智能控制器

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇智能控制器范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

智能控制器范文第1篇

关键词:智能控制器;ARM;110kV高压隔离开关;CPLD;电磁兼容

1系统总体方案

1.1110kV高压智能开关柜本课题探究的智能高压开关柜其实也就是数字传输站的一个关键组成部分，变电站自动化系统是信息采集以及数字关键组件和这个智能电子设备简易爆炸装置的关键设备智能高压开关柜。需要探究的是一组智能高压开关柜能够控制以及监控等功能，集成智能高压开关柜不断自我保护以及这个自的功能监测和控制系统直接连接到我们的一个发电站。包含单元工作状态显示、故障显示以及这些参数选择查询显示的具体按钮，这些操作设备选择的具体按钮，包括有开关按钮，还有本地/开关从远处看，以及这个拨动开关。因为包括限流保护，过压，过热还有我们会遇到的这个接地故障，同时是能够根据需要随机地去组合起来。课题中探究的这个自我诊断能力表示监测数据的分析还有具体的这些处理，包括有故障预测，以及判断剩余使用寿命的开关，同时还计算维护期间，和其他功能。隔离开关在设计的简易爆炸装置110kV智能高压开关柜的一部分，用于我们的这个110kV的高压输电线路过程中，简易爆炸装置的特点和功能智能电子设备。1.2控制器总体设计原则按照统一设计标准进行全站仪国际标准IEC61850的平台，它的基本特性测量、控制、数字网络还有我们的这个功能一体化和信息交互，同时我们的这个智能电子设备可是能够用独立的外在智能电子数字通信设备或在原位智能操作箱上面进行操作，最后顺利完成数字信号转换还有状态监测以及智能电子设备可以实现智能控制，本课题中对具体数据采集、信息通信和传输，以及过程中的实时在线监测和故障自检，和其他功能。

2SCM模块设计

本文探究的是基于ARM还有这个CPLD设计开关控制模块，通常来说是保持原来的一部分以及机械传动以及这个驱动电动机不变，从而完成设计新的控制部分。一般来说是由旋转变压器开关位置信息采集，以及我们的数字转换数字信息到CPU后，所以是能够较好完成实时显示开关的角度为了确定位置和状态。课题中探究了继电器控制部分改用电力电子设备，同时抗干扰能力强的使用固态继电器，课题中还研究了继电器驱动电路使用光学器件。通常来说保护装置和电路通信网络付款接收命令或者说是这样一个上传状态，在我们的这个隔离单元的状态切换到主IED以及最后具体接收IED装置发送到命令的开启和关闭，从而最后完成隔离开关智能控制。在我们使用具体电子电流传感器检测电机电流的过程中，电流超过一定值的SSR断开，能够较好地防止电动机堵转和意外损坏。CPLD也就是我们说的通常用户根据自己的需求和构造逻辑功能的数字集成电路、CPLD通过修改其内部与已经固定连接电路逻辑功能来完成的一个编程，一般来说这个内部使用固定长度的导线互连的整个逻辑块，通常来说它具有较强的这样一个抗干扰能力。我们的具体系统应用软件设计过程中，一般来说，系统软件设计部分是程序设计的主题。图1中可以看到，软件设计中必须特别要去注意层次化还有模块化设计的应用。通信程序一般来说是负责物理信道的数据，而且还需要去按照相应的通信协议发送获取我们的这个数据传输。

3系统程序总体设计流程

MDK环境中控制器程序用C语言编写，调试，通常来说系统在开始之前会先去完成这个存储管理单元和微处理器存储保护单元的这些配置工作，然后才去完成这个初始化库函数和堆栈指针。一般来说我们系统初始化是繁琐的，而且其中在根据不同的需求的这些时钟芯片资源分配我们的时钟模块过程中，课题探究的这个系统定时器配置模块、定时器以及我们的这个采样参数等等，也是建立了一个DMA通道，通常来说这个电流传感器定时器设置，例如我们的这个芯片引脚输出配置。同时还有STM32处理器支持线的工作模式以及我们的工作模式，当复位以及我们的异常返回线程模型的这个过程中，我们的主程序是运行在这些具体模式。当整个的处理器异常将进入到需要处理的一个模式。我们的在线程栈使用过程模式，同时会去中断返回新的任务和任务切换之前，并且这里的软件必须存储在任务堆栈寄存器R4R1l，之后这组寄存器从堆栈弹出当执行一个新任务时，调整堆栈值和返回值，最后完成中断返回。本课题中的这个主程序流程设计，以及这个单片机模块正常条件下电动机电路不工作，对于探究的系统实现程序测试程序，同时这里的开关信号收集和温度和湿度的测试程序。通常来说是除了模拟信号采集，以及我们环境通常是需要收集和检测的温度和湿度，最后也就是确定系统硬件工作温度和湿度是合适的;权力需要实时监控，最后也就是确保整个模块的正常运行。本课题探究中的SCM模块控制进给运行之后，例如，需要开关的时候，这个隔离开关高压开关设备的简易爆炸装置关闭命令信号，同时还有这个单片机模块，继电器电路电力开关，另外在SSR后常开触点闭合，我们的这个电机电路的传导，同时还有这个马达驱动作用机理的操作。通常来说我们的电动机和运行机制三个齿轮减速装置，以及之后具体操作符输出轴旋转本体驱动的动态接触开关还有这个角度传感器、角度信号采集，实时监控隔离开关的位置。另外在具体执行机构输出轴，当达到设定的角度来看，我们这个在具体输出轴连杆机械驱动开关节点作用机制，从课题中的这个SCM模块能够传达出具置信号，通常来说单片机模块控制继电器响应的动作，以及我们的电机控制电路、制动电路传导的力量将放电电路的电枢电流消耗，关闭过程完成。

