時(shí)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(shè)計(jì)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(jìn)步。
關(guān)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(fù)用的同步總線。它的用途是在高度集成的外設(shè)控制器件、擴(kuò)展卡和處理器/存儲(chǔ)器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部的連接機(jī)構(gòu)，它規(guī)定了互連機(jī)構(gòu)的協(xié)議、機(jī)械以及設(shè)備配置空間。PCI局部總線因具有極小延遲時(shí)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(jìn)行全自動(dòng)配置等特點(diǎn)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(kuò)充為64位總線的方法，使總線寬度擴(kuò)展，并對(duì)32位和64位PCI局部總線外設(shè)做到向前和向后兼容。
目前微機(jī)之間的紅外通信是基于IRDA-1.1標(biāo)準(zhǔn)的紅外無(wú)線串行SIR通信，參考文獻(xiàn)[2]給出了基于ISA總線的紅外無(wú)線串行通信卡的設(shè)計(jì)及實(shí)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(kuò)展外設(shè)的方法設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求，但目前許多微機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸淘汰ISA/EISA標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展外設(shè)只能通過一個(gè)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(yán)重影響。
1HHH（1,13）編解碼
2001年5月，紅外無(wú)線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)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(shù)和幀結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)）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(shù)-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(duì)折中的高效編碼，其中參數(shù)d、k分別表示在兩個(gè)''''1''''之間最小和最大的''''0''''的數(shù)目，參數(shù)d決定接收信號(hào)中有無(wú)碼間干擾ISI，參數(shù)k決定接收器能否從接收序列中恢復(fù)時(shí)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(shí)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(dá)到過去4Mbps鏈路的驅(qū)動(dòng)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(gè)紅外脈沖緊跟前一個(gè)紅外脈沖，脈沖之間應(yīng)該保持一個(gè)chip時(shí)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(yīng)，HHH（1,13）碼能夠兼容拖尾效應(yīng)，從而允許在chip時(shí)間周期內(nèi)脈沖的擴(kuò)展。
雖然HHH（1,13）碼的設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，但I(xiàn)RDA-1.4標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)詳細(xì)給出了編譯碼邏輯方程和電路，所以實(shí)現(xiàn)起來比較容易。筆者使用AlteraMAX+plusII進(jìn)行邏輯功能仿真，并用GW48EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行硬件偽真，驗(yàn)證HHH（1,13）碼編譯碼電路設(shè)計(jì)的正確性。
2甚高速紅外VFIR控制器的硬件設(shè)計(jì)
由于PCI總線規(guī)定了嚴(yán)格的電氣特性，開發(fā)PCI總線的應(yīng)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(shí)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(chǎng)可編程門陣列器件實(shí)現(xiàn)S5933與紅外TX/RXFIFO、寄存器的傳輸控制和邏輯時(shí)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(yàn)、編解碼以及串/并轉(zhuǎn)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(jī)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(hào)，使整個(gè)紅外控制器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)上層協(xié)議發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送事件時(shí)，紅外接口控制邏輯發(fā)出消息，通知主機(jī)啟動(dòng)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(shí)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(jìn)行鎖存、并/串轉(zhuǎn)換、CRC校驗(yàn)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(yàn)、串/并轉(zhuǎn)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(jī)啟動(dòng)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(diǎn)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(gè)物理總線接口：PCI總線接口、擴(kuò)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(shè)備BIOS的初始化；擴(kuò)充總線可以與外設(shè)設(shè)備互連。主機(jī)和外設(shè)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(shí)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)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(shè)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(chǔ)空間地址，向主控讀/寫計(jì)數(shù)器（MRTC/MWTC）寫入要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。S5933提供了4個(gè)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(kuò)展實(shí)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(shí)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(shí)序。它的工作原理如下：根據(jù)控制字，首先啟動(dòng)紅外收發(fā)器接口CRC校驗(yàn)、編解碼器和可編程時(shí)鐘（RX/TXFIFO讀/寫時(shí)鐘RCLK、WCLK和編解碼時(shí)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(shí)，TXFIFO緩沖器不為空，TXFIFO的EF信號(hào)就觸發(fā)紅外接口控制邏輯發(fā)TXFIFO讀操作信號(hào)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(jìn)行CRC校驗(yàn)、編碼以及并/串轉(zhuǎn)換。同理當(dāng)甚高速紅外控制器接收數(shù)據(jù)時(shí)，紅外收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼、串/并轉(zhuǎn)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(hào)ENW#，把接收數(shù)據(jù)寫入紅外接收FIFO。當(dāng)RXFIFO寫滿后，觸發(fā)控制邏輯發(fā)出S5933FIFO寫信號(hào)WRFIFO#，上層協(xié)議啟動(dòng)PCI接口初始化S5933為同步主控寫操作實(shí)現(xiàn)紅外接收FIFO到主機(jī)內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳畀。另外紅外接口邏輯還實(shí)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是紅外控制器成功的關(guān)鍵。該接口需要實(shí)現(xiàn)各種工作模式（SIR、MIR、FIR、VFIR）的編解碼器和硬件CRC校驗(yàn)、設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。編碼器前、譯碼器后，數(shù)據(jù)都要進(jìn)行硬件CRC校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制。SIR模式采用RZI（歸零反轉(zhuǎn)）編碼，信號(hào)為高電平，調(diào)制為低電平；信號(hào)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(zhuǎn)）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(jìn)制數(shù)據(jù)流每?jī)晌唤M合成一個(gè)數(shù)據(jù)碼元組（DBP），其占用時(shí)間Dt=500ns，再將該數(shù)據(jù)碼元組（DBP）分為4個(gè)125ns的時(shí)隙（chip），根據(jù)碼元組的狀態(tài)，在不同的時(shí)隙放置單脈沖。由于PPM通信依賴信號(hào)光脈沖在時(shí)間上的位置傳輸信息，所以解調(diào)時(shí)先保證收發(fā)雙方時(shí)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(kuò)展，發(fā)生碼間干擾，導(dǎo)致譯碼出錯(cuò)，因此根據(jù)HiroshiUno提出的新算法[7]簡(jiǎn)化4PPM譯碼過程，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該算法比最大似然譯碼算法結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，功耗更低，而且更容易實(shí)現(xiàn)。
VFIR模式采用HHH（1，13）編解碼技術(shù)。編碼器原理：為了正確實(shí)現(xiàn)編碼，要求在計(jì)算內(nèi)部碼字C=(c1,c2,c3)之前，在nT(T表示一個(gè)chip時(shí)間)時(shí)刻到達(dá)編碼器輸入端的輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)經(jīng)過3個(gè)編碼周期（每個(gè)編碼周期是3T）的延時(shí)后進(jìn)行邏輯計(jì)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(guān)的N出現(xiàn)在（n+9T）時(shí)刻；再經(jīng)過一個(gè)編碼周期，即（n+12T）時(shí)刻，狀態(tài)N賦給內(nèi)部狀態(tài)矢量S=(s1,s2,s3)，同時(shí)計(jì)算與輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)有關(guān)的內(nèi)部碼字矢量C=(c1,c2,c3)，再經(jīng)過一個(gè)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(gè)編碼過程延時(shí)5個(gè)編碼周期即15個(gè)chip。注意編碼器初始狀態(tài)S應(yīng)設(shè)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(shí)得到矢量Y4=(y10,y11,y12)，對(duì)Y4進(jìn)行不同的延時(shí)得到Y(jié)3、Y2及Y1。這里矢量Yi是Y4的4-I次延時(shí)（由鎖存器實(shí)現(xiàn)延時(shí)）；對(duì)Y4進(jìn)行或非運(yùn)算得到Zd，再將Zd進(jìn)行不同的延時(shí)得到Zc和Zb。這里Zc、Zb、Zd是變量，然后將Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd進(jìn)行邏輯運(yùn)算、延時(shí)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(gè)譯碼過程延時(shí)4個(gè)周期即12個(gè)chip。可見HHH（1,13）編譯碼電路比較簡(jiǎn)單，利用FPGA基于門級(jí)描述即可實(shí)現(xiàn)，但必須注意鎖存器時(shí)鐘fclock=1/3fchip。VFIR模式增加線性反饋移位寄存器（LFSR）實(shí)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(shè)計(jì)
論文關(guān)鍵詞：MATLAB，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，污水處理，溶解氧
0、引言
近年來，環(huán)境污染日益嚴(yán)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(guó)政府關(guān)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(xì)格柵及沉砂池、配水計(jì)量井、CASS反應(yīng)池、計(jì)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(jī)電一體化論文，CASS反應(yīng)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(jī)物，經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，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(shè)計(jì)
1.1 控制策略分析
CASS反應(yīng)池中溶解氧濃度的高低直接影響著有機(jī)物的去除效率，也就相應(yīng)的影響了出水水質(zhì)。如果溶解氧濃度過低，供氧不足，會(huì)使微生物代謝活動(dòng)受影響，微生物凈化功能降低，使生化反應(yīng)不夠充分，出水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)；如果溶解氧濃度過高，氧的轉(zhuǎn)移效率降低，動(dòng)力費(fèi)用增加。曝氣池中影響溶解氧濃度的因素眾多，主要有進(jìn)水水質(zhì)化驗(yàn)值(BOD，COD，TP，TN機(jī)電一體化論文，SS)和進(jìn)水流量等免費(fèi)論文。所以，在污水處理過程中不同工況下都能夠?qū)θ芙庋鯘舛冗M(jìn)行快速有效的控制，對(duì)整個(gè)污水處理過程具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[2]。
