時間：2023-03-03 15:58:05
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系統構成，以夏季空調制冷為例：通常中央空調的循環水系統關鍵是包括著兩個水循環系統，也就是使用敞開式系統冷卻水循環系統以及使用封閉式系統冷凍水循環系統，以及制冷機組和風機盤管與冷卻塔。需要進行降溫的房間之內會裝設風機，這里的風機關鍵是進行冷空氣吹入至房間，進而能夠促使房間內熱交換程度加快便于實現降溫。工作原理，為了能夠促使室內溫度保持在一個非常舒適的范圍之內，冬季的室內溫度過低時中央空調體系會把循環熱水送進風機盤管中，再將室外的低溫空氣進行循環經過風機盤管時，對應低溫空氣同樣是和風機盤管鋁片實行熱交換來把風機盤管鋁片熱量傳送于低溫空氣中，促使低溫空氣在進行加熱之后送進房間之內，促使其室內溫度得以有效升高；在夏季的室溫過高時，中央空調系統就會運用水泵把經過制冷器主機所提供的冷凍水循環式送進風機盤管內，以便于在溫度降低時風機盤管之內鋁片及循環進的室外高溫空氣進行接觸時能夠展開熱交換，最終將所得到的冷空氣送進室內進行降溫。
2基于LonWorks的中央空調智能控制系統
該空調機組所控制的相關現場總線系統工作原理是溫濕度控制器測出溫度以及濕度之后，再經過運算得到對應閥門調節輸出，此時的輸出是經過Lon網絡送至對應智能閥處以產生閥門開度。智能閥數量以及空調系統結構有著極大的關聯。開關量控制器是用在啟停機組上的，以便于有效監測空調實時狀態以及進行警報。
2.1系統硬件設計
關于智能閥門設計，相關智能閥門應該是直接連接于Lon網絡之上的，并經過Lon總線接收其閥門的開度指令，此指令是以網絡對應變量形式出現的。智能閥門關鍵硬件設計，從某種程度上來講智能閥門是要求對應運算量和儲存容量較少的，所以運用了神經元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的雙絞線變壓器耦合收發器，還有其電源是運用了LM2575式的降階電壓調節器芯片，其在進行濾波之后可以獲得非常穩定的+5V電壓，串行A/D轉換器是使用TCL1549芯片，這樣可以充分的滿足于對應閥門開度有效控制精確度，繼電器是使用了JGX-1F型式的固態繼電器，該型號的繼電器驅動能力較大且生命周期較長。
2.2溫濕度控制程序軟件有效實現
溫濕度控制器是最關鍵的主控制器，其是要求具備較大儲存空間以及處理能力，所以是使用了3150CPU模塊。關于溫濕度控制程序軟件的實現應該分為兩大部分，節點內部功能，這包括著相關模擬量采集以及處理和顯示，并且具有四個PID回路，可以充分的達到參數修改以及運算和網絡變量形式輸出結果至其余控制器或者是智能閥處；還有就是主控制器，也就是溫濕度控制器務必要具有及上位機可以通信的功能。依據其工藝技術的要求，溫濕度控制器之內具有專門開辟的儲存區域，這是存放上位機組態之后所形成的相關程序鏈，并且控制器經過詳細分析程序能夠對儲存區域之內各類數據展開分析，再合理的調用子程序來充分實現各類功能及完成控制。
3中央空調節能理論分析
中央空調系統是經由制冷主機以及冷卻泵和冷凍泵，還有冷卻塔風機和風機盤管所組成的。應該說其制冷主機是經過壓縮機來促使制冷劑快速冷凍循環水溫度降低，通常通過制冷主機進行制冷之后的水溫度大約是7攝氏度，這也是中央空調的冷源提供場所。冷凍水泵主要是將冷凍水進行加壓至空調系統的對應末端系統，冷卻水是經過冷卻水泵將對應制冷主機中熱量充分帶走，通過冷卻塔將這些熱量有效的釋放至空氣中，之后就會回到冷水機組中。冷卻風機能夠合理的帶動空氣進行快速運動，經過空氣帶走冷卻水熱量，同時能夠有效促使蒸發以致水溫迅速降低。溫度降低之后相關冷卻水會進行再次循環，并進入制冷主機中，再次帶走制冷機所存在的多余熱量。中央空調系統可以說是多變量復雜且時變的系統，相關過程要素主要是非線性以及大滯后、強耦合的關系。模糊控制是基于模糊集合論以及模糊語言變量、模糊邏輯推理的計算機智能化控制理論，能夠充分的適應于中央空調各個方面控制要求及需求。模糊控制下的變頻調速技術能夠充分達到中央空調水系統極好的溫差變以及壓差變和流量變的運行模式，可以促使控制系統具備極高跟隨性以及應變能力，還能夠依據相對被控制的動態過程特性識別來自主調節其運行參數，以便于得到最優化控制效果。模糊控制能夠充分地適應于多變性特征，不過也正是因為該類復雜非線性才促使模糊控制極好地控制并克服了對應被控中央空調各個方面的要求及需求，進而實現極高的控制能力以及最佳運行狀態。停機控制也就是確保空調區域完成運作后還能夠具備較為舒適的環境，并有效計算出能夠提前停止空調的最長時間。并且，在停止運用空調區域之前就有效控制區域空調關閉。
4結束語
1．1控制系統總體結構
為了滿足廢墟災難環境中的控制需求，設計了蛇形機器人控制系統。控制系統上層是監控系統，通過ZigBee無線模塊給主控系統發送控制蛇步態的指令，如蜿蜒、蠕動、翻滾、分體等。主控系統的音視頻信息和慣導、溫度、濕度、壓力、有害氣體等傳感器信息分別通過1．2G無線收發模塊和ZigBee模塊傳輸給監控系統顯示。主控模塊通過ZigBee無線模塊與從控系統進行通信，以控制其實現相關的步態。
1．1．1主控系統
主控系統主要由ARM核微處理器STM32、無線通信模塊以及傳感器組成。主控系統通過無線模塊接收監控系統的控制指令，并根據指令決定搜救機器人的運動步態、運動方向以及到達目標的位置;傳感器收集災難環境中音視頻、溫度、濕度、有毒氣體以及紅外測距信息，微處理器根據測距信息選擇合適的運動步態，并將控制指令通過無線模塊發送給從控系統去執行。
1．1．2從控系統
從控系統使用了和主控制器一樣的高速ARM處理器，可同時控制18路PWM舵機。從控系統通過ZigBee無線模塊從主控制系統獲得控制指令，通過PWM信號控制關節機構運動。
1．2步態控制
Serpenoid曲線用來規劃蛇形機器人的運動軌跡，并確定搜救機器人的驅動函數。
2實驗平臺
2．1蛇形機器人簡介
該機器人具有如下幾個特點:1)采用3D打印而成，既縮短了加工周期又節約了成本;2)通過ADAMS軟件仿真，進行了機械結構設計，直線長度為2m，具有6個正交關節和1個分體機構，腿部具有變形機構，可以進行站立、臥倒、蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等步態;3)機器人采用6V，4500mAh的電池供電，確保機器人能夠連續運動0．5h以上。
2．2平臺搭建
按照前文所述，搭建了柔性變形蛇形機器人控制系統的整套硬件電路。
3實驗結果
3．1通信實驗
蛇形機器人上位機監控界面，上位機通過遠程監控搜救機器人自主移動、翻越障礙物、爬坡等實驗，通過無線模塊實時傳輸機器人所處環境的各種傳感器信息，并能綜合各種環境信息通過無線模塊控制機器人運動。實驗驗證了蛇形機器人控制系統可實現多信息的實時準確無線通信，能夠滿足復雜搜救環境的通信需求。
