一種基于嵌入式技術(shù)的電阻爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于嵌入式技術(shù)的一整套溫度控制的實(shí)時(shí)操作、顯示系統(tǒng)，屬于 溫度過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，我國(guó)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度已成為工業(yè)對(duì)象控制中 一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機(jī)械等工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反 應(yīng)爐等。由于爐子的種類及原理不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，如煤氣、天然 氣、油電等。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料、 控制方案也有所不同。溫度過(guò)程是一個(gè)非線性、大滯后過(guò)程，采用傳統(tǒng)PID算法控制溫度過(guò) 程，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性較好，但難以得到滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。采用具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的 單神經(jīng)元來(lái)構(gòu)造PID控制器，具有調(diào)整參數(shù)少、易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的特點(diǎn)，能較大的改善非線性 時(shí)變對(duì)象的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，能夠適應(yīng)過(guò)程的時(shí)變特性，保證控制系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
[0003] 微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得ARM微處理器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、視頻音頻 采集、安防監(jiān)控、消費(fèi)類手持移動(dòng)產(chǎn)品、家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)人機(jī)界面是一種帶 微處理器的智能終端，一般用于工業(yè)場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器之間的信息交互，包括文字或圖形 顯示以及輸入等功能。目前也有大量的工業(yè)人機(jī)界面因其成熟的人機(jī)界面技術(shù)和高可靠性 而被廣泛用于智能樓宇、智能家居、城市信息管理、醫(yī)院信息管理等非工業(yè)領(lǐng)域，因此，工業(yè) 人機(jī)界面正在向應(yīng)用范圍更廣的高可靠性智能化信息終端發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性 均較好的電阻爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于嵌入式技術(shù)的電阻爐 溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)、下位機(jī)及被控對(duì)象電阻爐，上位機(jī)包括CPU、用于 實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和波形的LCD驅(qū)動(dòng)和顯示模塊、用于數(shù)據(jù)輸入和界面刷新的矩陣鍵盤(pán)模塊； 下位機(jī)包括微處理器模塊、實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控的控制器模塊、實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?CAN通訊模塊；上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)CAN通訊模塊連接，被控對(duì)象電阻爐與下位機(jī)之間 通過(guò)傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行檢測(cè)與控制。
[0006] 優(yōu)選地，所述IXD驅(qū)動(dòng)和顯示模塊，采用分辨率為320X240的TFT-IXD顯示屏， TFT-LCD從外界接受信號(hào)，當(dāng)信號(hào)進(jìn)入相應(yīng)的接口處理模塊時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的前端信號(hào)處理芯 片處理，轉(zhuǎn)換成后端圖像處理芯片所能識(shí)別的信號(hào)，經(jīng)過(guò)圖像處理芯片的處理后，輸出適合 在TFT-LCD顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)以及時(shí)序信號(hào)，并通過(guò)直接點(diǎn)顯示方式將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以數(shù)字或者 波形的形式在顯示屏上呈現(xiàn)。
[0007] 優(yōu)選地，所述矩陣鍵盤(pán)模塊包含2個(gè)界面切換鍵、2個(gè)數(shù)據(jù)增減鍵、返回鍵和確認(rèn) 鍵共6個(gè)功能鍵，鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)采用3X2的矩陣方式，即3行2列；將所述上位機(jī)CPU的5 個(gè)I/O口分別與矩陣鍵盤(pán)的行和列連接，與鍵盤(pán)相連的每個(gè)I/O口均連接濾波電容和用于 初始化電平的上拉電阻。
[0008] 優(yōu)選地，所述濾波電容為0.luF，所述上拉電阻為10KD。
