智能控制器

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智能控制器范文第1篇

關鍵詞:智能控制器;ARM;110kV高壓隔離開關;CPLD;電磁兼容

1系統總體方案

1.1110kV高壓智能開關柜本課題探究的智能高壓開關柜其實也就是數字傳輸站的一個關鍵組成部分，變電站自動化系統是信息采集以及數字關鍵組件和這個智能電子設備簡易爆炸裝置的關鍵設備智能高壓開關柜。需要探究的是一組智能高壓開關柜能夠控制以及監控等功能，集成智能高壓開關柜不斷自我保護以及這個自的功能監測和控制系統直接連接到我們的一個發電站。包含單元工作狀態顯示、故障顯示以及這些參數選擇查詢顯示的具體按鈕，這些操作設備選擇的具體按鈕，包括有開關按鈕，還有本地/開關從遠處看，以及這個撥動開關。因為包括限流保護，過壓，過熱還有我們會遇到的這個接地故障，同時是能夠根據需要隨機地去組合起來。課題中探究的這個自我診斷能力表示監測數據的分析還有具體的這些處理，包括有故障預測，以及判斷剩余使用壽命的開關，同時還計算維護期間，和其他功能。隔離開關在設計的簡易爆炸裝置110kV智能高壓開關柜的一部分，用于我們的這個110kV的高壓輸電線路過程中，簡易爆炸裝置的特點和功能智能電子設備。1.2控制器總體設計原則按照統一設計標準進行全站儀國際標準IEC61850的平臺，它的基本特性測量、控制、數字網絡還有我們的這個功能一體化和信息交互，同時我們的這個智能電子設備可是能夠用獨立的外在智能電子數字通信設備或在原位智能操作箱上面進行操作，最后順利完成數字信號轉換還有狀態監測以及智能電子設備可以實現智能控制，本課題中對具體數據采集、信息通信和傳輸，以及過程中的實時在線監測和故障自檢，和其他功能。

2SCM模塊設計

本文探究的是基于ARM還有這個CPLD設計開關控制模塊，通常來說是保持原來的一部分以及機械傳動以及這個驅動電動機不變，從而完成設計新的控制部分。一般來說是由旋轉變壓器開關位置信息采集，以及我們的數字轉換數字信息到CPU后，所以是能夠較好完成實時顯示開關的角度為了確定位置和狀態。課題中探究了繼電器控制部分改用電力電子設備，同時抗干擾能力強的使用固態繼電器，課題中還研究了繼電器驅動電路使用光學器件。通常來說保護裝置和電路通信網絡付款接收命令或者說是這樣一個上傳狀態，在我們的這個隔離單元的狀態切換到主IED以及最后具體接收IED裝置發送到命令的開啟和關閉，從而最后完成隔離開關智能控制。在我們使用具體電子電流傳感器檢測電機電流的過程中，電流超過一定值的SSR斷開，能夠較好地防止電動機堵轉和意外損壞。CPLD也就是我們說的通常用戶根據自己的需求和構造邏輯功能的數字集成電路、CPLD通過修改其內部與已經固定連接電路邏輯功能來完成的一個編程，一般來說這個內部使用固定長度的導線互連的整個邏輯塊，通常來說它具有較強的這樣一個抗干擾能力。我們的具體系統應用軟件設計過程中，一般來說，系統軟件設計部分是程序設計的主題。圖1中可以看到，軟件設計中必須特別要去注意層次化還有模塊化設計的應用。通信程序一般來說是負責物理信道的數據，而且還需要去按照相應的通信協議發送獲取我們的這個數據傳輸。

3系統程序總體設計流程

MDK環境中控制器程序用C語言編寫，調試，通常來說系統在開始之前會先去完成這個存儲管理單元和微處理器存儲保護單元的這些配置工作，然后才去完成這個初始化庫函數和堆棧指針。一般來說我們系統初始化是繁瑣的，而且其中在根據不同的需求的這些時鐘芯片資源分配我們的時鐘模塊過程中，課題探究的這個系統定時器配置模塊、定時器以及我們的這個采樣參數等等，也是建立了一個DMA通道，通常來說這個電流傳感器定時器設置，例如我們的這個芯片引腳輸出配置。同時還有STM32處理器支持線的工作模式以及我們的工作模式，當復位以及我們的異常返回線程模型的這個過程中，我們的主程序是運行在這些具體模式。當整個的處理器異常將進入到需要處理的一個模式。我們的在線程棧使用過程模式，同時會去中斷返回新的任務和任務切換之前，并且這里的軟件必須存儲在任務堆棧寄存器R4R1l，之后這組寄存器從堆棧彈出當執行一個新任務時，調整堆棧值和返回值，最后完成中斷返回。本課題中的這個主程序流程設計，以及這個單片機模塊正常條件下電動機電路不工作，對于探究的系統實現程序測試程序，同時這里的開關信號收集和溫度和濕度的測試程序。通常來說是除了模擬信號采集，以及我們環境通常是需要收集和檢測的溫度和濕度，最后也就是確定系統硬件工作溫度和濕度是合適的;權力需要實時監控，最后也就是確保整個模塊的正常運行。本課題探究中的SCM模塊控制進給運行之后，例如，需要開關的時候，這個隔離開關高壓開關設備的簡易爆炸裝置關閉命令信號，同時還有這個單片機模塊，繼電器電路電力開關，另外在SSR后常開觸點閉合，我們的這個電機電路的傳導，同時還有這個馬達驅動作用機理的操作。通常來說我們的電動機和運行機制三個齒輪減速裝置，以及之后具體操作符輸出軸旋轉本體驅動的動態接觸開關還有這個角度傳感器、角度信號采集，實時監控隔離開關的位置。另外在具體執行機構輸出軸，當達到設定的角度來看，我們這個在具體輸出軸連桿機械驅動開關節點作用機制，從課題中的這個SCM模塊能夠傳達出具置信號，通常來說單片機模塊控制繼電器響應的動作，以及我們的電機控制電路、制動電路傳導的力量將放電電路的電樞電流消耗，關閉過程完成。

