基于80C198单片机的压力模糊测控系统

　　1　硬件电路设计

　　1.1　80C198单片机应用系统设计

　　80C198单片机采用HCMOS设计,具有功耗低、速度快、资源丰富、抗干扰能力强等特点。以80C198单片机作为压力测控器,可充分利用其硬件资源中的A/D部件和HSO部件作为信号的采集通道和输出控制通道,硬件电路大大简化,系统的可靠性和抗干扰能力也大大提高。80C198单片机应用系统原理电路如图1所示。

　　本系统以80C198单片机为核心,利用其片内232字节的寄存器作为数据采集和中间计算结果的存储单元,仅外扩程序存储器,组成了压力测控系统的测控核心。根据对测控数据实时记录和掉电保护的要求,系统中扩展了实时时钟芯片DS12887。该芯片能够提供实时日历/时钟。在断电情况下运行十年以上不丢失数据,并且具有114字节的通用RAM,可用于参数的掉电保护。

　　为提高系统的可靠性和抗电源干扰的能力,系统采用MAX1232芯片设计了电源电压检测和“看门狗”电路。为提高对压力信号的检测精度,系统采用基准电压源AD584为A/D部件提供基准电压。

　　1.2　键盘/显示器接口电路设计

　　系统通过可编程键盘/显示器接口器件8279实现对键盘和数据显示器的管理,用于系统测控功能选择、参数在线修改和显示等。

　　1.3　压力信号检测处理电路

　　压力传感器、变送器输出的信号通常为0~10mA或4~20mA的模拟电流信号,压力检测处理电路对其进行I/V变换、限幅、滤波等处理,转换成0~5V的模拟电压信号,将该信号送80C198的A/D部件,实现对压力信号的检测。压力信号检测处理电路如图2所示。

　　1.4　输出控制电路

　　80C198单片机的HSO部件具有六路HSO输出通道,通过编程输出周期可调的脉宽调制波(PWM),脉宽调制精度最大可达16位。因此,由HSO部件输出PWM信号,再经过V/I变换,可输出0~10mA或4~20mA的控制信号到执行机构,在实现对压力的精确控制。输出控制电路如图3所示。

图3　输出控制电路

　　2　软件设计

　　测控系统的软件部分用于完成对压力信号的采集、处理、显示、控制调节和PWM输出等。测控系统动态性能的好坏、稳态控制精度的高低、自适应能力的大小,在很大程度上取决于控制算法的设计。由于流体压力的变化具有纯滞后、大惯性和影响因素多等特点,因此传统的PID等控制算法很难达到理想的控制效果。本文设计的测控系统采用模糊控制技术实现了对压力信号的高精度、自适应控制。模糊控制的基本方法是:将压力误差、误差变化率和为消除误差所需要调节的控制量用E、R、C来表示,将E、R、C的语言值定义为:正大、正中、正小、零、负小、负中、负大,它们分别量化为3、2、1、0、-1、-2、-3。模拟人的思维活动,并根据专家控制经验,将由输入变量E、R推理得到输出变量C的过程用表1的规则来描述。在实际应用中,根据压力信号的变化特点和影响因素,以表1为基础乘以适当系数来调节PWM的脉宽。实际应用证明,采用模糊控制算法与采用PID控制算法相比,系统控制精度更高,动态性能更好、抗干扰能力更强。