由于對(duì)溶解氧濃度的控制是一個(gè)大時(shí)滯、非線性、多變量的系統(tǒng)，溶解氧濃度數(shù)學(xué)模型難以建立，所以對(duì)溶解氧濃度的傳統(tǒng)控制方式存在著控制精度不夠高，實(shí)時(shí)性不夠好等缺點(diǎn)。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(xué)習(xí)能力，不能在線調(diào)整控制規(guī)則，自適應(yīng)能力差，使系統(tǒng)的魯棒性受到限制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在相應(yīng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中作為控制器或辨識(shí)器，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是從微觀結(jié)構(gòu)與功能上通過對(duì)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(duì)變化的環(huán)境具有自適應(yīng)性，且成為基本上不依賴于數(shù)學(xué)模型的一類控制機(jī)電一體化論文，所以它在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有多樣性和靈活性。
1.2 BP網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)
BP網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，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(gè)或多個(gè)[3]。構(gòu)造一個(gè)BP網(wǎng)絡(luò)需要確定其處理單元――神經(jīng)元的特性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(gè)典型的三層BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖2 典型三層BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
設(shè)上圖BP網(wǎng)絡(luò)輸入層有M個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層有L個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且隱含層只有一層，具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)。一般情況下N>M>L。設(shè)輸入層神經(jīng)節(jié)點(diǎn)的輸出為ai（i=1，2，……，M）；隱含層節(jié)點(diǎn)的輸出為aj（j=1，2，……，N）；輸出層神經(jīng)節(jié)點(diǎn)的輸出為yk（k=1機(jī)電一體化論文，2，……，L）；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量為ym；期望輸出向量為yp免費(fèi)論文。則：
（1）輸入層第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入為
式中xi（i=1,2，……，M）為網(wǎng)絡(luò)的輸入，θi為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的閾值。
（2）隱含層的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)輸入為
式中wij和θj分別為隱含層的權(quán)值和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的閾值。
（3）輸出層第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入為
1.3 BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法的步驟
（1）初始化：置所有的加權(quán)系數(shù)為最小的隨機(jī)數(shù)。
（2）提供訓(xùn)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(shí)際輸出：計(jì)算隱含層和輸出層各神經(jīng)元的輸出。
（4）計(jì)算期望值與實(shí)際輸出的誤差。
（5）調(diào)整輸出層的加權(quán)系數(shù)。
（6）調(diào)整隱含層的加權(quán)系數(shù)。
（7）返回步驟（3），直到誤差滿足要求為止。
2、BP網(wǎng)絡(luò)控制器的MATLAB實(shí)現(xiàn)
2.1 BP網(wǎng)絡(luò)模型的建立與訓(xùn)練
由于待處理的污水組成成分復(fù)雜，對(duì)溶解氧濃度的影響并不是一兩個(gè)因素，根據(jù)污水的主要污染物組成的特點(diǎn)，我們選取了最具代表性和普遍意義，具有關(guān)鍵控制作用的幾個(gè)進(jìn)水參數(shù)，即選取進(jìn)水的BOD5、COD、SS、TN、TP以及進(jìn)水流量作為輸入層的輸入節(jié)點(diǎn)，輸出節(jié)點(diǎn)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(luò)的運(yùn)算速度、存儲(chǔ)空間和收斂性質(zhì)。太多或太少的隱含層都會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂性變差，這是因?yàn)檫^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(jī)電一體化論文，而數(shù)目過多，雖然可以達(dá)到更小的誤差值，但因網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，從而收斂較慢[6]免費(fèi)論文。有研究表明，當(dāng)隱含層為1―2層時(shí)，網(wǎng)絡(luò)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(luò)訓(xùn)練的樣本數(shù)據(jù)，本文對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行訓(xùn)練和檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，是采用某污水處理廠一個(gè)月中每天中午十二點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，其中5號(hào)、10號(hào)、15號(hào)、20號(hào)、25號(hào)、30號(hào)這6天的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的輸出，其它24天的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。
其次建立網(wǎng)絡(luò)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。首先將訓(xùn)練數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工作空間，生成p1和t向量用來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)；生成p2向量和test_target向量，用來通過仿真檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的性能。然后通過命令生成一個(gè)隱含層包含5個(gè)神經(jīng)元，輸出層包含1個(gè)神經(jīng)元的BP網(wǎng)絡(luò)；第一層傳遞函數(shù)是tansig()，第二層傳遞函數(shù)是線性的，訓(xùn)練函數(shù)選取為traingd()。設(shè)置好訓(xùn)練次數(shù)、誤差精度、學(xué)習(xí)率等參數(shù)機(jī)電一體化論文，開始訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。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(gè)BP網(wǎng)絡(luò)
net.trainParam.show= 20; %每隔20次顯示一次
net.trainParam.lr= 0.01; %學(xué)習(xí)率設(shè)為0.01
net.trainParam.mc= 0.9; %動(dòng)量因子設(shè)為0.9
net.trainParam.epochs= 100; %最大訓(xùn)練次數(shù)設(shè)為100
net.trainParam.goal= 1e-2; %訓(xùn)練要求精度設(shè)為0.01
[net,tr] = train(net,p1,t); %開始訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程如圖3所示，從圖中可以看到，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練在20個(gè)步長(zhǎng)之后就將誤差訓(xùn)練到小于0.01了。
圖3 網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程
2.2 仿真結(jié)果分析
網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢，然后通過仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證之后得出的實(shí)際值、網(wǎng)絡(luò)輸出值和誤差的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示。從圖中我們可以看到，網(wǎng)絡(luò)的仿真檢測(cè)輸出和實(shí)際輸出之間的誤差很小，說明設(shè)計(jì)的BP網(wǎng)絡(luò)控制器性能穩(wěn)定，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的性能要求，對(duì)溶解氧濃度的控制能夠起到比較精確的控制效果。
圖4 實(shí)際值、網(wǎng)絡(luò)輸出值和誤差值的對(duì)比
3、控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)工藝要求，甘肅靖遠(yuǎn)污水處理廠采用三個(gè)控制站，針對(duì)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(chǎng)BOD5、COD、SS、TN、TP以及進(jìn)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(fēng)機(jī)變頻器的頻率大小。
3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jìn)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(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的編寫機(jī)電一體化論文，只能實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的控制方法；MATLAB能很容易的實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法編寫，但是不能夠進(jìn)行組態(tài)免費(fèi)論文。如何將MATLAB和PLC結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)溶解氧濃度的控制是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，這就要用到OPC協(xié)議來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)中的MATLAB與下位機(jī)PLC之間的數(shù)據(jù)交換，才能將MATLAB中設(shè)計(jì)好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)水流量等現(xiàn)場(chǎng)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(luò)控制器處理，得出鼓風(fēng)機(jī)變頻器需要的頻率大小，然后將結(jié)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(fēng)機(jī)頻率的大小來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)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(jìn)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(duì)象模型
connect(da); %連接到服務(wù)器
grp = addgroup (da); %建立組對(duì)象模型
item1 = additem (grp,‘[plc]temp1’); %建立數(shù)據(jù)項(xiàng)模型
r = read (item1); %讀item1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，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(duì)象
3.3 上位組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)的監(jiān)控操作畫面中,可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)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(chǎng)設(shè)備監(jiān)控畫面機(jī)電一體化論文，如系統(tǒng)狀態(tài)圖、硬件報(bào)警、工藝報(bào)警、模擬量趨勢(shì)、對(duì)比趨勢(shì)、操作日志、報(bào)表輸出等，可直觀、動(dòng)態(tài)地顯示出現(xiàn)場(chǎng)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(jié)束語(yǔ)
本文通過對(duì)污水處理CASS池中溶解氧濃度控制要求的深入分析，對(duì)比闡述了傳統(tǒng)控制方法的局限性以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性，通過在MATLAB環(huán)境下設(shè)計(jì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練仿真，得出合理的BP網(wǎng)絡(luò)控制器。最后通過OPC協(xié)議進(jìn)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(luò)運(yùn)用到實(shí)際的污水處理控制系統(tǒng)中，通過實(shí)際運(yùn)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(xiàn)：
[1]胡玉玲，曹建國(guó)，喬俊飛.活性污泥污水處理系統(tǒng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，
2005，17（10）：2541-2544.