4各數據采集模塊軟件程序

信息采集的各種數據采集模塊包括溫度，濕度，同時一般來說是根據角度傳感器信息采集和顯示，另外我們的電流傳感器采集和檢測電流和電機保護模塊。4.1基于AM2301的濕度采集及通信程序AM23O1濕敏電容數字溫濕度模塊的數字信號輸出校準，校準系數的形式程序存儲在內部的單片機。微處理器基于單總線和傳感器是主從結構，通常來說是傳感器響應，主機訪問傳感器必須嚴格遵循單一序列。4.2溫度采集和顯示STM32基于IZC通信總線的DS18B20程序部分代碼:宏定義:#defineI2C1_SLAVE_ADDRESS70x30#defineI2C2_SLAVE_ADDRESS70x30#defineBufferSize4#defineC1ockSpeed200000DS18B20初始化的子程序:InitDS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(85);DQ=1;delay(14);}通常來說主控制器是能夠向DS18B20讀數值，并且可以設定門限值，部分程序如下:ReadTemperature(void){InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Ox44);delay(125);InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Oxbe);tempt=ReadOneChar();tempH=ReadOneCharU;/溫度轉換，通常是經過下面把高低位的運算轉化為實際溫度temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625;……4.3電機過流保護通常來說電動機運行時往往產生過載，一般來說在當前形勢下，隔離開關的電動馬達是1000w的功率三個交流異步電動機，Ie=1額定電壓，倘若這個超過您可以抓住電機工作電流，尤其是當阻塞反過來，這個電流瞬時值突然增加通常來說回超過預想值，也就非常有容易引起電動機的損壞。鎖定轉子條件為了更好地保護電機損壞電機，通常來說電機如果空氣開關，所以當電動機電路通道被堵住了，不過我們現在沒有發現和斷開電動機控制器電路，通常來說有效斷開空氣開關跳閘電路保護電動機。一般來說是因為當前值一直在不停地變化，所以說我們電機的實際熱量積累量大于熱積累量的計算，通常來說就會產生錯誤的行動。表達式的逆時間算法參數設置在很大程度上影響電動機保護的靈敏度，因此我們需要確定正確的逆時間參數。

5結語

智能控制器范文第2篇

關鍵詞 AT91RM9200 智能控制器 Linux 硬件設計

在電子技術迅猛發展的今天，嵌入式系統已越來越多地應用于消費類電子產品、智能儀表、控制系統、航空航天等領域。本文論述基于ARM920T微控制器的AT91RM9200、采用嵌入式Linux操作系統設計實現一種智能控制器平臺，提供一具體被控對象，可供人員在其上驗證各類控制算法的實際控制效用。主要是論述其硬件實現。

1 智能控制器總體結構設計

智能控制器的整體方略是實現一閉環控制，提供一溫度被控對象，目的是控制對象溫度達到期望值，途徑是通過改變PWM占空比進而改變加熱對象的電加熱膜的導通時間來實現。

1.1硬件結構

系統的硬件機構如圖1所示。嵌入式微處理器是系統的核心，采用ATMEL公司的AT91RM9200芯片，它負責處理ADC從對象那里采集來的溫度數據，根據實際與期望值進行控制算法運算后，最終確定PWM波形的占空比，當PWM輸出為高電平時，加熱膜導通，反之截止。

SDRAM用于系統運行時程序的存取，選用兩片HY57V561620，64MB空間足夠操作系統使用；引導程序Boot loader、嵌入式Linux操作系統、應用程序及相關配置參數固化在NOR Flash內；物理層網絡芯片LXT971通過MII接口同AT91RM9200連接，用于系統與上位機的網絡通訊；為方便系統測試和應用程序調試，還配備了標準JTAG接口、調試DBGU串口和USB HOST。

圖1 智能控制器硬件結構

1.2軟件結構

嵌入式操作系統是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺，本智能控制器選用Linux操作系統。基于Linux的軟件結構需要完成如下幾個方面的工作。

1.2.1 引導程序Boot loader的編譯，它是連接操作系統與硬件的紐帶，主要起初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖、為最終調用操作系統內核準備好正確環境的作用。它的移植與硬件密切相關，需根據實際硬件平臺進行修改；

1.2.2 Linux內核的裁剪和移植，文件系統ram disk的制作；

1.2.3 ADC、PWM驅動程序的編寫。成功嵌入Linux后，就可以進行應用程序的開發了。被控量通過ADC采集，電加熱膜的導通時間由PWM占空比控制，所以還需編寫基于Linux內核的驅動程序。

2 智能控制器硬件電路設計

2.1電源與復位電路

本系統需要三種直流電源，一是給AT91RM9200內核、鎖相環PLL和振蕩器供電的1.8V，一是器件I/O接口所需的3.3V，還有USB接口使用的5V。其中系統對1.8V核心電壓的品質要求較高，再加之系統精密，所以需要有足夠的保護冗余設計。電源電路采用兩級電壓轉換的方式。第一級先降輸入電壓到5V，USB接口直接使用該電源；第二級分別使用低壓降穩壓器LDO輸出噪聲較小的3.3V和1.8V。

