控制器
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控制器范文第1篇
【關(guān)鍵詞】空調(diào)控制器；家用空調(diào)；工業(yè)設(shè)計
0 引言
空調(diào)一般的控制模式分為自動，制冷，制熱，送風(fēng)，除濕模式，風(fēng)速為高風(fēng)，中風(fēng)，低風(fēng)，自動風(fēng)，定時分為單一定時，組合定時，循環(huán)定時。
1 控制模式
1.1 通風(fēng)模式運行
進(jìn)入通風(fēng)模式的方法：通過遙控器設(shè)定為通風(fēng)模式進(jìn)入。
在通風(fēng)模式下，室內(nèi)風(fēng)機工作，室內(nèi)風(fēng)機的風(fēng)速按照設(shè)定的風(fēng)速運行，風(fēng)速可設(shè)定為高風(fēng)，中風(fēng)，低風(fēng)。
1.2 制熱模式運行
1.2.1 進(jìn)入制熱模式的方式
進(jìn)入制熱模式的方法：通過遙控器設(shè)定為制熱模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，制熱模式初始設(shè)定溫度為24℃，初始設(shè)定風(fēng)速為自動風(fēng)。
1.2.2 制熱工作的開機流程
當(dāng)控制器執(zhí)行線控器或遙控器的開機命令（蜂鳴提示），或者在定時開時間到達(dá)開機時，控制器按照下面流程進(jìn)入開機狀態(tài)。
如果滿足室內(nèi)風(fēng)機啟動條件，即溫度條件為：T回風(fēng)≤T設(shè)-1℃，室內(nèi)風(fēng)機持續(xù)停止時間≥30S，室內(nèi)風(fēng)機按防冷風(fēng)條件打開；當(dāng)風(fēng)機啟動時，靜電除塵開始工作，當(dāng)風(fēng)機停止時，靜電除塵停止工作；如果溫度條件和時間條件有一個不滿足，則繼續(xù)保持待機狀態(tài)。
1.2.3 制熱工作的關(guān)機流程
當(dāng)控制器接收到遙控器的關(guān)機命令，或者在定時關(guān)時間到達(dá)關(guān)機時，遙控接收器上指示燈滅。
1.2.4 制熱溫度控制過程
在制熱工作中，室內(nèi)控制器根據(jù)回風(fēng)口溫度和設(shè)定溫度來控制室內(nèi)風(fēng)機的開停，溫度的設(shè)定范圍為16～30℃。
當(dāng)回風(fēng)溫度T回風(fēng)≤T設(shè)-1℃，室內(nèi)機開機制熱。若回風(fēng)口溫度上升，T回風(fēng)>T設(shè)時，室內(nèi)風(fēng)機滿足運行時間≥3min（無閥系統(tǒng)）時，室內(nèi)風(fēng)機停機處于待機狀態(tài)。
室內(nèi)機在待機狀態(tài)下，停機3min，室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)30s，再停機3min，再運轉(zhuǎn)30s，一直持續(xù)下去。
若室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞，按定時制熱模式運行。開機時間與設(shè)定溫度有關(guān)，設(shè)定溫度為16度時，開機16分鐘；設(shè)定溫度每增加1度，開機時間增加1分鐘，最高設(shè)定溫度為30度時，開機時間30分鐘；停機時間均為3分鐘。
1.2.5 制熱工作時，室內(nèi)風(fēng)機的運行規(guī)則
自動風(fēng)速的運行規(guī)則
在制熱工作時，室內(nèi)風(fēng)機按照設(shè)定的風(fēng)速運行。其下表確定了自動風(fēng)運行規(guī)則。
當(dāng)自動風(fēng)速確定后，至少需要運行30s后才能重新判斷，以防止室內(nèi)風(fēng)機風(fēng)速抖動。
1.2.6 制熱工作室內(nèi)風(fēng)機防冷風(fēng)
制熱模式滿足啟動條件時，室內(nèi)風(fēng)機根據(jù)室內(nèi)盤管溫度進(jìn)行防冷風(fēng)保護(hù)。若室內(nèi)盤管溫度傳感器損壞，防冷風(fēng)時間按設(shè)定的防冷風(fēng)時間2min執(zhí)行，室內(nèi)機按設(shè)定風(fēng)速輸出。
1.3 制冷模式運行
1.3.1 進(jìn)入制冷模式的方式
進(jìn)入制熱模式的方法：通過遙控器設(shè)定為制熱模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，制冷模式初始設(shè)定溫度為26℃，初始設(shè)定風(fēng)速為自動風(fēng)。
1.3.2 制冷工作的開機流程
當(dāng)控制器執(zhí)行線控器或遙控器的開機命令（蜂鳴提示），或者在定時開時間到達(dá)開機時，控制器按照下面流程進(jìn)入開機狀態(tài)。
