葛 宇

（河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口075000）

0 引 言

暖風(fēng)機(jī)主要供給機(jī)關(guān)、野戰(zhàn)醫(yī)院、機(jī)要通訊、維修等部門(mén)野營(yíng)住帳或其它臨時(shí)性住房時(shí)取暖使用，亦可在固定營(yíng)房使用，除用于取暖外，還可用于通風(fēng)換氣.它主要由燃燒器、燃燒換熱器、控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)等部分組成.控制系統(tǒng)控制著包括燃燒器、風(fēng)機(jī)等在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，是暖風(fēng)機(jī)設(shè)備的核心部分.因此，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)暖風(fēng)機(jī)設(shè)備至關(guān)重要［1］.

本次設(shè)計(jì)暖風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分由上位機(jī)和下位機(jī)及其外圍電路組成.上位機(jī)采用PC機(jī)，通過(guò)與下位機(jī)間的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控；下位機(jī)及其外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、顯示和實(shí)時(shí)控制.這種以單片機(jī)為核心的控制器還可以在不依賴(lài)上位機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)暖風(fēng)機(jī)的獨(dú)立控制.

暖風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)在一定程度上是一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)控制燃燒器、風(fēng)機(jī)等輸出單元達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的.它的加熱對(duì)象是時(shí)變、非線性的系統(tǒng)，很難建立其精確的數(shù)學(xué)模型.模糊控制技術(shù)不用建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，可根據(jù)操作人員對(duì)被控系統(tǒng)的控制經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜业闹R(shí)為依據(jù)設(shè)計(jì)出控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的快速并且穩(wěn)定的控制.因此，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將模糊控制算法引入其中［2］.

上下位機(jī)間通信使用MSComm控件實(shí)現(xiàn)［3］；并采用VB6.0對(duì)上位機(jī)界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使程序簡(jiǎn)單、清晰，為用戶(hù)提供了直觀、友好的管理平臺(tái).

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選取室內(nèi)溫度作為主要被控制量，以燃燒器、風(fēng)機(jī)、預(yù)熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為控制手段.控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.暖風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)選用價(jià)格低廉，性能優(yōu)良的PIC16F876單片機(jī)為核心控制器件，充分利用其提供的軟硬件資源，配以相應(yīng)的外圍電路完成暖風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制［4］.系統(tǒng)硬件電路主要包括：溫度采集電路、人機(jī)接口電路、輸出控制電路、報(bào)警電路以及通訊接口電路.控制器能獨(dú)立對(duì)暖風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)也可以和上位機(jī)（PC機(jī)）進(jìn)行通信.上位機(jī)可以對(duì)暖風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并為用戶(hù)提供直觀、友好的界面.

控制系統(tǒng)由主控制器和遙控器組成.主控制器置于室外，遙控器室放在室內(nèi).一般家用電器遙控器都選用紅外線實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)傳輸.考慮到紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力差，本系統(tǒng)中遙控器和主控制器之間采用屏蔽線作為信號(hào)的傳輸介質(zhì).

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為三部分，暖風(fēng)機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì)、下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì).

模糊控制器維數(shù)越高，則控制越精確、效果越好，但是維數(shù)過(guò)高控制器的結(jié)構(gòu)就會(huì)變得過(guò)于復(fù)雜，數(shù)據(jù)運(yùn)算量大，控制算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較難［5］.本次設(shè)計(jì)采用二維結(jié)構(gòu).系統(tǒng)的輸入變量包括室溫、風(fēng)溫，輸出包括預(yù)熱器、燃燒器和風(fēng)機(jī).表面上看本系統(tǒng)是個(gè)多輸入多輸出（MIMO）的系統(tǒng)，但考慮到控制室內(nèi)溫度的設(shè)計(jì)目標(biāo)及模糊控制的特點(diǎn)，模糊控制器的輸入變量設(shè)定為：溫差e—室溫采樣值與室溫設(shè)定值之差，溫差變率ec—本次溫度采樣值與上次采樣值之差.模糊控制器分為離散式實(shí)現(xiàn)和連續(xù)式實(shí)現(xiàn)兩種.對(duì)于精度要求高、通用性強(qiáng)的系統(tǒng)，采用連續(xù)式實(shí)現(xiàn)，即“在線”計(jì)算相應(yīng)于輸入量的輸出量；對(duì)于存儲(chǔ)量和計(jì)算時(shí)間要求高的系統(tǒng)采用離散式實(shí)現(xiàn)，即將輸入量離散，針對(duì)每一組輸入量計(jì)算其輸出，制成查詢(xún)表進(jìn)行控制［6］.本文中模糊控制器的實(shí)現(xiàn)采用制成查詢(xún)表的方式.模糊控制工作流程如圖2所示.