系統復位電路如圖3所示。選用IMP706作系統μP監控芯片，利用該電路可以實現上電、掉電、手動復位、電源電壓監控、看門狗等功能。PFI為電源故障電壓監控輸入，當PFI小于l.25V時，電源故障輸出FPO變為低電平；WDI是看門狗輸入，

當其保持高電平或低電平達1.6s時可使內部定時器完成計數，并置WDO為低；復位輸出RESET低電平有效；看門狗輸出WDO如果連接到MR將會觸發復位信號；為了觸發復位，需將PFO接至MR端[1]。

圖2 電源電路

圖3 復位電路

2.2 時鐘電路

AT91RM9200的電源控制器PMC集成了兩個振蕩器和兩個PLL，可以提供系統所需的所有時鐘。圖4是本系統的時鐘電路，包括兩個外部晶振、兩個PLL的外部二階濾波器以及外部時鐘信號所必須的電源供給VDDPLL。

2.3存儲器接口電路

本系統SDRAM和NOR Flash的接口電路由于篇幅原因，這里不再給出。參考文獻[2]，就可以知道EBI引腳同NOR Flash和SDRAM存儲控制器間的關系。需要說明的是，AT91RM9200的外部總線接口EBI設計可以確保多個外設與基于ARM器件的內置控制存儲器間進行數據傳輸。EBI集成了靜態存儲、SDRAM和Burst Flash三個外部存儲控制器，并提供額外的SmartMedia和CompactFlash邏輯支持；數據通過16或32位數據總線進行傳輸，高達26位的地址總線可對64M字節空間尋址；8個芯片選擇口NCS[7:0]，優化的引腳復用以減少外部存儲器的等待時間[2]。

圖4 系統時鐘電路

2.4以太網接口電路

本系統選用的PHY層收發芯片是Intel公司的全雙工網絡通信接口電路LXT971A，它符合IEEE標準，支持100BASE-TX和10BASE-T應用，并提供MII接口可以很好地同10/100MACs連接。圖3-9給出了LXT971A的接口電路。AT91RM9200的MAC可提供兩種與PHY互連的接口，獨立媒體接口MII和精簡獨立媒體接口RMII。在我們的系統中，考慮MII多占用的IO口并未與其他外設沖突，再加之RMII所需的50MHz有源晶振多少會增加硬件設計中電源去耦和電磁兼容的難度，我們選擇使用MII接口。

圖4 以太網接口電路

2.5 調試與USB接口

本系統的標準JTAG接口電路如圖5所示。JTAG標準的目的是用測試數據輸入TDI、測試模式選擇TMS、測試時鐘輸入TCK和測試數據輸出TDO四個信號來測試芯片的內部狀態并進行故障檢測，JTAGRST為測試復位，低電平有效，電路上上述五個信號端都需要上拉電阻。NRST是系統復位，調試完畢后可以通過復位鍵使其復位。

AT91RM9200的調試串口DBGU實現特性同標準USART串口100％兼容，為方便調試，達到將調試信息通過串口在PC超級終端打印出來的目的，DBGU必然需要保留，考慮可能要與其他開發板進行串口連接，系統也設計了一通用串口。相關電路見圖5。

AT91RM9200(208引腳PQFP封裝)內置兩個USB控制器，一個是USB 2.0全速主機端口USB Host，片上收發器，集成FIFO及專用的DMA通道；另一個是USB2.0全速設備端口USB Device，片上收發器，2K字節可配置的集成FIFO?？刂菩盘柗謩e為HDMA、HDRA、DDM、DDP。本系統設計中，兩個端口我們都占用，其中HOST接口主要用于應用程序進行U盤調試時插拔U盤，而系統與上位機進行連接則采用Device接口。USB電路原理圖見圖5。

圖5 調試與USB接口電路

2.6 模擬量輸入輸出與PWM

本系統設計有兩個串行外設，ADC和DAC，它們分別由片選線NPCS0、NPCS1控制。ADC部分的原理圖見圖6。選用的芯片是Analog Device公司推出的12位16通道逐次逼近式模數轉換器AD7490，高速，低功耗。5V電壓供電時，數據傳輸率高達1MBPS，典型功耗9mW、最大僅有12.5 mW。DA轉換器AD420也是選擇的Analog Device公司的產品，高達16位的分辨率；靈活的串行數字接口，最大速率可達3.3 Mb/s，可通過3線制或異步制同MCU相連，我們采用的是三線制；轉換后的模擬輸出信號可以是0-5V電壓，也可以是4-20mA、0-20mA或0-24mA電流，可通過引腳進行實際配置。

AT91RM9200的I/O引腳最大輸出電流僅8mA，這對于加熱來說是完全不夠的，需要進行電流放大。采用MOSFET場效應管IRF620，6A漏極連續電流滿足需求，電子開關可以頻繁開關也非常適用于PWM控制方式下控制電熱膜的加熱。

圖6 AD、DA與PWM電路

三、結束語

詳細介紹了包括電源復位模塊、時鐘電路、存儲器單元、網絡接口、調試通訊接口以及ADC、PWM輸出在內的智能控制器平臺的硬件電路設計。在移植完Linux系統后，開發完ADC及PWM驅動程序，即可建出智能控制器平臺的整體架構。接下來的主要工作還需辨識出被控對象的模型，編寫相應控制算法，以在其上驗證控制算法的實際控制效果。

