時間：2023-03-06 16:04:31
序論：在您撰寫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1.1飛控計(jì)算機(jī)
電傳飛機(jī)控制系統(tǒng)的核心應(yīng)用技術(shù)是飛控計(jì)算機(jī)，通過飛控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析和程序預(yù)設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動化控制盒管理。結(jié)合本型號飛機(jī)的實(shí)際情況，工作人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時進(jìn)行了多種方案的甄選，最終確定將飛控計(jì)算機(jī)與伺服控制回路綜合在一起，采用3×2余度配置，本系統(tǒng)需要三臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的連接，因?yàn)檫M(jìn)行了大膽的技術(shù)嘗試，同時又結(jié)合了國內(nèi)外最先進(jìn)的飛機(jī)控制技術(shù)，所以這套設(shè)計(jì)方案是比較科學(xué)相對合理的，具有可操作性。每臺計(jì)算機(jī)有兩個通道：工作通道：根據(jù)輸入信號計(jì)算機(jī)控制面偏轉(zhuǎn)指令，并且驅(qū)動相應(yīng)的控制面；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊、伺服回路模塊與電源模塊等。監(jiān)控通道：用于檢測計(jì)算機(jī)指令的正確性；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊與電源模塊等。
1.2作動器
升降舵、副翼和方向舵均采用電液伺服作動器，電液伺服作動器具有故障監(jiān)控功能和旁通功能，在故障失效后自動轉(zhuǎn)入旁通功能，不影響其它作動器工作。單個舵面所有電液伺服作動器均失效后，轉(zhuǎn)入旁通功能，保持一定的阻尼，該舵面處于阻尼浮動狀態(tài)。2.2.1升降舵作動器每個升降舵面采用2臺臺電液伺服作動器并聯(lián)安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨(dú)控制單個升降舵面的能力，左右兩個升降舵面共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統(tǒng)提供動力，升降舵作動器接受飛控計(jì)算機(jī)指令，控制升降舵偏轉(zhuǎn)。2.2.2副翼作動器每個副翼采用2臺電液伺服作動器并聯(lián)安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨(dú)控制單個副翼的能力，左右兩個副翼共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統(tǒng)提供動力，副翼作動器接受飛控計(jì)算機(jī)指令，控制副翼偏轉(zhuǎn)。2.2.3方向舵作動器在方向舵上并聯(lián)安裝3臺電傳控制的電液伺服作動器，同步工作，具有力均衡功能。方向舵作動器接受飛控計(jì)算機(jī)指令，控制方向舵偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)航向控制，需3套液壓系統(tǒng)提供動力。
1.3傳感分系統(tǒng)
傳感器分系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)傳輸和接收，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。一方面需要及時接收信息，另一方面還要對接收到的信息進(jìn)行篩選和分類，最終利用具有關(guān)聯(lián)性的安全信息，具體包括駕駛員指令傳感器、飛行運(yùn)動傳感器和大氣數(shù)據(jù)傳感器三個部分。駕駛員指令傳感器顧名思義，就是將操作人員的操作數(shù)據(jù)和操作動作，以數(shù)據(jù)的形式傳輸給計(jì)算機(jī)裝置；飛機(jī)運(yùn)動傳感器將飛機(jī)在運(yùn)動過程中的所有動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行敏感處理和數(shù)據(jù)傳送；所有的數(shù)據(jù)最終通過大氣數(shù)據(jù)傳感器統(tǒng)一進(jìn)行匯總和分析。需要進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的是，為了保證飛機(jī)運(yùn)行的安全和信號的穩(wěn)定，以上三種數(shù)據(jù)傳輸工作不能應(yīng)用飛機(jī)上的航電總線，需要安裝獨(dú)立的信號傳輸線。確保所有數(shù)據(jù)的可靠性。
1.4控制顯示分系統(tǒng)
控制顯示系統(tǒng)是操作人員進(jìn)行飛機(jī)控制的主要參考數(shù)據(jù)來源，操作人員需要根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)采用相應(yīng)的操作程序。顯示的信息量大，信息復(fù)雜，主要包括幾下幾種重要的數(shù)據(jù)：（1）人工進(jìn)行系統(tǒng)控制的程序指示數(shù)據(jù)，主要包括提醒操作人員進(jìn)行系統(tǒng)切換的信息和操作人員進(jìn)行不同模式轉(zhuǎn)換的信息等；（2）系統(tǒng)運(yùn)行的安全性顯示。包括系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行下的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時發(fā)出的警示信息以及相應(yīng)應(yīng)急自動處理信息；（3）系統(tǒng)定期檢測和維護(hù)的信息。電傳控制系統(tǒng)需要定期進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，顯示系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定好的程序提醒操作人員進(jìn)行相應(yīng)的操作和管理。