關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煤氣，螺桿壓縮機(jī)，高精度調(diào)節(jié)，ABB，DCS控制系統(tǒng)
1綜述
萊鋼CCPP燃機(jī)系統(tǒng)采用高壓焦?fàn)t煤氣做燃料，焦?fàn)t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(jī)，此類型的壓縮機(jī)利用雙螺桿的旋轉(zhuǎn)嚙合原理來壓縮煤氣并向壓縮機(jī)內(nèi)噴注油。該壓縮機(jī)螺桿式壓縮機(jī)，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(shè)備控制和高精度的調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)本著簡(jiǎn)潔、靈活、安全的目標(biāo)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，集參數(shù)監(jiān)控、參數(shù)聲光報(bào)警、歷史趨勢(shì)記錄、生產(chǎn)操作、硬件狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)判斷、與生產(chǎn)調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度綜合管理等多項(xiàng)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(chǔ)，通過標(biāo)準(zhǔn)的I/O卡件傳送機(jī)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(shí)，一主一從，同步運(yùn)行，相互冗余。一旦主控制器因故障而停止運(yùn)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(duì)I/O模件進(jìn)行組態(tài)，實(shí)施程序編制，通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停。運(yùn)用梯形圖（LD）和功能塊（FBD）相結(jié)合的編程方式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的邏輯判斷和控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(shì)查詢、監(jiān)控功能塊，開環(huán)控制、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。控制器PM802F和I/O從站通過Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，控制器PM802F和上位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)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(jī)界面的操作指令和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)器信號(hào)，完成整個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)的順序控制和邏輯控制，并進(jìn)行工藝過程以及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)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(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的診斷。碩士論文，ABB。碩士論文，ABB。
2.2系統(tǒng)控制邏輯
當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)用柴油啟動(dòng)后，開機(jī)信號(hào)會(huì)傳遞給壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，壓縮機(jī)檢查開機(jī)條件允許后，手動(dòng)發(fā)出機(jī)組啟動(dòng)命令。當(dāng)啟動(dòng)命令到來后，機(jī)組打開煤氣入口切斷閥，油回流閥，啟動(dòng)油泵，然后啟動(dòng)低段壓縮機(jī)電機(jī)。低段壓縮機(jī)啟動(dòng)的初始階段，壓縮機(jī)滑閥開始按照間隔脈沖的方式逐漸開到設(shè)定位置，隨著出口壓力的增高，回流調(diào)節(jié)閥開始對(duì)出口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)壓縮機(jī)電機(jī)開始運(yùn)行的時(shí)候，油溫也開始自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)投纬隹趬毫_(dá)到設(shè)定值、滑閥在設(shè)定的范圍之內(nèi)，開始達(dá)到高段允許啟動(dòng)條件時(shí)。
同樣，打開高段入口閥門，啟動(dòng)油泵，啟動(dòng)高段壓縮機(jī)電機(jī)，同時(shí)調(diào)節(jié)油溫度、壓縮機(jī)滑閥開度以及壓縮機(jī)出口壓力。在低段入口閥后、高段出口閥前還設(shè)置有一大回流管道，管道上設(shè)置有2個(gè)快速調(diào)節(jié)閥。燃機(jī)停機(jī)信號(hào)發(fā)出時(shí)，根據(jù)設(shè)定壓力對(duì)壓縮機(jī)出口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使尾端的2.9Mpa的焦?fàn)t煤氣迅速降到設(shè)定點(diǎn)，從而避免長(zhǎng)時(shí)間的高壓焦?fàn)t煤氣發(fā)生爆炸。整個(gè)邏輯的完成，完美的呈現(xiàn)了DCS的自動(dòng)控制優(yōu)勢(shì)。
2.3 回路控制
該系統(tǒng)主要有高低段壓縮機(jī)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(gè)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(duì)高低段壓縮機(jī)出口壓力調(diào)節(jié)共分為2種模式，獨(dú)立運(yùn)行模式和協(xié)調(diào)控制模式。
1、獨(dú)立運(yùn)行模式：當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行而燃?xì)廨啓C(jī)沒有投入運(yùn)行連鎖的時(shí)候，壓縮機(jī)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(jī)滑閥通過開機(jī)階段的自動(dòng)脈沖觸發(fā)打開到設(shè)定值即保持不動(dòng)；
2、協(xié)調(diào)控制模式：當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的時(shí)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(diǎn)設(shè)定值減去死區(qū)，那么就會(huì)脈沖增加滑閥開度而增加壓縮機(jī)容量。碩士論文，ABB。如果回流調(diào)節(jié)閥的輸出大于高點(diǎn)設(shè)定值加上死區(qū)，那么就會(huì)脈沖減小滑閥開度，從而降低壓縮機(jī)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(jī)與煤氣柜的柜位以及燃機(jī)采用硬線連鎖。當(dāng)煤氣柜柜位超低時(shí)需要壓縮機(jī)停機(jī)以保證煤氣柜前系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。當(dāng)燃機(jī)準(zhǔn)備開機(jī)的時(shí)候，壓縮機(jī)才具備開機(jī)條件，當(dāng)燃機(jī)開始燒焦?fàn)t煤氣后，才能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的容量調(diào)節(jié)。
3結(jié)束語(yǔ)
焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)基于對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、順序控制、連續(xù)控制、監(jiān)控操作、人機(jī)對(duì)話和數(shù)據(jù)通信，其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠DCS自控系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、故障預(yù)報(bào)，并提供了故障診斷系統(tǒng)信息指導(dǎo)功能。
參考文獻(xiàn)
[1]AC800F操作與組態(tài)，北京：ABB大學(xué)-北京培訓(xùn)中心出版，2006.
[2]前川公司壓縮機(jī)系統(tǒng)控制說明
關(guān)鍵詞：模糊PID；角度控制；仿真
1.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)中由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)涉及到角度及距離兩個(gè)方面，所以本文中的模糊PID控制器具體設(shè)計(jì)為兩組控制器構(gòu)成：一組用于控制機(jī)器人的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，一組用于機(jī)器人的位置移動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)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(jìn)一步以電機(jī)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(shè)計(jì)
設(shè)在采樣時(shí)刻t，誤差和誤差的變化分別為：
本模糊系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二維控制器：et、Δet為兩個(gè)輸入變量，ut為輸出變量。模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如下圖2所示。
從上述控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)系統(tǒng)中沒有微分環(huán)節(jié)，而參數(shù)Kp、Ki是通過實(shí)驗(yàn)方法確定的。從角度和距離的實(shí)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(duì)5o以下的小角度調(diào)節(jié)時(shí)，Kp×et就會(huì)過小，從而使得調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)、穩(wěn)態(tài)誤差增大；但在對(duì)40o以上的大角度調(diào)節(jié)時(shí)，Kp×et就會(huì)過大而出現(xiàn)較大的超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)。所以針對(duì)這樣的情況，在本論文中的PID控制器的設(shè)計(jì)針對(duì)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(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)不同的參數(shù)值。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，本論文中的小角度誤差時(shí)Kp取0.65，Ki取0.0015；中角度時(shí)Kp取0.35，Ki取0.0015；大角度時(shí)Kp取0.15，Ki取0.001。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是利用MATLAB的Simulink仿真環(huán)境對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(duì)比圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)，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(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，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(shí)間。
4.總結(jié)
通過實(shí)驗(yàn)對(duì)本文所提出的模糊控制器與單一PID控制器相結(jié)合構(gòu)成的模糊PID控制算法進(jìn)行了測(cè)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(jī)器人足球系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，又縮短了動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間，取得了較好的控制效果。（作者單位：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院）
參考文獻(xiàn)：
[1] 諸靜.模糊控制理論與系統(tǒng)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[關(guān)鍵詞] 89C51單片機(jī) 洗衣機(jī) 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(jī)為人們提供了很多便利。本論文將設(shè)計(jì)一款由微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)。采用的芯片為51系列的單片機(jī)。
為了更好地理解本論文的設(shè)計(jì)內(nèi)容，先來全面介紹一下全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理：
將衣物放入洗衣機(jī)后，打開進(jìn)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(cāng)門，門安全開關(guān)閉合，此時(shí)水位開關(guān)內(nèi)部的公共觸點(diǎn)和脫水觸點(diǎn)相通，進(jìn)水閥通電進(jìn)水。當(dāng)桶內(nèi)水位到達(dá)指定高度時(shí)，在氣壓的作用下水位開關(guān)內(nèi)部公共觸點(diǎn)斷開脫水觸點(diǎn)而接通洗滌觸點(diǎn)，進(jìn)水閥斷電停止進(jìn)水，電動(dòng)機(jī)電源被接通。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，周期性正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，通過離合器帶動(dòng)波輪正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，波輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)桶內(nèi)的水及衣物形成旋轉(zhuǎn)水流，衣物在水流中相互摩擦而達(dá)到洗衣的目的。當(dāng)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(shí)聯(lián)動(dòng)桿也把離合器從洗滌狀態(tài)切換到脫水狀態(tài)。當(dāng)排水完成后桶內(nèi)大氣壓力下降，水位開關(guān)的公共觸點(diǎn)復(fù)位接通脫水觸點(diǎn)，排水電磁閥繼續(xù)保持通電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)脫水桶高速旋轉(zhuǎn)而甩干衣物，洗衣程序結(jié)束后斷開水電而停機(jī)。至于中間的過程要洗多少次，洗衣時(shí)間的長(zhǎng)短，由程序控制。
此洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)分成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。