參考文獻：

[1]毛六平，羅文欽，汪魯才.多功能uP監控芯片IMP706及其應用[J].國外電子元器件，2000(12):38-39

[2]ATMEL corporation.AT91RM9200 datasheet[Z]，2004.省略/

[3]崔用明，李積英.基于嵌入式控制器的溫度控制系統設計[J].蘭州交通大學學報，2008，27(6):127-129

智能控制器范文第3篇

關鍵詞： 現場總線通訊； M2M； 可編程邏輯控制器； 工業PC

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）16?0110?04

0 引 言

制造物聯是對制造資源信息與產品信息的動態感知、智能處理與優化控制的一種新型制造模式和信息服務模式，是通過將RFID，M2M為代表的物聯網技術、先進制造技術與現代管理技術集成應用，構建服務于供應鏈、制造過程、物流配送、售后服務、再制造等產品各生命周期階段的基礎性、開放性網絡系統。將推動制造業向全球化、信息化、智能化、綠色化方向發展。

M2M是制造物聯的基礎之一，其中M可以是人（Man），也可以是機器（Machine），M2M泛指人、機器之間建立連接的所有技術和手段，旨在通過通信技術將機器之間通信、機器控制通信、人機交互通信、移動互聯通信等不同類型的通信技術有機結合在一起[1?2]。在現有的許多大型工程裝備類行業，通常采用可編程邏輯控制器（PLC）作為設備的控制系統。

現有性能可靠、安全性高的PLC產品幾乎都被國外企業所壟斷，成本較高。并且由于PLC制造商之間存在競爭，不同制造商生產的PLC產品采用的通訊協議不同，之間無法進行直接通訊，因此要想與自身原有的PLC網絡兼容，必須購買具有相同品牌PLC的工程裝備，選擇受到限制[3?4]。

此外，傳統的PLC產品并不能直接接入互聯網，要想將設備的PLC接入網絡，并將設備數據發送至設備制造商實現實時分析、實時預警、故障在線診斷，則必須將PLC通過網絡模塊接入到企業的局域網中，然后通過VPN的形式才能將數據送回至設備制造商，且傳回的數據必須通過WinCC等特定的組態軟件進行讀取接收，此類軟件知識產權固有，無法進行任意地改造開發，極大地增加了維護成本[5]；同時傳回的數據無法與企業自身的信息化系統進行數據的互聯互通，導致形成信息孤島[6]；由于PLC的數據傳輸屬于窄帶寬即時傳輸，無法傳輸現場的視頻等數據量較大的信息，傳回的數據也不足以判斷造成故障的原因。因此這種做法不僅造價極高，而且很難實現預期效果、滿足制造物聯的需求。

由于傳統PLC產品存在上述問題并且很難進行改造，通常采用工業PC與PLC結合[7?9]或者單片機控制器[10]進行控制。單片機控制器之間無法進行設備互聯以及與互聯網的通信，同時無法實現控制結果的人機界面反饋以及故障診斷、報警等功能，而工業PC由于具有強大的數據通信、 數據處理功能， 可以處理比較復雜的運算過程， 在 Windows下可以使用如 VC++，VB 等可視化編程語言開發良好的人機界面， 可以方便地監視和處理控制過程，因而工業PC+PLC的工業控制系統在國內外已經廣泛的應用于離散和連續的過程控制中。綜合以上特性，本文選擇工業PC與PLC結合的方式，設計了一種智能控制器，替代通用的PLC產品，對制造現場的設備進行智能調節和控制，并可與不同通訊協議的PLC設備進行通訊，可接入互聯網、局域網實現產品功能的在線服務。打破了國外產品對PLC行業的長期壟斷，自主研發并大大降低了產品成本。

1 智能控制器應用架構

本文設計的智能控制器應用架構如圖1所示。

此應用架構共分為三層：感知層、控制層和應用層。其中，感知層包括傳感器、閥門、儀表、RFID等信息采集設備，控制層包括不同種類的控制器，本文設計的智能控制器就在這一層，其主要功能包括故障檢測、故障報警、應急處理、狀態查詢等，應用層包含設備運營平臺，主要包括用戶管理、計量計費、商務營銷、資源管理、安全認證等功能模塊。

本文設計的智能控制器使用嵌入式A/D、D/A轉換器將被控設備上儀表、傳感器的模擬信號（電壓或是電流的形式）轉換成數字信號供控制系統識別，同時將控制系統的數字信號轉換成被控設備上儀表、傳感器可以識別的模擬信號控制設備運行狀態，從而實現控制層與感知層的互聯。

對于控制層中不同PLC產品的連接問題，智能控制器集成了自適應PLC網絡通信模塊，通過自適應PLC網絡通訊技術，將復雜的現場總線通訊接口，抽象成單一通訊接口，在接口上使用自適應現場總線通訊協議，根據外部通訊接口的變化自動匹配與之相對應的現場總線協議，打通多現場總線間的通訊壁壘，做到不同控制器之間的無縫連接，實現控制層的內部通信。

智能控制器集成的網絡通訊模組，提供GPRS/3G通訊模塊支持控制器數據在線移動通訊；提供WiFi模塊，可以通過WiFi接入到局域網。支持標準以太網通訊、WiFi通訊、GPRS通訊、3G通訊，保證控制器數據可以實時傳輸到網絡中，實現控制層和應用層的連接。