1.3.3 制冷工作的關(guān)機流程
當(dāng)控制器接收到遙控器的關(guān)機命令，或者在定時關(guān)時間到達(dá)關(guān)機時，遙控接收器上指示燈滅。
1.3.4 制冷溫度控制過程
在制熱工作中，室內(nèi)控制器根據(jù)回風(fēng)口溫度和設(shè)定溫度來控制室內(nèi)風(fēng)機的開停，溫度的設(shè)定范圍為16～30℃。
當(dāng)回風(fēng)溫度T回風(fēng)>T設(shè)+1℃，室內(nèi)機開機制冷。若回風(fēng)口溫度上升，T回風(fēng)≤T設(shè)時，室內(nèi)風(fēng)機滿足運行時間≥3min（無閥系統(tǒng)）時，室內(nèi)風(fēng)機停機處于待機狀態(tài)。
若室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞，按定時制熱模式運行。開機時間與設(shè)定溫度有關(guān)，設(shè)定溫度為16度時，開機16分鐘；設(shè)定溫度每增加1度，開機時間增加1分鐘，最高設(shè)定溫度為30度時，開機時間30分鐘；停機時間均為3分鐘。
1.3.5 制冷工作時，室內(nèi)風(fēng)機的運行規(guī)則
自動風(fēng)速的運行規(guī)則
在制熱工作時，室內(nèi)風(fēng)機按照設(shè)定的風(fēng)速運行。其下表確定了自動風(fēng)運行規(guī)則。
當(dāng)自動風(fēng)速確定后，至少需要運行30s后才能重新判斷，以防止室內(nèi)風(fēng)機風(fēng)速抖動。
1.4 自動模式
進(jìn)入自動模式的方法：通過遙控器設(shè)定為自動模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，當(dāng)控制器檢測到室內(nèi)溫度在22℃～26℃之間，控制器運行于送風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)檢測到低于22℃時，控制器運行于制熱狀態(tài)，當(dāng)控制器檢測到室內(nèi)溫度在26℃以上時，運行于制冷狀態(tài)，每個模式最短運行模式為2個小時，風(fēng)速不可調(diào)，為自動風(fēng)。
1.5 定時運行
1.5.1 定時開
若設(shè)置了定時開功能，則控制器的時間到達(dá)設(shè)定的定時開時間后，執(zhí)行開機命令。定時開機后，定時開功能取消。若在定時開時間尚未到達(dá)前執(zhí)行了開機操作，則定時開功能也將取消。
1.5.2 定時關(guān)
若設(shè)置了定時關(guān)功能，則控制器的時間到達(dá)設(shè)定的定時關(guān)的時間后，執(zhí)行關(guān)機命令。定時關(guān)機后，定時關(guān)功能取消。若在定時關(guān)時間尚未到達(dá)前執(zhí)行了關(guān)機操作，則定時關(guān)功能也將取消。
1.5.3 組合定時
可以同時設(shè)定定時開、定時關(guān)功能。當(dāng)設(shè)置組合定時，控制器根據(jù)定時開和定時關(guān)的時間的先后順序來決定控制器的工作狀態(tài)，當(dāng)在前的定時時間到時，控制器即執(zhí)行該定時操作并清除該定時方式，轉(zhuǎn)入另一種定時方式，直到此定時被執(zhí)行，控制器將清除全部定時方式。
1.5.4 循環(huán)定時
在組合定時的基礎(chǔ)上可以設(shè)定循環(huán)定時功能。當(dāng)組合定時設(shè)定完畢后，按循環(huán)定時遙控器上的定時設(shè)定鍵3秒以上，出現(xiàn)循環(huán)定時標(biāo)志，主控板接收到指令后，即進(jìn)入循環(huán)定時工作狀態(tài)。
進(jìn)入循環(huán)定時狀態(tài)后，除退出循環(huán)定時的操作外，所有定時操作及開關(guān)鍵均不再作用。主機到設(shè)定的時間后自動進(jìn)入開機或關(guān)機狀態(tài)，且每24小時循環(huán)一次。
上述所有的定時功能，在掉電后均取消。
1.6 睡眠功能
1.6.1 制熱模式
進(jìn)入夜間節(jié)能狀態(tài)，空調(diào)器運行1小時后先將設(shè)定溫度降低1℃，再過去1小時后再次將設(shè)定溫度降低1℃，一共降低2℃。
睡眠模式啟動后，制熱時內(nèi)風(fēng)機為自動風(fēng)。
1.6.2 在送風(fēng)模式
啟動睡眠模式，風(fēng)速轉(zhuǎn)為低風(fēng)。
1.7 傳感器故障
1.7.1 室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞時，相應(yīng)溫度控制改為間隙運轉(zhuǎn)工作狀態(tài)運行。
