一種基于單片機(jī)的燈光調(diào)光控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
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4、人機(jī)接口模塊。人機(jī)接口模塊主要完成按鍵和顯示功能。通過(guò)按鍵可以設(shè)定光級(jí),用戶(hù)可在5級(jí)光中任意選擇。同時(shí),系統(tǒng)將顯示主回路變壓器二次側(cè)的電流、電壓值。
該模塊的功能主要是由芯片8279完成的。Intel 8279是一種通用可編程鍵盤(pán)、顯示器接口芯片,它能完成鍵盤(pán)輸入和顯示控制兩種功能。鍵盤(pán)部分提供一種掃描工作方式,可與64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤(pán)連接,能對(duì)鍵盤(pán)不斷掃描,自動(dòng)消抖,自動(dòng)識(shí)別出按下的鍵并給出編碼,能對(duì)雙鍵和n鍵同時(shí)按下實(shí)施保護(hù)。顯示部分為發(fā)光二級(jí)管、熒光管及其它顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口,它為顯示器提供多路復(fù)用信號(hào),可顯示16位的數(shù)字或字符。
5、驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)IPM的。該設(shè)計(jì)完成對(duì)IPM門(mén)極的驅(qū)動(dòng),以及對(duì)它的一些保護(hù)、去干擾措施。
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)程序流程及抗干擾設(shè)計(jì)
圖5 程序流程圖
控制系統(tǒng)的軟件采用中斷處理和查詢(xún)并用的方式。主程序完成循環(huán)查詢(xún)按鍵、報(bào)警信號(hào)、A/D狀態(tài);中斷處理程序分為三部分。首先,由于傳感器采回來(lái)的信號(hào)有很多干擾信號(hào)存在,所以在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)利用A/D多次采樣值取平均值的方法消除干擾,第一部分的中斷程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。其次,根據(jù)SPWM信號(hào)產(chǎn)生的機(jī)制,第二部分中斷程序完成必要的計(jì)算以產(chǎn)生所需值,再次,第三部分的中斷程序能對(duì)來(lái)自IPM模塊的報(bào)警信號(hào)做出響應(yīng),并
采取相應(yīng)控制措施。程序的流程如圖5所示。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生PWM波形以正弦波為載波頻率構(gòu)成SPWM信號(hào)。系統(tǒng)采用C196進(jìn)行編程,相對(duì)于匯編語(yǔ)言來(lái)說(shuō)利用高級(jí)C語(yǔ)言使得編程簡(jiǎn)便、直觀,調(diào)試也比較方便,提高了工作效率。編程過(guò)程中,首先要對(duì)一些參數(shù)初始化,以啟動(dòng)波形發(fā)生器。
竄入測(cè)控系統(tǒng)中的干擾,其頻譜往往很寬,且有隨機(jī)性,采用硬件抗干預(yù)措施,只能抑制某個(gè)頻段的干擾,仍有一些干擾會(huì)侵入系統(tǒng)。需要采取軟件抗干擾措施。軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽求真的一種輔助方法。由于軟件設(shè)計(jì)靈活,節(jié)省硬件資源,所以軟件抗干擾技術(shù)越來(lái)越引起人們的重視。疊加在系統(tǒng)被測(cè)模擬輸入信號(hào)上的噪聲干擾,導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。但由于這些噪聲的隨機(jī)性,可以通過(guò)軟件濾波(即數(shù)字濾波技術(shù))剔除虛假信號(hào),求其真值。系統(tǒng)采用了防脈沖干擾平均值濾波法、一階滯后濾波法作為軟件抗干擾措施。
3.2 系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用的是增量式分段PID控制器,分段式是指PID控制器在不同的區(qū)間采用不同的參數(shù)。增量式PID數(shù)字控制器差分方程為:
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173817.htm式中,kp, kd, ki,分別是比例、微分、積分參數(shù),e (k)為時(shí)刻k的偏差,e (k-1)和e (k-2)分別是k-1及k-2時(shí)刻的偏差。u (k)為時(shí)刻k的輸出值,u (k-1)為k-1時(shí)刻的輸出值。kp, kd, ki經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試整定為kp=2.5~4.5, kd=0~40, ki=0~0.05。根據(jù)設(shè)計(jì),系統(tǒng)采用的是分段式PID,即e (k)較大時(shí),kp, kd兩個(gè)參數(shù)起作用,當(dāng)e (k)小到一定范圍內(nèi)時(shí)kp, kd, ki三個(gè)參數(shù)共同作用。這就使得系統(tǒng)可以快速穩(wěn)定的達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)在控制算法后加上一個(gè)輸出緩沖環(huán)節(jié),通過(guò)它來(lái)調(diào)節(jié)輸出的步長(zhǎng),一方面可以控制變化速度,另一方面通過(guò)輸出的緩沖影響了 PID使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定。程序?qū)崿F(xiàn)中利用ram_k_step變量控制輸出的步長(zhǎng),根據(jù)情況加減ram_k_step值。mark_wg是輸出環(huán)節(jié)狀態(tài)標(biāo)志。
4 系統(tǒng)通訊功能設(shè)計(jì)
現(xiàn)代的控制系統(tǒng)不僅僅是單機(jī)系統(tǒng),往往還增加了網(wǎng)絡(luò)功能以便信息的集中管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN,利用該網(wǎng)絡(luò)可把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)及時(shí)送到上位機(jī),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控、管理,同時(shí)上位機(jī)也通過(guò)總線(xiàn)系統(tǒng)發(fā)出指令。
圖5 CAN總線(xiàn)框圖
CAN總線(xiàn)主要由CAN控制器和CAN總線(xiàn)收發(fā)接口電路組成。CAN控制器主要由CAN總線(xiàn)協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成。CAN總線(xiàn)收發(fā)接口是CAN控制器與物理總線(xiàn)之間的接口。CAN總線(xiàn)的框圖如圖6所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)CAN控制器選用的是SJA1000 (Philips公司生產(chǎn)),CAN總線(xiàn)收發(fā)接口采用的是82C250。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使CAN系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余的工作模式即采用了兩個(gè)CAN控制器,形成兩路CAN總線(xiàn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可保證至少有一路CAN總線(xiàn)工作,以保證系統(tǒng)的可靠性。CAN總線(xiàn)軟件部分設(shè)計(jì)主要是采用中斷處理方式,每當(dāng)檢測(cè)到CAN控制器產(chǎn)生中斷,主控制器立即讀取CAN控制器內(nèi)部中斷寄存器,判斷是何種中斷并作相應(yīng)的處理。采用這種處理方式使編程比較簡(jiǎn)單.,有利于程序的規(guī)劃。采用高級(jí)語(yǔ)言C進(jìn)行編程使程序非常直觀,有利于系統(tǒng)的調(diào)試,加快了開(kāi)發(fā)周期,提高了工作效率。
CAN總線(xiàn)軟件設(shè)計(jì)采用中斷處理方式,通過(guò)CAN控制芯片內(nèi)部中斷寄存器判斷是何中斷,并進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。要使CAN控制芯片工作首先必須對(duì)它初始化。
5 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)
本文研究的對(duì)象是機(jī)場(chǎng)燈光調(diào)光器控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)出一種新型機(jī)場(chǎng)燈光調(diào)光器控制系統(tǒng)。它具有負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、對(duì)電網(wǎng)要求低、污染輕、效率高、輸出波形好等優(yōu)點(diǎn)。采用先進(jìn)的智能功率模塊(IPM)取代以往的可控硅作為功率變換器件。本文研制的調(diào)光器采用逆變技術(shù),輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓,通過(guò)控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光回路的高精度恒流控制。最后,調(diào)光器加入了通訊接口的設(shè)計(jì),使系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)功能,以便信息的集中管理?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)傳輸,一種冗余的CAN系統(tǒng)進(jìn)一步保證了傳輸?shù)目煽啃浴?br />
評(píng)論