2 智能控制器設計方案

2.1 智能控制器設計結構圖

本文設計的智能控制器設計結構圖如圖2所示。

該智能控制器以嵌入式主板為基礎，嵌入式主板為嵌入式X86主板、嵌入式ARM主板或其他具有類似功能的主板。集成硬盤、顯示器、數/模，模/數轉換模塊、數字信號采集板、自適應PLC通訊模塊和網絡通訊模組，采用Windows操作系統，通過數模/模數轉換模塊與被控裝備上的傳感器、儀表、閥門等設備進行數據交換，對被控裝備進行控制和調節；智能控制器可通過自適應PLC通訊模塊與多種PLC設備如上位機、總控機進行數據交換，可通過網絡通訊模組接入互聯網、局域網等網絡，進入產品運維平臺，實現遠程在線服務。

2.2 各模塊具體設計實現

2.2.1 智能控制器主板設計

（1）嵌入式并行處理技術的應用。傳統PLC控制系統中，CPU“順序掃描，不斷循環”的工作方式決定了PLC在執行時，指令必須短小精悍，且只能串行，無法并行處理指令，限制了PLC的控制實現，使其無法實現復雜的控制算法和控制功能。

本文設計的智能控制器通過對嵌入式并行處理系統架構和任務并行協同處理技術的研究，采用嵌入式并行處理架構CPU，取代傳統的單片機、PLC等串行處理架構CPU，作為控制系統的控制芯片，結合增強型的DSP指令集，增加了對并行任務處理的支持、快速的中斷處理和硬件I/O支持、低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持、單周期內操作的多個硬件地址產生器的支持，比16位單片機單指令執行時間快8～10倍，完成一次乘加運算快16～30倍，即具備了傳統單片機、PLC的高穩定性、高精度的特點，同時又提高了整個系統的運行效率，使系統的控制功能更加豐富、高效。

（2）高級PID控制器算法的實現。PID 控制器是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件，其核心算法由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成[11]，通過對，和進行參數設定，來適用于基本線性和動態特性不隨時間變化的系統，通過配置可用于溫度、壓力、流量等參數的單回路控制方案[12]。PID控制器算法有三種，分別為增量式算法、位置式算法和微分先行[13]。

傳統的控制系統如PLC中，通常會集成PID控制算法函數，供控制功能開發人員調用，對溫度、壓力、功率等模擬量參數進行調整，但不同品牌的PLC集成的PID控制算法各不相同，且作為核心算法固化在PLC控制器內部，設計人員無法選擇或更改，這就要求在控制系統的設計過程中針對不同類型的控制需求來選擇使用不同品牌的PLC控制器，且一旦選定后將無法更改，這給系統的設計、開發，后期的維護帶來很多的麻煩。

本智能控制器根據三種PID算法的不同特點，通過設定參數的方式讓系統設計人員在系統設計及后期維護過程中靈活選擇，而不影響系統已有的控制功能。

PID算法實現：

[ut=Kpet+1T10teτdτ+TDdetdt] （1）

式中：Kp為比例放大系數；TI為積分時間；TD為微分時間。

2.2.2 嵌入式A/D、D/A轉換器應用

A/D、D/A轉換器是控制器與被控設備之間數據傳輸的紐帶，其性能指標主要通過取樣與保持、 量化與編碼、分辨率、轉換誤差、轉換時間、絕對精準度、相對精準度等幾個指標來衡量，傳統的PLC控制系統中的A/D、D/A轉換器受其自身和外部條件限制，在抗干擾能力上比較差，在強電壓、高電磁干擾的信號源的采樣上容易出現“毛刺”或電源紋波，降低了信號的分辨率和精準度，使得在一些對信號精度要求高的自控設備上無法達到控制要求。

本文設計的智能控制器通過對嵌入式A/D、D/A轉換設計技術、多值A/D轉換器及數字濾波器技術的研究，在降低A/D、D/A轉換器體積和功耗的情況下，采用數字濾波算法增強A/D、D/A轉換器的抗干擾能力，提高信號轉換的分辨率和精準度。

2.2.3 自適應PLC網絡通訊模塊的設計

本控制器集成的自適應PLC通訊模塊，包括與嵌入式主板匹配的標準通訊口、與各種PLC設備匹配的多種通訊口，如PCI，RJ45，RS 232，RS 485等通訊接口及各種PLC通訊協議。嵌入式主板通過標準通訊口與自適應PLC通訊模塊上的標準通訊口進行通訊，自適應PLC通訊模塊可選用各種通訊口與不同的PLC設備進行通訊。當自適應PLC通訊模塊與PLC設備進行通訊時，如果PLC設備支持RJ45，RS 232，RS 485通訊接口則優先選用，否則，則選用PCI通訊口，通過擴展PLC通訊卡與這些PLC設備進行通訊。其中PLC通訊卡可根據與之進行通訊的PLC設備進行選擇，如與西門子系列PLC設備進行通訊時，可選用西門子品牌的通訊卡。

該自適應PLC通訊模塊具有協議自動匹配功能，可根據與之通訊的PLC設備的通訊協議，自動進行協議匹配，建立通訊連接。模塊結構圖如3所示。

（1）多工業現場總線自適應技術實現。目前世界上存在著大約40余種現場總線，雖然早在1984年國際電工技術委員會/國際標準協會（IEC/ISA）就開始著手制定現場總線的標準，但由于各個國家各個公司的利益之爭，所以至今統一的標準仍未完成。很多公司也推出其各自的現場總線技術，但彼此的開放性和互操作性還難以統一。這種現象的存在使得通用控制系統在設計和實現的過程中需要針對不同的現場總線進行設計和考量，增大了系統設計的難度，而且無法從根本上解決多現場總線間通訊的問題。