硬件設(shè)計(jì)：
洗衣機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)電路包括三部分：水位檢測(cè)模塊，電機(jī)控制模塊、顯示按鍵模塊。
水位檢測(cè)機(jī)構(gòu)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(jìn)水的過程中，浮子帶動(dòng)金屬管上下移動(dòng)，當(dāng)水位處于最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，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(qǐng)中斷，否則INT1被上拉電阻上拉為高電平。
電機(jī)控制模塊有兩個(gè)控制端，一端控制電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，該端與P1.0相連；另一端控制電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，該端與P1.1相連。電控水龍頭共兩只，一只為進(jìn)水龍頭，受P3.0控制：另一只為出水龍頭，受P3.1控制。當(dāng)電控水龍頭的控制端為“1”時(shí)，水龍頭打開，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“0”時(shí)，水龍頭關(guān)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(dòng)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(qǐng)中斷。蜂鳴器由P1.2控制，當(dāng)P1.2輸出為“1”時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲。單片機(jī)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(gè)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(shí)間”指示燈，Y1控制“脫水剩余時(shí)間”指示燈，Y2控制“強(qiáng)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(shí)間”指示燈，Y6控制“脫水時(shí)間”指示燈。
軟件設(shè)計(jì)：
整個(gè)洗衣程序要經(jīng)過以下幾個(gè)過程：
（1）進(jìn)水程序：由控制進(jìn)水閥的開/關(guān)時(shí)間來完成。
（2）洗滌過程：洗衣機(jī)不斷正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，是通過單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的。
（3）排水過程：由單片機(jī)控制排水閥的開/關(guān)時(shí)間來完成。
（4）脫水過程：洗衣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間，是通過單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的。
因此，本文按照上述過程設(shè)計(jì)主程序，主程序流程圖如圖1所示：
圖1 程序流程圖
關(guān)鍵詞：云臺(tái)；無(wú)線傳輸，Mini2440；局域網(wǎng)
中圖分類號(hào)：TP277
目前在視頻傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域中，有線視頻系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，但有很多缺點(diǎn)，只適用于小范圍的區(qū)域。尤其對(duì)于一些特殊的勘探場(chǎng)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(wú)法實(shí)現(xiàn)。無(wú)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(diǎn)。同時(shí)隨著自動(dòng)化，通信技術(shù)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(wú)線傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)很多基于嵌入式的有線和無(wú)線兩種視頻傳輸系統(tǒng)。它們有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)提供良好的用戶接口，設(shè)置了用戶權(quán)限，只有有權(quán)限的用戶才能操作或控制該系統(tǒng)；可以用手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁(yè)的方式查看實(shí)時(shí)視頻畫面。因此基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)將有很好的發(fā)展空間。
1 云臺(tái)控制視頻無(wú)線傳輸系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由兩個(gè)大模塊組合而成：一個(gè)是控制攝像頭捕捉足夠大的視頻畫面的云臺(tái)控制器，此部分的設(shè)計(jì)是本論文的重點(diǎn)；另一個(gè)是基于Mini2440開發(fā)板的視頻無(wú)線傳輸模塊，此部分是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的一個(gè)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(tái)的視頻無(wú)線傳輸系統(tǒng)中硬件是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：云臺(tái)控制器、視頻采集模塊、mini2440微處理器、無(wú)線傳輸模塊，GSM開關(guān)、手機(jī)終端模塊。
1.1 云臺(tái)控制器。云臺(tái)控制器是基于STC12C5A60S2 單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)，通過單片機(jī)控制X軸和Y軸方向的兩個(gè)舵機(jī)，一個(gè)是X軸方向的旋轉(zhuǎn)，通過延時(shí)程序的設(shè)置可以以任意速度旋轉(zhuǎn)；Y軸方向的舵機(jī)可分三個(gè)檔位，當(dāng)X軸舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)來回時(shí)Y軸方向的舵機(jī)才旋轉(zhuǎn)一個(gè)檔位，如此周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)X軸旋轉(zhuǎn)6個(gè)來回時(shí)Y軸舵機(jī)的三個(gè)檔位才能循環(huán)一次，如此的程序設(shè)計(jì)是為了云臺(tái)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(jià)比較高的一款開發(fā)板。因采用了穩(wěn)定性特別強(qiáng)的電源芯片供電，再加上專業(yè)的復(fù)位電路，使得整體的電路板運(yùn)行非常穩(wěn)定。其PCB是采用先進(jìn)的四層板制板技術(shù)，布線合理，整個(gè)電路板的信號(hào)流非常流暢、完整，符合電路信號(hào)原理，而且具有很多先進(jìn)性，支持基本的操作系統(tǒng)，不僅具有極強(qiáng)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?jǐn)z像頭可以直接捕捉視頻圖像，然后傳送到計(jì)算機(jī)里儲(chǔ)存或進(jìn)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(wú)線傳輸模塊。本次設(shè)計(jì)是通過網(wǎng)頁(yè)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(jìn)行處理后經(jīng)過一個(gè)由路由器組建的局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。在本次設(shè)計(jì)中選擇TP-LINK無(wú)線路由器作為無(wú)線傳輸模塊來搭建本次設(shè)計(jì)所用到的一個(gè)局域網(wǎng)。TP-LINK無(wú)線路由器有很多優(yōu)點(diǎn)，適合于本次設(shè)計(jì)的視頻數(shù)據(jù)傳輸要求。
1.5 GSM開關(guān)。整個(gè)系統(tǒng)中控制攝像頭掃描范圍的云臺(tái)控制器是通過單片機(jī)控制兩個(gè)平面的舵機(jī)轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)攝像頭的畫面捕捉范圍的。云臺(tái)控制器耗電量比較大，而且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)縮短舵機(jī)的壽命，所以需要一種開關(guān)來控制云臺(tái)控制器的開通與關(guān)斷，所以對(duì)一個(gè)GSM開關(guān)進(jìn)行了改裝，從而實(shí)現(xiàn)了在任何一個(gè)位置，任何一個(gè)時(shí)間都可以控制云臺(tái)控制器的開通與關(guān)斷。查看視頻畫面掃不到的范圍時(shí)才打開云臺(tái)控制器運(yùn)行，否則就關(guān)掉，這樣不僅節(jié)省電能，還能做到延長(zhǎng)云臺(tái)控制器的壽命。
2 云臺(tái)控制器的設(shè)計(jì)
2.1 云臺(tái)機(jī)體設(shè)計(jì)。云臺(tái)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(shè)計(jì)的。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)一般有兩個(gè)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(tái)控制電路的設(shè)計(jì)。云臺(tái)電路結(jié)構(gòu)如下圖1所示，本次云臺(tái)共用2路舵機(jī)，但考慮到某些端口發(fā)生故障而影響研究進(jìn)程，再考慮到節(jié)約資源，避免浪費(fèi)，此主控板可以對(duì)以后的擴(kuò)展有所幫助，所以我預(yù)留了20個(gè)接口，主控板共有22路舵機(jī)接口，并且在云臺(tái)主控板上預(yù)留了其他傳感器接口，可以進(jìn)行一些附加功能的擴(kuò)展。
圖1 云臺(tái)電路結(jié)構(gòu)
2.3 云臺(tái)動(dòng)作程序。程序分兩個(gè)子程序：一個(gè)是單片機(jī)初始化子程序，另一個(gè)是云臺(tái)動(dòng)作規(guī)劃控制程序。其中云臺(tái)動(dòng)作規(guī)劃控制程序又分兩個(gè)動(dòng)作，一個(gè)是X軸方向的旋轉(zhuǎn)，通過延時(shí)程序的設(shè)置可以以任意速度旋轉(zhuǎn)，Y軸方向的舵機(jī)可分三個(gè)檔位，當(dāng)X軸舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)來回時(shí)Y軸方向的舵機(jī)才旋轉(zhuǎn)一個(gè)檔位，如此周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)X軸旋轉(zhuǎn)6個(gè)來回時(shí)Y軸舵機(jī)的三個(gè)檔位才能循環(huán)一次，如此的程序設(shè)計(jì)是為了云臺(tái)上的攝像頭能掃描到足夠大的視頻畫面。
3 視頻無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)
3.1 視頻的無(wú)線傳輸。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種無(wú)線設(shè)備如同雨后春筍，得到了很廣泛的應(yīng)用。在本次論文設(shè)計(jì)中我主要采用目前技術(shù)比較成熟的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，無(wú)線局域網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)是802.11a/b/g。通過無(wú)線路由器搭建一個(gè)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(dòng)態(tài)的視頻畫面。
3.2 視頻數(shù)據(jù)壓縮處理程序的實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)程序很好地匹配使用。此程序可實(shí)現(xiàn)的是實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的傳輸，不需要用大量的存儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(jī)在終端通過瀏覽網(wǎng)頁(yè)的方式查看實(shí)時(shí)的視頻畫面，同時(shí)也通過手機(jī)撥通GSM開關(guān)的方法來控制云臺(tái)的開通與關(guān)斷，即可以用手機(jī)查看實(shí)時(shí)畫面的同時(shí)也可以靈活的無(wú)線控制云臺(tái)輕松得到自己想要看到的視頻畫面角度。
3.3 手機(jī)查看視頻畫面。前期的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作完成后，就可以通過手機(jī)查看系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)畫面。打開手機(jī)的瀏覽器，鍵入系統(tǒng)的IP地址，可以在手機(jī)上顯示動(dòng)態(tài)的視頻畫面，同時(shí)還可以通過手機(jī)控制云臺(tái)的開通與關(guān)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(jī)發(fā)送指令關(guān)掉云臺(tái)，這樣可以節(jié)省電能。
4 結(jié)論
本次論文設(shè)計(jì)運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息通信技術(shù)的一些成熟的技術(shù)作為理論依據(jù)，成功地完成了基于云臺(tái)控制的視頻無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)云臺(tái)控制器主控板時(shí)預(yù)留了很多傳感器輸入，并且主控板還可以控制20路舵機(jī)，所以可以在系統(tǒng)上加一個(gè)濕度檢測(cè)傳感器，通過濕度檢測(cè)傳感器檢測(cè)雨點(diǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)另幾路舵機(jī)來控制遮雨裝置工作，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)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(shí)驗(yàn)室，老師可以隨時(shí)隨地查看學(xué)生的做實(shí)驗(yàn)狀況。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，對(duì)于畫面運(yùn)動(dòng)變化檢測(cè)靈敏，能夠滿足一般用途的視頻防盜監(jiān)控的需要。同時(shí)系統(tǒng)價(jià)格低廉，可以根據(jù)不同的應(yīng)用改變智能監(jiān)控算法，具有廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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[2]張杰.嵌入式無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)，2010，2（1）：1-2.
[3]石曉棟，李全虎.嵌入式實(shí)時(shí)視頻傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2012.