3．2移動性能實驗
經過多次實驗，不斷地調試分別實現了自主柔性變形蛇形機器人蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等平面和立體運動步態，運動平穩，曲線平滑，蜿蜒運動速度可達0．5m/s。通過穿越狹小空間、翻越障礙物、爬坡等試驗，驗證了蛇形機器人在不同的環境中，具有良好的多步態運動穩定性和自主移動性能。蛇形機器人在模擬災難場景中的各種運動步態。
4結束語
1國內外成功應用案例研究
1.1國內應用
（1）上海截至2011年底，上海中心城快速路路網里程數穩定在141.0km，基本采用高架形式。至2009年，上海浦西地區快速路88個入口匝道中有70多個實施了匝道控制，除了武寧路實施了匝道調節控制，其他都為匝道開關控制，其中部分入口預留了匯入控制功能。浦東中環8個匝道及A1的11個匝道實施匝道控制，其中17個入口匝道為開關控制，并預留遠期匯入控制功能，1個入口匝道實施自適應匯入控制，1個出口匝道實施可變車道控制。近期，在楊高路上匝道，匯入南浦大橋的入口處，浦東張揚路上匝道與進入楊浦大橋的主線，設置了挑桿信號燈控制。上述匝道控制在關聯道路上布設“固定文字+可變文字”可變信息標志，在匝道入口及高架路段上設置了交通流情報信息板，目前系統運行良好。上海市快速路出入口控制系統開關控制較多，有交通引導信息/交通監控設備，電子警察設備。2005年上海快速路匝道實施控制系統后，交通量和平均車速均有一定程度的提升，特別是在內環高架內圈武夷路入口匝道實施自適應匯入控制后，更是取得了很好的控制效果，充分體現了匯入控制的優越性。試驗區域主線流量提高了1.1%~23.2%；主線平均車速提高了11.1%~84.6%，主線擁堵時間減小了22.8%~76.5%，縮短了主線車輛排隊長度，改善了快速路主線的交通狀態。上海快速路出入口控制系統改善了快速路主線的交通狀態，同時，快速路控制系統的交通信息和誘導設施均衡了交通需求，提高了快速路系統和區域路網的服務水平。（2）北京北京快速路由二、三、四、五環和11條聯絡線組成，長達360km，承擔著全市50%以上的交通流，快速路出入口密集，平均間距僅為318m，是世界上最復雜、控制難度最大的快速路。北京快速路與呼市類似，即為地面快速路，兩側設置地面輔路，快速路出入口加減速車道較短，從輔路匯入分流。針對這一結構和特點，北京市公安交管局自主研發了快速路出入通流特性分析、快速路多節點OD建模技術和給予主輔路占有率映射算法的交通控制策略，以及城市快速路交通控制技術。基于上述技術建成的快速路交通控制系統，利用設置在快速路主要出入口的信號燈，依據對快速路主輔路流量信息的檢測實施占有率控制，智能控制快速路出入口的開啟和關閉。北京的地面快速路+輔路形式使得其匝道控制與上海有很大的不同。出入口控制方式包括入口開關控制、入口匯入控制、出口輔路信號控制，配有交通監控系統。北京快速路出入口控制系統有效提高了北京快速路網的承載能力、交通管控能力和城市抗風險能力，快速路網日均時速提高6.92%。
1.2國外應用
（1）美國美國采用“stop-and-go”（停-走）交通信號，控制進入高速公路主線車輛的頻率。華盛頓大多數的快速路出入口匝道調節允許每次綠燈通過1輛車，最多不超過3輛，調節率大概在4~15s之間，這樣的間隔可以保障進口匝道的匯入交通受到一定的阻滯，減少高速匯入時容易產生的刮擦、碰撞等事故。美國亞特蘭實行固定周期式匝道調節，但是如果排隊檢測器檢測到預設的排隊長度極限值，匝道調節的速度將會被提高，周期縮短，以盡快地減少排隊。在美國快速路控制系統采用需求-容量控制策略較為廣泛。需求-容量控制策略是以交通量為控制參量，通過調節進入快速路的交通量，使得進入快速路的交通量與上游交通量之和不超過匝道下游的通行能力，保證主路下游交通量維持在其通行能力之內，最大限度利用快速路。華盛頓實施匝道調節后，該地區高速公路全范圍內事故發生率降低30％，在Renton的I405高速公路，匝道調節使得平均行程時間減少了3~16min，匝道調節是一種比較有效地緩解交通擁擠的控制手段。（2）歐洲歐洲的高快速路出入口匝道控制一般是車隊放行，每次綠燈信號放行匝道車輛數不確定，但每次最多放行的車輛數有限制，一般不超過9輛，控制策略中的紅燈時長和綠燈時長都是變化的。歐洲的快速路系統大部分采用ALINEA控制算法。ALINEA控制算法屬于線性狀態調節，由Papageorgiou在1991年提出。它通過調整匝道調節率使得其下游主線的占有率盡量維持在理想狀態，是經典控制理論的應用，現在歐洲很多國家在該算法的基礎之上進行了許多不同的改進，在實際應用中也得到了很好的效果。
1.3應用小結
通過國內外的快速路出入口控制系統，可以看到出入口匝道控制是比較常用的控制方法。它通過限制入口匝道匯入主線的車流量，達到減少主線交通擁堵的目的，通過控制出口匯出輔路的交通流，使主線的交通流可以更快地離開主線。快速路匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸。為達到此目的，在進行匝道信號控制時應從城市快速路的交通特性、控制策略、配時方法及協調效果幾方面加以考慮。在出入口控制算法方面，對于在美國得到廣泛應用的需求-容量差額控制方法，還存在著一些不足。由于該方法僅僅檢測交通量的值，所以不能夠判斷快速路主線是擁擠還是自由流的狀態，并且算法采用開環控制，不能把控制后的微小變化再反饋給系統進行優化，因此，往往無法達到理想的控制效果。歐洲采用的ALINEA算法研究表明，即使算法中的值在很大范圍內變動，系統也能保持一個良好的性能，說明ALINEA算法的穩健性較好。此外，ALINEA算法的可移植性強，如果外部交通條件變化，只需要調整目標占有率的值，而且控制算法簡單，易于實現。目前它成為實際應用中非常成功的一種單點動態控制方法，在實際中還有許多的應用對該方法進行了改進。
總之，快速路出入口控制方法的效果取決于多種因素，交通特性、道路條件、匝道分布等多種因素都會影響到控制算法的適用性。即使是同樣的控制算法，其控制參數的取值往往也會在很大程度上影響控制的效果。從本質上講，入口匝道控制是對主線交通與入口匝道交通進行調節，方案的可行性與當地道路交通條件緊密相關。呼市快速路系統和國內外其他城市的快速路相比，有自身的特點和情況，主要表現為：（1）以主輔路布置形式為主，部分路段采用高架、地下隧道、半地下路塹形式；（2）快速路網少，承載的交通流量大，主線交通流量、匝道需求將常處于飽和運行狀態；（3）匝道布置間距較小，主輔路之間的合流、分流成為影響主線運行狀況的一個重要因素；（4）周邊路網發達，匝道車輛的可行替代路徑較多。所以應該在總結國內外其他城市快速路出入口控制系統的前提下，結合呼市自身的實際情況，選擇符合需求的快速路出入口的控制系統。
