基于單片機(jī)的鏈梯降速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高層建筑遇險(xiǎn)無動(dòng)力循環(huán)鏈梯逃生裝置，對(duì)居住于高層建筑的人們遇火逃生十分必要。無動(dòng)力消防鏈梯是一種典型的變負(fù)載非線性系統(tǒng)，隨著負(fù)載的增加，發(fā)電機(jī)繞組中的電流增加，磁場(chǎng)增強(qiáng)，轉(zhuǎn)速加快，鏈梯的下降速度也增大。系統(tǒng)要求不論負(fù)載如何變化，鏈梯穩(wěn)定下降的速度必須保持在0.4 m/s~0.5 m/s，為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器，根據(jù)鏈梯的實(shí)際響應(yīng)在控制過程中自動(dòng)調(diào)整、修改和完善控制規(guī)則與參數(shù)，從而使系統(tǒng)的控制性能不斷完善，達(dá)到最佳的控制效果。
1 系統(tǒng)的主要硬件電路設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器三大部分組成。傳感器作為輸入部分，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；控制器的作用是接收傳感器的輸入信號(hào)，并按設(shè)定的程序進(jìn)行計(jì)算處理，輸出結(jié)果；執(zhí)行器則根據(jù)控制單元輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使之按要求變化?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

通過轉(zhuǎn)速傳感器不斷采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)入單片機(jī)中進(jìn)行Fuzzy－PID算法處理。單片機(jī)把采集到的速度偏差e和偏差變化值ec經(jīng)模糊算法處理（查表），在線調(diào)整KP、KI、KD，最后通過PID算式計(jì)算控制輸出量u。輸出量u控制晶閘管的通斷來控制負(fù)載電阻的大小。
本控制系統(tǒng)以ATMEL89C52單片機(jī)為核心。AT89C52屬于MCS-51單片機(jī)的改進(jìn)型,是一種高性能的CMOS8位微控制器。由于其內(nèi)置8 KB的Flash存儲(chǔ)器，大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[1]。
1.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路
傳感器輸出比較微弱的脈沖信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為幅值為＋5 V的單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，用LM311比較器實(shí)現(xiàn)。實(shí)際電路如圖2所示。R2、R3用于調(diào)整比較器的基準(zhǔn)電壓，設(shè)定為0.25 V。當(dāng)傳感器的輸出電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出為+5 V的高電平，反之則輸出為0 V的低電平。比較器上拉電阻的大小會(huì)影響輸出幅度，由500 Ω改為15 kΩ后，輸出幅值增大。經(jīng)過該電路輸出穩(wěn)定、規(guī)則的波形。

1.2 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路
在單片機(jī)系統(tǒng)中，每一路電阻對(duì)應(yīng)一個(gè)接口，當(dāng)人員發(fā)生變化時(shí)，只要根據(jù)控制量使相應(yīng)的端口輸出高電平，晶閘管導(dǎo)通，就可以改變負(fù)載電阻調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
由于單片機(jī)輸出的信號(hào)不足以觸發(fā)晶閘管，故須將觸發(fā)功率放大。從單片機(jī)的端口輸出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖要經(jīng)過光電隔離器和三極管。光電隔離器用來提高系統(tǒng)抗干擾能力，三極管用來增大驅(qū)動(dòng)電流。此電路由緩沖器、光電隔離器、變壓器等部件組成，如圖3所示。

　當(dāng)單片機(jī)AT89C52端口無脈沖信號(hào)時(shí)，光電隔離器TIL117截止，變壓器無脈沖輸出，當(dāng)單片機(jī)端口有脈沖信號(hào)時(shí)，光電隔離器TIL117導(dǎo)通，從而使相應(yīng)的三極管BG導(dǎo)通，這樣觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器T輸出，促使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。
1.3 看門狗硬件電路
　鏈梯系統(tǒng)中為了保證單片機(jī)可靠穩(wěn)定運(yùn)行,需要“看門狗”監(jiān)視器[2]。由于該控制系統(tǒng)采用的AT89C52自身沒有看門狗功能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機(jī)沒有自我保護(hù)能力，不能使系統(tǒng)重新工作。為此，本系統(tǒng)采用了MAX706和AT89C52構(gòu)成的“看門狗”硬件電路，如圖4所示。MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器及電壓比較器等組成[3]。

　CPU正常工作時(shí)，該電路對(duì)其不加干預(yù)，當(dāng)CPU工作失常一段時(shí)間后，看門狗電路動(dòng)作，使系統(tǒng)復(fù)位重新工作。