基于80C198單片機(jī)的壓力模糊測控系統(tǒng)

1　硬件電路設(shè)計(jì)
1．1　80C198單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　 　80C198單片機(jī)采用HCMOS設(shè)計(jì)，具有功耗低、速度快、資源豐富、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。以80C198單片機(jī)作為壓力測控器，可充分利用其硬件資 源中的A/D部件和HSO部件作為信號(hào)的采集通道和輸出控制通道，硬件電路大大簡化，系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力也大大提高。
80C198單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)原理電路如圖1所示。

本系統(tǒng)以80C198單片機(jī)為核心，利用其片內(nèi)232字節(jié)的寄存器作為數(shù)據(jù)采集和中間計(jì)算結(jié)果的存儲(chǔ)單元，僅外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，組成了壓力測控系統(tǒng)的測控核心。
　　根據(jù)對(duì)測控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄和掉電保護(hù)的要求，系統(tǒng)中擴(kuò)展了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887。該芯片能夠提供實(shí)時(shí)日歷/時(shí)鐘。在斷電情況下運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù)，并且具有114字節(jié)的通用RAM，可用于參數(shù)的掉電保護(hù)。
　　為提高系統(tǒng)的可靠性和抗電源干擾的能力，系統(tǒng)采用MAX1232芯片設(shè)計(jì)了電源電壓檢測和“看門狗”電路。
　　為提高對(duì)壓力信號(hào)的檢測精度，系統(tǒng)采用基準(zhǔn)電壓源AD584為/D部件提供基準(zhǔn)電壓。
1．2　鍵盤/顯示器接口電路設(shè)計(jì)　　
系統(tǒng)通過可編程鍵盤/顯示器接口器件8279實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤和數(shù)據(jù)顯示器的管理，用于系統(tǒng)測控功能選擇、參數(shù)在線修改和顯示等。
1 ．3　壓力信號(hào)檢測處理電路　　
壓力傳感器、變送器輸出的信號(hào)通常為0～10mA或4～20mA的模擬電流信號(hào)，壓力檢測處理電路對(duì)其進(jìn)行I/V變換、限幅、濾波等處理，轉(zhuǎn)換成0～5V的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)送80C198的A/D部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)的檢測。壓力信號(hào)檢測處理電路如圖2所示。

1．4　輸出控制電路
　 　80C198單片機(jī)的HSO部件具有六路HSO輸出通道，通過編程輸出周期可調(diào)的脈寬調(diào)制波(PWM)，脈寬調(diào)制精度最大可達(dá)16位。因此，由HSO部 件輸出PWM信號(hào)，再經(jīng)過V/I變換，可輸出0～10mA或4～20mA的控制信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的精確控制。
輸出控制電路如圖3所示。

2　軟件設(shè)計(jì)
　　測控系統(tǒng)的軟件部分用于完成對(duì)壓力信號(hào)的采集、處理、顯示、控制調(diào)節(jié)和PWM輸出等。
　 　測控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的好壞、穩(wěn)態(tài)控制精度的高低、自適應(yīng)能力的大小，在很大程度上取決于控制算法的設(shè)計(jì)。由于流體壓力的變化具有純滯后、大慣性和影響因素 多等特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的PID等控制算法很難達(dá)到理想的控制效果。本文設(shè)計(jì)的測控系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力信號(hào)的高精度、自適應(yīng)控制。
　　 模糊控制的基本方法是：將壓力誤差、誤差變化率和為消除誤差所需要調(diào)節(jié)的控制量用E、R、C來表示，將E、R、C的語言值定義為：正大、正中、正小、零、 負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大，它們分別量化為3、2、1、0、－1、－2、－3。模擬人的思維活動(dòng)，并根據(jù)專家控制經(jīng)驗(yàn)，將由輸入變量E、R推理得到輸出變量C 的過程用表1的規(guī)則來描述。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)壓力信號(hào)的變化特點(diǎn)和影響因素，以表1為基礎(chǔ)乘以適當(dāng)系數(shù)來調(diào)節(jié)PWM的脈寬。實(shí)際應(yīng)用證明，采用模糊控制 算法與采用PID控制算法相比，系統(tǒng)控制精度更高，動(dòng)態(tài)性能更好、抗干擾能力更強(qiáng)

3　結(jié)束語
　　本文設(shè)計(jì)的壓力測控系統(tǒng)可組成一個(gè)低成本、高性能的智能壓力測控儀，也可組成一個(gè)較大規(guī)模的壓力測控系統(tǒng)；
　　測控系統(tǒng)充分利用了80C198單片機(jī)的軟硬件資源，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；
　　系統(tǒng)通過HSO部件產(chǎn)生PWM信號(hào)，并經(jīng)V/I變換輸出控制電流信號(hào)，輸出精度高、線性度好、調(diào)整方便；
　　系統(tǒng)采用模糊控制算法，控制精度高，自適應(yīng)能力強(qiáng)。