2快速路出入通管理控制系統設計
2.1系統目標
目前呼市快速路正在建設，出入口的現狀道路基礎條件、線形較好，存在著出入口控制系統實施可行性較好的地點。通過綜合考慮各方面因素（科學性及實用性），應用比較成熟的技術，吸取北京上海經驗，可以在呼市快速路出入口實現出入口控制，體現出入口控制的效果、優勢。經過對呼市快速路網的布局和交通控制系統現狀的深入分析，建立呼市快速路出入口控制系統，可實現以下目標：（1）保證主路基本暢通、輔路不至于產生嚴重的交通擁堵；（2）改善出入口匝道車輛的行駛秩序，確保車輛行駛安全；（3）對快速路及其關聯區域進行協調控制，有效使用地面道路的容量；（4）保證大型活動、緊急事件等非常態的快速路骨架路網作用；（5）與其他系統協同，提高對道路交通的誘導能力和綜合調控水平。
2.2系統功能需求
目前呼市二環線以內路網密度較大，但高峰時間交通擁堵嚴重，其中一個重要原因是呼市交通信息管理系統不完善，出行者無法及時查詢或獲取路況信息，導致交通需求分布失衡。因此，呼市快速路出入口管理與控制系統功能主要集中在幾個方面：中心控制、出入口多級調控、出入口信號協調、快速路交通信息采集、快速路信息、系統關聯、快速路信息查詢。呼市快速路出入通管理控制系統可分為三個層次：策略層、管控層、執行層。三個層次相互協調，實現系統信息采集、多級調控、日常管理和系統關聯的功能[3]。
2.3控制管理中心
管理控制中心分為硬件設備和軟件設備兩大部分。其中，硬件部分按功能分為數據庫服務器、管理端設備、以太網傳輸網絡設備和不間斷電源（UPS）等幾個部分；軟件部分分為系統軟件、數據庫軟件、數據處理軟件、管理平臺軟件等[4]。快速路出入口控制中心局域網系統是系統集成和管理協調系統的基礎平臺，是一個分布式計算機平臺，包括基礎平臺服務、分布式計算和對象服務、公共設施、共享領域服務以及應用，可以讓不同的軟件對象跨網絡、跨操作系統進行互操作，滿通信息的與查詢、訪問。
2.4系統控制方法和算法
根據以往研究，快速路控制系統匝道進出口的主要控制方法包括單點信號燈控制、單點開關控制、多匝道協調控制、快速路干線控制、區域控制、路由控制和不同控制方式的協調控制等[3]。目前呼市二環線快速路匝道相距較近，主線為雙向六車道，沿線相交道路高峰時間交通流量大，擁堵嚴重。因此，針對呼市快速路交通瓶頸形成原因，快速路出、入口匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，平峰時間采用單點控制，高峰時間采用整體協調控制方法，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸，并有效利用輔路容量。建議呼市快速路與常規道路信號控制綜合考慮，形成快速路、區域信號控制協調控制系統，提高快速路的抗風險能力和消散阻塞的能力。進一步確保快速路系統的高速、高效、安全和舒適性。根據呼市快速路道路網設計和出入口布置形式，建議呼市快速路出入口控制算法可以結合采用改進型的ALINEA控制算法、需求-容量差額控制算法、占有率控制算法和定時控制算法。針對呼市快速路道路網不同的道路條件、交通狀況，采用不同的快速路出入口控制算法，將幾種控制算法相互結合，針對不同的適用條件和系統實際運行狀況選擇合適的快速路出入口控制算法策略[5]。
2.5出入口信號協調控制
由于快速路出入口的控制有很多的限制條件，對于不同的路段和車流量，出入口控制的效果也會有很大差異。其中對出入口控制影響最大的還是出入口是否有較多的道路空間資源可以儲存出入口控制造成的排隊。對于呼市部分快速路出入口間距較小的路段，將快速路出入口控制和快速路上下游交叉口控制結合起來，實行協調控制。快速路出入口協調控制從區域路網的角度上，將快速路和普通道路進行銜接和整合，制定協調控制的策略和方法，將快速路出入口和上下游交叉口控制作為一個整體控制系統，從整體路網的角度出發，制定統一的協調控制目標。從而更好地提高整個道路系統的運輸效率[6]。
2.6誘導信息系統
用于快速路出入通信息，對交通流進行有效地引導分流。入口控制信息情報板能夠接受匝道控制器的指令，在可變文字顯示部分以不同顏色顯示“匝道開放”、“匝道關閉”、“匯入調節”等匝道控制內容，以及“主線暢通”、“主線擁擠”、“主線堵塞”等交通狀態信息[7]。目前呼市尚缺少交通誘導信息系統，導致交通高峰期間部分路段和區域非常擁擠，而有些道路上車流量很少，道路資源未得到有效利用。
3結語
系統以MSP430F2616微控制器為核心，這款單片機有良好的低功耗性能，適宜開發家用電子產品。當系統上電運行后，WSN節點會通過濕度測量模塊對當前濕度進行采集，濕度測量模塊選用HS1101濕敏電容與NE555構成多諧振蕩器，以此將空氣濕度變化轉變為電容值的變化，單片機通過采集多諧振蕩脈沖頻率，可得到濕度值。STC12C5A50S2單片機獲得濕度值后，通過NRF24L01傳遞給主控單片機并顯示于TFT液晶，用戶可通過按鍵（“加濕開”、“加濕關”、“干燥開”、“干燥關”“、復位”）進行人機交互。濕度數據與預設濕度范圍相比較，若超出范圍，MCU可通過控制繼電器來驅動加濕與抽濕執行機構。此外，主控系統擁有華為GTM900-CGSM通信模塊，支持短信查詢功能，用戶可借由手機軟件平臺對濕度進行查詢與控制現信息的遠距離傳輸與閉環控制。為滿足系統供電需要，選用220V-12V電源適配器進行供電輸入，作為加濕器，抽濕器電源；開關集成穩壓芯片LM2596輸出5V為單片機、NRF24L01模塊、TFT液晶邏輯供電；線性穩壓元件LM1117穩壓輸出3.3V為無線主接收模塊、TFT液晶背光供電。
2系統軟件設計
主程序開始，先初始化各個模塊，然后等待命令，若有命令則判斷是控制命令還是查詢命令，若為查詢命令，則向客戶端發送信息，若為控制命令，執行控制動作；若無控制命令，判斷無線接收數據，若有則做數據處理，若無則數據更新顯示，并返回等待命令。
3實驗測試及分析
3.1測試方案
系統測試采用先模塊單獨調試再系統聯調的方法。①測試電源模塊的輸出，得到功率，電壓電流信息。②硬件仿真測試單片機，測試液晶顯示是否正常。③濕度傳感器測試濕度是否采集值成正比，同時測試加濕干燥機構在供電正常情況下能否正常工作。④用PC機的串口調試和GSM模塊之間串行通信。⑤整機系統連接好，重復以上步驟，測試數據接收。通過以上測試，可判斷整機運行是否正常。
3.2測試數據