2控制律設(shè)計(jì)概略
電傳飛行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了駕駛員操縱指令（桿位移或桿力）與飛機(jī)運(yùn)動參量響應(yīng)相對應(yīng)的控制，從而使飛行控制“目標(biāo)”由原機(jī)械操縱系統(tǒng)的舵面偏角操縱，變成了對飛機(jī)響應(yīng)的控制。作為某型飛機(jī)電傳飛行系統(tǒng)控制模態(tài)包括基本模態(tài)和自動飛行控制模態(tài)。基本模態(tài)包括主控制模態(tài)、獨(dú)立備份模態(tài)及主動控制功能；其中主控制模態(tài)與獨(dú)立備份模態(tài)是系統(tǒng)必須具備的兩個基本控制模態(tài)。主控制模態(tài)包括控制增穩(wěn)、中性速度穩(wěn)定性、飛行參數(shù)（法向過載，迎角限制和滾轉(zhuǎn)速率等）邊界限制與慣性耦合抑制等功能；其中控制增穩(wěn)功能是電傳飛行控制系統(tǒng)最基本的工作模態(tài)，在整個飛行包括內(nèi)全時、全權(quán)應(yīng)用。獨(dú)立備份模態(tài)是電傳飛行控制系統(tǒng)的備份模態(tài)，是獨(dú)立于所有的其他控制律模態(tài)的應(yīng)急工作模態(tài)。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動報(bào)警消防聯(lián)動控制系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)
現(xiàn)代化的建筑規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、人員密集、設(shè)備眾多，對防火要求極為嚴(yán)格。為此，除對建筑物平面布置、建筑和裝修材料的選用、機(jī)電設(shè)備的選型與配置有許多限制條件外，還需要設(shè)置現(xiàn)代化的消防設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種高層建筑、大中型商業(yè)建筑、廠房不斷涌現(xiàn)，對自動消防報(bào)警系統(tǒng)提出了更高更嚴(yán)的要求。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)已成為必不可少的設(shè)施。電氣工程設(shè)計(jì)、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全而且也直接關(guān)系到各種消防設(shè)施能否真正發(fā)揮作用。因此，自動報(bào)警及消防聯(lián)動的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型顯得尤為重要。
一、系統(tǒng)的組成
火災(zāi)自動報(bào)警與消防聯(lián)動控制系統(tǒng)是建筑物防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動控制系統(tǒng)組成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備量的多少、設(shè)備種類都會有很大的不同。但是，決定系統(tǒng)特征的是火災(zāi)自動報(bào)警和消防聯(lián)動控制這兩個系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。
（一）火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的組成
火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)一般由探測器、信號線路和自動報(bào)警裝置三部分組成。
1、火災(zāi)探測器和手動報(bào)警按鈕
火災(zāi)探測器是整個報(bào)警系統(tǒng)的檢測元件。它的工作穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)直接影響著整個消防系統(tǒng)的運(yùn)行。
1）探測器的種類
火災(zāi)探測器的種類很多，大致有如下幾種：
（1）離子感煙探測器。
（2）光電感煙探測器。
（3）感溫探測器（包括定溫式和差溫式）。
（4）氣體式探測器。
（5）紅外線式探測器。
（6）紫外線式探測器。
2）常用的火災(zāi)探測器基本原理
（1）感煙火災(zāi)探測器
火災(zāi)發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災(zāi)探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。
①離子感煙探測器