4各数据采集模块软件程序

信息采集的各种数据采集模块包括温度，湿度，同时一般来说是根据角度传感器信息采集和显示，另外我们的电流传感器采集和检测电流和电机保护模块。4.1基于AM2301的湿度采集及通信程序AM23O1湿敏电容数字温湿度模块的数字信号输出校准，校准系数的形式程序存储在内部的单片机。微处理器基于单总线和传感器是主从结构，通常来说是传感器响应，主机访问传感器必须严格遵循单一序列。4.2温度采集和显示STM32基于IZC通信总线的DS18B20程序部分代码:宏定义:#defineI2C1_SLAVE_ADDRESS70x30#defineI2C2_SLAVE_ADDRESS70x30#defineBufferSize4#defineC1ockSpeed200000DS18B20初始化的子程序:InitDS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(85);DQ=1;delay(14);}通常来说主控制器是能够向DS18B20读数值，并且可以设定门限值，部分程序如下:ReadTemperature(void){InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Ox44);delay(125);InitDS18B20();WriteOneChar(Oxcc);WriteOneChar(Oxbe);tempt=ReadOneChar();tempH=ReadOneCharU;/温度转换，通常是经过下面把高低位的运算转化为实际温度temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625;……4.3电机过流保护通常来说电动机运行时往往产生过载，一般来说在当前形势下，隔离开关的电动马达是1000w的功率三个交流异步电动机，Ie=1额定电压，倘若这个超过您可以抓住电机工作电流，尤其是当阻塞反过来，这个电流瞬时值突然增加通常来说回超过预想值，也就非常有容易引起电动机的损坏。锁定转子条件为了更好地保护电机损坏电机，通常来说电机如果空气开关，所以当电动机电路通道被堵住了，不过我们现在没有发现和断开电动机控制器电路，通常来说有效断开空气开关跳闸电路保护电动机。一般来说是因为当前值一直在不停地变化，所以说我们电机的实际热量积累量大于热积累量的计算，通常来说就会产生错误的行动。表达式的逆时间算法参数设置在很大程度上影响电动机保护的灵敏度，因此我们需要确定正确的逆时间参数。

5结语

智能控制器范文第2篇

关键词 AT91RM9200 智能控制器 Linux 硬件设计

在电子技术迅猛发展的今天，嵌入式系统已越来越多地应用于消费类电子产品、智能仪表、控制系统、航空航天等领域。本文论述基于ARM920T微控制器的AT91RM9200、采用嵌入式Linux操作系统设计实现一种智能控制器平台，提供一具体被控对象，可供人员在其上验证各类控制算法的实际控制效用。主要是论述其硬件实现。

1 智能控制器总体结构设计

智能控制器的整体方略是实现一闭环控制，提供一温度被控对象，目的是控制对象温度达到期望值，途径是通过改变PWM占空比进而改变加热对象的电加热膜的导通时间来实现。

1.1硬件结构

系统的硬件机构如图1所示。嵌入式微处理器是系统的核心，采用ATMEL公司的AT91RM9200芯片，它负责处理ADC从对象那里采集来的温度数据，根据实际与期望值进行控制算法运算后，最终确定PWM波形的占空比，当PWM输出为高电平时，加热膜导通，反之截止。

SDRAM用于系统运行时程序的存取，选用两片HY57V561620，64MB空间足够操作系统使用；引导程序Boot loader、嵌入式Linux操作系统、应用程序及相关配置参数固化在NOR Flash内；物理层网络芯片LXT971通过MII接口同AT91RM9200连接，用于系统与上位机的网络通讯；为方便系统测试和应用程序调试，还配备了标准JTAG接口、调试DBGU串口和USB HOST。

图1 智能控制器硬件结构

1.2软件结构

嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台，本智能控制器选用Linux操作系统。基于Linux的软件结构需要完成如下几个方面的工作。

1.2.1 引导程序Boot loader的编译，它是连接操作系统与硬件的纽带，主要起初始化硬件设备、建立内存空间的映射图、为最终调用操作系统内核准备好正确环境的作用。它的移植与硬件密切相关，需根据实际硬件平台进行修改；

1.2.2 Linux内核的裁剪和移植，文件系统ram disk的制作；

1.2.3 ADC、PWM驱动程序的编写。成功嵌入Linux后，就可以进行应用程序的开发了。被控量通过ADC采集，电加热膜的导通时间由PWM占空比控制，所以还需编写基于Linux内核的驱动程序。

2 智能控制器硬件电路设计

2.1电源与复位电路

本系统需要三种直流电源，一是给AT91RM9200内核、锁相环PLL和振荡器供电的1.8V，一是器件I/O接口所需的3.3V，还有USB接口使用的5V。其中系统对1.8V核心电压的品质要求较高，再加之系统精密，所以需要有足够的保护冗余设计。电源电路采用两级电压转换的方式。第一级先降输入电压到5V，USB接口直接使用该电源；第二级分别使用低压降稳压器LDO输出噪声较小的3.3V和1.8V。