測試數據包括以下四部分：①通過萬用表測試電源模塊的輸出：+5V和+3．3V的誤差在±0．1Y以內，接上所有負載后輸出的電流達1A；②通過設置不同的標準狀態值：測試到系統的超標自動發送短信至終端功能正常；③終端發送查詢指令至系統：測試到手持機終端接收到的數據和TFT液晶顯示屏顯示的數據完全吻合；④終端發送控制信息至系統：得到動作與指令相同。
3.3結果分析
經過各項性能的測試，系統指標和參數基本達到預期的效果，如果能考慮到實際的能效，系統將更加完善。
4結束語
BY－150型種子包衣機是一種智能化的種子精細加工包衣處理設備，主要由種子定量供給組件、定量加液組件、定量加粉組件及電氣控制系統等部分組成。精確控制供種量、進液量和進粉量三者的比例是包衣流程的關鍵。設備開啟時對種子進行質量設定，然后打開進料門，將種子加入稱重桶內;在稱重操作完成后，打開下料門，種子進入混合桶中;加液管依次打開液閥、氣閥，將藥液定量注入到混合桶內，同時包衣藥粉在推進螺桿機構的控制下進行定量加粉;經過一定時間的攪拌混合后，打開出料門，將處理后的種子送出，完成整個包衣流程。在整個包衣流程中，通過稱重桶內的高精度稱重傳感器對供種量進行檢測;通過加液管內的液位傳感器對進液量進行檢測。各傳感器在測點處輸出的信號量可作為包衣流程中各動作開啟和完成的標志，保證包衣流程的有序進行。通過定時器控制勻速旋轉的加粉電機，即可實現藥粉投放的定量控制。
2檢測控制系統硬件設計
2．1系統總體結構
綜合包衣機的工作流程，整個檢測控制系統主要由包衣機控制主板、多傳感器信號檢測板、執行器控制板和液晶觸摸屏構成
。多傳感器信號檢測板實現對稱重傳感器和液位傳感器信號的采集;執行器控制板可實現對電機設備啟停的開關量控制;用戶通過液晶觸摸屏進行包衣參數設置、包衣過程啟停、包衣狀態顯示等操作。包衣機控制主板采用RS－485方式與多傳感器信號檢測板和執行器控制板進行通訊，采用RS－232方式與液晶觸摸屏進行通訊。
2．2包衣機控制主板
包衣機控制主板選用RealARM6410開發板。該開發板以ARM11內核的S3C6410芯片作為控制核心，包含電源模塊、晶振模塊、復位電路、485通信模塊和232通信模塊等外部設備，可以裝載和運行LINUX操作系統，具有處理運算能力強、耗電低、擴展性強等特點。將RealARM6410開發板作為包衣機的控制主板，可以很好地保證系統在包衣過程中的可靠性和穩定性。
2．3多傳感器信號檢測板
多傳感器信號檢測板選用意法半導體公司出產的32位高性能STM32F103C6T6作為微控制器。該微控制器的核心是ARMCortex－M3處理器，最高CPU時鐘為72MHz，具有良好的精密性、可靠性和運算速度。本設計中針對供種量和進液量兩種參數信息，分為兩個檢測模塊進行硬件開發。
2．3．1供種量檢測模塊
供種量檢測模塊包含2路稱重傳感器信號放大電路用以檢測稱重桶中種子的質量，原理如圖3所示。本設計中采用上海大和衡器有限公司出產的UH－53型稱重傳感器，該傳感器具有準確度高、抗偏載能力強和長期穩定性好等優點。為了增加檢測模塊的抗干擾性，保證種子質量的檢測精度，采用AnalogDe-vices公司具有低噪聲、低失調電壓和高共模抑制比特點的AD8608型CMOS精密運算放大器構成兩級差分放大電路。放大電路第一級由兩個同相輸入運算放大器電路并聯，第二級串聯一個差分輸入的運算放大器。這樣的連接方式可以很好地抑制輸入電壓中的共模成分。參照稱重傳感器的額定輸出，可以取放大倍數為500倍。為了減少第二級運放共模誤差造成的影響，第一級運放的增益要盡可能高。因此，將第一級放大倍數設定為500。經過取值和計算。放大電路的輸出端經過一個分壓電路后，接入STM32芯片上帶有A/D轉換通道的I/O接口。
2．3．2進液量檢測模塊
進液量檢測模塊包含上液位和下液位傳感器檢測電路。Uup為上液位傳感器信號，Udown為下液位傳感器信號。Control1為控制主板發送的補液信號，Control2為控制主板發送的加液信號。動作執行之前Control1、Control2都為低電平，以加液動作為例，當液面高于上液位傳感器時，Uup、Udown都為低電平。Uup通過光耦開關電路，在PA3處輸出高電平到STM32芯片的I/O接口上;Udown通過光耦開關電路，在PA4處輸出低電平到到STM32芯片的I/O接口上。此時Control2發送一個高電平信號，使RS鎖存器2輸出高電平，經過繼電器驅動電路后使加液電機運轉;然后使Control2變回低電平，在液面介于上下液位傳感器之間時，Uup為高電平、Udown為低電平，PA4處仍為低電平，使RS鎖存器2的輸出保持之前的高電平狀，加液電機保持運轉。當液面低于下液位傳感器時，Uup、Udown都為高電平，PA4變為高電平，使RS鎖存器2輸出低電平，加液電機停止;在此過程中補液電機一直保持停止狀態，直到單片機通過Control1發送補液信號時再進入補液動作。通過采用主板信號控制動作啟動、傳感器檢測電路直接控制動作結束的方式，可以有效避免藥液的過量添加，保證了進液控制的穩定性。
2．4液晶觸摸屏
液晶觸摸屏采用廣州微嵌計算機科技有限公司的WQT系列產品，它由400MHz的ARM9高速CPU、數字LED背光顯示和高精度電阻式觸摸屏等部分構成，有良好的兼容性和友好的人機操作界面。該液晶屏具備數據顯示、數據監控和觸摸控制等基本功能，并且采用雙口獨立通訊，可通過自定義的通訊協議實現與主板之間的信息傳輸。
2．5執行器控制板
執行器控制板采用與傳感器信號采集板相同的STM32F103C6T6微控制器，通過設計繼電器驅動電路，實現對加粉、門控等電機啟停的開關量控制。開關量控制信號經由一階RC低通濾波器和線性光電耦合器組成的電路后，可有效地濾除信號中的干擾成分。控制信號通過三極管進行放大，可驅動繼電器的開合。
3檢測控制系統軟件設計
包衣機在開啟電源并初始化完成后，通過液晶觸摸屏設置包衣流程的總批次、種子質量以及種藥混合時間等包衣參數。在包衣機控制主板系統平臺上進行軟件開發，每隔一定時間在485總線上采用輪詢的方式與多傳感器信號檢測板和執行器控制板進行通信;系統參照用戶設定的各項參數以及稱重和液位傳感器實際檢測到的參數信息，發送電機控制命令，進行各批次的種子包衣處理動作;每個動作之間通過適當的延時銜接，可實現包衣機各工作部件的有機組合和包衣流程的有序進行。
4結論
PMM8713功能介紹
PMM8713是專用的步進電機的步進脈沖產生芯片,它適用于三相和四相步進電機。如圖1所示PMM8713的引腳,Cu為加脈沖輸入端,它使步進電機正轉,Cp為減脈沖輸入端,它使步進電機反轉,Ck
為脈沖輸入端,當脈沖加入此引腳時,Cu和Cp應接地,正反轉由U/D的電平控制,EA和EB用來選擇勵磁方式的,可以選擇的方式有一相勵磁、二相勵磁和一二相勵磁,ΦC用來選擇三、四相步進電機,Vss為芯片工作地,R為芯片復位端,Φ4～Φ1為四相步進