本文設計的智能控制器設計的自適應現場總線通訊協議技術將復雜的現場總線通訊接口，抽象成單一通訊接口，在接口上使用自適應現場總線通訊協議，根據外部通訊接口的變化自動匹配與之相對應的現場總線協議，打通多現場總線間的通訊壁壘，做到無縫切換，降低了控制系統的設計、開發難度。示意圖如圖4所示。

（2）高可靠性實時通信技術應用。隨著現代控制系統功能的日益強大，對現場控制數據的多樣性和復雜性要求也越來越高，未來的現場控制數據將不再只是單純的信號片段，會出現對音頻、視頻，甚至是三維虛擬現實的數據傳遞，而傳統的現場總線通信技術更多的是應用于小數據量的傳遞，對這種大數據的信號處理往往力不從心，存在帶寬不足，或投資成本過高的情況。

本文設計的智能控制器在實現數據實時通訊協議時充分考慮到了未來的發展，將數據按類型進行分類，針對不同的分類采取不同的傳輸策略；采用基于帶寬預留方式的調度機制，采用EDF實時調度算法，在大數據量傳輸的過程中保證帶寬的合理使用；采用基于時間片的分時調度方式，提高實時數據的傳輸效率，保證數據傳輸的實時性和可靠性。

（3）控制功能通訊安全技術應用。本文設計的智能控制器研究了高可靠性的加密算法對數據加密，保障數據內容安全性；建立證書認證體系，保障數據傳輸過程中數據發起端和數據接收端的可信性；加入密鑰管理與協商機制，增強整個數據傳輸體系的可靠性；根據通訊類型的不同采用不同等級的安全認證策略，在控制器與控制器間，采用輕量級加密算法和證書認證流程，加入密鑰管理與協商機制，在不影響數據傳輸速度的情況下，提高數據安全；在控制器與服務器間，采用深度加密算法和嚴格的證書認證流程，同時增強密鑰管理機制與協商機制，保障數據安全。

3 結 語

本文針對大型工程類裝備存在的異構網絡PLC之間無法互聯，無法實現制造物聯中M2M互聯模式的問題，自主研發設計了一種智能控制器對設備進行智能調節和控制，并可與不同通訊協議的PLC設備進行通訊，可接入互聯網、局域網實現產品功能的在線服務，性能上完全可以取代市場上的傳統PLC，同時降低了成本，打破了國外企業對PLC行業的長期壟斷。

參考文獻

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智能控制器范文第4篇

關鍵詞： Arduino單片機；LD3320模塊；Zigbee模塊；HR911105A模塊

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.11.146

1引言

隨著科學技術的不斷進步及對生活質量的要求不斷提高，人們在選擇和使用家用電器時，已從單一功能的傳統家電轉向智能化家電。利用智能家居控制器可以提供多種家電智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他們處理家庭事務，更快、更方便，為他們提供更加適宜的生活空間。然而智能家居市場錯綜復雜，現有的智能家居系統很難實現真正意義上的智能性，再加上智能設備的多樣性、智能系統的兼容性、價格不菲等諸多因素使得智能家居很難真正走入大眾的生活。

本文根據現代生活對居住環境的便捷性、安全性、舒適性等方面的需求，設計一種新型多功能智能家居控制器，實現家居電器的低功耗、高可靠性、可擴展性、靈活性的無線傳輸和遠程控制。

2總體方案

智能家居控制器總體方案框圖如圖1所示，整個系統主要由主控制器、無線傳輸模塊、語音識別模塊、網絡接口模塊和無線發射/接收模塊組成。

主控制器選用性價比較高的Arduino單片機模塊；語音識別模塊負責語音指令的采集、識別以及語音報警；網絡接口模塊負責手機終端與主控制器之間的網絡通信；無線傳輸模塊負責接收室內溫濕度、可燃氣傳感器的實時監測信號，并上傳給主控制器；無線發射模塊負責發射主控制器發出的家居電器控制命令，無線接收模塊則接收命令并傳給執行模塊。

3硬件設計

3.1主控制器模塊

主控制器模塊Arduino Mega2560是美國Atmel公司2013年最新推出的一款易用型開源控制器，以ATmega2560-16AU單片機為核心。

主控制器模塊電路主要包括：單片機最小系統和下載程序接口。單片機最小系統包括：單片機、電源電路和復位電路。

ATmega2560-16AU單片機資源豐富、性價比高，16MHz的晶振，處理速度可達20MIPS，同時具有54路I/O口、256KB Flash Memory、8KB SRAM、4KB EEPROM、4路UART接口。主控制器模塊可以通過3種途徑自動選擇供電方式（外部直流電源供電、電池供電和USB接口供電），同時提供了自動復位設計，可以通過Arduino軟件下載程序自動復位。

主控制器模塊上的單片機已經預置了bootloader程序，可以直接通過單片機上ICSP header直接下載程序。

3.2語音識別模塊

系統的語音識別模塊采用ICRoute公司的高性能LD3320語音識別芯片，它集成了語音識別處理器和外部電路，可對語音信號進行捕捉、識別、處理和播報。

LD3320芯片內置16位A/D轉換器、16位D/A轉換器和和功放電路等接口，且不需要外接任何輔助的Flash芯片，RAM芯片和A/D芯片等，可直接實現語音識別、聲控和人機對話功能。識別的種類包括單字，詞組等，語音識別率比較穩定，準確率也比較高。