離子式感煙探測器是由兩個內(nèi)含Am241放射源的串聯(lián)室、場效應(yīng)管及開關(guān)電路組成的。內(nèi)電離室即補(bǔ)償室，是密封的，煙不易進(jìn)入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進(jìn)入。在串聯(lián)兩個電離室的兩端直接接入24V直流電源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧進(jìn)入檢測電離室，Am241產(chǎn)生的α射線被阻擋，使其電離能力降低，因而電離電流減少，檢測電離室空氣的等效阻抗增加，而補(bǔ)償電離室因無煙進(jìn)入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個電離室兩端分壓比的變化，在檢測電離室兩端的電壓增加量達(dá)到一定值時，開關(guān)電路動作、發(fā)出報(bào)警信號。
②光電感煙探測器
光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測，并及時發(fā)出報(bào)警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。
a、一般光電式感煙探測器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為遮光型和散射型兩種。
遮光型光電感煙探測器由一個光源（燈泡或發(fā)光二極管）和一個光電元件對應(yīng)裝在小暗室內(nèi)構(gòu)成。在無煙情況下，光源發(fā)出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉(zhuǎn)換成電信號，使整個電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生有煙霧進(jìn)入探測器，使光的傳播特性改變，光強(qiáng)明顯減弱，電路正常狀態(tài)被破壞，則發(fā)出報(bào)警信號。
散射光電式感煙探測器的發(fā)光二極管和光電元件設(shè)置的位置不是對應(yīng)的。光電元件設(shè)置在多孔的小暗室里。無煙霧時，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態(tài)。而發(fā)生火災(zāi)時，有煙霧進(jìn)入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達(dá)光電元件上，則光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大電路放大后，驅(qū)動自動報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。
b、激光式感煙探測器。由激光發(fā)射機(jī)（包括脈沖電源和激光發(fā)生器）和激光接收器（包括光電接收器、脈沖放大及報(bào)警）組成。它利用激光方向性強(qiáng)、亮度高及單色性和相干性好的特點(diǎn)。在無煙情況下，脈沖激光束射到光電接收器上，轉(zhuǎn)換成電信號，報(bào)警器不發(fā)出報(bào)警。一旦激光束在發(fā)射過程中有煙霧遮擋而減弱到一定程度，使光電接收器信號顯著減弱，探測器發(fā)出報(bào)警信號。在種類繁多的激光光源中，半導(dǎo)體激光器由于具有所需激發(fā)電壓低、效率高、脈沖功率大、器件體積小、耐震、壽命長和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。
c、紫外光和紅外光感煙探測器。它們具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、可靠、探測方位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍重視，并成為目前火災(zāi)探測器的重要設(shè)備和發(fā)展方向。
光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。
（2）感溫火災(zāi)探測器
感溫探測器按結(jié)構(gòu)原理不同有雙金屬片型、膜盒型、熱敏電子元件型等三種。
①雙金屬片型是應(yīng)用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片作為敏感元件的，一般制成差溫和定溫兩種形式，定溫式是當(dāng)環(huán)境溫度上升達(dá)到設(shè)定溫度時，定溫部件立即動作，發(fā)出報(bào)警信號；差溫式是當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升，其溫升速率（℃/min）達(dá)到或超過探測器規(guī)定的動作溫升速率時，差溫部件立即動作，發(fā)出報(bào)警信號。
②膜盒型探測器由波紋板組成一個氣室，室內(nèi)空氣只能通過氣塞螺釘?shù)男】着c大氣相通。一般情況下（指環(huán)境溫升速率不大于1℃/min），氣室受熱，室內(nèi)膨脹的氣體可以通過氣塞螺釘小孔泄漏到大氣中去。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫升速率急劇增加，氣室內(nèi)的氣壓增大，波紋板向上鼓起，推動彈性接觸片，接通電接點(diǎn)，發(fā)出報(bào)警信號。
③電子感溫探測器由兩個阻值和溫度特性相同的熱敏電阻和電子開關(guān)線路組成，兩個熱敏電阻中一個可直接感受環(huán)境溫度的變化，而另一個則封閉在一定熱容量的小球內(nèi)。當(dāng)外界溫度變化緩慢時，兩個熱敏電阻的阻值隨溫度變化基本相接近，開關(guān)電路不動作。火災(zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度劇烈上升，兩個熱敏電阻阻值變化不一樣，原來的穩(wěn)定狀態(tài)破壞，開關(guān)電路打開，發(fā)出報(bào)警信號。
