【正文】 加入模糊控制器后，系統(tǒng)的動態(tài)特性得到了提高，適應(yīng)性增強(qiáng)。4 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本節(jié)側(cè)重于介紹設(shè)計參數(shù)自整定PID控制器的硬件和軟件?？刂破鞯脑O(shè)計目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整PID參數(shù)，LED顯示屏，聲音和視覺報警器與PC機(jī)通信等功能，適用于大多數(shù)工業(yè)過程控制。 硬件設(shè)計 硬件設(shè)計概述控制器具體的控制過程是：在一定的時序標(biāo)準(zhǔn)的電流信號進(jìn)行采樣，并送往模擬的A / D轉(zhuǎn)換成數(shù)字。單片機(jī)根據(jù)其內(nèi)存的程序，對輸入的數(shù)字分析和處理，模糊自整定PID控制算法計算操作的結(jié)果，再D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量。將模擬量，電流信號到驅(qū)動器，然后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該控制器采用MCS51系列單片機(jī)兼容ATC89C52。六個主要功能模塊：MCU和數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，通信模塊，控制輸出模塊，輸入模塊和顯示報警模塊?？刂破鞯南到y(tǒng)框圖如圖41所示圖41控制器的系統(tǒng)框圖。 各模塊設(shè)計說明 1) 單片機(jī)及數(shù)據(jù)存儲模塊以單片機(jī)為核心的控制器負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理控制器和PID控制算法?？蛇x的MCU型號是ATMEL公司的ATC89C52單片機(jī)，其最重要的特點(diǎn)是包含閃存芯片。ATC89C52單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K的閃存存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32條I / O線，3個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，ATC89C52提供兩種軟件可選的節(jié)電模式：空閑模式和掉電模式圖42為本模塊的原理圖 圖42 硬件系統(tǒng)框圖51單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的容量只有256字節(jié)，因此，有必要延長RAM數(shù)據(jù)存儲器芯片，內(nèi)存可選6264芯片，額定功率200MW，200ns的典型存取訪問時間，共有28個引腳，包括13條地址線，8根數(shù)據(jù)線和4個控制信號線，片內(nèi)是通過譯碼器連接單片機(jī)的。表51為6264的真值表表51 6264的真值表WECCOE~001寫入1010讀出011010三態(tài)（高阻）該模塊還包括一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。時鐘是在時序的基礎(chǔ)上，使用兩個30p的電容和一個6MHz的晶振。復(fù)位電路是按鍵復(fù)位的。 2) 數(shù)據(jù)采集模塊主要完成所需的數(shù)據(jù)采集和模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的PID控制。主要使用芯片LF398和 ADC0809。 DAC0832具有較高的采樣率，保持電壓下降慢，精度高。它是基于8引腳的電平采樣，高電平時采樣輸入信號，低電平時保存。 LF398是逐次逼近型A / D轉(zhuǎn)換器，其工作時鐘通常是，轉(zhuǎn)化速率約100us。三態(tài)數(shù)據(jù)輸出，8個數(shù)據(jù)線直接連接到CPU的數(shù)據(jù)總線。START和ALE由ATC89C52寫數(shù)據(jù)信號WR和138輸出選通驅(qū)動，鎖存通道地址啟動A / D轉(zhuǎn)換，端口地址的0XA00。ADC0809轉(zhuǎn)換時鐘經(jīng)單片機(jī)的ALE端輸出振蕩分頻后得到。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC外部中斷通知CPU轉(zhuǎn)換結(jié)束。單片機(jī)響應(yīng)中斷再執(zhí)行中斷服務(wù)程序。