單片機智能氣動(dòng)泵控制系統的設計

4通信模塊
為實(shí)現單片機與上位機之間長(cháng)距離有效數據通信，通信模塊采用MAX485芯片，利用RS485標準設計，配置P0口的P0.0和P0.1為T(mén)X0和RX0引腳，與MAX485的RO和DI相連，由于微機串口利用RS232標準，單片機串口輸出為T(mén)TL標準，必須實(shí)現標準信號間的轉換。電路設計如圖4所示。

圖4 RS485通信電路圖

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

模糊控制器采用雙輸入、單輸出的二維結構。輸入變量為瞬時(shí)流量偏差e和偏差變化c，輸出變量為控制量u。其模糊子集分別為
E={NL, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PL}
C={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}
U={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}
它們的論域分別為
E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0, +0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
C={-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
當瞬時(shí)流量變化時(shí)，通過(guò)驅動(dòng)調節閥，控制其開(kāi)啟的大小及變化規律，使偏差趨近于零。根據氣體流量的參數特點(diǎn)和現場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗及專(zhuān)家的知識理論，總結出模糊控制規則表，如表1所示。

選擇模糊控制規則是模糊控制器的關(guān)鍵問(wèn)題。為了更好地提高控制精度，本系統采用帶有4個(gè)調整因子的控制規則：
其中，0α1α2α3α41，本系統選擇：α1=0.26，α2=0.58，α3=0.76，α4=0.86。代入上式運算后經(jīng)反復修改和實(shí)際調試，得到了實(shí)用的模糊控制查詢(xún)表，如表2所示。

系統的軟件設計及抗干擾措施
軟件的設計包括系統下位機和上位機的設計。

1 下位機程序設計
下位機程序主要進(jìn)行C8051F020單片機系統的初始化、端口配置、A/D初始化、液晶以及鍵盤(pán)掃描初始化。為防止誤動(dòng)作，無(wú)意中改變系統的有關(guān)參數，造成人為計量誤差，系統可設置“密碼”，保證測量的可靠性和準確性，具體流程如圖6所示。

模糊控制中的控制算法由程序實(shí)現。包括兩部分，一是離線(xiàn)計算模糊控制查詢(xún)表，二是在實(shí)時(shí)控制過(guò)程中在線(xiàn)輸入變量，并將它們作模糊量化處理，然后查找模糊控制查詢(xún)表后進(jìn)行輸出，去控制調節閥的開(kāi)啟角度，來(lái)實(shí)現對氣體流量的控制。

2 上位機部分
上位機程序采用Lab Windows/CVI設計，主要實(shí)現對采樣氣體流量、兩個(gè)流量限值的接收和顯示，還可對流量限值進(jìn)行修改和發(fā)送給下位機。

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

結論：本設計成功實(shí)現了系統預期功能，還能有效的抗干擾。