3）火災(zāi)探測器的選擇
（1）根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)選擇探測器
①火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應(yīng)選用感煙探測器。
②火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。
③火災(zāi)發(fā)展迅速、有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量煙和熱、應(yīng)選用火焰探測器。
④火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料，可進(jìn)行模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇探測器。
（2）根據(jù)安裝場所環(huán)境特征選擇探測器
①相對濕度長期大于95%，氣流速度大于5m/s，有大量粉塵、水霧滯留，可能產(chǎn)生腐蝕性氣體，在正常情況下有煙滯留，產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機(jī)物質(zhì)的場所，不宜選用離子感煙探測器。
②可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報(bào)警將造成重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在0℃以下的場所，不宜選用定溫探測器；正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。
③有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器：
a、可能發(fā)生無焰火災(zāi)；
b、在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴(kuò)散；
c、探測器的鏡頭易被污染；
d、探測器的‘視線’易被遮擋；
e、探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射；
f、在正常情況下，有明火作業(yè)以及X射線、弧光等影響。
高層民用建筑及探測器的靈敏度選擇，應(yīng)據(jù)探測器的性能及使用場所，正常情況下（無火警時）系統(tǒng)沒有誤報(bào)警為準(zhǔn)進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)高層建筑中，大部分使用光電感煙測器，只有在個別場所、廚房、發(fā)電機(jī)房、車庫及有氣體滅火裝置的場所才用感溫探測器。只用一種探測器，在聯(lián)動的系統(tǒng)里易產(chǎn)生誤動作，這將造成不必要的損失，無聯(lián)動的系統(tǒng)里易誤報(bào)。故應(yīng)選用兩種或兩種以上種類探測器。他們是“與”的邏輯關(guān)系，當(dāng)兩種或兩種以上探測器同時報(bào)警，聯(lián)動裝置才動作，這樣才能確保不必要的損失
總之，探測器選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達(dá)到及時、準(zhǔn)確報(bào)警的目的。
4）手動報(bào)警按鈕
報(bào)警區(qū)域內(nèi)每個防火分區(qū)應(yīng)至少設(shè)置一個手動火災(zāi)報(bào)警按鈕，且從一個防火分區(qū)里的任何位置至最近一個手動火災(zāi)報(bào)警按鈕的距離不應(yīng)大于30m，并應(yīng)設(shè)置在明顯和便于操作的位置。手動報(bào)警按鈕距地面1.5m。
2、自動報(bào)警裝置
我國火災(zāi)自動報(bào)警裝置的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用雖然起步較晚，但發(fā)展非常快，特別是最近幾年，隨著我國四化建設(shè)的迅速發(fā)展和消防工作的不斷加強(qiáng)，火災(zāi)自動報(bào)警裝置的生產(chǎn)和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品種類和產(chǎn)量及應(yīng)用單位都不斷地增加。我國目前生產(chǎn)的火災(zāi)自動報(bào)警裝置是包括報(bào)警顯示、故障顯示和發(fā)出控制指令的自動化成套裝置。當(dāng)接收到火災(zāi)探測器、手動報(bào)警按鈕或其他觸發(fā)器件發(fā)送來的火災(zāi)信號時，能發(fā)出聲光報(bào)警信號，記錄時間、自動打印火災(zāi)發(fā)生的時間、地點(diǎn)、并輸出控制其他消防設(shè)備的指令信號，組成自動滅火系統(tǒng)。目前，生產(chǎn)、使用的自動報(bào)警裝置，多采用多線制，分為區(qū)域報(bào)警控制器、集中報(bào)警控制器和智能型火災(zāi)報(bào)警控制器。
（1）區(qū)域報(bào)警控制器
區(qū)域報(bào)警器是一種由電子電路組成的自動報(bào)警和監(jiān)視裝置。它聯(lián)結(jié)一個區(qū)域內(nèi)的所有火災(zāi)探測器，準(zhǔn)確、及時的進(jìn)行火災(zāi)自動報(bào)警。因此，每臺區(qū)域報(bào)警器和所管轄區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測器經(jīng)正確連接后，就能構(gòu)成完整、獨(dú)立的自動火災(zāi)報(bào)警裝置。
