基于ARM+FPGA的真空凍干控制系統(tǒng)設(shè)計
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GSM模塊實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的無線監(jiān)測，本地PC可用于遠(yuǎn)程控制，網(wǎng)絡(luò)PC可擴(kuò)展為正在興起的網(wǎng)絡(luò)控制。嵌入式微處理器的選擇。由于該真空干燥系統(tǒng)要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，需要較強(qiáng)的控制能力，需要有較多的USART接口，同時要有ADC轉(zhuǎn)換功能、LCD觸摸屏、USB口等，在微處理器選擇上，普通的8位、16位單片機(jī)已難以勝任，因此32位的嵌入式微處理器是比較好的選擇。本系統(tǒng)選擇INTEL PAX270，是一款基于32位Xscale核心的高性能、工業(yè)級的32位RISC微控制器，它具有極低的功耗，LCD控制器(最大支持64K色STN和1256K色TFT)提供1通道LCD專用DMA，8通道10比特ADC和觸摸屏接口，3通道UART(IrDA1．0，16字節(jié)TxFIFO，和16字節(jié)RX FIFO)／2通道SPI，2端口USB主機(jī)／1端口USB設(shè)備(1．1版)，PWM通道(4路輸出)，以及多達(dá)119個中斷源，這款微控制器特別適合自動化應(yīng)用，并適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和故障維護(hù)等應(yīng)用領(lǐng)域。
FPGA器件的選擇。由于該系統(tǒng)包括了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)，需要大量RAM空間來保存中間參數(shù)和查表計算，同時還需要大量的通用I／O接口，用于輸入輸出模塊以及快速響應(yīng)精確的PWM調(diào)制功能，因此用FPGA是比較好的選擇。這里選擇Altera公司推出的低成本Cyclone系列，型號為EP2C20。EP2C20內(nèi)部有18752i邏輯單元，52個M4K RAM塊，共計239K位RAM，26個嵌入式18*18乘法器，4個鎖相環(huán)，資源非常豐富，可滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191907.htm
2 溫度與真空度控制模型
2．1 恒溫或按某預(yù)定溫度曲線的控制模型
溫度控制模型如圖2所示。溫度控制采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制模型，設(shè)定值和測定值經(jīng)過模糊劃分后，同時送入神經(jīng)模糊控制網(wǎng)絡(luò)，生成模糊控制子集，通過轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生。PWM脈寬調(diào)制用的頻率值與占空比，然后生成PWM驅(qū)動信號，驅(qū)動電力電子器件，電源輸出給紅外石英管，對真空箱進(jìn)行加熱。通過溫度傳感器及調(diào)整電路，形成溫度值和溫度變化率，根據(jù)溫度值和溫度變化率控制器對輸出頻率和占空比進(jìn)行調(diào)整。
2．2 恒真空度或按某預(yù)定真空曲線的控制模型
真空度的控制模型與上述溫度控制模型結(jié)構(gòu)相似，不同的是神經(jīng)模糊控制網(wǎng)絡(luò)的輸出不是直接用于電機(jī)的控制驅(qū)動，而是把輸出的頻率量轉(zhuǎn)換成變頻器的遠(yuǎn)程控制信號，通過RS485接口控制變頻器的啟動、停止和頻率設(shè)置，如圖3所示。
2．3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇與仿真
根據(jù)上述控制模型，比較成熟的BP網(wǎng)絡(luò)選擇的控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。神經(jīng)模糊控制器在輸入／輸出參量的選擇，以及模糊論域和模糊子集的確定方面，與一般的模糊控制器沒有什么區(qū)別，只是在推理手段上引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
以真空度控制為例來驗證控制模型的精確程度。令x1~x7為輸入真空度的模糊子集，x8~x14為輸入真空度變化的模糊子集，y1~y8為輸出空置量的模糊子集，從表1可以看出，共有16條控制規(guī)則。例如，當(dāng)真空度為合適，變化率為零時，抽空時間應(yīng)該為短，這個樣本可以表示為：
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