脈沖輸出端,Φ3～Φ1為三相步進脈沖輸出端,Em為勵磁監視端,Co為輸入脈沖監視端,VDD為芯片的工作電源(+4～+18V).其具體的原理框圖如4-3-4所示:
4.4顯示電路與鍵盤的選擇
顯示電路的用8279芯片來驅動，8279芯片分別接兩排顯示器，每排為4位顯示，分別用來顯示步進電機的實際轉速與給定轉速。
8279與CPU的連接框圖如4-11所示：
8279芯片的具體介紹如下；
1)DB0～DB7：雙向數據總線。在CPU于827數據與命令的傳送。
2)CLK：8279的系統時鐘，100KHZ為最佳選擇。
3)RESET：復位輸入線，高電平有效。當RESET輸入端出現高電平時，8279被初始復位。
4)/CS：片選信號。低電平使能，使能時可將命令寫入8279或讀取8279的數據。
5)A0：用于區分信息的特性。當A0=1時，CPU向8279寫入命令或讀取8279的狀態；當A0為0時，讀寫一數據。
6)/RD：讀取控制線。/RD=0,8279會送數據至外部總線。
7)/WR：寫入控制線。/WR=0,8279會從外部總線捕捉數據。
8)IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。當FIFORAM緩沖器中存有鍵盤上閉合鍵的鍵碼時，IRQ線升高，向CPU請求中斷，當CPU將緩沖器中的輸入鍵數的數據全部讀取時，中斷請求線下降為低電平。
9)L0～SL3：掃描輸出線，用于對鍵盤顯示器掃描。可以是編碼模式（16對1）或譯碼模式（4對1）。
10)～RL7：反饋輸入線，由內部拉高電阻拉成高電平，也可由鍵盤上按鍵拉成低電平。
11)FT、CNTL/STB：控制鍵輸入線，由內部拉高電阻拉成高電平，也可由外部控制按鍵拉成低電平。
12)TB0～3、OUTA0～3：顯示段數據輸出線，可分別作為兩個半字節輸出，也可作為8位段數據輸出口，此時OUTB0為最低位，OUTA3位最高位。
13)消隱輸出線，低電平有效。當顯示器切換時或使用消隱命令時，將顯示消隱。具體芯片理框圖如4-4-1所示：
鍵盤的連接一般有兩種方式，一種是獨立式鍵盤；一種是行列式鍵盤。獨立式鍵盤就是各個鍵相互獨立，每個鍵盤接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態來確定那個鍵按下。這種鍵盤的輸入線較多，結構復雜，一般適用于按鍵較少操作速度較高的場合。而行列式鍵盤是由行和列線交義組成，一般用于按鍵較多的場合。本次設計一共用9個鍵因此采用行列式鍵盤。具體的原理圖如4-4-2所示:
圖4-4-2鍵盤連接圖
顯示電路的選擇
顯示電路選用兩排LED顯示，每排分別為四位。能滿足設計的要求，轉速范圍為0至1000。LED顯示電路有兩種接法，一種為共陰極，一種為共陽極。原理圖如4-14所示:
、
4.5反饋電路的選擇
應選用光電編碼器作為反饋元件，光電編碼器與步進電機是同軸的輸出經過放大送到計算機。并通過顯示器顯示出步進電機的實際轉速。關于光電編碼器的說明如下；
4.5.1光電編碼器原理
光電編碼器，是一種通過光電轉換將位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。
圖4-5-1光電編碼器的原理圖
根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。
本次設計用絕對式編碼器其原理如下：
絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心磁道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環二進制（格雷碼）方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可采用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。它的特點如下：
1)可以直接讀出角度坐標的絕對值；
2)沒有累積誤差；
3)電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數，目前有10位、14位等多種。
4.6電源電路設計
本次設計用了+5V、+12V電源，采用的是78系列的集成固定三端穩壓管。78系列集成穩壓器輸出穩定，漂移小，精度也比較高。其內部也有完善的保護電路。它有風部過流保護，保證輸出電流部會超出最大允許值；它有內部熱保護電路，如果輸出管的結溫達到允許的最大值，它會知道減小輸出電流；它內部還有工作區限制電路。使穩壓器的工作臺不進入不安全區。因此，它的可靠性高。另外，它只有三條引腳，移位輸入，移位輸出，移位公共端，使用起來很簡單。
1.變壓
電源變壓器將220V的交流電壓變為所需的交流電壓值。因為在整流、濾波和穩壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高2V~3V。
2.整流
整流電路將交流電壓變為脈沖的直流電壓，常用的整流電路有單相半波，全波，橋式和倍壓整流電路。這里采用單相橋式不可控整流電路。
3.濾波
濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗元件組成。如要負載兩端并聯電容或與負載串聯電感L。以及C和L組合而成的各種復式濾波電路。因為電容濾波電路簡單，負載直流電壓較高，波紋較小，所以我們采用的是電容式濾波。
4.穩壓
穩壓的作用電當電網電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定。本設計采用三端集成穩壓器，常用的是7800系列和7900系列。前者是三端固定正輸出集成穩壓器，后者是三端固定負輸出極集成穩壓器，整流后的輸出波形與純直流相差甚遠，須經濾波才能作直流電源用。最常用的元件是電容。整流輸出的電壓升高時，輸出的電流一面供給負載應用，一面給濾波電容充電。當整流輸出電壓開始下降時，電容向負載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。
下面以電源+12V為例介紹一下電路的工作原理：
圖4.6+12電源電路圖
220V，50HZ的交流電壓變壓后，輸出+15V左右的交流電壓其頻率仍為50HZ，交流信號經橋式整流電路進行全波整流，然后，經電解電容濾波。最后，經CW7805（三端固定穩壓器）輸出的便是一個平穩的+12V的直流電壓信號。電容C4和C5的作用是濾高頻波和抑制自激振蕩。
4.7抗干擾設計
由于系統中不可避免會從外界引入干擾，影響系統的控制精度，使系統的穩定性變差，故采用了硬件和軟件抗干擾措施。
1.干擾對微機的作用可分為四部分：
①輸入系統：它使模擬信號失真，輸入數據信號出錯。