區(qū)域報(bào)警器的基本原理如下：
①接收探測器或手動報(bào)警按鈕發(fā)出的火災(zāi)信號，以聲光的形式進(jìn)行報(bào)警；
②電子鐘可以記憶首次發(fā)生火災(zāi)的時間；
③可以帶動若干對繼電器觸點(diǎn)給出適當(dāng)外接功能；可
④以配置備用直流電源，當(dāng)市電斷電時，直流備用電便自動投入；
⑤具有自檢功能，當(dāng)區(qū)域報(bào)警器與探測器之間有接觸不良或斷線時，報(bào)警器發(fā)出開路或短路的故障聲、光報(bào)警信號并自動顯示故障部位；
⑥具有“火警優(yōu)先”功能，各類報(bào)警信號至區(qū)域報(bào)警器，經(jīng)信號選擇電路處理后，進(jìn)行火災(zāi)、短路、開路判斷，報(bào)警器首先發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號，指示具體著火部位，發(fā)出火警音響，記憶火警信號、開路、短路故障信號；
⑦通過通訊接口電路將三類信號送至集中報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警控制器將接收到的探測器火警信號進(jìn)行“與”“或”邏輯組合，控制繼電器動用聯(lián)動外部設(shè)備，如排煙閥、送風(fēng)閥、防火門等。
目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的區(qū)域報(bào)警器的容量即監(jiān)控部位多少不同。不同型號的區(qū)域報(bào)警器需與不同型號的探測器相連接。以西安262廠生產(chǎn)的JB-QB-2700/088A系列區(qū)域報(bào)警器為例，它有壁掛式、柜式兩種，最大容量為256路，一路是一個部位號，一個探測器占一個部位號。
在工程設(shè)計(jì)中，選擇區(qū)域報(bào)警控制器的容量應(yīng)大于該區(qū)域的探測器數(shù)。如一建筑物以一層為一個區(qū)，共24個房間，每個房間一個探測器，共24個，則應(yīng)選擇30路區(qū)域報(bào)警控制器。若48個房間，則應(yīng)選擇50回路區(qū)域報(bào)警控制器。
（2）集中報(bào)警控制器
集中報(bào)警控制器的基本原理如下：
①把若干個區(qū)域報(bào)警器連接起來，組成一個系統(tǒng)，集中管理；
②可以巡回檢測相連接的各區(qū)域報(bào)警器有無火災(zāi)信號或故障信號，并能及時指示火災(zāi)區(qū)部位和故障區(qū)域，同時發(fā)出聲、光報(bào)警信號；
③其他功能、原理同區(qū)域報(bào)警控制器。
在系統(tǒng)中如只有探測器和集中報(bào)警器是不能工作的。因?yàn)榧袌?bào)警器的巡檢功能、火災(zāi)報(bào)警功能、自檢功能等都是與區(qū)域報(bào)警器構(gòu)成系統(tǒng)后才具備的。所以，只有區(qū)域報(bào)警器與集中報(bào)警器配合使用，才能構(gòu)成自動火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。
集中報(bào)警系統(tǒng)適用于大型、復(fù)雜工程。集中報(bào)警器最大容量可接40臺區(qū)域報(bào)警器。
（3）智能型火災(zāi)報(bào)警控制器
智能型火災(zāi)報(bào)警控制器的基本原理如下：
①采用模擬量探測器，能對外界非火災(zāi)因素，諸如溫度、濕度和灰塵等影響實(shí)施自動補(bǔ)償，從而在各種不同使用條件下為解決無災(zāi)誤報(bào)和準(zhǔn)確報(bào)警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；
②報(bào)警控制器采用全總線計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)總線報(bào)警和總線聯(lián)動控制，減少了控制輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的長距離管線；
③采用大容量的控制矩陣和交叉查尋程序軟件包，以軟件編程代替硬件組合，提高了消防聯(lián)動的靈活性和可修改性。
262廠生產(chǎn)的NA1000系列火災(zāi)報(bào)警控制器就屬此類形式。
（4）自動報(bào)警裝置的選擇
火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)中，所選用的火災(zāi)報(bào)警裝置應(yīng)具有以下基本功能：
①能為火災(zāi)探測器供電；
②能接收來自火災(zāi)探測器或手動報(bào)警按鈕的報(bào)警信號；
③能檢測并發(fā)出系統(tǒng)本身的故障信號；
④能檢查火災(zāi)報(bào)警器的報(bào)警功能；
⑤具有電源轉(zhuǎn)換功能。
火災(zāi)報(bào)警控制器的選擇，一般考慮下列因素：
①火災(zāi)探測器、火災(zāi)報(bào)警器宜選用同一廠家的配套產(chǎn)品；
②報(bào)警系統(tǒng)所需回路數(shù)量；
③是否需要自動消防聯(lián)動控制功能；
④安裝位置和安裝方式等。
（二）消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成
消防聯(lián)動控制范圍很廣，據(jù)實(shí)際工程的大小、等級高低的不同各異。聯(lián)動控制設(shè)備有消火栓、水滅火、氣體滅火、防火門、防火卷簾、排風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)施、防火閥、排煙閥、電梯、誘導(dǎo)燈、事故燈、警鈴、切斷工作電源等。