系统复位电路如图3所示。选用IMP706作系统μP监控芯片，利用该电路可以实现上电、掉电、手动复位、电源电压监控、看门狗等功能。PFI为电源故障电压监控输入，当PFI小于l.25V时，电源故障输出FPO变为低电平；WDI是看门狗输入，

当其保持高电平或低电平达1.6s时可使内部定时器完成计数，并置WDO为低；复位输出RESET低电平有效；看门狗输出WDO如果连接到MR将会触发复位信号；为了触发复位，需将PFO接至MR端[1]。

图2 电源电路

图3 复位电路

2.2 时钟电路

AT91RM9200的电源控制器PMC集成了两个振荡器和两个PLL，可以提供系统所需的所有时钟。图4是本系统的时钟电路，包括两个外部晶振、两个PLL的外部二阶滤波器以及外部时钟信号所必须的电源供给VDDPLL。

2.3存储器接口电路

本系统SDRAM和NOR Flash的接口电路由于篇幅原因，这里不再给出。参考文献[2]，就可以知道EBI引脚同NOR Flash和SDRAM存储控制器间的关系。需要说明的是，AT91RM9200的外部总线接口EBI设计可以确保多个外设与基于ARM器件的内置控制存储器间进行数据传输。EBI集成了静态存储、SDRAM和Burst Flash三个外部存储控制器，并提供额外的SmartMedia和CompactFlash逻辑支持；数据通过16或32位数据总线进行传输，高达26位的地址总线可对64M字节空间寻址；8个芯片选择口NCS[7:0]，优化的引脚复用以减少外部存储器的等待时间[2]。

图4 系统时钟电路

2.4以太网接口电路

本系统选用的PHY层收发芯片是Intel公司的全双工网络通信接口电路LXT971A，它符合IEEE标准，支持100BASE-TX和10BASE-T应用，并提供MII接口可以很好地同10/100MACs连接。图3-9给出了LXT971A的接口电路。AT91RM9200的MAC可提供两种与PHY互连的接口，独立媒体接口MII和精简独立媒体接口RMII。在我们的系统中，考虑MII多占用的IO口并未与其他外设冲突，再加之RMII所需的50MHz有源晶振多少会增加硬件设计中电源去耦和电磁兼容的难度，我们选择使用MII接口。

图4 以太网接口电路

2.5 调试与USB接口

本系统的标准JTAG接口电路如图5所示。JTAG标准的目的是用测试数据输入TDI、测试模式选择TMS、测试时钟输入TCK和测试数据输出TDO四个信号来测试芯片的内部状态并进行故障检测，JTAGRST为测试复位，低电平有效，电路上上述五个信号端都需要上拉电阻。NRST是系统复位，调试完毕后可以通过复位键使其复位。

AT91RM9200的调试串口DBGU实现特性同标准USART串口100％兼容，为方便调试，达到将调试信息通过串口在PC超级终端打印出来的目的，DBGU必然需要保留，考虑可能要与其他开发板进行串口连接，系统也设计了一通用串口。相关电路见图5。

AT91RM9200(208引脚PQFP封装)内置两个USB控制器，一个是USB 2.0全速主机端口USB Host，片上收发器，集成FIFO及专用的DMA通道；另一个是USB2.0全速设备端口USB Device，片上收发器，2K字节可配置的集成FIFO。控制信号分别为HDMA、HDRA、DDM、DDP。本系统设计中，两个端口我们都占用，其中HOST接口主要用于应用程序进行U盘调试时插拔U盘，而系统与上位机进行连接则采用Device接口。USB电路原理图见图5。

图5 调试与USB接口电路

2.6 模拟量输入输出与PWM

本系统设计有两个串行外设，ADC和DAC，它们分别由片选线NPCS0、NPCS1控制。ADC部分的原理图见图6。选用的芯片是Analog Device公司推出的12位16通道逐次逼近式模数转换器AD7490，高速，低功耗。5V电压供电时，数据传输率高达1MBPS，典型功耗9mW、最大仅有12.5 mW。DA转换器AD420也是选择的Analog Device公司的产品，高达16位的分辨率；灵活的串行数字接口，最大速率可达3.3 Mb/s，可通过3线制或异步制同MCU相连，我们采用的是三线制；转换后的模拟输出信号可以是0-5V电压，也可以是4-20mA、0-20mA或0-24mA电流，可通过引脚进行实际配置。

AT91RM9200的I/O引脚最大输出电流仅8mA，这对于加热来说是完全不够的，需要进行电流放大。采用MOSFET场效应管IRF620，6A漏极连续电流满足需求，电子开关可以频繁开关也非常适用于PWM控制方式下控制电热膜的加热。

图6 AD、DA与PWM电路

三、结束语

详细介绍了包括电源复位模块、时钟电路、存储器单元、网络接口、调试通讯接口以及ADC、PWM输出在内的智能控制器平台的硬件电路设计。在移植完Linux系统后，开发完ADC及PWM驱动程序，即可建出智能控制器平台的整体架构。接下来的主要工作还需辨识出被控对象的模型，编写相应控制算法，以在其上验证控制算法的实际控制效果。