1.7.2 內(nèi)盤管傳感器損壞時，取消傳感器相關(guān)保護(hù)功能，防冷風(fēng)按設(shè)定時間運行。
控制器范文第2篇
關(guān)鍵詞：運動控制器；設(shè)計目標(biāo)；單片機；DSP
一、運動控制器概念
簡單的說，運動控制器是通過對由電機驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動控制，以實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡目標(biāo)的裝置。可以說，只要有伺服電機應(yīng)用的場合就離不開運動控制器，它以其特有的靈活性和優(yōu)異的運動軌跡控制能力使許多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備煥發(fā)了生機。
二、運動控制器的設(shè)計目標(biāo)
在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計前，需要先確定整個系統(tǒng)的功能、性能以及日后的可擴展性等問題，然后才能進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計。我們所說的運動控制器，是負(fù)責(zé)直接對被控對象，即伺服電機、步進(jìn)電機、編碼器、各種開關(guān)的輸入輸出進(jìn)行控制的裝置，是整個數(shù)控系統(tǒng)中的一個核心部件。它的功能集中在運動控制這一方面，不提供人機操作界面，而是接受上位機的控制。在運動控制的功能和性能上，該運動控制器應(yīng)滿足下列要求:
控制器可獨立運行，亦可通過串口與上位機連接，通過上位機發(fā)送控制命令并監(jiān)測其運行情況;
盡管控制器可通過直接發(fā)送命令來控制電機，但仍需設(shè)計反饋回路，以方便系統(tǒng)的調(diào)試，并為將來通過CPLD將其集成做前期的準(zhǔn)備工作，也可用于補償，在必要的情況下可以形成閉環(huán)，以實現(xiàn)更復(fù)雜的控制形式:
能夠?qū)崿F(xiàn)多各種機械信號的處理，包括:原點信號、左右限位信號、能夠?qū)崿F(xiàn)多異常情況的處理，如急停信號處理，警告信號處理;
可提供若干路通用的輸入輸出1/0口，以備擴展其他功能時使用。
三、控制系統(tǒng)的確定
系統(tǒng)功能確定后，其實現(xiàn)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，本章通過對幾種控制方案優(yōu)劣的比較，切合實際系統(tǒng)需求，選擇將要采用的控制系統(tǒng)。
方案一:采用單片機加通用芯片構(gòu)建系統(tǒng)
單片機可通過總線或串口與PC機進(jìn)行通訊，接收PC機的控制指令，進(jìn)行脈沖發(fā)送和檢測現(xiàn)場開關(guān)量信號，如左右限位開關(guān)、原點開關(guān)等信號，并向PC機報告工作狀態(tài)。以實現(xiàn)運動控制功能。這種方案的優(yōu)點是成本較低，但擴展單片機的外圍電路較復(fù)雜，并且底層控制軟件工作量大。因為除了編寫PC機的底層控制軟件外，還要編寫相應(yīng)的單片機控制軟件，其流程繁瑣且因單片機各異，使用的語言以及環(huán)境也不盡相同可讀性較差。
方案二:采用DSP+CPLD來搭建系統(tǒng)，與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度，更快的速度，隨著運動控制技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)有很多廠商推出了專用于電機控制的DSP芯片，典型的有德州儀器公司TMs320系列和ADI公司的產(chǎn)品ADSP系列。芯片通常內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。在結(jié)構(gòu)上采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使其具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，開發(fā)工具等易于使用。結(jié)合CPLD即復(fù)雜可編程邏輯器件的特點，可以很方便的通過不同設(shè)置實現(xiàn)不同功能的控制，即只設(shè)計一個硬件配置，然后設(shè)計不同的軟件來執(zhí)行多樣的控制功能，此方案靈活但研發(fā)周期較長。
PC或單片機十運動控制芯片與PC機+運動控制卡在工業(yè)控制中較多采用，采用專用運動控制芯片或運動控制卡的好處使得用戶可以專注于系統(tǒng)管理，如用戶的輸入，系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示等，對于系統(tǒng)工作時的實時控制細(xì)節(jié)，像運動軌跡規(guī)劃，脈沖發(fā)送，位置的檢測則可以完全交給運動控制芯片或運動控制卡來完成，而且可以通過廠商提供的接口如總線方式等方便的與CPU進(jìn)行通訊，故在研發(fā)周期較短，控制功能要求復(fù)雜的情況下采用這種控制方式比較合適，可以大大縮短開發(fā)周期。