二、系統(tǒng)選擇
火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性質(zhì)、重要程度、火災(zāi)危險(xiǎn)性、建筑結(jié)構(gòu)形式、耐火等級、分布狀況、環(huán)境條件以及管理形式等各不相同。在設(shè)計(jì)中應(yīng)仔細(xì)研究這些情況，根據(jù)不同的情況選擇不同的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)。
（一）系統(tǒng)確定
火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其他輔助功能的裝置組成的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)通報(bào)火災(zāi)、并及時采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑中或其他場所的一種自動消防設(shè)施，是人們同火災(zāi)作斗爭的有力工具。
報(bào)警系統(tǒng)的確定一般是整個系統(tǒng)中報(bào)警部位總點(diǎn)數(shù)，包括探測器數(shù)量、手動報(bào)警按鈕數(shù)量及消火栓、自動門、自動閥、行程開關(guān)等總數(shù)量來確定。也就是說與建筑物大小、等級、使用功能有關(guān)?；馂?zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的組成形式多種多樣，特別是近年來，科研、設(shè)計(jì)單位與制造廠家聯(lián)合開發(fā)了一些新型的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，如智能型、全總線型等，但在工程應(yīng)用中，采用最廣泛的是如下三種基本形式：區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)、控制中心報(bào)警系統(tǒng)。
1、區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)
該系統(tǒng)一個報(bào)警區(qū)域宜設(shè)置一臺區(qū)域報(bào)警控制器，系統(tǒng)中區(qū)域報(bào)警控制器不應(yīng)超過3臺，區(qū)域報(bào)警控制器宜設(shè)于有人值班的房間、場所。
系統(tǒng)的組成見下圖。
2、集中報(bào)警系統(tǒng)
報(bào)警區(qū)域較多、區(qū)域報(bào)警控制器超過3臺時，采用集中報(bào)警系統(tǒng)。集中報(bào)警系統(tǒng)至少有一臺集中報(bào)警控制器和兩臺以上區(qū)域報(bào)警控制器集中報(bào)警控制器應(yīng)設(shè)置有人值班的專用房間或消防班室內(nèi)。
系統(tǒng)的組成見下圖。
3、控制中心報(bào)警系統(tǒng)
工程建筑規(guī)模大、保護(hù)對象重要、設(shè)有消防控制設(shè)備和專用消防控制室時，采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)。
系統(tǒng)的組成見下圖。
以上各系統(tǒng)布線方式與探測器、報(bào)警器種類有關(guān)。采用二線制（即區(qū)域報(bào)警器到每一個探頭為二線）。區(qū)域報(bào)警器單獨(dú)使用為N+1式，到集中報(bào)警器為N+N/8+1+3+1式，設(shè)計(jì)、施工比較方便，而且降低造價。
除以上系統(tǒng)外，國內(nèi)各廠家又相繼推出總線制報(bào)警器。不同廠家總線制系統(tǒng)各異，但共同點(diǎn)都是總線制、地址編碼形式。
（1）二總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。區(qū)域報(bào)警器到探測器的線路傳輸只需二條總線，每一部位的控制器都有自己的編號，即一個部位一個編址單元。如JB-QB-50-2700/076型為例，它采用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，CPU主機(jī)將不斷地向各編址單元發(fā)碼。當(dāng)編址單元接收到主機(jī)發(fā)來的信號后，加以判斷：如果編址單元的碼與主機(jī)的發(fā)碼相同，該編址單元響應(yīng)。主機(jī)接收到編址單元返回的地址及狀態(tài)、信號，進(jìn)行判斷處理：如果編址單元正常，主機(jī)將繼續(xù)向下巡檢；經(jīng)判斷如果是故障信號，將發(fā)出故障區(qū)域聲、光報(bào)警信號。發(fā)生火災(zāi)時，經(jīng)主機(jī)確認(rèn)后，火警信號被記憶，同時發(fā)出火災(zāi)區(qū)域聲、光報(bào)警信號。
在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果用一臺區(qū)域報(bào)警器控制一層樓，在二總線上可接50個編址單元；控制二層，每層二總線上可接35個編址單元；控制三層，每層二總線上可接25個編址單元。076型區(qū)域報(bào)警器的擴(kuò)展型最多可設(shè)置200個編址單元。
（2）三總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警器是由單片機(jī)8031為中央控制單元，計(jì)算機(jī)管理的三線制報(bào)警器。三總線制系統(tǒng)通過三總線與被控的各區(qū)域報(bào)警器相聯(lián)。三總線制在工程應(yīng)用中有兩種形式：樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)、區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)。
①樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)
樓層復(fù)示器可以對編址探測器發(fā)碼、收碼，顯示本層的報(bào)警部位，具有斷線故障自動報(bào)警功能。該系統(tǒng)適用于每層不超過32個報(bào)警部位，樓層無值班點(diǎn)，首層設(shè)有消防總值班室的建筑。
②區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)
由區(qū)域報(bào)警器和標(biāo)準(zhǔn)集中報(bào)警器組成的兩級管理總線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，適用于每層報(bào)警部位多少不一，并設(shè)有樓層服務(wù)臺的中型賓館等建筑物。
采用總線制報(bào)警系統(tǒng)布線簡單，設(shè)計(jì)、施工方便，與其他報(bào)警系統(tǒng)相比多一些接口元件。
（二）消防聯(lián)動控制系統(tǒng)
消防聯(lián)動控制系統(tǒng)有無聯(lián)動、現(xiàn)場聯(lián)動、集中聯(lián)動等幾種形式。
在實(shí)際工程中，報(bào)警系統(tǒng)與消防聯(lián)動系統(tǒng)的配合有以下幾種形式：
1、區(qū)域——集中報(bào)警、橫向聯(lián)動控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)每層有一個復(fù)合區(qū)域報(bào)警控制器，他具有火災(zāi)自動報(bào)警功能，能接收一些設(shè)備的報(bào)警信號，如手動報(bào)警按鈕、水流指示器、防火閥等，聯(lián)動控制一些消防設(shè)備，如防火門、卷簾門、排煙閥等，并向集中報(bào)警器發(fā)送報(bào)警信號及聯(lián)動設(shè)備動作的回授信號。此系統(tǒng)主要適用于高級賓館建筑，每層或每區(qū)有服務(wù)人員值班，全樓有一個消防控制中心，有專門消防人員值班。
2、區(qū)域——集中報(bào)警、縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)主要適用于高層“火柴盒”式賓館建筑。這類建筑物標(biāo)準(zhǔn)層多，報(bào)警區(qū)域劃分比較規(guī)則，每層有服務(wù)人員值班，整個建筑物設(shè)置一個消防控制中心。
3、大區(qū)域報(bào)警、縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)主要適用于沒有標(biāo)準(zhǔn)層的辦公大樓，如情報(bào)中心、圖書館、檔案館等。這類建筑物的每層沒有服務(wù)人員值班，不宜設(shè)區(qū)域報(bào)警器，而在消防中心設(shè)置大區(qū)域報(bào)警器，有專門消防人員值班。
4、區(qū)域——集中報(bào)警、分散控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)在聯(lián)動設(shè)備的現(xiàn)場安裝有“控制盒”，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地控制，而設(shè)備動作的回授信號送到消防中心。消防中心的值班人員也可以手動操作聯(lián)動設(shè)備。此系統(tǒng)主要適用于中、小型高層建筑及房間面積大的場所。
此外，還有自動報(bào)警和消防控制于一體的滅火裝置系統(tǒng)，如FJ-2714自動滅火裝置。此系統(tǒng)主要適用于計(jì)算機(jī)房、發(fā)電機(jī)房、貴重物品倉庫、檔案庫、書庫等場所的火災(zāi)自動報(bào)警及自動滅火。氣體滅火、藥劑滅火具有能力強(qiáng)、效率高、對金屬腐蝕性小、不導(dǎo)電、長期存儲不變質(zhì)、不污損滅火對象等優(yōu)點(diǎn)，但造價高。
CPAC和其中一個客戶端構(gòu)成的銀行自動化存取控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。上位機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含控制中心計(jì)算機(jī)、客服端計(jì)算機(jī)及打印機(jī)、磁卡閱讀器與密碼鍵盤等配套設(shè)備；下位機(jī)是CPAC、端子板及存取機(jī)械手與取箱口所用的6個伺服電機(jī)及驅(qū)動器。由于CPAC只能控制8個伺服電機(jī)，控制存取機(jī)械手與取箱口1已經(jīng)占用了6個接口，而一個取箱口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足客戶的需求。當(dāng)取箱口數(shù)量超過一個后，用PLC控制其余出箱口，PLC與CPAC之間通過RS485總線通訊，由CPAC作為主控制器協(xié)調(diào)PLC實(shí)現(xiàn)存取保管箱操作。整個系統(tǒng)工作在由交換機(jī)組建的星形局域網(wǎng)中，各部分之間基于TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通訊。
2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1控制過程安全機(jī)制
2.1.1限位