關(guān)鍵詞：J2EE，Struts，系統(tǒng)開發(fā)框架
在J2EE企業(yè)級(jí)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(shí)例和流程圖對(duì)Struts框架的工作原理進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞
J2EE Struts 系統(tǒng)開發(fā)框架
引言
學(xué)習(xí)Struts框架普遍會(huì)遇到的問題是搞不清它的具體工作原理。整個(gè)Struts應(yīng)用是一個(gè)分工明確的有機(jī)整體，各個(gè)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(gè)部門的處理工作。
1.接收HTTP請(qǐng)求轉(zhuǎn)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(qǐng)求到獲得響應(yīng)的整個(gè)處理過程：
從圖1中可以看出，服務(wù)器首先對(duì)接受到的客戶端請(qǐng)求進(jìn)行過濾：屬于Struts處理范圍的請(qǐng)求被自動(dòng)提交給Struts控制器處理，否則將按照傳統(tǒng)的方式作出響應(yīng)。具體說來，在Web應(yīng)用程序中，凡是“*.do”格式的頁(yè)面請(qǐng)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(gè)名為ActionServlet的Servlet負(fù)責(zé)處理，Struts實(shí)現(xiàn)這一控制邏輯并沒有引入新的機(jī)制，來看Web應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)尾的頁(yè)面請(qǐng)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(duì)象可以被作為 Servlet使用。
2.FormBean分發(fā)請(qǐng)求
控制器Servlet開始工作，它先使用一個(gè)制定的JavaBean來自動(dòng)接收客戶端請(qǐng)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(shí)現(xiàn)屬性的自動(dòng)填充功能，該JavaBean必須是org.apache.struts.action.
ActionForm類型（實(shí)際上是其子類）的對(duì)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(duì)象)分發(fā)HTTP請(qǐng)求的規(guī)則：
（1）如果請(qǐng)求的頁(yè)面URI是login.do，則使用先前說明過的loginForm來自動(dòng)接收請(qǐng)求表單中的數(shù)據(jù)，并將該請(qǐng)求分發(fā)給一個(gè)LoginAction類型的實(shí)例來處理。該實(shí)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(duì)象有時(shí)也被稱為“AectionServlet對(duì)象”。和使用JavaBean的情形類似，如果找不到該Action對(duì)象（第一次用到時(shí)），則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)實(shí)例化一個(gè)。
（2）如果請(qǐng)求的頁(yè)面URI是reqist.do，則直接轉(zhuǎn)向到“/regist.jsp”頁(yè)面做出響應(yīng)。此時(shí)對(duì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)多分支效果。
3.執(zhí)行execute（）方法
Action對(duì)象接收到分發(fā)來的請(qǐng)求和先前由ActionServlet對(duì)象填充過的表單Bean（以及一些其他相關(guān)信息）后，會(huì)調(diào)用其execute()方法進(jìn)行處理，execute()方法返回一個(gè)封裝了下一目標(biāo)頁(yè)面信息的AoctionForvard對(duì)象給控制器ActionServlet。此時(shí)，mapping對(duì)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(yàn)證通過則由ActionServlet將原客戶端HTTP請(qǐng)求再次轉(zhuǎn)發(fā)至/error.jsp頁(yè)面，否則轉(zhuǎn)發(fā)至right.jsp頁(yè)面。論文格式。
4.歸納Struts應(yīng)用程序的基本原理
（1）ActionServlet接收客戶端HTTP請(qǐng)求，使用ActionForm自動(dòng)接收請(qǐng)求表單信息，然后將請(qǐng)求分發(fā)給相應(yīng)的Action對(duì)象。
（2）Action對(duì)象調(diào)用execute()方法處理請(qǐng)求，然后返回ActionForward對(duì)象給ActionServlet
（3）根據(jù)AoctionForward對(duì)象封裝的信息，ActionForward將HTTP請(qǐng)求再次轉(zhuǎn)發(fā)給其它頁(yè)面，最終發(fā)送響應(yīng)回客戶端。
參考文獻(xiàn)
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(shè)計(jì)與開發(fā)》
關(guān)鍵詞：自動(dòng)，熱備，通訊
1． 前言
隨著發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展目前新建火電機(jī)組單機(jī)容量600MW屬于主流，我公司三四期擴(kuò)建工程裝機(jī)容量為4×600MW。論文大全，自動(dòng)。面對(duì)如此規(guī)模的發(fā)電機(jī)組對(duì)煤炭的需求量也就越來越大，對(duì)輸煤等公用系統(tǒng)的自動(dòng)化控制要求也就越來越高。論文大全，自動(dòng)。考慮機(jī)組容量對(duì)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(shè)計(jì)了兩條上煤通路，在正常情況下的運(yùn)行方式是雙路如果在其中一條有缺陷需要停運(yùn)處理時(shí)就得單路運(yùn)行這主要是考慮設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
2． PACSystem 控制系統(tǒng)介紹
利港電廠為三四期擴(kuò)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(dòng)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(tái),包含了多種用戶可以按照自己的意愿組合,搭配和實(shí)施的技術(shù)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(jī)架式安裝,7代表基于90-70架構(gòu), i代表智能化意思)，互為熱備用即CPU冗余。為了避免同時(shí)失電，兩個(gè)機(jī)架的電源都取UPS電源。其處理器的型號(hào)700 MHz Pentium，內(nèi)存10MB和10MB FLASH。另外CPU冗余使用了一種新技術(shù)—映射內(nèi)存,如果在一個(gè)內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù),它們會(huì)立即在其它內(nèi)存中映射出來.它是一種光纖環(huán)和獨(dú)立設(shè)備.這體現(xiàn)了冗余備份技術(shù)的可用性和可靠性.在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中我們兩個(gè)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(shí)時(shí)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(jī)通過以太網(wǎng)同PC機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由CPU通過判斷采集的輸入信號(hào)，經(jīng)過預(yù)先編制好的程序進(jìn)行運(yùn)算處理后，再通過輸出模塊發(fā)出命令，來達(dá)到控制的目的。
3. 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)
3.1）系統(tǒng)控制對(duì)象
本套輸煤系統(tǒng)的主要控制對(duì)象有：皮帶機(jī)24條（其中4#A/B皮帶可雙向運(yùn)行），卸船機(jī)2臺(tái)，十個(gè)環(huán)式布料機(jī)和十個(gè)環(huán)式給料機(jī)，滾軸篩4臺(tái)，碎煤機(jī)4臺(tái)，取樣裝置兩套，圓盤電磁除鐵器10臺(tái)，皮帶稱4套，，電動(dòng)三通擋板2個(gè)，移動(dòng)伸縮頭4個(gè)，除塵器24個(gè)。
3.2）人機(jī)接口系統(tǒng)
本系統(tǒng)由兩臺(tái)操作員站(POS)，一臺(tái)工程師站(EDS),一臺(tái)服務(wù)器,及相應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)組成.兩臺(tái)工控機(jī)可互為備用,EDS 是對(duì)輸煤系統(tǒng)運(yùn)用軟件,進(jìn)行開發(fā)管理的工具,與編程軟件一起完成所有的工程設(shè)計(jì),組態(tài)修改,文檔服務(wù),現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和系統(tǒng)維護(hù)等任務(wù)。服務(wù)器用于對(duì)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、記錄、處理、存儲(chǔ)并生成一定格式的報(bào)表等數(shù)據(jù)以便于運(yùn)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(jī)相連，通過以太網(wǎng)通訊模塊同PLC主機(jī)進(jìn)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(jī)上完成，并且還有報(bào)警，歷史趨勢(shì)和報(bào)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(dòng)。
3.3）遠(yuǎn)程系統(tǒng)
本系統(tǒng)設(shè)置了八個(gè)I/O遠(yuǎn)程站，通過光纜經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器與主/從站的總線控制器相連。這種應(yīng)用方式極大地減少了控制電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度，減少了因電纜過長(zhǎng)而引起的接地或接線不良等故障，也減少了費(fèi)用的投入。另外采用光纜連接遠(yuǎn)程站的通訊方式，使得通訊距離比應(yīng)用同軸電纜通訊長(zhǎng)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|(zhì)。每一套系統(tǒng)通過四塊IC697BEM731總線控制器與現(xiàn)場(chǎng)Genius BIU(IC670BI002)總線接口單元連接，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)潔Genius 網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)時(shí)候我們可以通過Genius 網(wǎng)絡(luò)特性一覽表決定終端電阻等。我們可以從網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖上可以看出基本上每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站都有兩個(gè)BIU，每個(gè)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(chǎng)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(duì)于BIU 和I/O模塊我們都可以通過HHM手持式監(jiān)視器進(jìn)行配置。
4） 構(gòu)成局域網(wǎng)主要軟硬件
4.1 軟件系統(tǒng)
4.1.1）上位機(jī)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(tái)，利用該軟件的變量存檔編輯器和報(bào)表設(shè)計(jì)器，可以很方便地為運(yùn)行用戶過程數(shù)據(jù)生成用戶檔案并生成報(bào)表。利用ODBC功能，把所有設(shè)備的報(bào)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(jìn)行處理，并給日后事故原因的分析創(chuàng)造有利條件。報(bào)表的數(shù)據(jù)量目前保留一個(gè)月，通過ODBC功能存放在服務(wù)器中（服務(wù)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(tái)。論文大全，自動(dòng)。使用梯形圖編程方式，這種軟件的優(yōu)點(diǎn)是有強(qiáng)大的功能塊系統(tǒng)，并且由于集成了組態(tài)通訊等功能對(duì)于我們使用者是相當(dāng)方便的。另外當(dāng)時(shí)上位機(jī)軟件也采用GE公司的HMI，作為畫面開發(fā)平臺(tái)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(jī)2臺(tái).長(zhǎng)期放置于值班員操作臺(tái),POS客戶機(jī)采用DELL臺(tái)式PC.工程師站配置服務(wù)器一臺(tái),服務(wù)器采用DELL服務(wù)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(kù)軟件,一臺(tái)DELL 臺(tái)式PC機(jī)
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(shí)應(yīng)使其盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱量在的元件，并給PLC四周留足足夠的通風(fēng)散熱空間。PLC的基本單元和擴(kuò)展單元之間要留有30mm以上間隔。PLC機(jī)架上要安裝風(fēng)扇，在夏天最好裝設(shè)空氣調(diào)節(jié)器，以降低PLC運(yùn)行時(shí)的環(huán)境溫度。
b) 保證供電電源質(zhì)量
PLC設(shè)備使用的供電電源為50HZ、220（1±10）V的交流電。考慮到設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的問題一般考慮接入U(xiǎn)PS電源。論文大全，自動(dòng)。
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(dòng)。PLC的接地線與機(jī)器的接地端相接，擴(kuò)展單元其接地點(diǎn)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。并使用專用地線（獨(dú)立的接地裝置），接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。
6） 結(jié)束語(yǔ)