例如專門為步進(jìn)和交流伺服設(shè)計的DSP運動控制器PCL系列芯片，所有實時運動控制工作都可由PCL芯片處理，包括勻速和變速脈沖發(fā)射、升降速的控制、直線或圓弧插補、原點及限位開關(guān)管理、編碼器計數(shù)，丟步檢測等。
在使用此類芯片時，PCL芯片的作用和操作類似于普通可編程邏輯芯片的使用，像8259，8253等，與單片機或PC的通訊是靠讀寫總線上的幾個地址來進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的傳輸，軟件開發(fā)變得簡單易行，用戶使用時只需搭建好系統(tǒng)，就可通過熟悉芯片的操作指令和各種內(nèi)部寄存器，編寫運動函數(shù)庫，在主程序中調(diào)用運動函數(shù)即可執(zhí)行十分復(fù)雜的運動控制，使得開發(fā)者可以將更多精力放在人機交互等系統(tǒng)管理功能的實現(xiàn)上。但這種方案的缺點在于雖然功能強大，工作穩(wěn)定性好，精度高，但因為國內(nèi)成熟產(chǎn)品不多，國外產(chǎn)品依靠其壟斷地位大大抬高了此類產(chǎn)品價格，而且技術(shù)支持方面做得不夠好，故在此不予選用。
綜合以上分析，DSP資源豐富，并且運行速度快，穩(wěn)定性也好，但與DSP強大功能對應(yīng)的是系統(tǒng)控制復(fù)雜，不如單片機容易掌握，加上單片機價格低廉，種類豐富，而近幾年單片機與DSP界限變得模糊，出現(xiàn)了一批新類型的具有DSP的快速運算功能單片機，將單片機和DSP的優(yōu)點相結(jié)合，如Microchip公司推出了dsPlC，凌陽公司的SPCE061A，他們都結(jié)合了單片機的控制優(yōu)點及數(shù)字信號處理器的高速運算特性，都具有單周期乘加指令的功能，以及靈活的重編程能力，類似單片機的開發(fā)平臺也使得其開發(fā)簡單易行，相信這將會是將來控制系統(tǒng)的主流趨勢。
參考文獻(xiàn)：
控制器范文第3篇
DDR SDRAM高容量和快速度的優(yōu)點使它獲得了廣泛的應(yīng)用，但是其接口與目前廣泛應(yīng)用的微處理器不兼容，DDR SDRAM控制器的FPGA實現(xiàn)。介紹了一種通用的DDR SDRAM控制器的設(shè)計，從而使得DDR SDRAM能應(yīng)用到微處理器中去。
關(guān)鍵詞：DDR SDRAM控制器 延時鎖定回路 FPGA
DDR SDRAM是建立在SDRAM的基礎(chǔ)上的，但是速度和容量卻有了提高。首先，它使用了更多的先進(jìn)的同步電路。其次，它使用延時鎖定回路提供一個數(shù)據(jù)濾波信號。當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，存儲器控制器可使用這個數(shù)據(jù)濾波信號精確地定位數(shù)據(jù)，每16位輸出一次，并且同步來自不同的雙存儲器模塊的數(shù)據(jù)。
DDR SDRAM不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度，因為它允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿讀寫數(shù)據(jù)。至于地址和控制信號，還是跟傳統(tǒng)的SDRAM一樣，在時鐘的上升沿進(jìn)行傳輸。
由于微處理器、DSP等不能直接使用DDR SDRAM，所以本文介紹一種基于FPGA的DDR SDRAM控制電路。
控制器范文第4篇
關(guān)鍵詞:恒壓供水;數(shù)據(jù)采集;PID控制;變頻調(diào)速
中圖分類號:TP368.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
文章編號:1004-373X(2010)06-004-04
Design of Intelligent Water Supply Controller
SUN Jinwei,WANG Chao,WEI Guo
(School of Electrical Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)