②輸出系統：使各輸出信號混亂，不能反映微機系統的真實輸出量。從而導致一系列嚴重的后果，同時，還把現場的高電壓設備與主機隔離，防止出現高頻干擾現象。
③微機控制的內核，使三總線上的數據信號混亂，CPU得到錯誤的數據信息，使運算操作數失真。
④電源系統：我們設計所采用的芯片都由直流穩壓電源供電。這些直流穩壓電源都是由220伏轉化而來，有可能產生波動現象。使電源的壓降上升或下降，對主機運行產生干擾。
2.本次設計采用的硬件抗干擾措施有：
①在電路排列方面，模擬電路和數字電路之間集中在一起，器件之間盡量縮短距離減小寄生電容。
②在線路設計中，將所有器件的模擬地線和數字地線都區分開，兩者的地線不要混亂，分別與電源地線相連。
③電源系統的干擾大部分是高次諧波，然后接穩壓器件，以保持電源穩定。
④采用分散獨立功能模塊供電，在每塊系統功能模塊上用集成三端固定穩壓器如7805、7812、7815、7915等穩壓源，而且也減少了公共阻抗的相互耦合，大大提高了供電的可靠性。
3.程序監視系統中的抗干擾（電源部分）
WATCHDOG本身能獨立工作，基本上不依賴于CPU，當電源受干擾而掉電時，WATCHDOG自動產生中斷。使CPU備用電源起作用，對CPU正在執行的數據進行保護。
4.8看門狗電路
工業環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現，而最終造成系統故障的多數現象為“死機”。究其原因是CPU在執行某條指令時受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發生改變，致使該條指令出錯。這時,CPU執行隨機拼寫的指令，甚至將操作數作為操作碼執行，導致程序“跑飛”或進入“死循環”。為使這種“跑飛”或進入“死循環”的程序自動恢復，重新正常工作，就是看門狗。若程序發生“死機”，則看門狗電路產生復位信號，引導單片機程序重新進入正常運行。
此外，工業現場由于諸多大型用電設備的投入或撤出電網運行，往往造成系統的電源電壓不穩定，當電源電壓降低或掉電時，會造成重要的數據丟失，系統不能正常運行。若設法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機快速的保存重要數據，將會最大限度地減少損失。在掉電方式下單片機內所有運行狀態均被停止，只有片內RAM和SFR中的數據被保存起來。在單片機系統可借助于一定的外部附加電路監測電源電壓，并在電源發生故障時及時通知單片機（本次設計是通過引發INT0中斷來實現的）快速保存重要數據，使電源恢復正常，取消掉電方式，通過復位單片機，使系統重新正常。
4.8.1MAX813L功能簡介
MAX813L是美國MAXIM公司推出的微處理機系統監控集成芯片，該芯片的價格低，減少了器件個數，所構成的電路性能更可靠，MAX813L提供如下四種功能：
1.上電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200MS。
2.獨立的看門狗輸出。如果看門狗在1.6S內未被觸發，其輸出將變為低電平。
3.1.25V門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或+5V以外的電源的監控間[6]。
4.低電平有效的手動復位輸入。
4.8.2看門狗電路各引腳功能
1.手動復位輸入端（MR）：當該端輸入低電壓保持140ms以上，MAX813L就輸出復位信號。輸入端的最小輸入脈沖寬要求可以有效的消除開關的抖動。
2.工作電源端（VCC）：接+5V電源。
3.電源接地端（GND）：接0V參考電平。
4.電源故障輸入端（PFI）：當該端輸入電壓低于1.25V時，5號引腳輸出端的信號有高電平變為低電平。
5.電源故障輸出端（PFO）：電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變為低電平。
6.看門狗信號輸入端（WDI）：程序正常運行時，必須在小于1.6s的時間間隔內向該輸入端發送一個脈沖信號，以清除芯片內部的看門狗定時器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號，則內部定時器溢出，8號引腳由高電平變為低電平。
7.復位信號輸出端（RST）：上電時，自動產生200ms的復位脈沖：手動復位端輸入低電平時，該端也產生復位脈沖。
8.看門狗信號輸出端（WDO）：正常工作使輸出保持高電平，當WDI端在1.6S接收不到信號時，該端輸出信號由高電平變為低電平。
如圖5-6給出了MAX813L在單片機系統中的應用電路圖。此電路可以實現上電，瞬時掉電以及程序運行實現“死機”時的自動復位和隨時的手動復位；并且可以實時的監視電源故障，以便及時地保存數據[6]。
本電路巧妙的利用了MAX813L的手動復位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”，WDO端電平由高到低，當/WDO變低超過140ms，將引起MAX813L產生一個200ms的復位脈沖（本次設計中將MAX813L的RET端同時8031、8155的復位端RESET相連，使之同時復位）。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時使用手動復位按鈕使MAX813L產生復位脈沖，由于為了產生復位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效的消除開關抖動。
該電路可以實時的監控電源故障（如掉電、電壓降低）。圖5-6中R1的一端接未經穩定的直流電源。電源正常時，確保R2上的電壓高于1.6V。當電源發生故障，PFI輸入端的電平低于1.25V時，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機中斷，CPU中斷相應服務程序，保護數據，斷開外部用電電路等。
第5章算法的設計：
算法對于步進電機調速系統設計是一個相當重在的環節，因為只有確定了算法之后才能對步進電機的速度進行準確的控制，并時也能達到精確的調速目的。同時算法也是編寫軟件的前提與基礎。控制算法有多種，常用的兩種算法是PID和模糊控制算法。
PID控制與模糊控制是兩種常用的控制方法,但它們還存在一些不足,如一般PID控制容易產生超調、模糊控制的穩態精度不高,在這兩種控制方法基礎上進行改進,可產生多種更好的控制方法。本文采用的復合PID控制算法和帶動態補償的模糊控制算法克服了以上缺陷,取得了較好的實驗效果。
5.1PID控制算法