語音識別模塊與單片機的接口方式采用并行接口，其控制信號、中斷返回信號均與單片機直接相連。語音識別的工作原理為：首先對輸入的聲音進行頻譜分析后，再提取語音特征信息，最后將訓練模板中的數據與特征信息進行匹配，輸出識別結果。

3.3無線收發模塊

本系統中運用315M無線模塊來完成單片機與設備之間的“通信”作業。通過315M無線模塊對信號進行采集、發送/接收、傳遞。

315M無線模塊分為數據發射模塊和接收模塊。

數據發送模塊具備較寬的工作電壓，最佳工作電壓為12V，可最遠傳輸至500米。采用ASK方式調制，可延長使用期。傳輸距離因實地環境不同而不同，主要受調制信號，發射電壓，接收機靈敏度等因素影響。

接收模塊在一定程度上僅僅是一種組件，只有和發送電路、單片機組合時才有效。接收模塊可在電路設計中靈活的滲入，以達到減小干擾，保證信號的穩定性。

3.4無線傳輸模塊

本設計系統中zigbee無線傳輸模塊用于煙霧、溫濕度傳感器和arduino模塊之間信息“交互”。

Zigbee是一種短距離、低速率的無線組網技術。在zigbee網絡內，設備之間通信穩定，無需人為設定，抗干擾能力強。

Zigbee模塊提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設備，實現數據透明傳輸功能，通信距離遠。最大的亮點是zigbee技術可自組網。通過動態路由和網絡拓撲結構，數據可穩定傳輸至目的地。

4軟件設計

軟件設計基于Code Composer Studio IDE集成開發環境和Keil C51語言。軟件模塊主要有：主函數、語音報警子函數、網絡接口子函數、無線傳輸子函數和無線收發子函數等。

4.1主函數流程圖

通過語音識別模塊LD3320進行語音識別與播報，模擬信號通過arduino模塊轉化為數字信號給315傳輸模塊，然后繼電器接收，做出指定“動作”，見圖2。

4.2語音報警子函數

通過煙霧傳感器收集信息，將信號經zigbee模塊傳輸到arduino，進而將信號轉換為LD3320模塊可識別的數字信號，完成語音報警，如圖3所示。

4.3網絡接口子函數

手機/PC的信號通過云端發送至HR911105模塊，進而arduino捕獲信號并轉換為數字信號傳輸給語音模塊完成報警工作，如圖4所示。

5總結

本項目結合新興的物聯網技術和現有的多媒體信息化手段，設計一種新型多功能智能家居控制器，通過語音、手機、PC設備和移動網絡等多種方式來無線遠程控制家用電器，實現多種方式一體化控制；被控家用電器與總控制器之間采用無線通訊方式連接；同時，兼備家庭火災監測，語音網絡警報功能，真正體現智能家居的內涵，讓家用電器與我們人類之間的溝通變得更加簡單、快捷、高效。

參考文獻

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智能控制器范文第5篇

關鍵詞：電氣自動化；人工智能；應用

中圖分類號： TU855 文獻標識碼： A 文章編號：

1.人工智能應用理論分析

人工智能屬于自然科學和社會科學交叉的一門邊緣學科，涉及眾多學科，比如哲學與認知科學、計算機科學等，其研究范疇是智能搜索、感知問題、邏輯程序設計、遺傳算然、自然語言處理等。從本質上來講，人工智能就是模擬人的思維的信息過程。 兩條道路可以用于對人的思維模擬，一條是結構模擬，對人腦的結構機制進行模仿，將“類人腦”的機器制造出來；另一條是功能模擬，暫時將人腦的內部結構撇開，在模擬是從人腦的功能過程出發。 對人腦思維功能的模擬的典型事例就是現代電子計算機，它模擬了人腦思維的信息過程。人工智能并不意味著人的智能，更不意味著對人的智能的超越。 從本質上來將，“機器思維”不同于人類思維的地方表現在四個方面，一，前者是無意識的機械的物理的單純過程，而后者主要是心理和生理的過程；二，前者沒有社會性；三，前者沒有人類的意識所特有的能動的創造能力；四，電腦的功能總是在人腦的思維之后。

人工智能控制器的優勢

人工智能控制器諸如模糊神經，遺傳算法等都可以看做一類非線性函數近似器，經過這樣的分類，我們就能夠較好地對其進行總體理解，也有利于統一開發控制策略。 和常規的函數估計其相比，這些人工智能控制器具有下列優勢：沒有控制對象的模型也可以設計人工智能器。 在很多場合，實際控制對象的精確動態方程是很難得到的，在設計控制器時實際控制對象的模型通常也存在著諸多不確定性因素，比如， 和最優 PID 控制器相比， 模糊邏輯控制器的上升時間是其 1.5被，下降時間是其 3.5 倍，過沖更加小；相對于古典控制器，人工智能控制器的調節更容易；在缺乏必要的專家知識時，通過相應數據也能夠將人工智能控制器設計出來；對語言和相應信息進行運用也可能將人工智能控制器設計出來；人工智能的一致性良好，即使使用一些新的位置輸入數據也能得到良好的估計， 和驅動器的特性是沒有關系的。目前，如果沒有使用人工智能的控制算法，也許對特定對象具有良好的控制效果，但是對其他控制對象就不一定具有一致性的良好的控制效果，因此應該依據徒具對象進行具體設計；對新信息或新數據，人工智能控制器的適應性良好；人工智能控制器能夠將常規方法解決不了的問題解決掉；人工智能控制器的抗噪聲干擾能力良好；實現人工智能控制器控制價格低廉， 尤其是只是對最下配置進行使用的情況下；人們和容易擴展和修改人工智能控制器。