Abstract:A constant-pressure water supply controller based on C8051F410 Micro Controller Unit(MCU)core is designed,and the design of the system′s hardware and software are also introduced in detail.The controller consists of several modules,such as data signal collection module,human-machine interface module,motor control module and power module.The MCU′s AD module collects the pipeline′s pressure,and DA module controls speed of the pump,thereby water pressure is kept stably.The control method is PID theory,integrates VF speed and MCU technique.The system can satisfy the inhabitants′ demands,and has characteristics of high-performance,high-reliability,low-cost and low-energy consumption.
Keywords:constant-pressure water supply;data collection;PID control;VF speed
0 引 言
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市高層建筑的不斷涌現(xiàn),人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高[1],加上目前能源緊缺對節(jié)能的要求,因此利用先進(jìn)的電子測控技術(shù)和自動化控制技術(shù),設(shè)計高性能、高可靠性、低成本、低能耗,以及能適用不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)也就成為必然趨勢。隨著近年來變頻調(diào)速技術(shù)的飛速進(jìn)步,變頻恒壓供水也在其基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展起來,并成為一種新興的現(xiàn)代化供水技術(shù)[2]。
目前,國外的恒壓供水工程設(shè)計都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式,幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況,這種方式不但投資成本較高,且功能單一[3]。
為此設(shè)計了在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中加入基于C8051F410的單片機系統(tǒng),構(gòu)成了功能更強的復(fù)合控制系統(tǒng),它不但克服了以上缺點,而且具有安裝調(diào)試方便,功能全面,可靠性高,抗干擾能力強等優(yōu)點,且可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、社會生活的各個領(lǐng)域。
1 控制原理
在恒壓供水系統(tǒng)中,安裝于管網(wǎng)的遠(yuǎn)傳壓力表提供水壓力信號,并經(jīng)過光電隔離和電壓轉(zhuǎn)換電路,傳送給系統(tǒng)的中心控制器,控制器將采集到的壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)壓力進(jìn)行比較,得出偏差值,再經(jīng)PID運算之后得出控制參數(shù),D/A模塊將控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出,調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,從而控制水泵的轉(zhuǎn)速,以保證管網(wǎng)壓力基本恒定。當(dāng)用水量增大時,管網(wǎng)壓力低于預(yù)設(shè)值,變頻器頻率就會升高,水泵轉(zhuǎn)速加快,從而提升管道水壓,但若達(dá)到水泵額定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時,該泵自動轉(zhuǎn)換成工頻運行狀態(tài),并變頻啟動下一臺水泵;反之,當(dāng)用水量減少,則降低水泵運行頻率直至設(shè)定的下限運行頻率,若供水量仍大于用水量,則減泵直至全部泵停止工作,經(jīng)過一定的延時,控制器重新比較壓力,并計算控制輸出,從而維持恒壓供水[4]。它的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
該系統(tǒng)可以同時控制2臺水泵,根據(jù)不同的場合可以采用不同的運行模式,如單泵運行、一用一補、一工一變、定時換泵等[5]。