参考文献：

[1]毛六平，罗文钦，汪鲁才.多功能uP监控芯片IMP706及其应用[J].国外电子元器件，2000(12):38-39

[2]ATMEL corporation.AT91RM9200 datasheet[Z]，2004.省略/

[3]崔用明，李积英.基于嵌入式控制器的温度控制系统设计[J].兰州交通大学学报，2008，27(6):127-129

智能控制器范文第3篇

关键词： 现场总线通讯； M2M； 可编程逻辑控制器； 工业PC

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0110?04

0 引 言

制造物联是对制造资源信息与产品信息的动态感知、智能处理与优化控制的一种新型制造模式和信息服务模式，是通过将RFID，M2M为代表的物联网技术、先进制造技术与现代管理技术集成应用，构建服务于供应链、制造过程、物流配送、售后服务、再制造等产品各生命周期阶段的基础性、开放性网络系统。将推动制造业向全球化、信息化、智能化、绿色化方向发展。

M2M是制造物联的基础之一，其中M可以是人（Man），也可以是机器（Machine），M2M泛指人、机器之间建立连接的所有技术和手段，旨在通过通信技术将机器之间通信、机器控制通信、人机交互通信、移动互联通信等不同类型的通信技术有机结合在一起[1?2]。在现有的许多大型工程装备类行业，通常采用可编程逻辑控制器（PLC）作为设备的控制系统。

现有性能可靠、安全性高的PLC产品几乎都被国外企业所垄断，成本较高。并且由于PLC制造商之间存在竞争，不同制造商生产的PLC产品采用的通讯协议不同，之间无法进行直接通讯，因此要想与自身原有的PLC网络兼容，必须购买具有相同品牌PLC的工程装备，选择受到限制[3?4]。

此外，传统的PLC产品并不能直接接入互联网，要想将设备的PLC接入网络，并将设备数据发送至设备制造商实现实时分析、实时预警、故障在线诊断，则必须将PLC通过网络模块接入到企业的局域网中，然后通过VPN的形式才能将数据送回至设备制造商，且传回的数据必须通过WinCC等特定的组态软件进行读取接收，此类软件知识产权固有，无法进行任意地改造开发，极大地增加了维护成本[5]；同时传回的数据无法与企业自身的信息化系统进行数据的互联互通，导致形成信息孤岛[6]；由于PLC的数据传输属于窄带宽即时传输，无法传输现场的视频等数据量较大的信息，传回的数据也不足以判断造成故障的原因。因此这种做法不仅造价极高，而且很难实现预期效果、满足制造物联的需求。

由于传统PLC产品存在上述问题并且很难进行改造，通常采用工业PC与PLC结合[7?9]或者单片机控制器[10]进行控制。单片机控制器之间无法进行设备互联以及与互联网的通信，同时无法实现控制结果的人机界面反馈以及故障诊断、报警等功能，而工业PC由于具有强大的数据通信、 数据处理功能， 可以处理比较复杂的运算过程， 在 Windows下可以使用如 VC++，VB 等可视化编程语言开发良好的人机界面， 可以方便地监视和处理控制过程，因而工业PC+PLC的工业控制系统在国内外已经广泛的应用于离散和连续的过程控制中。综合以上特性，本文选择工业PC与PLC结合的方式，设计了一种智能控制器，替代通用的PLC产品，对制造现场的设备进行智能调节和控制，并可与不同通讯协议的PLC设备进行通讯，可接入互联网、局域网实现产品功能的在线服务。打破了国外产品对PLC行业的长期垄断，自主研发并大大降低了产品成本。

1 智能控制器应用架构

本文设计的智能控制器应用架构如图1所示。

此应用架构共分为三层：感知层、控制层和应用层。其中，感知层包括传感器、阀门、仪表、RFID等信息采集设备，控制层包括不同种类的控制器，本文设计的智能控制器就在这一层，其主要功能包括故障检测、故障报警、应急处理、状态查询等，应用层包含设备运营平台，主要包括用户管理、计量计费、商务营销、资源管理、安全认证等功能模块。

本文设计的智能控制器使用嵌入式A/D、D/A转换器将被控设备上仪表、传感器的模拟信号（电压或是电流的形式）转换成数字信号供控制系统识别，同时将控制系统的数字信号转换成被控设备上仪表、传感器可以识别的模拟信号控制设备运行状态，从而实现控制层与感知层的互联。

对于控制层中不同PLC产品的连接问题，智能控制器集成了自适应PLC网络通信模块，通过自适应PLC网络通讯技术，将复杂的现场总线通讯接口，抽象成单一通讯接口，在接口上使用自适应现场总线通讯协议，根据外部通讯接口的变化自动匹配与之相对应的现场总线协议，打通多现场总线间的通讯壁垒，做到不同控制器之间的无缝连接，实现控制层的内部通信。

智能控制器集成的网络通讯模组，提供GPRS/3G通讯模块支持控制器数据在线移动通讯；提供WiFi模块，可以通过WiFi接入到局域网。支持标准以太网通讯、WiFi通讯、GPRS通讯、3G通讯，保证控制器数据可以实时传输到网络中，实现控制层和应用层的连接。