PID調節的實質就是根據輸入的偏差值,按比例、積分、微分的函數關系,進行運算,將其運算結果用以輸出控制,將基本PID算式離散化可得到位置型PID控制算法,對位置型PID進行變換可得到增量型PID控制算法。對控制精度要求較高的系統一般采用位置型算法,而在以步進電機或多圈電位器做執行器件的系統中,則采用增量型算法。
PID是一種工業控制過程中應用較為廣泛的一種控制算法，它具有原理簡單，易于實現，穩定性好，適用范圍廣，控制參數易于整定等優點。PID控制不需了解被控對象的數學模型,只要根據經驗調整控制器參數,便可獲得滿意的結果。其不足之處是對被控參數的變化比較敏感。但是通過軟件編程方法實現PID控制,可以靈活地調整參數。,盡管近年來出現了很多先進的控制算法，但PID控制仍然以其獨有的特點在工業控制過程中具有相當大的比重，且控制效果相當令人滿意。
連續PID控制器也稱比例－積分－微分控制器，即過程控制是按誤差的比例（P-ProportionAl）、積分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）對系統進行控制，其系統原理框圖如圖5-1所示：
它的控制規律的數學模型如下：
\*MERGEFORMAT\*MERGEFORMAT(5-1)
或寫成傳遞函數形式：
\*MERGEFORMAT(5-2)
式中，e(t)：調節器輸入函數，即給定量與輸出量的偏u(t)：調節器輸出函數。
Kp：比例系數；
T：積分時間常數；
T：微分時間常數。
將式（2-1）展開，調節器輸出函數可分成比例部分、積分部分和微分部分，它們分別是:
⑴比例部分比例部分的數學表達式是\*MERGEFORMAT,p在比例部分中，Kp是比例系數，Kp越大，可以使系統的過渡過程越快，迅速消除靜誤差；但Kp過大，易使系統超調，產生振蕩，導致不穩定。因此，此比例系數應選擇合適，才能達到使系統的過渡過程時間短而穩定的效果。
圖為比例調節器
（5-3）
比例調節器
其中：U控制器的輸出
\*MERGEFORMAT比例系數
E調節器輸入偏差
隨著我國信息事業的持續、快速發展,通信基礎設施日臻完善,固定電話、移動電話用戶總數接近兩億.利用現有的個人通信終端,實現基于PLMN(陸基移動通信網)和PSTN(公用電話交換網)的電話遠程控制系統,既可以節約投資,又便于推廣.電話遠程控制系統(ITRCS),以CCITT及我國標準共同規定的部分標準程控交換信令(DTMF雙音多頻信號,振鈴信號,回鈴音信號等)作為系統控制命令,以PLMN與PSTN通信網作為傳輸介質,使用戶可以在遠端利用固定電話或移動電話發送DTMF雙音多頻信號,實現對近端電器設備的遠程控制.信令傳輸示意圖如圖1所示.
2電話遠程控制系統的體系結構
電話遠程控制系統接收遠端發送來的DTMF信號,并對其進行解碼,解碼后的信號再由中央處理單元采集處理;為了方便用戶使用,系統設計了語音提示界面;電話遠程控制系統一般工作在元人值守環境,所以應具有自動離線、上線、復位功能;為了符合智能化要求,系統采用80日作為中央處理器.同時,電話遠程控制系統正常工作還需電源供電電路、驅動電路等輔助電路.智能電話遠程控制系統的體系結構如圖2所示.
可以看出,系統主要由DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、離線/上線/復位電路、中央處理單元、驅動電路、電源電路等組成.
3各部分電路及工作原理
3.1中央控制電路
中央控制電路的主要功能是接收鈴流檢測電路和DTMF解碼電路的中斷信號,發送對上線/離線/復位電路和受控設備的控制信號,對語音錄放電路進行尋址操作,接收DTMF解碼電路的四位二進制數據(見圖2).
3.2DTMF音頻解碼電路
DTMF(DualToneMultiFrequency)雙音多頻信號解碼電路是目前在按鍵電話(固定電話、移動電話)、程控交換機及無線通信設備中廣泛應用的集成電路.它包括DTMF發送器與DTMF接受器,前者主要應用于按鍵電話作雙音頻信號發送器,發送一組雙音多頻信號,從而實現音頻撥號.雙音多頻信號是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號,CCITT和我國國家標準都規定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號的對應關系如表所示.
表電話撥號數字對應的高低頻率組合關系
電話遠程控制系統采用MITEL公司生產的MT8870DTMF接受器作為DTMF信號的解碼核心器件.MT8870主要用于程控交換機、遙控、無線通信及通播系統,實現DTMF信號的分離濾波和譯碼功能,輸出相應16種頻率組合的四位并行二進制碼.MT8870具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調功能,所以在設計MT8870DTMF解碼電路時,只需外加一些阻容元件即可.DTMF解碼電路如圖3所示.
遠端用戶發送的DTMF信號,經搞合電容的隔直流作用后,由MT8870接收并進行譯碼,輸出的四位并行二進制數據直接與8051單片機的P0.0～P0.3連接,MT8870在DTMF信號碼變換完成后,由CID端發送中斷信號INT1,通知8051數據準備好.
3.3語音提示電路
電話遠程控制系統利用語音提示電路實現用戶和系統的交流.語音提示電路預先存儲若干段系統提示音,8051中央處理單元電路判斷用戶發送的DTMF信號后,對語音提示電路進行尋址,播放相應的提示音,從而向用戶反饋信息提示下一步該如何操作.
本系統選用美國ISD公司的ISD2590單片語音錄放集成電路作為語音提示電路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存儲器,信息可永久保存,零功能存儲;它還采用了DA盯直接模擬量存儲技術,因而能較好地保留語音信息中的有效成分,提高錄放音的清晰度.ISD2590可以存儲長達90s的語音,能夠實現1～600段語音分段,每段錄放音均有一個起始端,該起始端地址選擇由A0～A9確定.ISD2590的電路也非常簡單,只需少許阻容元件即可,并且它易與單片機接口,實現分段尋址功能.ISD2590的內部功能如圖4所示.
系統在接收遠端用戶發送的DTMF信號以后,根據軟件設定,對語音電路進行尋址放音.例如系統收到用戶發出的"1234'''',用戶密碼信號時,若密碼正確,則尋址播放語音提示"密碼正確",否則,尋址播放語音提示"密碼錯誤".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址線,顯然不能對480K模擬存儲陣列直接尋址,從圖4可以知道,ISD2590的地址線是先經過解碼器解碼后再對480K模擬存儲陣列進行尋址的.