這套系統(tǒng)目前已經(jīng)運(yùn)行了兩年時(shí)間了，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況證明：整個(gè)系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性高，控制靈活性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)和PLC技術(shù)的提高，輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也在不斷提高，目前已經(jīng)做到了把相對(duì)分散的各個(gè)設(shè)備統(tǒng)一集中到一起進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，表明了目前自動(dòng)化水平的提高。相信隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)、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(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
PACsystem中文手冊(cè)
網(wǎng)站www．ctrlink．com．cn以太網(wǎng)須知介紹
《現(xiàn)代電氣控制》機(jī)械工業(yè)出版社
【關(guān)鍵詞】FPGA 雙軸自平衡 姿態(tài)傳感器 藍(lán)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(huì)活動(dòng)。傳統(tǒng)的輪椅通過兩個(gè)大輪和兩個(gè)小輪來保持平衡，這樣雖然可以在平地上平穩(wěn)行進(jìn)，但是在遇到上下坡和顛簸路面時(shí)則很難提供平穩(wěn)舒適的用戶體驗(yàn)；同時(shí)對(duì)于乘坐輪椅的弱勢(shì)群體，在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)他們往往無(wú)法應(yīng)對(duì)，如沒有及時(shí)得到救助可能會(huì)有生命危險(xiǎn)，所以對(duì)于這個(gè)群體的監(jiān)護(hù)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(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，一則通過自平衡系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)復(fù)雜路面的平衡問題，另一則通過監(jiān)護(hù)軟件實(shí)時(shí)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(shù)以維持輪椅的平衡，并加裝安全監(jiān)控裝置，使監(jiān)護(hù)人通過手機(jī)就可以實(shí)時(shí)了解用戶的安全及位置信息。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
雙軸自平衡監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由雙軸自平衡輪椅和輪椅監(jiān)護(hù)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(diǎn)是在座椅部分使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的十字支撐的雙軸來維持座椅的平衡狀態(tài)；同時(shí)用戶手機(jī)上的監(jiān)護(hù)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控著輪椅的運(yùn)行狀態(tài)和使用者此時(shí)所處的地理位置。一旦輪椅出現(xiàn)故障或使用者主動(dòng)按下報(bào)警按鈕，輪椅監(jiān)控軟件就會(huì)將此時(shí)使用者所處的地理位置和出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況以短信的形式發(fā)送至監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上。并且監(jiān)護(hù)人還可以通過向用戶手機(jī)放松信息，得到老人當(dāng)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(gè)步進(jìn)電機(jī)、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(gè)步進(jìn)電機(jī)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(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行角度補(bǔ)償來維持座椅縱軸方向的平衡。
當(dāng)座椅出現(xiàn)前后偏移時(shí)，由姿態(tài)傳感器來?yè)渥狡屏浚ㄟ^串口傳至主控制器，并申請(qǐng)中斷處理信號(hào)，接收到中斷信號(hào)，主控制器接收到座椅的偏移信息，并應(yīng)用PID算法計(jì)算出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行縱向的偏角補(bǔ)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(hào)，則離散采樣時(shí)間kT對(duì)應(yīng)著連續(xù)時(shí)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(dá)式為
（1）
其中Kp表示控制器的比例系數(shù)；k表示采樣序號(hào)；uk表示第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；ek表示第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；ek-1表示第k-1次采樣時(shí)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(dǎo)出。由（式1）可以得到控制器的第k-1個(gè)采樣時(shí)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(jì)算機(jī)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(cè)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(jì)算公式：
（4）
（式4）就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)
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(jī)系統(tǒng)、藍(lán)牙通信系統(tǒng)等。
3.1 主控制器
自平衡需要的硬件電路復(fù)雜度適中，數(shù)據(jù)計(jì)算量較復(fù)雜，如果進(jìn)行最基本、最粗糙的自適應(yīng)平衡，普通的單片機(jī)也能做到。但考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高靈敏性，需要運(yùn)行PID算法來調(diào)整車體狀態(tài)，且要與手機(jī)進(jìn)行通信。從系統(tǒng)性能和未來可改進(jìn)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(jì)MPU6050，且集成有姿態(tài)解算器，并配合動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波算法，能在動(dòng)態(tài)環(huán)境下準(zhǔn)確輸出模塊當(dāng)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(dāng)前的姿態(tài)信息，方便的判斷輪椅車體當(dāng)前的狀態(tài)。
3.3 電機(jī)系統(tǒng)
自平衡輪椅座椅下的十字支撐軸由兩個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)控制控制。該步進(jìn)電機(jī)為四相五線減速步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電壓5V，步進(jìn)角度為5.625*1/64，減速比為1/64。
直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)均使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。用該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，所以本系統(tǒng)中使用兩個(gè)L298N。
3.4 藍(lán)牙通信系統(tǒng)
自平衡輪椅與手機(jī)上的監(jiān)護(hù)軟件通信使用的是藍(lán)牙，所以在主控FPGA上連接有HC-06藍(lán)牙模塊。該模塊采用CSR主流藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；工作電壓5V；波特率有八種可選，本系統(tǒng)中設(shè)定為115200；可與藍(lán)牙筆記本、手機(jī)、PDA等設(shè)備無(wú)縫連接。
4 輪椅監(jiān)護(hù)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的輪椅監(jiān)護(hù)軟件是運(yùn)行于手機(jī)上的客戶端軟件，具有藍(lán)牙通信、GPS地理位置信息獲取和短信監(jiān)聽、發(fā)送功能。藍(lán)牙通信部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅發(fā)生意外時(shí)的報(bào)警和輪椅狀態(tài)的監(jiān)控；GPS部分則主要獲取到當(dāng)前手機(jī)的地理位置；短信部分則負(fù)責(zé)在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)將地理位置信息、報(bào)警信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上，同時(shí)軟件監(jiān)聽手機(jī)接收到的短信，如果監(jiān)護(hù)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(hù)人。
4.1 建立藍(lán)牙連接
監(jiān)護(hù)軟件使用藍(lán)牙與雙軸自平衡輪椅進(jìn)行通信之前，首先要先建立起通信連接，保證雙方已可以進(jìn)行通信，然后才通過藍(lán)牙進(jìn)行通信。
如圖3所示，建立藍(lán)牙通信的過程可以分為五個(gè)步驟：
（1）獲取手機(jī)默認(rèn)的藍(lán)牙適配器，它是藍(lán)牙交互的入口點(diǎn)，利用它可以發(fā)現(xiàn)其它藍(lán)牙設(shè)備，查詢綁定了的設(shè)備，使用已知的MAC地址實(shí)例化一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備和建立一個(gè)藍(lán)牙服務(wù)器端來監(jiān)聽來自其它設(shè)備的連接；
（2）開啟藍(lán)牙設(shè)備，這是建立通信的前提；
（3）搜索 “可見”的藍(lán)牙設(shè)備，若設(shè)備可被發(fā)現(xiàn)，則返回設(shè)備的名字、MAC地址等信息；
（4）在上步中搜索到的藍(lán)牙設(shè)備中選擇要連接的設(shè)備，發(fā)起連接請(qǐng)求，如果雙方已配對(duì)，則直接建立好連接；
（5）最后訪問已經(jīng)建立好的藍(lán)牙連接的套接字，就可以進(jìn)行通信了 。
4.2 地理位置信息獲取
本系統(tǒng)的輪椅監(jiān)護(hù)軟件具有實(shí)時(shí)獲取手機(jī)GPS地理位置信息的功能，開啟軟件之后，便自動(dòng)開始獲取GPS信息，每隔一段時(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位。我們主要采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，室內(nèi)GPS無(wú)法獲取到衛(wèi)星信息，當(dāng)在室外時(shí)開啟GPS模塊使用它進(jìn)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(luò)，所以在軟件運(yùn)行前要保證網(wǎng)絡(luò)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(dāng)輪椅發(fā)生意外或監(jiān)護(hù)人發(fā)來請(qǐng)求時(shí)，軟件通過短信將之前獲取到的地理位置信息和報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人。如圖5所示為這部分的軟件流程。
5 結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的雙軸自平衡輪椅能夠有效的克服復(fù)雜路面環(huán)境，為用戶提供良好的康復(fù)和社會(huì)環(huán)境，同時(shí)也能夠?yàn)橛脩糁胩峁┙o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(hù)人。總之，提供給了用戶安全可靠和值得信賴的平臺(tái)。
此外，本文所涉及的安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件也可應(yīng)用于手機(jī)對(duì)其它設(shè)備的監(jiān)控上，應(yīng)用前景廣泛。
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作者單位
1.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 陜西省西安市 710089
【關(guān)鍵詞】SOPC；光電開關(guān)；恒流驅(qū)動(dòng)電源；調(diào)光
1.總體方案設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一套模擬路燈控制系統(tǒng)，能夠控制多條支路的路燈開關(guān)，設(shè)定支路控制器，支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈；能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈，獨(dú)立控制每條支路上的開關(guān)燈時(shí)間；能根據(jù)交通和環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)，當(dāng)有移動(dòng)物體經(jīng)過時(shí)候自動(dòng)亮燈，超出燈的一定覆蓋范圍自動(dòng)熄燈，不同路燈之間能夠平滑切換；能夠?qū)ΡO(jiān)控路燈故障，發(fā)出報(bào)警信息。
方案設(shè)計(jì)如圖1所示，采用可擴(kuò)展性能和系統(tǒng)控制性能較強(qiáng)的FPGA器件作為核心，用可編程技術(shù)把整個(gè)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(shí)鐘、鍵盤顯示、轉(zhuǎn)換點(diǎn)測(cè)量裝置光電開關(guān)、光敏器件單元控制器等設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。
由于FPGA控制容易實(shí)現(xiàn)，資源豐富，液晶顯示準(zhǔn)備采用128*64的模塊，而且設(shè)置多級(jí)顯示菜單，鍵盤采用4*4的行列式鍵盤，提高了人機(jī)交互的便捷性，使操作界面更加美觀性。