圖1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理框圖
2 系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)的硬件和軟件采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,并充分考慮系統(tǒng)的擴展能力。控制器由主控板、顯示按鍵面板和電源板三部分組成。圖2是控制器的結(jié)構(gòu)框圖,其工作原理是:首先用戶通過顯示按鍵面板設(shè)定預(yù)設(shè)壓力和控制器運行的各個功能參數(shù),保存至E2PROM存儲器用作掉電存儲,位于用戶管網(wǎng)端的遠(yuǎn)傳壓力表輸出的電壓或是電流信號經(jīng)過采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,送入單片機與預(yù)設(shè)壓力進(jìn)行比較,計算并輸出模擬控制量和繼電器輸出狀態(tài)量。其中,模擬控制量輸出經(jīng)過變頻器控制模塊電路送給變頻器,用以控制變頻器的輸出頻率;繼電器輸出狀態(tài)量經(jīng)過繼電器輸出電路送給繼電器組,用以控制鞲霰霉ぷ饔詮て禱蚴潛淦底刺[6]。最后單片機把實際壓力值、預(yù)設(shè)壓力值、輸出頻率和各個泵的工作狀態(tài)送到顯示面板,以便用戶進(jìn)行觀測和操作。
圖2 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖
3 系統(tǒng)單元電路
3.1 主控制器的選擇
主控制器選用單片機C8051F410,它是一款完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型芯片,其內(nèi)部還集成了12位高速ADC模塊和電流輸出型DAC模塊,同時硬件實現(xiàn)的SMBus和UART串行接口,能方便處理器與E2PROM通信和數(shù)據(jù)串行輸出。C8051F410還支持JTAG實時仿真和跟蹤,能夠進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)的全速在系統(tǒng)調(diào)試。
3.2 系統(tǒng)電源電路
該設(shè)計采用基于三端穩(wěn)壓芯片TOP221Y的高精度開關(guān)穩(wěn)壓電源電路,主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用單端反激式直流變換電路,其輸出采用兩組直流低壓電源:主回路為系統(tǒng)的數(shù)字電路部分提供5 V直流電源,副回路為系統(tǒng)的模擬部分提供15 V直流電源。
3.3 壓力表信號采集與光電隔離電路
位于用戶管網(wǎng)的壓力傳感器監(jiān)測到的壓力信號經(jīng)過光電隔離電路進(jìn)行濾波和隔離處理后,進(jìn)入C8051F410內(nèi)部的ADC模塊,實現(xiàn)按比例轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為12 b數(shù)字量,以供單片機對其信號進(jìn)行處理和計算。為了保證輸入量與轉(zhuǎn)換量程相稱,充分發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率,在對壓力信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前經(jīng)過光電隔離電路時,就已將外部傳入的0~5 V模擬電壓轉(zhuǎn)換為0~2 V模擬電壓信號。電路原理如圖3所示。
圖3 壓力表電壓采樣原理圖
由圖3可見,外部電壓信號從IN端口接入,經(jīng)過隔離和濾波電路,轉(zhuǎn)換為0~2 V電壓,從ADC端口送入單片機。同時在模擬信號采集到單片機系統(tǒng)的過程中,各種干擾信號都會隨著被測量信號進(jìn)入MCU控制系統(tǒng),這些信號迭加在有用的被測信號上會降低測量的準(zhǔn)確度,造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。以上電路設(shè)計便利用線性光耦進(jìn)行光電之間的相互轉(zhuǎn)換,利用光作為媒介進(jìn)行信號傳輸,在電氣上使測量系統(tǒng)與現(xiàn)場信號完全隔離,從而實現(xiàn)了電平線性轉(zhuǎn)換且不把現(xiàn)場的電噪聲干擾引入到控制系統(tǒng)中[7]。
3.4 控制變頻器輸出電路
單片機通過內(nèi)部的電流輸出型數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊(IDAC),將計算得出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出,其輸出電壓經(jīng)過濾波和比例轉(zhuǎn)換處理后用來控制變頻器的頻率。同時為了保證單片機IDAC輸出電壓穩(wěn)定可靠,不受干擾,外部電路同樣采用了光電隔離電路,其電路原理圖如圖4所示。