2 智能控制器设计方案

2.1 智能控制器设计结构图

本文设计的智能控制器设计结构图如图2所示。

该智能控制器以嵌入式主板为基础，嵌入式主板为嵌入式X86主板、嵌入式ARM主板或其他具有类似功能的主板。集成硬盘、显示器、数/模，模/数转换模块、数字信号采集板、自适应PLC通讯模块和网络通讯模组，采用Windows操作系统，通过数模/模数转换模块与被控装备上的传感器、仪表、阀门等设备进行数据交换，对被控装备进行控制和调节；智能控制器可通过自适应PLC通讯模块与多种PLC设备如上位机、总控机进行数据交换，可通过网络通讯模组接入互联网、局域网等网络，进入产品运维平台，实现远程在线服务。

2.2 各模块具体设计实现

2.2.1 智能控制器主板设计

（1）嵌入式并行处理技术的应用。传统PLC控制系统中，CPU“顺序扫描，不断循环”的工作方式决定了PLC在执行时，指令必须短小精悍，且只能串行，无法并行处理指令，限制了PLC的控制实现，使其无法实现复杂的控制算法和控制功能。

本文设计的智能控制器通过对嵌入式并行处理系统架构和任务并行协同处理技术的研究，采用嵌入式并行处理架构CPU，取代传统的单片机、PLC等串行处理架构CPU，作为控制系统的控制芯片，结合增强型的DSP指令集，增加了对并行任务处理的支持、快速的中断处理和硬件I/O支持、低开销或无开销循环及跳转的硬件支持、单周期内操作的多个硬件地址产生器的支持，比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍，即具备了传统单片机、PLC的高稳定性、高精度的特点，同时又提高了整个系统的运行效率，使系统的控制功能更加丰富、高效。

（2）高级PID控制器算法的实现。PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，其核心算法由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成[11]，通过对，和进行参数设定，来适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统，通过配置可用于温度、压力、流量等参数的单回路控制方案[12]。PID控制器算法有三种，分别为增量式算法、位置式算法和微分先行[13]。

传统的控制系统如PLC中，通常会集成PID控制算法函数，供控制功能开发人员调用，对温度、压力、功率等模拟量参数进行调整，但不同品牌的PLC集成的PID控制算法各不相同，且作为核心算法固化在PLC控制器内部，设计人员无法选择或更改，这就要求在控制系统的设计过程中针对不同类型的控制需求来选择使用不同品牌的PLC控制器，且一旦选定后将无法更改，这给系统的设计、开发，后期的维护带来很多的麻烦。

本智能控制器根据三种PID算法的不同特点，通过设定参数的方式让系统设计人员在系统设计及后期维护过程中灵活选择，而不影响系统已有的控制功能。

PID算法实现：

[ut=Kpet+1T10teτdτ+TDdetdt] （1）

式中：Kp为比例放大系数；TI为积分时间；TD为微分时间。

2.2.2 嵌入式A/D、D/A转换器应用

A/D、D/A转换器是控制器与被控设备之间数据传输的纽带，其性能指标主要通过取样与保持、 量化与编码、分辨率、转换误差、转换时间、绝对精准度、相对精准度等几个指标来衡量，传统的PLC控制系统中的A/D、D/A转换器受其自身和外部条件限制，在抗干扰能力上比较差，在强电压、高电磁干扰的信号源的采样上容易出现“毛刺”或电源纹波，降低了信号的分辨率和精准度，使得在一些对信号精度要求高的自控设备上无法达到控制要求。

本文设计的智能控制器通过对嵌入式A/D、D/A转换设计技术、多值A/D转换器及数字滤波器技术的研究，在降低A/D、D/A转换器体积和功耗的情况下，采用数字滤波算法增强A/D、D/A转换器的抗干扰能力，提高信号转换的分辨率和精准度。

2.2.3 自适应PLC网络通讯模块的设计

本控制器集成的自适应PLC通讯模块，包括与嵌入式主板匹配的标准通讯口、与各种PLC设备匹配的多种通讯口，如PCI，RJ45，RS 232，RS 485等通讯接口及各种PLC通讯协议。嵌入式主板通过标准通讯口与自适应PLC通讯模块上的标准通讯口进行通讯，自适应PLC通讯模块可选用各种通讯口与不同的PLC设备进行通讯。当自适应PLC通讯模块与PLC设备进行通讯时，如果PLC设备支持RJ45，RS 232，RS 485通讯接口则优先选用，否则，则选用PCI通讯口，通过扩展PLC通讯卡与这些PLC设备进行通讯。其中PLC通讯卡可根据与之进行通讯的PLC设备进行选择，如与西门子系列PLC设备进行通讯时，可选用西门子品牌的通讯卡。

该自适应PLC通讯模块具有协议自动匹配功能，可根据与之通讯的PLC设备的通讯协议，自动进行协议匹配，建立通讯连接。模块结构图如3所示。

（1）多工业现场总线自适应技术实现。目前世界上存在着大约40余种现场总线，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就开始着手制定现场总线的标准，但由于各个国家各个公司的利益之争，所以至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。这种现象的存在使得通用控制系统在设计和实现的过程中需要针对不同的现场总线进行设计和考量，增大了系统设计的难度，而且无法从根本上解决多现场总线间通讯的问题。

