩類:工作日和休息日。一般來說，使用者在工作日和休息日的作息習慣是不同的，所以分成兩類可以更好的進行用戶使用習慣的辨識。
(2)要對數(shù)據(jù)進行預處理，即分離一些偶然性太大、基本沒有規(guī)律性的純隨機數(shù)據(jù)。這些事件的發(fā)生往往會影響用戶當天的使用習慣。同時還要實現(xiàn)無人的節(jié)點控制。通過檢測可以了解到用戶有時已經(jīng)離開了，但許多電器都還處于使用狀態(tài)，這樣就需要通過一段時間的等待，確定用戶不是偶然的外出，就可以通過自動的節(jié)點控制程序關閉大部分可以關閉的電器，從而達到節(jié)約能源的目的。
(3)還要尊重用戶的當前修改，當用戶的習慣改變或臨時的偶然操作時，要以手動的操作為主，并重新進行改變數(shù)據(jù)，進行下一次的預測。
(4)就是協(xié)調(diào)節(jié)點控制器的各個功能。由于工作或生活場所控制節(jié)點的功能比較復雜，由采樣、頂測控制、繼電器開關控制、電力線傳輸控制等級分組成，所以需要協(xié)調(diào)好這幾部分的功能。本論文采用中斷控制的方式，即控制器平時處于等待狀態(tài)，當需要它進行預測控制時，調(diào)用預測控制的子程序，當需要進行電力線通信時，調(diào)用通信子程序。
2.節(jié)點控制器的軟件設計
為實現(xiàn)如前面所述的控制策略，需要設計以下幾部分程序:
(1)主程序的設計
(2)采樣子程序的設計
(3)時間序列預測子程序設計
(4)節(jié)點執(zhí)行子程序設計
(5)間接執(zhí)行子程序設計
①主程序設計
主程序是整個軟件執(zhí)行系統(tǒng)的主干，除了為各個功能模塊的有效執(zhí)行創(chuàng)造外部環(huán)境外，還要進行一些相應的設置和一些硬件的初始化工作。
本論文的主程序的流程圖如圖3所示。
②采樣子程序設計
采集電器的開關時刻的方式為中斷的方式，當檢測到開關的變化后，讀取此時的時間值，并進行初步的處理判斷，如不是偶然動作，則可以存入歷史數(shù)據(jù)中，作為預測的根據(jù)。其工作流程如圖4所示。
③預測子程序設計
預測子程序采用時間序列的預測方法，由于每一次預測計算都是希望利用盡可能多的歷史數(shù)據(jù)而且希望每一次的數(shù)據(jù)都是新的信息，所以在每一次進行預測計算前，需要先進行數(shù)據(jù)的替換，即用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)。并且需要用預測的時間保存，作為繼電器動作的時間。其具體的計算流程如圖5所示。
④節(jié)點執(zhí)行子程序設計
節(jié)點執(zhí)行子程序是指沒有通過通信等的間接控制，而是作為控制系統(tǒng)中的一個孤立的節(jié)點自行進行的控制。這種情況下有兩種情況:(1)用戶的手動操作；(2)節(jié)點的自動操作。因此具體的程序流程也應該是這兩種方式，但由于應該以手動控制為主，因此這里的操作存在一個優(yōu)先級的問題，即以手動的操作為主，自動的操作作為手動操作的備用策略。其具體的程序流程如圖6所示。
⑤間接執(zhí)行子程序設計
作為間接執(zhí)行子程序一般分兩種:一種是通過電力線的通信，由工作或生活場所內(nèi)的一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)出的執(zhí)行命令；另一種是通過電一話遠程的監(jiān)控模塊實現(xiàn)的較復雜的執(zhí)行命令，即先通過遠程監(jiān)控模塊將控制命令傳入工作或生活場所的控制網(wǎng)絡內(nèi)，再將控制命令下達到具體的一個節(jié)點控制器來執(zhí)行，例如用戶在回家前打算提前打開空調(diào)，這樣當用戶回到家里時，家里的溫度己經(jīng)是比較舒適的了。由于本系統(tǒng)的遠程監(jiān)控不是本論文的重點，在此僅介紹一個節(jié)點通過電力線對另一個節(jié)點的控制，其程序流程圖如圖8所示。
四、系統(tǒng)硬件結構設計
1.控制芯片AT89C51
本論文的控制芯片采用ATMEL的AT89C51型號的微處理器，如圖4-1是AT89C51的管腳圖。AT89C51是一個低功耗、高性能的8位單片機。片內(nèi)帶有一個4KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲器(EPROM)。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。片內(nèi)的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此AT89C51是一種功能強、靈活性高，且價格合理的單片機，這也是本設計采用這種型號的單片機的主要原因。
2.雙音頻編碼芯片MT8880介紹
本論文采用的編碼芯片為雙音頻編碼器MT8880，它的管腳分布如圖4-2-1所示。MT8880是一個包含呼叫過程濾波器的單片雙音多頻(DTMF)收發(fā)器，它采用了MITEL公司的ISO2-CMOS技術，具有功耗低，可靠性高的特點。雙音多頻(DTMF}接收部分以MT8870單片雙音多頻((DTMF)接收器為基礎加以發(fā)展； 發(fā)射部分使用了開關電容數(shù)/模轉換器，保證了所傳遞的雙音多頻(DTMF)信號具有低失真、高精確度的特點。內(nèi)部計數(shù)器提供音頻波群傳送方式，從而使音頻串能夠在高精度時序內(nèi)傳送。
MT8880與單片機的連接如圖4-2-2所示。89C51單片機的I/O接口Pl.0-P1.3直接連接到MT8880的DO-D3接口。同時由于需要選擇MT8880的工作模式，和設置其內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，因此需要對RS0, R/W接口進行設置。另外，由于采用中斷的方式進行通信，所以需要將中斷信號的輸出口IRQ連接到單片機的接口。
綜上所述,本文通過硬件結構設計和軟件的流程設計,基本實現(xiàn)了工作或生活場所控制器的降低成本、簡化操作、節(jié)能控制等功能。
參考文獻:
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