圖4 控制變頻器模擬電壓輸出電路原理圖
3.5 外擴E2PROM存儲器電路
該設(shè)計采用Atmel公司的E2PROM芯片AT24C02,其體積小,性能優(yōu),使用靈活方便,能夠在系統(tǒng)掉電之后存儲一些用戶設(shè)定和運行的狀態(tài)參數(shù),以便重新啟動機器之后讀取。處理器自身集成的SMBus兼容I2C接口,可以直接與AT24C02通信,此方案不僅設(shè)計單,工作可靠,而且成本低廉。電路原理如圖5所示。
圖5 E2PROM電路原理圖
3.6 繼電器控制輸出電路
主控制器驅(qū)動5個靈敏繼電器K1~K5,分別控制1個泄流閥和2個泵電機,實現(xiàn)對泄流閥的打開與關(guān)斷控制和泵的變頻或工頻狀態(tài)切換。單片機通過信號線RX與TX將繼電器狀態(tài)控制信號串行輸出給串行移位寄存器芯片74HC595D,由74HC595D將輸出狀態(tài)的硬件鎖存,以防止輸出狀態(tài)擾,最后通過達(dá)林頓管ULN2003提高驅(qū)動能力,以控制水泵電機的工作狀態(tài)和泄流閥的動作[8] 。
4 控制器的軟件設(shè)計
該設(shè)計中對變頻器輸出頻率的調(diào)節(jié)采用PID控制算法,其控制算法就是對偏差的比例、積分和微分。它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟,應(yīng)用最廣泛的一種算法,特別是在工業(yè)控制中,因為控制對象的精確數(shù)學(xué)模型很難建立,系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化,因此常采用PID控制算法[9],其控制示意圖如圖6所示。
它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
y(t)=KPe(t)+KI∫e(t)dt+KDde(t)dt(1)
式中:KP,KI和KD分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù);e(t)為誤差。
式(1)離散化后可以用計算機很方便地實現(xiàn),其位置式PID控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
y(n)=KPe(n)+KI∑je(j)T+KDT+
(2)
式中:e(j)為第j次采樣的誤差值;T為采樣周期。
圖6 PID算法控制示意圖
在實際應(yīng)用中,一般選擇增量式PID控制規(guī)律。因為增量型算法與位置型算法相比,前者不需要做累加,不易產(chǎn)生大的累加誤差,而且得出的是控制量的增量,誤動作的影響比較小,更易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換[6]。增量式數(shù)字PID控制算式為:
Δy=y(n)-y(n-1)=KP+
KIe(n)T+KDT (3)
在該設(shè)計中,執(zhí)行機構(gòu)采用變頻器,由于采用增量式數(shù)字PID控制算法,所以對于每個采樣周期,控制器輸出的控制量都相對于上次的增加量,其系統(tǒng)控制算法流程如圖7所示。
圖7 增量式數(shù)字PID算法輸出控制流程圖
圖7為增量式數(shù)字PID算法在整個系統(tǒng)中的控制流程,每次進(jìn)入A/D定時采集中斷,壓力信號便會被轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,PID控制模塊便將壓力信號的數(shù)字量通過算法處理得出相應(yīng)的控制輸出數(shù)字量,接著啟動D/A將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出,其模擬電壓輸出用以控制變頻器。此模塊配合繼電器開關(guān)輸出模塊和壓力采集模塊,通過相應(yīng)的控制策略實現(xiàn)實時測量和控制,保持供水管網(wǎng)壓力的動態(tài)平衡。為了方便現(xiàn)場調(diào)試,在設(shè)計中使PID調(diào)整的上升、下降和跟蹤采樣周期的設(shè)定值可變,可以在開機時通過鍵盤改變其值,從而改變PID參數(shù),以適應(yīng)不同場合的控制需要。
如圖8所示,曲線1是參數(shù)調(diào)整前電機模塊控制電壓隨時間變化的響應(yīng)曲線;曲線2為參數(shù)經(jīng)過多次調(diào)整之后的響應(yīng)曲線。可以看出,經(jīng)過參數(shù)調(diào)整,系統(tǒng)的響應(yīng)性能有了較大的提高,所以在實際應(yīng)用環(huán)境中需要經(jīng)過多次調(diào)整設(shè)定值,以保證達(dá)到最佳的控制性能[10]。