本文设计的智能控制器设计的自适应现场总线通讯协议技术将复杂的现场总线通讯接口，抽象成单一通讯接口，在接口上使用自适应现场总线通讯协议，根据外部通讯接口的变化自动匹配与之相对应的现场总线协议，打通多现场总线间的通讯壁垒，做到无缝切换，降低了控制系统的设计、开发难度。示意图如图4所示。

（2）高可靠性实时通信技术应用。随着现代控制系统功能的日益强大，对现场控制数据的多样性和复杂性要求也越来越高，未来的现场控制数据将不再只是单纯的信号片段，会出现对音频、视频，甚至是三维虚拟现实的数据传递，而传统的现场总线通信技术更多的是应用于小数据量的传递，对这种大数据的信号处理往往力不从心，存在带宽不足，或投资成本过高的情况。

本文设计的智能控制器在实现数据实时通讯协议时充分考虑到了未来的发展，将数据按类型进行分类，针对不同的分类采取不同的传输策略；采用基于带宽预留方式的调度机制，采用EDF实时调度算法，在大数据量传输的过程中保证带宽的合理使用；采用基于时间片的分时调度方式，提高实时数据的传输效率，保证数据传输的实时性和可靠性。

（3）控制功能通讯安全技术应用。本文设计的智能控制器研究了高可靠性的加密算法对数据加密，保障数据内容安全性；建立证书认证体系，保障数据传输过程中数据发起端和数据接收端的可信性；加入密钥管理与协商机制，增强整个数据传输体系的可靠性；根据通讯类型的不同采用不同等级的安全认证策略，在控制器与控制器间，采用轻量级加密算法和证书认证流程，加入密钥管理与协商机制，在不影响数据传输速度的情况下，提高数据安全；在控制器与服务器间，采用深度加密算法和严格的证书认证流程，同时增强密钥管理机制与协商机制，保障数据安全。

3 结 语

本文针对大型工程类装备存在的异构网络PLC之间无法互联，无法实现制造物联中M2M互联模式的问题，自主研发设计了一种智能控制器对设备进行智能调节和控制，并可与不同通讯协议的PLC设备进行通讯，可接入互联网、局域网实现产品功能的在线服务，性能上完全可以取代市场上的传统PLC，同时降低了成本，打破了国外企业对PLC行业的长期垄断。

参考文献

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[11] LU Jia?liang， CHEN Guan?rong， YING Hao. Predictive fuzzy PID control： theory， design and simulation [J]. Information Sciences， 2001， 137（1/4）： 157?187.

智能控制器范文第4篇

关键词： Arduino单片机；LD3320模块；Zigbee模块；HR911105A模块

中图分类号：TB 文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.11.146

1引言

随着科学技术的不断进步及对生活质量的要求不断提高，人们在选择和使用家用电器时，已从单一功能的传统家电转向智能化家电。利用智能家居控制器可以提供多种家电智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他们处理家庭事务，更快、更方便，为他们提供更加适宜的生活空间。然而智能家居市场错综复杂，现有的智能家居系统很难实现真正意义上的智能性，再加上智能设备的多样性、智能系统的兼容性、价格不菲等诸多因素使得智能家居很难真正走入大众的生活。

本文根据现代生活对居住环境的便捷性、安全性、舒适性等方面的需求，设计一种新型多功能智能家居控制器，实现家居电器的低功耗、高可靠性、可扩展性、灵活性的无线传输和远程控制。

2总体方案

智能家居控制器总体方案框图如图1所示，整个系统主要由主控制器、无线传输模块、语音识别模块、网络接口模块和无线发射/接收模块组成。

主控制器选用性价比较高的Arduino单片机模块；语音识别模块负责语音指令的采集、识别以及语音报警；网络接口模块负责手机终端与主控制器之间的网络通信；无线传输模块负责接收室内温湿度、可燃气传感器的实时监测信号，并上传给主控制器；无线发射模块负责发射主控制器发出的家居电器控制命令，无线接收模块则接收命令并传给执行模块。

3硬件设计

3.1主控制器模块

主控制器模块Arduino Mega2560是美国Atmel公司2013年最新推出的一款易用型开源控制器，以ATmega2560-16AU单片机为核心。

主控制器模块电路主要包括：单片机最小系统和下载程序接口。单片机最小系统包括：单片机、电源电路和复位电路。

ATmega2560-16AU单片机资源丰富、性价比高，16MHz的晶振，处理速度可达20MIPS，同时具有54路I/O口、256KB Flash Memory、8KB SRAM、4KB EEPROM、4路UART接口。主控制器模块可以通过3种途径自动选择供电方式（外部直流电源供电、电池供电和USB接口供电），同时提供了自动复位设计，可以通过Arduino软件下载程序自动复位。

主控制器模块上的单片机已经预置了bootloader程序，可以直接通过单片机上ICSP header直接下载程序。

3.2语音识别模块

系统的语音识别模块采用ICRoute公司的高性能LD3320语音识别芯片，它集成了语音识别处理器和外部电路，可对语音信号进行捕捉、识别、处理和播报。

LD3320芯片内置16位A/D转换器、16位D/A转换器和和功放电路等接口，且不需要外接任何辅助的Flash芯片，RAM芯片和A/D芯片等，可直接实现语音识别、声控和人机对话功能。识别的种类包括单字，词组等，语音识别率比较稳定，准确率也比较高。

