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        淺談嵌入式單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計

        2014-10-17 12:47:08陳曉紅
        企業(yè)導(dǎo)報 2014年14期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        陳曉紅

        摘 要:文章以嵌入式單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計作為研究點,通過介紹其設(shè)計程序,不斷提升其利用效率,以期能為業(yè)內(nèi)外專業(yè)人士提供參考與建議。

        關(guān)鍵詞:嵌入式單片機;自動調(diào)溫系統(tǒng);設(shè)計

        一、嵌入式單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計

        (一)選擇合理的單片機與傳感器。單片機屬于系統(tǒng)中較為核心的部分,對回路控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)功能都起著決定性作用。結(jié)合傳感器的經(jīng)濟性、特點意義質(zhì)量等信息,本次研究以DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為主要選擇。該傳感器屬于單總線類器材,不僅線路較為簡單,且占地面積小,其基本原理是鉑電阻測溫,且相同通信系統(tǒng)的走線上能夠掛數(shù)個傳感器,因此其操作程序較為簡便。同時,DS18B20數(shù)字溫度傳感器還能采集溫度信息,借由走線與單片機連接之后,即可直接集成傳感器和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路[1]。而通過設(shè)定接口,單片機還能和數(shù)個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。這樣的系統(tǒng)模式具備較高抗干擾性,而且還能迅速適應(yīng)周圍環(huán)境。

        單片機將傳輸接口、運算器及控制器等元件功能直接集成到同一個芯片之上,所組成的計算機為單芯片式,盡管數(shù)量較少,但是其功能較為豐富。單片機整體體積較小,只會消耗少量電能,因此在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,且在智能化的發(fā)展進(jìn)程中也具有顯著優(yōu)勢。

        溫度傳感器不僅能夠經(jīng)由電源線直接供電,還能達(dá)到寄生電源的供電目標(biāo),由于其接地端是GND,信號端是DQ,外接電源的輸入端是VCC,因此為了保證傳感器可在特定時間段內(nèi)持續(xù)性供電,可在金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管上拉總線。而采取電源供電方案時,需對主機的控制溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

        (二)暖氣溫度自動調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計。溫度測量電路承擔(dān)著對暖氣溫度進(jìn)行二次測量的職責(zé),本次研究以PT100鉑熱電阻作為主要選擇。該測溫儀表的溫度可控制在-200℃-600℃之間,不僅精度較高,而且復(fù)現(xiàn)性好、信號強以及穩(wěn)定性佳。

        (三)單片機人機接口模塊設(shè)計。人機接口模塊屬于系統(tǒng)和操作者傳輸信息的重要渠道,主要包括數(shù)據(jù)輸入、操作者對系統(tǒng)狀態(tài)的干預(yù)、系統(tǒng)向操作者報告運行狀態(tài)和運行結(jié)果等功能。該模塊在設(shè)計環(huán)節(jié)的優(yōu)劣,會直接對操作程序的直觀性、系統(tǒng)的智能化功能造成直接影響,而人機交換環(huán)節(jié)的常用設(shè)備即顯示器與鍵盤。其中,鍵盤屬于應(yīng)用系統(tǒng)中較為關(guān)鍵的部件之一,不僅可以輸入數(shù)據(jù)進(jìn)單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng)內(nèi),同時還能夠傳遞計算機發(fā)出的命令,在人工對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)的過程中會起著重要作用。鍵盤通常被安裝于控制面板,包括向上、向右、向下、向左、確認(rèn)以及主菜單等按鍵,而為了節(jié)約電能消耗量,通常將液晶顯示器設(shè)置為關(guān)機狀態(tài)[2]。通過按鍵,系統(tǒng)能夠在不同時段內(nèi)分別設(shè)定溫度與時間,同時還能借由按鍵查看設(shè)置情況、時間以及熱量消耗情況等。同時,智能設(shè)備中通常需要顯示相關(guān)測控信息,然而由于設(shè)備體積與功耗等條件具有限制性,因此不建議選用CRT顯示器。

        (四)流量測量電路的系統(tǒng)設(shè)計。流量測量電路以UGN31

        44開關(guān)型霍爾傳感器作為主要選擇,當(dāng)霍爾器件成功輸出電壓之后,該傳感器會對其閾值進(jìn)行甑別與處理,將其無限放大之后,會直接輸出數(shù)字信號,且根據(jù)實際需求確定數(shù)字信號電平值的高低。但是,由于霍爾傳感器所輸出的有效波形并非理想方波,一旦受到外界因素的干擾,就會使波動出現(xiàn)異常抖動,因此對于電路還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼闻c濾波。

        (五)模糊控制。該系統(tǒng)對模塊的控制主要通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算方法實現(xiàn),調(diào)溫通常需要經(jīng)歷三個過程,分別是檢測——實施——效果體現(xiàn),該過程不僅經(jīng)歷的時間較長,而且并非始終保持線性變化,因此在建立數(shù)學(xué)模型時會出現(xiàn)較大難度,其精確性無法得以保證。鑒于此,若要實現(xiàn)對室溫的有效控制,建議選擇模糊控制技術(shù)作為主要技術(shù)類型,通過合理設(shè)定精度,實現(xiàn)對溫度的準(zhǔn)確控制。對于嵌入式單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng),如果設(shè)定溫度趨向于室內(nèi)溫度時,需要及時調(diào)整固態(tài)繼電器導(dǎo)通時間,以此方式不僅能有效達(dá)到既定調(diào)溫效果,還能節(jié)省能源輸出總量,具有較高實踐價值。

        室內(nèi)溫度模糊控制系統(tǒng)以模糊控制器作為其核心,而控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模糊對策、合成推理計算法、控制規(guī)則等直接影響著系統(tǒng)性能。若將室內(nèi)溫度變化率和誤差視作輸入變量,將電磁閥實際開啟程度視作輸出量,在限定輸入狼論域基礎(chǔ)上,將模糊語言劃分成七個不同等級,那么輸出的實際論域會明顯擴大約一倍左右。當(dāng)模糊量取代精確量之后,還可將精確量劃分成幾個不同的檔次,而且每一個檔次和模糊集必須一一對應(yīng)。

        結(jié)束語:自動調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計必然會朝著智能化方向不斷發(fā)展,嵌入式單片機的自動調(diào)溫系統(tǒng)整體精確度也在不斷提升,其調(diào)節(jié)效果愈加顯著。通過使用嵌入式單片機,相關(guān)數(shù)據(jù)可以達(dá)到無線通信標(biāo)準(zhǔn),同時還能對自動化程序進(jìn)行遠(yuǎn)端控制,因此該單片機適用于所有環(huán)境中,且其溫度調(diào)節(jié)也更加精準(zhǔn),具有較高可靠性與穩(wěn)定性,使用前景較為明朗。而在具體設(shè)計環(huán)節(jié),需要設(shè)計人員不斷提高自身操作技能,確保自動調(diào)溫系統(tǒng)充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 張玉良.基于嵌入式DSP的光電平臺圖像自動調(diào)焦控制系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2014,33(07):64-67.

        [2] 楊正校,沈健.一種基于PIC16F877A單片機的智能升降椅的系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機,2014,27(07):147-150.

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