通信模块 - 单片机智能气动泵控制系统的设计

4通信模块
为实现单片机与上位机之间长距离有效数据通信，通信模块采用MAX485芯片，利用RS485标准设计，配置P0口的P0.0和P0.1为TX0和RX0引脚，与MAX485的RO和DI相连，由于微机串口利用RS232标准，单片机串口输出为TTL标准，必须实现标准信号间的转换。电路设计如图4所示。

图4 RS485通信电路图

气体流量控制
在气体流量测量的基础上，给定值和实际测得的瞬时流量进行比较后算出偏差，然后对气体流量进行调节。由于气体流量系统的精确数学模型很难获得，而模糊控制算法具有人的智能思维、适应性好、鲁棒性强等特点，正适用于这类系统。因此，采用模糊控制算法对气体流量进行自动控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框图如图5所示。

模糊控制器采用双输入、单输出的二维结构。输入变量为瞬时流量偏差e和偏差变化c，输出变量为控制量u。其模糊子集分别为
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}
它们的论域分别为
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}
当瞬时流量变化时，通过驱动调节阀，控制其开启的大小及变化规律，使偏差趋近于零。根据气体流量的参数特点和现场实际操作经验及专家的知识理论，总结出模糊控制规则表，如表1所示。

选择模糊控制规则是模糊控制器的关键问题。为了更好地提高控制精度，本系统采用带有4个调整因子的控制规则：
其中，0<α1<α2<α3<α4<1，本系统选择：α1=0.26，α2=0.58，α3=0.76，α4=0.86。代入上式运算后经反复修改和实际调试，得到了实用的模糊控制查询表，如表2所示。

系统的软件设计及抗干扰措施
软件的设计包括系统下位机和上位机的设计。

1 下位机程序设计
下位机程序主要进行C8051F020单片机系统的初始化、端口配置、A/D初始化、液晶以及键盘扫描初始化。为防止误动作，无意中改变系统的有关参数，造成人为计量误差，系统可设置“密码”，保证测量的可靠性和准确性，具体流程如图6所示。

模糊控制中的控制算法由程序实现。包括两部分，一是离线计算模糊控制查询表，二是在实时控制过程中在线输入变量，并将它们作模糊量化处理，然后查找模糊控制查询表后进行输出，去控制调节阀的开启角度，来实现对气体流量的控制。

2 上位机部分
上位机程序采用Lab Windows/CVI设计，主要实现对采样气体流量、两个流量限值的接收和显示，还可对流量限值进行修改和发送给下位机。

3 抗干扰措施
为提高控制系统的稳定性，加强抗干扰能力，可采用隔离电源变压器，信号通道采用光电隔离和滤波技术；可使用Watchdog技术和软件陷阱防止程序跑飞，实现任务的恢复；采取电源抗干扰措施。

结论：本设计成功实现了系统预期功能，还能有效的抗干扰。