语音识别模块与单片机的接口方式采用并行接口，其控制信号、中断返回信号均与单片机直接相连。语音识别的工作原理为：首先对输入的声音进行频谱分析后，再提取语音特征信息，最后将训练模板中的数据与特征信息进行匹配，输出识别结果。

3.3无线收发模块

本系统中运用315M无线模块来完成单片机与设备之间的“通信”作业。通过315M无线模块对信号进行采集、发送/接收、传递。

315M无线模块分为数据发射模块和接收模块。

数据发送模块具备较宽的工作电压，最佳工作电压为12V，可最远传输至500米。采用ASK方式调制，可延长使用期。传输距离因实地环境不同而不同，主要受调制信号，发射电压，接收机灵敏度等因素影响。

接收模块在一定程度上仅仅是一种组件，只有和发送电路、单片机组合时才有效。接收模块可在电路设计中灵活的渗入，以达到减小干扰，保证信号的稳定性。

3.4无线传输模块

本设计系统中zigbee无线传输模块用于烟雾、温湿度传感器和arduino模块之间信息“交互”。

Zigbee是一种短距离、低速率的无线组网技术。在zigbee网络内，设备之间通信稳定，无需人为设定，抗干扰能力强。

Zigbee模块提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口设备，实现数据透明传输功能，通信距离远。最大的亮点是zigbee技术可自组网。通过动态路由和网络拓扑结构，数据可稳定传输至目的地。

4软件设计

软件设计基于Code Composer Studio IDE集成开发环境和Keil C51语言。软件模块主要有：主函数、语音报警子函数、网络接口子函数、无线传输子函数和无线收发子函数等。

4.1主函数流程图

通过语音识别模块LD3320进行语音识别与播报，模拟信号通过arduino模块转化为数字信号给315传输模块，然后继电器接收，做出指定“动作”，见图2。

4.2语音报警子函数

通过烟雾传感器收集信息，将信号经zigbee模块传输到arduino，进而将信号转换为LD3320模块可识别的数字信号，完成语音报警，如图3所示。

4.3网络接口子函数

手机/PC的信号通过云端发送至HR911105模块，进而arduino捕获信号并转换为数字信号传输给语音模块完成报警工作，如图4所示。

5总结

本项目结合新兴的物联网技术和现有的多媒体信息化手段，设计一种新型多功能智能家居控制器，通过语音、手机、PC设备和移动网络等多种方式来无线远程控制家用电器，实现多种方式一体化控制；被控家用电器与总控制器之间采用无线通讯方式连接；同时，兼备家庭火灾监测，语音网络警报功能，真正体现智能家居的内涵，让家用电器与我们人类之间的沟通变得更加简单、快捷、高效。

参考文献

[1]严晓华.现代通信技术基础[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2010.

[3]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京：航空航天大学出版社，1998.

[4]王静霞. 单片机应用技术[M].北京：电子工业出版社，2013.

[5]赵秀珍，单永磊.单片微型计算机原理及应用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

智能控制器范文第5篇

关键词：电气自动化；人工智能；应用

中图分类号： TU855 文献标识码： A 文章编号：

1.人工智能应用理论分析

人工智能属于自然科学和社会科学交叉的一门边缘学科，涉及众多学科，比如哲学与认知科学、计算机科学等，其研究范畴是智能搜索、感知问题、逻辑程序设计、遗传算然、自然语言处理等。从本质上来讲，人工智能就是模拟人的思维的信息过程。 两条道路可以用于对人的思维模拟，一条是结构模拟，对人脑的结构机制进行模仿，将“类人脑”的机器制造出来；另一条是功能模拟，暂时将人脑的内部结构撇开，在模拟是从人脑的功能过程出发。 对人脑思维功能的模拟的典型事例就是现代电子计算机，它模拟了人脑思维的信息过程。人工智能并不意味着人的智能，更不意味着对人的智能的超越。 从本质上来将，“机器思维”不同于人类思维的地方表现在四个方面，一，前者是无意识的机械的物理的单纯过程，而后者主要是心理和生理的过程；二，前者没有社会性；三，前者没有人类的意识所特有的能动的创造能力；四，电脑的功能总是在人脑的思维之后。

人工智能控制器的优势

人工智能控制器诸如模糊神经，遗传算法等都可以看做一类非线性函数近似器，经过这样的分类，我们就能够较好地对其进行总体理解，也有利于统一开发控制策略。 和常规的函数估计其相比，这些人工智能控制器具有下列优势：没有控制对象的模型也可以设计人工智能器。 在很多场合，实际控制对象的精确动态方程是很难得到的，在设计控制器时实际控制对象的模型通常也存在着诸多不确定性因素，比如， 和最优 PID 控制器相比， 模糊逻辑控制器的上升时间是其 1.5被，下降时间是其 3.5 倍，过冲更加小；相对于古典控制器，人工智能控制器的调节更容易；在缺乏必要的专家知识时，通过相应数据也能够将人工智能控制器设计出来；对语言和相应信息进行运用也可能将人工智能控制器设计出来；人工智能的一致性良好，即使使用一些新的位置输入数据也能得到良好的估计， 和驱动器的特性是没有关系的。目前，如果没有使用人工智能的控制算法，也许对特定对象具有良好的控制效果，但是对其他控制对象就不一定具有一致性的良好的控制效果，因此应该依据徒具对象进行具体设计；对新信息或新数据，人工智能控制器的适应性良好；人工智能控制器能够将常规方法解决不了的问题解决掉；人工智能控制器的抗噪声干扰能力良好；实现人工智能控制器控制价格低廉， 尤其是只是对最下配置进行使用的情况下；人们和容易扩展和修改人工智能控制器。