3.4系統上線／離線/復位電路
當DTMF信號解碼電路及語音提示電路與用戶電話線連通時,我們稱系統處于上線(Odine)狀態;反之,當DTMF信號解碼電路及語音提示電路與用戶電話線斷開時,我們稱系統處于離線(Offline)狀態.只有在電話遠程控制系統工作時,系統才應處于上線狀態.這樣做的目的是避免用戶呼叫系統時的高壓振鈴信號(可達120VMS)及線路上其他高壓噪聲對DTMF信號解碼電路及語音提示電路產生危害.上線/離線/復位功能的實現,也是由系統硬件電路和軟件共同實現的.
3.4.1系統上線電路
系統上線電路的功能是檢測程控交換機發送的振鈴鈴流信號,然后通過中斷方式通知8051單片機,根據軟件設定,閉合系統上線/離線/復位開關電路,開啟UrMF信號解碼電路和語音提示電路與電話用戶線的連接.上線電路的主要部分是鈴流檢測電路.鈴流信號是當遠端用戶呼叫電話遠程控制系統時,由程控交換機向電話遠程控制系統發送的控制信令.系統采用TCA3385芯片作為鈴流檢測電路的核心部件.TCA3385是一種性能穩定的振鈴信號轉換、檢測器件,常用于電話機、應答器等儀器儀表.它的PDO端(如圖5)是振鈴檢測輸出端,在振鈴信號穩定后,此端會變為高電平輸出.RDO端可直接與8051單片機相連,作為8051的中斷信號INT0.TCA3385的內部功能及外部電路如圖5所示.
當電話遠程控制系統處于離線狀態時,只有鈴流檢測電路與用戶電話線相連,而TCA3385能承受較高電壓的沖擊,保證了系統的完全穩定性.
3.4.2離線/復位電路
用戶對電話遠程控制系統操作完成后,發出結束命令,8051單片機斷開系統上線/離線/復位開關電路,系統離線.如果用戶出現誤操作或忘記發送結束命令時,系統根據軟件設定,斷開系統上線/離線/復位開關電路,使系統離線,并初始化軟件設定.
3.5驅動電路
電話遠程控制系統對受控設備的控制,要通過8051單片機對繼電器的閉合才能實現,因此,在8051單片機與繼電器之間必須設置一個繼電器驅動電路.本系統采用摩托羅拉公司的MC1413,來關閉與開啟繼電器開關(圖6).
4系統軟件
如何利用有限的16種DTMF信號實現多樣的系統控制功能,是系統成功與否的關鍵,借助于軟件編程,系統可以對16種DTMF信號的任意組合進行解釋,從而大大豐富了系統功能.系統軟件的流程結構并不復雜,這里只介紹系統軟件主要功能要求:
(1)系統身份認證功能為了保證只有合法用戶才能操作系統,電話遠程控制系統上線以后,用戶必須輸入密碼,待系統確認后才具有對系統的操作權限.
(2)用戶信令解釋功能對收到的用戶信號,系統按照軟件設定加以解釋,并決定對語音提示電路尋址,播放相應的系統提示音,實現用戶和電話遠程控制系統間的交互操作,或者對外部受控設備發出相應的驅動信號.
(3)軟件定時功能系統軟件設定系統自動復位的軟件定時器,定時器的設置值規定了系統一次上線工作的最大時間.若一次工作超時,系統自動離線,進入待機狀態.
5結束語
1．1傳感器信號采集
本系統的傳感器采用電位器(見圖2)，它通過連桿機構和軸承與提升臂相連接，與提升臂旋轉軸線同軸［4］。當耕深改變時，拖拉機的下拉桿隨之上下運動，與下拉桿連接的提升臂也會有一個相應的轉角變化;同時，電位器的轉軸也在連桿機構的作用下隨提升臂同步轉動，根據電位器阻值的變化檢測出提升臂轉動的角度，從而根據對應的幾何關系所建立起的數型間接檢測出此時的耕深［5］;微機接收到反饋信號后，把該信號和預設耕深信號進行分析對比，然后控制步進電機的正反轉，調節耕深。
1．2微機控制
本系統控制模塊采用微芯公司的PIC18F23K20系列單片機作為微機控制單元。該單片機運行速度快、功耗較低，并且其內部集成A/D轉換器模塊、增強型CCP模塊以及單片機通信需要的USART模塊等，從而大大減少了外接的專業電路模塊，簡化了整個控制電路，能夠實時、高效地實現該裝置所需的各種功能的控制［6］。本系統的步進電機驅動芯片是東芝公司生產的TA8435H，其電路簡單、工作可靠。該芯片是單片正選細分二相步進電機驅動專用芯片，具有以下特點:1)工作電壓范圍在10～40V;2)輸出電流平均可達1．5A，峰值可達2．5A;3)運行方式有整步、半步、1/4細分和1/8細分多種選擇;4)采用的是脈寬調試式斬波驅動方式;5)具有正反轉控制功能，帶有復位和時能引腳;6)可選擇使用單時鐘輸入或雙時鐘輸入［7］。微機和步進電機聯合控制的程序流程如圖3所示。系統對PIC18F23K20單片機的各個模塊進行初始化設置，然后通過電位器進行耕深檢測。當提升臂轉動時，電位器轉軸隨著轉動，引起電位器內部阻值變化，進而引起電壓值的變化，通過線路傳給微機處理。微機把反饋信號和預設值進行比較、分析，如果實測值在預設值范圍內，則繼續檢測;如果實測值不在預設值范圍內，且比標準值小，則微機發送控制信號控制步進電機正轉調整實測值大小，直到實測值在預設值范圍內;同理，若實測值比預設值大，則控制步進電機反轉。
1．3執行機構
本系統的執行機構(見圖4)是在原液壓懸掛系統的基礎上經過加裝步進電機實現手動和自動聯合控制。步進電機通過鉸鏈安裝在拖拉機上，可以隨著分配器操縱桿轉動，電機桿上安裝1根絲桿，當微機控制信號控制電機動作時，電機的正反轉可以推動操作手桿移動，實現分配器油液的流量和流向的改變，進而調節農具耕深。聯合控制如圖5所示。當需要手動控制耕深時，斷開步進電機與操縱桿鏈接即可。
2試驗與分析
為了檢測該系統的可靠性和穩定性，在西南大學農機試驗田里進行了田間試驗。試驗工具采用西南大學農機實驗室的福田雷沃M1200－D型拖拉機，配套的農具為西南大學農機實驗室的東方紅1LH－535鏵式犁。根據農藝要求，試驗前預設耕深范圍為0～20cm，安裝好本裝置的拖拉機在實驗田進行直線行駛作業后，通過多點實測耕深，得到試驗數據如表1所示。試驗數據表明，該系統在使用中基本可以反映田間實測耕深，且在預設耕深允許的范圍內。
3結論