在這個(gè)方案中Cyclone、數(shù)字電位器、電平轉(zhuǎn)換、光電開關(guān)驅(qū)動(dòng)、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(jìn)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(shè)計(jì)
①FPGA底層設(shè)計(jì)
首要任務(wù)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(gè)矩陣鍵盤模塊、1個(gè)時(shí)鐘模塊、2個(gè)功率控制模塊、2個(gè)故障告警模塊、1個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器模塊；分別處理鍵盤輸入、實(shí)時(shí)時(shí)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(kuò)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(kuò)展性。
②LED恒流源調(diào)節(jié)電路
本設(shè)計(jì)采用FPGA，則在硬件電路方面的要求不高，我們利用LM324運(yùn)放和三極管構(gòu)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(gè)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(duì)5V進(jìn)行分壓，轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，不同的調(diào)節(jié)等級(jí)轉(zhuǎn)換為不同的電壓等級(jí)加在恒流源上，調(diào)節(jié)恒流源的輸出功率。
LED_CS用于對(duì)LED燈進(jìn)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(jī)交互
軟件實(shí)現(xiàn)的功能如下：①控制切換過程；②時(shí)間設(shè)定；③測(cè)試狀態(tài)顯示；④故障報(bào)警判斷、⑤環(huán)境判斷、⑥人機(jī)交互等。
簡(jiǎn)要主控軟件流程如圖4所示。
為了方便操作，人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的非常人性化，液晶采用菜單式命令進(jìn)入操作，方便快捷，用一個(gè)“燈”的圖形變化顯示標(biāo)明路燈的工作狀態(tài)，形象生動(dòng)。
4.切換點(diǎn)控制流程
切換點(diǎn)控制流程如圖5所示。
5.設(shè)計(jì)創(chuàng)新
本設(shè)計(jì)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)了人性化人機(jī)交互界面，預(yù)留可擴(kuò)展路燈端口，自制恒流源，可調(diào)光功能，燈運(yùn)行狀態(tài)顯示，單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源
輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在20%～100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%。
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作者簡(jiǎn)介：
關(guān)鍵詞：微網(wǎng)；控制策略；現(xiàn)狀
中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，近年來用電負(fù)荷正急劇增長(zhǎng)。與此同時(shí)，能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的壓力正逐漸加大，化石燃料的迅速消耗和燃燒應(yīng)用中產(chǎn)生的污染問題也已嚴(yán)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(yīng)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(zhuǎn)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(shù)為清潔能源的推廣應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐[1]。分布式發(fā)電技術(shù)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(yùn)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(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電能的低壓電網(wǎng)。它具有聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式，能提高負(fù)荷側(cè)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(yùn)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(yùn)行，形成一個(gè)大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，也可以獨(dú)立地為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電力需求。該靈活運(yùn)行模式大大提高了負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。同時(shí)，微網(wǎng)通過單點(diǎn)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(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響。
微網(wǎng)控制策略
微網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中需要解決的關(guān)鍵問題之一就是控制問題。當(dāng)微網(wǎng)中的負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，如何通過對(duì)微網(wǎng)中各種微電源進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)控制，以保證微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下都能夠滿足負(fù)荷的電能質(zhì)量要求，是微網(wǎng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵[2]。
目前的微網(wǎng)控制方案，按整體控制策略可分為對(duì)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(jié)構(gòu)：以一個(gè)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(qiáng)聯(lián)系，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無(wú)法正常工作。主從控制策略主要用于孤島運(yùn)行時(shí)的微網(wǎng)。對(duì)等控制就是微網(wǎng)中每個(gè)微電源地位相等，不存在起主要支撐作用的主控制單元。對(duì)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(wú)功功率關(guān)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(wú)功、電壓曲線，實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)而無(wú)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(wú)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(cè)量的有功和無(wú)功值對(duì)逆變器進(jìn)行控制，各微電源之間不需要通信，因此一般用于對(duì)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(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)控制器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)使逆變器按照給定的有功和無(wú)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(dāng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，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(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，其靈活的運(yùn)行方式、高質(zhì)量的供電服務(wù)以及綠色高效的經(jīng)濟(jì)性能，使其具有良好的發(fā)展前景。我國(guó)對(duì)微網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在國(guó)家科技部“863計(jì)劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域2007年度專題課題”中已經(jīng)包括了微網(wǎng)技術(shù)，目前中國(guó)科學(xué)院電工研究所、清華大學(xué)、天津大學(xué)等單位相繼開始了對(duì)微網(wǎng)的研究。
文獻(xiàn)[6]通過對(duì)微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)微網(wǎng)主從控制模式和對(duì)等控制模式進(jìn)行比較，得到結(jié)論：主從控制微網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的無(wú)差控制，但對(duì)主控單元有很強(qiáng)的依賴性，主控單元的選擇至關(guān)重要； 若微網(wǎng)中存在燃機(jī)等輸出穩(wěn)定且易于控制的DG時(shí)，應(yīng)優(yōu)選其作為主控單元，而光伏風(fēng)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(chǔ)能裝置為主控單元，但儲(chǔ)能裝置容量將限制其長(zhǎng)時(shí)間孤島運(yùn)行。對(duì)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(fù)問題，屬于有差控制，魯棒性差，并且在控制和應(yīng)用上尚存在若干關(guān)鍵技術(shù)問題亟待攻克，目前僅限于實(shí)驗(yàn)研究階段。
文獻(xiàn)[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(duì)計(jì)劃孤網(wǎng)和非計(jì)劃孤網(wǎng)中的下垂控制和混合控制進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了2種控制方式對(duì)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(shí)均需對(duì)微源出力進(jìn)行重新調(diào)整，才能平滑過渡至并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行模式。
文獻(xiàn)[8]分析了微網(wǎng)中多個(gè)分布式電源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制時(shí)，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(fù)荷需求特性，設(shè)計(jì)了一種分布式電源層對(duì)等控制與主從控制相結(jié)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(yùn)行情況下的暫態(tài)特性。
文獻(xiàn)[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(hào)模型，仔細(xì)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(gè)參數(shù)對(duì)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(biāo)系中建立了三相逆變器的數(shù)學(xué)模型；在分析微電源逆變器控制方法和原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于下垂特性的雙環(huán)反饋控制器、PQ控制器。
文獻(xiàn)[10]只考慮并網(wǎng)后電網(wǎng)向微網(wǎng)注入功率時(shí)，對(duì)含有一個(gè)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(dòng)變化，著重分析了在并網(wǎng)前開關(guān)兩側(cè)電壓相對(duì)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(shí)開關(guān)兩側(cè)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(shí)刻電網(wǎng)電壓必須超前于微網(wǎng)電壓。
文獻(xiàn)[11]詳細(xì)分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法，對(duì)相應(yīng)的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上建立起微網(wǎng)的模型。通過不同運(yùn)行方式仿真驗(yàn)證了該模型的運(yùn)行特性，從而證明了控制策略的有效性和正確性。
文獻(xiàn)[12]分析了傳統(tǒng)的下垂控制策略在微電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用所存在的缺陷，并提出采用倒下垂控制與下垂控制相結(jié)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(diǎn)，而且能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的無(wú)縫切換，同時(shí)也為不同響應(yīng)時(shí)間的儲(chǔ)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(guó)針對(duì)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(duì)其控制原理和方法的分析進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，進(jìn)而搭建模型進(jìn)行仿真，從而驗(yàn)證控制策略的有效性。
總結(jié)