圖3 主程序流程圖

圖2 模糊控制工作流程圖

在下位機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)中，編寫(xiě)了初始化程序、主程序、中斷程序、溫度采集模塊、按鍵掃描模塊、顯示模塊、輸出控制模塊和通信模塊.主程序是下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的中樞環(huán)節(jié)，是整個(gè)程序架構(gòu)的關(guān)鍵所在.本系統(tǒng)中主程序采用一種類(lèi)似“單片機(jī)中斷響應(yīng)過(guò)程”的程序結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是由事件使能任務(wù)或者說(shuō)驅(qū)動(dòng)模塊的執(zhí)行.該系統(tǒng)有多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)設(shè)置一個(gè)使能標(biāo)志，由相關(guān)事件的發(fā)生使能該標(biāo)志即將標(biāo)志置為“1”.在主程序中查到這個(gè)標(biāo)志為“1”時(shí)執(zhí)行該任務(wù)，將標(biāo)志位清“0”.主程序流程如圖3所示.

上位機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)是在VB6.0平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的，主要包括串口通信和數(shù)據(jù)顯示兩部分.串口通信是通過(guò)引用MSComm控件來(lái)實(shí)現(xiàn)的［7］，數(shù)據(jù)顯示的主要部分是借助VB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，用ADO（ActiveX Data Objects）控件連接到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的.

3 結(jié) 論

本次設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件只是進(jìn)行了仿真測(cè)試，下一步可以制作實(shí)際硬件電路來(lái)測(cè)試.而其上位機(jī)界面只實(shí)現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢(xún)、查詢(xún)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)等簡(jiǎn)單的功能，還可以繼續(xù)設(shè)計(jì)來(lái)完成更多功能.同時(shí)可以考慮用虛擬儀器軟件Lab Windows／CVI來(lái)開(kāi)發(fā)上位機(jī)軟件，這樣可以把采集來(lái)的數(shù)據(jù)用虛擬儀器軟件來(lái)處理分析，把原來(lái)一些用硬件實(shí)現(xiàn)的功能編程用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，既節(jié)省了費(fèi)用又提高了采集的精度.上位機(jī)監(jiān)控部分可以借鑒目前常見(jiàn)的中央空調(diào)的設(shè)計(jì)方案，用帶有操作系統(tǒng)的高性能嵌入式CPU取代上位機(jī)的位置構(gòu)成暖風(fēng)機(jī)的中央控制器，高性能嵌入式CPU可以選擇ARM、FPGA等，操作系統(tǒng)可以選擇μC／OS－Ⅱ、嵌入式Linux等.這樣可以利用高性能嵌入式CPU的以太網(wǎng)接口，將中央控制器的監(jiān)控放在互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)隨時(shí)隨地監(jiān)控.

［1］李俊.高原燃油暖風(fēng)機(jī)的研制［J］.使用節(jié)能技術(shù)，2005，6：54～58

［2］胡愛(ài)蘭.油源恒溫模糊控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)［D］.湖南大學(xué)，2006

［3］殷軍輝，鄭堅(jiān)，馬春庭，那榮智.基于單片機(jī)和MSComm通信控件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2007，7（15）：3702～3706

［4］李寧.基于PC機(jī)和單片機(jī)主從式測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.西安理工大學(xué)，2008

［5］周萬(wàn)利，基于模糊控制算法的船用鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的研究［D］.哈爾濱工程大學(xué)，2008

［6］劉宏偉，基于單片機(jī)的模糊控制方法及應(yīng)用研究武［D］.漢理工大學(xué)，2007

［7］朱桂鳳，田鶯，田宇，基于 MSComm的串口通訊及PLC系統(tǒng)監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（6）：1101～1105