3.人工智能技術在電氣自動化控制系統中的應用

3.1 人工智能在直流傳動中的應用

3.1.1 模糊邏輯控制應用

Mamdani 和 Sugeno 型是主要的兩類模糊控制器。 現階段，在調速控制系統中只用到了 Mamdani 模糊控制器。 需要注意的是這兩種控制器都有一個 if-then 模糊規則庫，但是“如果 x 是 A，并且 y 是 B，那么 Z=f（x，y）”是 Sugeno 型控制器的典型規則，這里 A、B 是模糊集，Z=f（x，y）是 x、y 的函數，一般情況下是將 x、y 的多項式輸入進去。 當 f 是常數，就是零階 Sugeno 模型，因此 Sugeno 是 Mamdani 控制器中一個特殊的例子。Mamdani 控制器主要由四個組成部分，一，輸入變量的模糊化、量化等是在模糊化的背景下實現的，具有多種形式的隸屬函數；二，數據庫和語言控制規則庫是知識庫的兩大組成部分，對規則庫進行開發的主要方法是在應用和控制目標中運用專家的知識和經歷，對建模操作器進行控制，建模過程，使用人工神經網絡推理機制及自適應模糊控制器；三，模糊控制器的核心是推理機，能夠對人的決策和推理模糊控制行為進行模仿；四，量化和反模糊化是由反模糊化實現的，反模糊化的技術有很多，比如，中間平均技術等。

3.1.2 ANNS 的應用

過去二十多年，在識別模式和處理信號過程中，ANNS（人工神經網絡）得到了極為廣泛的應用。 由于 ANNS 的非線性函數估計其具有一致性，因此它也可以在電氣傳動控制領域得到有效的應用，無需被控系統的數學模型，具有良好的一致性，對噪音不敏感是其優勢所在。此外，ANNS 的并行結構使其很適合多傳感器輸入運用，比如，在診斷系統、條件監控中能夠促進決策可靠性的有效增強。 近年來，電氣傳動的發展方向變為促使傳感器數量的最小化，但是在特殊情況下，多個傳感器可以使系統對特殊傳感器缺陷的敏感性降低，過高的精度和復雜的信號處理都是不需要的。多層前饋 ANN 最常用的學習技術是誤差反向傳播技術。 如果網絡的隱藏層與隱藏節點足夠多，而且激勵函數適宜，多層 ANN 只能實現需要的映射，缺乏直接技術對最優隱藏層、激勵函數等進行選擇，那么這個問題就可以用嘗試法加以解決。 基本的最快下降法就是反向傳播訓練算法，它向網絡反饋輸出結點，用于權重調整，搜索最優、和隱藏結點的權重調整迭代不同，輸出結點的權重調整迭代尤其自身的特點。 通過反向傳播技術的使用，能夠獲取所需的非線性函數的近似值，學習速率參數包含在該算法當中，極大地影響著網絡的特性。

3.2人工智能在交流傳動中的應用

3.2.1 模糊邏輯的應用

一般情況下，在將模糊邏輯運用到交流傳動中時，常規速度調節器被模糊控制器替代。 但是英國 Aberdeen 大學開發的具有多個模糊控制器的全數字高性能傳動系統卻不是這種情況。這些模糊控制器在對常規的 PI 或 PID 控制器進行替代的同時，也用于其他任務。Aberdeen 大學還在各種全數字高動態性能傳統系統的開發只能夠運用模糊神經控制器。 也有人認為，可以使用模糊邏輯對電機的磁通和力矩進行感應。它具有變化著的輸入標定引資。 有關實驗也對所提方案的有效性進行了驗證。 該系統同時使用模糊速度控制器、CRPWM塑變器及 PI 速度控制器，它常常用來對可能的慣性和負載轉矩的擾動進行補償。

3.2.2 神經網絡的應用

在交流電機和驅動系統的條件檢測與診斷中使用神經網絡時，由于 ANN 使用常規反向轉播算法， 因此它在步進電機控制算法的最優化中得到了應用。 該方案依據負載轉矩和初始速度，利用實驗數據，對最大可觀測速度增量進行確定。 這就需要 ANN 對三維圖形映射進行學習。 相比于常規控制算法提醒控制法，該系統的性能更加優良，能夠促進定位時間的極大減少，同時也能夠有效控制負載轉矩的非初始速度及答非為變化。 ANNS 的結構屬于多層前饋型，對常規反向傳播學習算法加以應用。 該系統的構成元素是兩個子系統，一個系統通過辨識電氣動態參數對定子電流進行自適應控制，另一個系統通過辨識機電系統參數對轉自速度進行自適應控制。

4結束語

綜上所述，人工智能是人類制造出來的機器所具有的智能，由感知、思維、行為能力三部分的性能組成。人工智能技術在自動化方面的發展可以促進電氣自動化控制系統的全面進步與發展，有效促進智能理論的全方位運用，從而極大提高人們的生活水平。 參考文獻：