圖8 PID算法的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖
5 結(jié) 語
分析了智能給水控制器的軟件和硬件設(shè)計。該控制器以SoC單片機C8051F410為核心, 實現(xiàn)了對管網(wǎng)壓力的采集,對變頻器輸出的控制,而且擁有獨特靈活的用戶界面。控制器不但采樣和控制精度高,而且有┒嘀直；ず涂垢扇毆δ,保證了控制器的穩(wěn)定性和安全性。采用控制器和變頻器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng),不僅大大提高了供水質(zhì)量,而且節(jié)能降耗效果也較為顯著,在當(dāng)今國家能源緊張的情況下,具有重要的現(xiàn)實意義。
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控制器范文第5篇
【關(guān)鍵詞】自調(diào)光;零點檢測模塊;光照強度采集模塊
1.引言
隨著能源問題越來越引起人們的重視，節(jié)能已經(jīng)成為生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的一方面，自調(diào)光路燈控制器主要用于安裝在道路兩旁與公共場所的路燈上，隨環(huán)境光照強度的變化而自動調(diào)節(jié)路燈亮度，在滿足人們需要的同時，達(dá)到節(jié)能的目的，具有一定的現(xiàn)實意義。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
自調(diào)光路燈控制器主要由單片機控制模塊、人機交互界面、零點檢測模塊、光強度采集模塊與脈沖觸發(fā)模塊五部分構(gòu)成，圖1為自調(diào)光路燈控制器系統(tǒng)框圖。利用光強度采集模塊完成對環(huán)境光照強度的參數(shù)采集，利用零點檢測模塊完成市電220V單相電零點檢測，利用人機交互界面完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，在單片機控制模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過脈沖觸發(fā)模塊實現(xiàn)路燈亮度調(diào)節(jié)。
圖1 自調(diào)光路燈控制器系統(tǒng)框圖
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計
單片機控制模塊完成光強度信號的采集、零點檢測信號的處理，根據(jù)人機交互界面的設(shè)定完成計算，通過脈沖觸發(fā)模塊輸出控制信號。控制模塊采用深圳宏晶科技有限公司出產(chǎn)的STC15F2K60S2芯片，指令代碼兼容傳統(tǒng)8051，內(nèi)部集成高精度時鐘。光強度采集模塊采用光敏電阻與高精度電阻分壓構(gòu)成，STC15F2K60S2芯片自帶8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換功能，可滿足光強度信號的采集。
圖2 零點檢測模塊原理圖
零點檢測電路為控制模塊提供同步信號，如圖2所示，市電L/N通過同步變壓器T0.5-06與光電耦合器TLP521-2實現(xiàn)同步信號獲取，該信號通過引腳P32輸入到控制芯片，通過實際測試，該電路可有效去除強電干擾并保護(hù)控制芯片。
圖3 脈沖觸發(fā)模塊原理圖
脈沖觸發(fā)模塊原理圖如圖3所示，由控制引腳P10給出的脈沖信號通過三極管Q1放大與脈沖變壓器T2，控制雙向晶閘管Q2的開啟，實現(xiàn)臺燈的點亮與光線調(diào)節(jié)，脈沖變壓器T2還起到了強電與弱電的隔離作用。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計
主程序包括初始化、中斷服務(wù)子程序、人機交互子程序、脈沖觸發(fā)子程序等，程序流程如圖2所示。
初始化程序包括外部中斷初始化、顯示初始化、AD轉(zhuǎn)換初始化等，信號采集每1秒執(zhí)行一次，根據(jù)檢測到的電信號，轉(zhuǎn)換為光強度信號，與人機交互界面設(shè)定值進(jìn)行比較處理，調(diào)整導(dǎo)通角，發(fā)出脈沖觸發(fā)信號，通過脈沖觸發(fā)模塊實現(xiàn)路燈亮度調(diào)節(jié)。
圖4 程序流程圖
5.結(jié)論
本次設(shè)計切實考慮了路燈節(jié)能環(huán)保的需求，針對路燈照明而設(shè)計的一款自調(diào)光路燈控制器。該系統(tǒng)操作簡單、方便，經(jīng)過一定時間軟硬件實時檢測，可靠性較高。
參考文獻(xiàn)
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