3) 通訊模塊 該模塊主要是完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。在主機(jī)計算機(jī)編程，實(shí)時檢測和顯示上位機(jī)對控制現(xiàn)場控制。常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)是RS232C。RS232C具有負(fù)邏輯，5~15V邏輯是1，+5~+15V是邏輯0。TTL電平“1”，“0”為特征電壓0。串行通信RS232C路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。選擇MAXIM公司生產(chǎn)的各種EIA232和MAX232芯片，其中包括兩個接收器和驅(qū)動器的IC芯片。原理圖見43。 這里需要注意，RS232C的串行接口總線僅適用于設(shè)備之間的通訊的距離不大于15m，且數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000bit/s范圍內(nèi)的通信。 4) 輸入模塊該模塊采用按鍵來實(shí)現(xiàn)。主要完成系統(tǒng)復(fù)位，啟動和停止以及給定輸入。其一端接地另一端接上拉電阻和+5V電源。74LS573可將輸入的鍵值鎖存，再由P0口讀入。電平值當(dāng)有輸入時為低電平，沒有則為高電平。圖43為串口通信模塊圖43 串口通信模塊74LS573是一個8位數(shù)據(jù)鎖存器，這里做簡單介紹：表52是它的真值表。 OELEDOUTPUTLHHHLHLLLLXHXXZ表52 74LS573的真值表 其中：L=低電平, H = 高電平, X = 不影響，Z = 高阻態(tài)， = 前一個狀態(tài) 5) 顯示報警模塊該部分由七段管，發(fā)光二極管以及蜂鳴器組成。管的七個部分，由于靜態(tài)顯示，需要更多的輸入和輸出端口，控制器采用并行的動態(tài)顯示模式，所有位的段碼并聯(lián)。要對段代碼（即顯示數(shù)字代碼）和位碼（即每八個管的COM口）分別控制。另外的三個發(fā)光二極管，紅色表示通電，黃色表示報警，綠色表示正常工作狀態(tài)。 6) 控制輸出模塊該模塊是控制電壓的最終完成輸出。由DAC0832的芯片，運(yùn)算放大器和光耦合器來實(shí)現(xiàn)的DAC0832有8位分辨率，它使用R2R反T型網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換原則，轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字輸入到模擬輸出?？梢哉{(diào)整DAC的外接和數(shù)字模擬電流，外部運(yùn)算放大器可用的模擬輸出電壓成正比的輸出電位偏移誤差。光耦實(shí)現(xiàn)以光為媒介的電信號傳輸，電 光電轉(zhuǎn)換裝置。它是由兩部分組成的，光源和受光器。光源和受光器在同一封閉殼體中，用透明絕緣體隔離彼此。光源作為一個輸入端，受光器作為輸出端。光耦主要作用是輸出隔離以及抗干擾。 軟件設(shè)計該軟件包括主程序，PID控制程序，采樣子程序，定時子程序。 控制系統(tǒng)流程系統(tǒng)一旦上電或復(fù)位即進(jìn)入主程序。主程序運(yùn)行起到一個統(tǒng)一的控制和監(jiān)測的作用。首先要對單片機(jī)進(jìn)行基本的初始化，初始化的內(nèi)容包括：變量的初始化，定時器，中斷初始化和寫入模糊調(diào)整的查找表。然后等待輸入，參數(shù)輸入完成后，繼續(xù)后面的程序。流程圖見44和45。44系統(tǒng)流程圖45初始化流程圖 按鍵處理流程圖鍵的處理程序完成控制器參數(shù)設(shè)置和調(diào)整PID參數(shù)的手動，自動選擇。不同按鍵對應(yīng)不同的程序。鍵被按下時，記錄并延時，然后判斷按鍵是否一致，一致則執(zhí)行相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能，否則退出來。流程圖見圖46 46按鍵處理流程圖 顯示刷新流程圖 段碼是共用的部分，因此同一時間只能顯示一個七段管。顯示程序采用循環(huán)刷新來實(shí)現(xiàn)，每完成一次則關(guān)閉顯示，再給73重新賦值，以避免造成閃爍。流程圖見47。 47顯示刷新流程圖 模糊自整定流程圖流程圖見圖48。48模糊自整流程圖 5 總結(jié)與展望目前PID控制應(yīng)用極其廣泛，對于PID控制的研究日益深入，PID控制技術(shù)從理論到實(shí)踐，也正由生澀到成熟，PID控制方法越來越多。本次畢業(yè)設(shè)計，讓我深入了解了其中一種良好的PID控制方法——模糊自整定PID控制。