面對(duì)能源危機(jī)的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)綠色能源的利用，既符合國(guó)家的能源政策，又可以緩解現(xiàn)階段能源供求緊張的關(guān)系。智能微網(wǎng)的出現(xiàn)，可以較好地解決整個(gè)電網(wǎng)控制的復(fù)雜性。雖然目前微網(wǎng)的實(shí)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(bǔ)充電網(wǎng)不足方面的優(yōu)點(diǎn)會(huì)促進(jìn)專家學(xué)者的研究，微網(wǎng)的巨大潛力會(huì)凸現(xiàn)出來。
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[關(guān)鍵詞] 預(yù)測(cè)算法 時(shí)間參數(shù)設(shè)置 節(jié)能 便捷
根據(jù)國(guó)家發(fā)改委公布的消息，2007年我國(guó)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(guó)節(jié)能形勢(shì)仍然嚴(yán)峻，國(guó)家將采取強(qiáng)化節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制、繼續(xù)著力淘汰落后生產(chǎn)能力、抓好重點(diǎn)企業(yè)節(jié)能和重點(diǎn)工程建設(shè)等措施繼續(xù)推進(jìn)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(lǐng)域的研究在我國(guó)目前處于起步階段。目前我國(guó)電器節(jié)能的研發(fā)趨勢(shì)之一就是降低產(chǎn)品的制造和使用成本，設(shè)計(jì)節(jié)能的工作或生活場(chǎng)所控制系統(tǒng)是現(xiàn)代節(jié)能領(lǐng)域的重要研究方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工作或生活場(chǎng)所的用電器在無(wú)人、待機(jī)的狀態(tài)下長(zhǎng)期浪費(fèi)的電能占的能耗平均多達(dá)總能耗的30%以上。為了有效的解決這個(gè)問題，就需要設(shè)計(jì)一套集中控制管理工作或生活場(chǎng)所能量與電器配備相應(yīng)的節(jié)能控制算法的分布式控制系統(tǒng)。
二、時(shí)間序列的基本思想與基于時(shí)間序列理論的電器使用時(shí)間預(yù)測(cè)
1.時(shí)間序列理論
由式(2-2)和式(2-7)可以看出，時(shí)間序列都是由一部分規(guī)律性的和一部分不相關(guān)的組成。
2.基于時(shí)間序列理論的電器使用時(shí)間預(yù)測(cè)
傳統(tǒng)的時(shí)間序列分析主要是應(yīng)用在電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，其原理就是利用過去的和現(xiàn)在的電力網(wǎng)的負(fù)荷來預(yù)測(cè)將來的電力網(wǎng)的負(fù)荷，通過預(yù)測(cè)進(jìn)行電網(wǎng)的輸電調(diào)度，保證滿足電網(wǎng)上的各個(gè)用電部門能夠正常的工作。除此外，還可以通過長(zhǎng)期的負(fù)荷預(yù)測(cè)，決定電網(wǎng)的建設(shè)和水電、火電的規(guī)劃。同時(shí)，用戶對(duì)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(duì)過去的使用情況進(jìn)行處理從而預(yù)測(cè)將來的用戶的使用規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)人的自動(dòng)控制，這樣既可以提高用戶對(duì)自己常用電器的使用質(zhì)量，使生活工作更加舒適又可以起到節(jié)約能源的作用。
時(shí)間序列預(yù)測(cè)的特點(diǎn)是一個(gè)連續(xù)時(shí)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(yù)測(cè)到將來的觀測(cè)值。電網(wǎng)的負(fù)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(jī)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(gè)電的使用上是有規(guī)律的，另一方面用戶也會(huì)因?yàn)榕既坏耐话l(fā)事件改變自己以往使用規(guī)律，即隨機(jī)事件的發(fā)生。
因此采用時(shí)間序列法來預(yù)測(cè)用戶對(duì)電器的使用規(guī)律是可行的。本研究就是采用這種時(shí)間序列的方法進(jìn)行電器使用時(shí)刻的預(yù)測(cè)。
3.二階自回歸模型預(yù)測(cè)過程介紹
4.二階自回歸模型預(yù)測(cè)的軟件流程圖設(shè)計(jì)
從上述推導(dǎo)過程可以得到二階自回歸模型預(yù)測(cè)的流程，即先利用歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)通過式(4-5)計(jì)算出，然后再利用Y-W方程的導(dǎo)出式(4-4)計(jì)算出，這樣便可以構(gòu)建出二階自回歸的預(yù)測(cè)模型，最后便是利用這個(gè)二階模型來計(jì)算下一個(gè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值。其預(yù)測(cè)控制流程圖見下圖所示：
5.時(shí)間序列預(yù)測(cè)的仿真分析
為了證實(shí)時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法的可用性，本研究還進(jìn)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(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定便可以進(jìn)行仿真分析。具體的階次和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度如下圖。
三、節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)
1.節(jié)點(diǎn)控制器的控制策略
(1)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分離，即將采集到的時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)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(xí)慣是不同的，所以分成兩類可以更好的進(jìn)行用戶使用習(xí)慣的辨識(shí)。
(2)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即分離一些偶然性太大、基本沒有規(guī)律性的純隨機(jī)數(shù)據(jù)。這些事件的發(fā)生往往會(huì)影響用戶當(dāng)天的使用習(xí)慣。同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)無(wú)人的節(jié)點(diǎn)控制。通過檢測(cè)可以了解到用戶有時(shí)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(shí)間的等待，確定用戶不是偶然的外出，就可以通過自動(dòng)的節(jié)點(diǎn)控制程序關(guān)閉大部分可以關(guān)閉的電器，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。
(3)還要尊重用戶的當(dāng)前修改，當(dāng)用戶的習(xí)慣改變或臨時(shí)的偶然操作時(shí)，要以手動(dòng)的操作為主，并重新進(jìn)行改變數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一次的預(yù)測(cè)。
(4)就是協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)控制器的各個(gè)功能。由于工作或生活場(chǎng)所控制節(jié)點(diǎn)的功能比較復(fù)雜，由采樣、頂測(cè)控制、繼電器開關(guān)控制、電力線傳輸控制等級(jí)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(shí)處于等待狀態(tài)，當(dāng)需要它進(jìn)行預(yù)測(cè)控制時(shí)，調(diào)用預(yù)測(cè)控制的子程序，當(dāng)需要進(jìn)行電力線通信時(shí)，調(diào)用通信子程序。
2.節(jié)點(diǎn)控制器的軟件設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)如前面所述的控制策略，需要設(shè)計(jì)以下幾部分程序:
(1)主程序的設(shè)計(jì)
(2)采樣子程序的設(shè)計(jì)
(3)時(shí)間序列預(yù)測(cè)子程序設(shè)計(jì)
(4)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行子程序設(shè)計(jì)
(5)間接執(zhí)行子程序設(shè)計(jì)
①主程序設(shè)計(jì)
主程序是整個(gè)軟件執(zhí)行系統(tǒng)的主干，除了為各個(gè)功能模塊的有效執(zhí)行創(chuàng)造外部環(huán)境外，還要進(jìn)行一些相應(yīng)的設(shè)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(shè)計(jì)
采集電器的開關(guān)時(shí)刻的方式為中斷的方式，當(dāng)檢測(cè)到開關(guān)的變化后，讀取此時(shí)的時(shí)間值，并進(jìn)行初步的處理判斷，如不是偶然動(dòng)作，則可以存入歷史數(shù)據(jù)中，作為預(yù)測(cè)的根據(jù)。其工作流程如圖4所示。
③預(yù)測(cè)子程序設(shè)計(jì)
預(yù)測(cè)子程序采用時(shí)間序列的預(yù)測(cè)方法，由于每一次預(yù)測(cè)計(jì)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(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算前，需要先進(jìn)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(yù)測(cè)的時(shí)間保存，作為繼電器動(dòng)作的時(shí)間。其具體的計(jì)算流程如圖5所示。
④節(jié)點(diǎn)執(zhí)行子程序設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)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(gè)孤立的節(jié)點(diǎn)自行進(jìn)行的控制。這種情況下有兩種情況:(1)用戶的手動(dòng)操作；(2)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)操作。因此具體的程序流程也應(yīng)該是這兩種方式，但由于應(yīng)該以手動(dòng)控制為主，因此這里的操作存在一個(gè)優(yōu)先級(jí)的問題，即以手動(dòng)的操作為主，自動(dòng)的操作作為手動(dòng)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(shè)計(jì)
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(chǎng)所內(nèi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的執(zhí)行命令；另一種是通過電一話遠(yuǎn)程的監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)的較復(fù)雜的執(zhí)行命令，即先通過遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊將控制命令傳入工作或生活場(chǎng)所的控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，再將控制命令下達(dá)到具體的一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(dāng)用戶回到家里時(shí)，家里的溫度己經(jīng)是比較舒適的了。由于本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控不是本論文的重點(diǎn)，在此僅介紹一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過電力線對(duì)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制，其程序流程圖如圖8所示。
四、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.控制芯片AT89C51
本論文的控制芯片采用ATMEL的AT89C51型號(hào)的微處理器，如圖4-1是AT89C51的管腳圖。AT89C51是一個(gè)低功耗、高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)4KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，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(chǔ)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(chǔ)器編程器來編程。因此AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高，且價(jià)格合理的單片機(jī)，這也是本設(shè)計(jì)采用這種型號(hào)的單片機(jī)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(gè)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(shù)，具有功耗低，可靠性高的特點(diǎn)。雙音多頻(DTMF}接收部分以MT8870單片雙音多頻((DTMF)接收器為基礎(chǔ)加以發(fā)展； 發(fā)射部分使用了開關(guān)電容數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，保證了所傳遞的雙音多頻(DTMF)信號(hào)具有低失真、高精確度的特點(diǎn)。內(nèi)部計(jì)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(shí)序內(nèi)傳送。
MT8880與單片機(jī)的連接如圖4-2-2所示。89C51單片機(jī)的I/O接口Pl.0-P1.3直接連接到MT8880的DO-D3接口。同時(shí)由于需要選擇MT8880的工作模式，和設(shè)置其內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，因此需要對(duì)RS0, R/W接口進(jìn)行設(shè)置。另外，由于采用中斷的方式進(jìn)行通信，所以需要將中斷信號(hào)的輸出口IRQ連接到單片機(jī)的接口。
綜上所述,本文通過硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件的流程設(shè)計(jì),基本實(shí)現(xiàn)了工作或生活場(chǎng)所控制器的降低成本、簡(jiǎn)化操作、節(jié)能控制等功能。
參考文獻(xiàn):
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