3.人工智能技术在电气自动化控制系统中的应用

3.1 人工智能在直流传动中的应用

3.1.1 模糊逻辑控制应用

Mamdani 和 Sugeno 型是主要的两类模糊控制器。 现阶段，在调速控制系统中只用到了 Mamdani 模糊控制器。 需要注意的是这两种控制器都有一个 if-then 模糊规则库，但是“如果 x 是 A，并且 y 是 B，那么 Z=f（x，y）”是 Sugeno 型控制器的典型规则，这里 A、B 是模糊集，Z=f（x，y）是 x、y 的函数，一般情况下是将 x、y 的多项式输入进去。 当 f 是常数，就是零阶 Sugeno 模型，因此 Sugeno 是 Mamdani 控制器中一个特殊的例子。Mamdani 控制器主要由四个组成部分，一，输入变量的模糊化、量化等是在模糊化的背景下实现的，具有多种形式的隶属函数；二，数据库和语言控制规则库是知识库的两大组成部分，对规则库进行开发的主要方法是在应用和控制目标中运用专家的知识和经历，对建模操作器进行控制，建模过程，使用人工神经网络推理机制及自适应模糊控制器；三，模糊控制器的核心是推理机，能够对人的决策和推理模糊控制行为进行模仿；四，量化和反模糊化是由反模糊化实现的，反模糊化的技术有很多，比如，中间平均技术等。

3.1.2 ANNS 的应用

过去二十多年，在识别模式和处理信号过程中，ANNS（人工神经网络）得到了极为广泛的应用。 由于 ANNS 的非线性函数估计其具有一致性，因此它也可以在电气传动控制领域得到有效的应用，无需被控系统的数学模型，具有良好的一致性，对噪音不敏感是其优势所在。此外，ANNS 的并行结构使其很适合多传感器输入运用，比如，在诊断系统、条件监控中能够促进决策可靠性的有效增强。 近年来，电气传动的发展方向变为促使传感器数量的最小化，但是在特殊情况下，多个传感器可以使系统对特殊传感器缺陷的敏感性降低，过高的精度和复杂的信号处理都是不需要的。多层前馈 ANN 最常用的学习技术是误差反向传播技术。 如果网络的隐藏层与隐藏节点足够多，而且激励函数适宜，多层 ANN 只能实现需要的映射，缺乏直接技术对最优隐藏层、激励函数等进行选择，那么这个问题就可以用尝试法加以解决。 基本的最快下降法就是反向传播训练算法，它向网络反馈输出结点，用于权重调整，搜索最优、和隐藏结点的权重调整迭代不同，输出结点的权重调整迭代尤其自身的特点。 通过反向传播技术的使用，能够获取所需的非线性函数的近似值，学习速率参数包含在该算法当中，极大地影响着网络的特性。

3.2人工智能在交流传动中的应用

3.2.1 模糊逻辑的应用

一般情况下，在将模糊逻辑运用到交流传动中时，常规速度调节器被模糊控制器替代。 但是英国 Aberdeen 大学开发的具有多个模糊控制器的全数字高性能传动系统却不是这种情况。这些模糊控制器在对常规的 PI 或 PID 控制器进行替代的同时，也用于其他任务。Aberdeen 大学还在各种全数字高动态性能传统系统的开发只能够运用模糊神经控制器。 也有人认为，可以使用模糊逻辑对电机的磁通和力矩进行感应。它具有变化着的输入标定引资。 有关实验也对所提方案的有效性进行了验证。 该系统同时使用模糊速度控制器、CRPWM塑变器及 PI 速度控制器，它常常用来对可能的惯性和负载转矩的扰动进行补偿。

3.2.2 神经网络的应用

在交流电机和驱动系统的条件检测与诊断中使用神经网络时，由于 ANN 使用常规反向转播算法， 因此它在步进电机控制算法的最优化中得到了应用。 该方案依据负载转矩和初始速度，利用实验数据，对最大可观测速度增量进行确定。 这就需要 ANN 对三维图形映射进行学习。 相比于常规控制算法提醒控制法，该系统的性能更加优良，能够促进定位时间的极大减少，同时也能够有效控制负载转矩的非初始速度及答非为变化。 ANNS 的结构属于多层前馈型，对常规反向传播学习算法加以应用。 该系统的构成元素是两个子系统，一个系统通过辨识电气动态参数对定子电流进行自适应控制，另一个系统通过辨识机电系统参数对转自速度进行自适应控制。

4结束语

综上所述，人工智能是人类制造出来的机器所具有的智能，由感知、思维、行为能力三部分的性能组成。人工智能技术在自动化方面的发展可以促进电气自动化控制系统的全面进步与发展，有效促进智能理论的全方位运用，从而极大提高人们的生活水平。 参考文献：