模糊PID控制是根據(jù)PID控制器的三個參數(shù)與偏差e和偏差的變化ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時不斷檢測e及ec，通過事先確定的關(guān)系，利用模糊推理的方法，在線修改PID控制器的三個參數(shù)，讓PID參數(shù)可自整定,它最終還是一個PID控制器。因?yàn)閰?shù)可自動調(diào)整的緣故，所以能夠解決一些一般的非線性問題。將模糊控制技術(shù)和PID控制相結(jié)合，可以克服常規(guī)PID的不足，使PID控制器具有參數(shù)自適應(yīng)能力。但是該控制器也存在不足之處，模糊PID控制的規(guī)則還是較復(fù)雜的，隸屬度函數(shù)的選定需要靠經(jīng)驗(yàn)。模糊控制理論與技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)未成熟，在過去的發(fā)展過程中，模糊系統(tǒng)理論本身就受到了各方面的爭議，這些爭議對學(xué)術(shù)發(fā)展起到了推動作用。大量研究結(jié)果表明，模糊控制器可提供優(yōu)于傳統(tǒng)線性控制器控制性能，然而如何設(shè)計恰到好處的模糊控制規(guī)則，一直是模糊控制器在實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的難點(diǎn)問題，模糊理論P(yáng)ID控制器設(shè)計從理論到實(shí)踐，從起步到發(fā)展成熟需要克服的難題很多，作為傳統(tǒng)控制理論與模糊控制理論交鋒的典型的代表，模糊PID控制器的發(fā)展必將給學(xué)術(shù)界帶來不小的福音，將模糊控制與PID控制相結(jié)合，二者取長補(bǔ)短，旨在提高控制性能，為解決更多的實(shí)際問題而努力。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計論文的撰寫已接近尾聲，期間，甘良志老師作為我的指導(dǎo)老師，他的無可挑剔的敬業(yè)精神，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博而廣闊的學(xué)識不得不讓人折服，值得我們學(xué)習(xí)。有幸能得到甘老師的指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計一定會畫上圓滿的句號，在此，我真誠地感謝甘老師能在百忙之中多次對我的論文作悉心的指導(dǎo)，對全文作了嚴(yán)謹(jǐn)而仔細(xì)的修改，并提出了許多寶貴的意見，此文才得以成型。然后我還要感謝我的同學(xué)們，在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給予了我極大的幫助，他們耐心地幫我解決了許多實(shí)際的問題，并給了我精神上的支持。同時，我要感謝大學(xué)里我的所有任課老師，是他們給了我充實(shí)而又有意義的大學(xué)生活，讓在汲取知識的同時，領(lǐng)略到更加自由，向上，融洽的校園氛圍。畢業(yè)設(shè)計這段時間是我學(xué)生生涯中很值得回憶的一段時光。借此論文，我要向所有曾幫助過我的人致謝！參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[2] [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995.[3] 劉文慰，[J].電子工程師，2004,1.[4] 王威, 楊平,智能PID控制方法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J].上海：上海電力學(xué)院電力與自動化工程學(xué)院, 2009.[5] 陶永華，尹怡欣，[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[6] 于永權(quán)，曾碧. 單片機(jī)模糊邏輯控制[M]. 北京：航空航天大學(xué)出版社，1999.[7]謝宋和，甘勇， 單片機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1998.[8] 丁易新，基于Atmeg6單片機(jī)的模糊自整定PID調(diào)節(jié)器[J].中國儀器儀表,2005.[9] 沈平,一種模糊PID自整定控制器的研究[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.[10] 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