[0009] 優(yōu)選地，按鍵掃描時(shí)進(jìn)行防止噪聲干擾的延時(shí)按鍵值判斷。
[0010] 優(yōu)選地，所述CAN通訊模塊采用11位標(biāo)示符的標(biāo)準(zhǔn)消息幀，通訊的數(shù)據(jù)由上位機(jī) 下傳的設(shè)定溫度數(shù)據(jù)、下位機(jī)采集的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)及計(jì)算得到的控制指標(biāo)參數(shù)組成；CAN通訊程序初始化完成后，CAN通訊模塊處于等待狀態(tài)，當(dāng)接口有數(shù)據(jù)傳來(lái)時(shí)，立即進(jìn)入中斷 服務(wù)程序ISR中，通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)所含的幀ID判斷是否接收該數(shù)據(jù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述控制器模塊采用單神經(jīng)元PID控制算法，單神經(jīng)元PID控制算法包括 單神經(jīng)元PID控制單元及被控對(duì)象單元，每個(gè)電阻爐溫度裝置為一個(gè)被控對(duì)象單元；單神 經(jīng)元PID控制單元的輸入量為電阻爐溫度裝置的溫度設(shè)定值，單神經(jīng)元PID控制單元的輸 出量為電阻爐溫度裝置的實(shí)際溫度，神經(jīng)元學(xué)習(xí)和控制所需要的狀態(tài)變量經(jīng)微積分模塊計(jì) 算；在單神經(jīng)元PID控制算法中引入輸出誤差平方的二次型性能指標(biāo)，通過(guò)修改神經(jīng)元的 加權(quán)系數(shù)，使輸出誤差平方的二次型性能指標(biāo)趨于最小，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)PID的最優(yōu)控制。
[0012] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1)本發(fā)明采用LCD顯示屏作為人機(jī)顯示界面，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，人機(jī)界面友 好。
[0014] 2)本發(fā)明的LCD數(shù)據(jù)顯示采用直接點(diǎn)顯示方式，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以數(shù)字或者波形的形 式在顯示屏上進(jìn)行呈現(xiàn)，直觀方便。
[0015] 3)本發(fā)明鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用矩陣按鍵方式，不僅節(jié)省硬件資源，而且充分利用CPU的 I/O口資源，降低硬件和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)難度，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0016] 4)本發(fā)明針對(duì)常規(guī)PID控制系統(tǒng)的不足，采用具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的單神經(jīng) 元來(lái)構(gòu)造PID控制器。它具有調(diào)整參數(shù)少、易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的特點(diǎn)，能較大的改善非線性時(shí)變 對(duì)象的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，能夠適應(yīng)過(guò)程的時(shí)變特性，保證溫度控制系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的基于嵌入式技術(shù)的電阻爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖2為矩陣電路原理圖；
[0019] 圖3為CAN消息標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖4是基于單神經(jīng)元的PID控制器框圖；
[0021] 圖5是初始狀態(tài)溫度波形圖。
[0022] 圖6是傳統(tǒng)PID控制效果圖。
[0023] 圖7是單神經(jīng)元PID控制效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0025] 本發(fā)明提出了一種基于嵌入式技術(shù)的整套溫度控制的實(shí)時(shí)操作、顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，同時(shí)提出了一種針對(duì)工業(yè)溫度控制的基于單神經(jīng)元的 PID控制算法，優(yōu)化控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。
[0026] 本發(fā)明提供的電阻爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括上位機(jī)、下位機(jī)及 被控對(duì)象工業(yè)電阻爐，上位機(jī)包括采用Freescale公司K10系列芯片的CPU、實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù) 和波形的LCD驅(qū)動(dòng)和顯示模塊、用于數(shù)據(jù)輸入和界面刷新的矩陣鍵盤(pán)模塊。下位機(jī)包括主 頻達(dá)200MHz的ARM9微處理器模塊、以單神經(jīng)元PID算法為核心的控制算法實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控 的控制器模塊、實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃AN通訊模塊。上位機(jī)與下位機(jī)之間規(guī)定 通信規(guī)約，通過(guò)CAN總線連接。被控對(duì)象工業(yè)電阻爐與下位機(jī)之間通過(guò)傳感器和執(zhí)行器實(shí) 現(xiàn)溫度檢測(cè)與控制。
[0027]IXD顯示模塊采