為避免因軟件錯誤或硬件故障導(dǎo)致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的運(yùn)行失控，保護(hù)硬件設(shè)備與操作人員的安全，在存取機(jī)械手與取箱口的每個控制軸上除了在導(dǎo)軌的兩端安裝有硬件限位塊外，還必須使用限位開關(guān)來限制各軸的運(yùn)動范圍。軟限位與硬限位配合使用，可以有效地防止運(yùn)動部件跑出導(dǎo)軌。
2.1.2報(bào)警
當(dāng)檢測到驅(qū)動器報(bào)警信號以后，CPAC將關(guān)閉該軸的伺服使能，急停該軸的伺服電機(jī)，同時該軸報(bào)警觸發(fā)標(biāo)志位置。程序中檢測到報(bào)警觸發(fā)標(biāo)志位以后，將故障狀態(tài)報(bào)告控制中心，同時點(diǎn)亮報(bào)警燈并開啟蜂鳴器，等待人工處理。
2.2運(yùn)行速度的規(guī)劃
在本控制系統(tǒng)中，CPAC工作采用點(diǎn)位運(yùn)動模式。在運(yùn)動控制中，梯形速度曲線以耗能低、速度快、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)成為常用的速度控制曲線。其速度與加速度的變化曲線如圖3所示。然而由于梯形速度曲線采用線性加速方式，其對應(yīng)的加速度曲線不連續(xù)，因此存在柔性沖擊，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中的平穩(wěn)性能差。為了既獲得平滑的加速度，又不失去梯形速度曲線的優(yōu)勢，將梯形速度曲線加以改進(jìn)得到S型速度曲線。S型速度曲線的運(yùn)動過程由加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段、減減速段組成。本控制系統(tǒng)采用該速度曲線作為存取機(jī)械手各軸的速度控制曲線，避免了柔性沖擊因素。S型速度曲線由CPAC通過設(shè)置各軸運(yùn)動參數(shù)中的平滑時間來實(shí)現(xiàn)。
2.3控制系統(tǒng)作業(yè)方式
在銀行保管箱自動存取系統(tǒng)中，存取機(jī)械手執(zhí)行任務(wù)時可以選擇單一作業(yè)方式或復(fù)合作業(yè)方式。單一作業(yè)方式是：存取機(jī)械手從原點(diǎn)位置出發(fā)運(yùn)行到任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，然后返回原點(diǎn)位置。復(fù)合作業(yè)方式是：存取機(jī)械手接收到一批存／取保管箱任務(wù)后，從原點(diǎn)位置出發(fā)運(yùn)行到第一個任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，之后存取機(jī)械手不返回原點(diǎn)，而是直接執(zhí)行下一個任務(wù)，不斷循環(huán)直到完成所有任務(wù)。
2.4CPAC運(yùn)動控制
CPAC的運(yùn)動控制部分是整個軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。CPAC運(yùn)動控制軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、用戶界面模塊、運(yùn)動控制模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。運(yùn)動控制程序首先調(diào)用系統(tǒng)初始化模塊，然后檢查有無故障，如果系統(tǒng)運(yùn)行正常，則通過網(wǎng)絡(luò)連接控制中心，查詢CPAC的控制方式，如果為手動模式，則進(jìn)入手動模式運(yùn)動控制子程序，否則進(jìn)入自動模式運(yùn)動控制子程序。用戶界面模塊為客戶提供登錄界面、圖形化的存／取保管箱命令，并顯示系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果。運(yùn)動控制模塊通過在OtoStudio軟件中調(diào)用CPAC運(yùn)動控制庫GUC－X00－TPX．lib中的運(yùn)動控制函數(shù)執(zhí)行以下功能：設(shè)置伺服電機(jī)的速度、加速度、移動距離（脈沖數(shù)）；讀取光電開關(guān)對應(yīng)的數(shù)字輸入口獲取光電開關(guān)的觸發(fā)狀態(tài)；往數(shù)字輸出口寫“1”、“0”來打開、關(guān)閉電磁開關(guān)。通過控制存取機(jī)械手、取箱口的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拉板以及拉勾的動作，實(shí)現(xiàn)保管箱的自動存取操作。數(shù)據(jù)讀寫模塊通過RS485總線控制激光條形碼閱讀器，讀取條形碼掃描結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)通信模塊使CPAC通過以太連接控制中心，接收控制中心的命令與保管箱在箱架中的位置數(shù)據(jù)，并返回運(yùn)行結(jié)果與報(bào)警信息。
3結(jié)束語
本文介紹了一種空調(diào)機(jī)溫度控制系統(tǒng)。本溫度控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)收集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)控。主要過程如下：利用傳感器將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并向設(shè)備輸出控制信號。由LED實(shí)時顯示被控溫度及設(shè)定溫度，使系統(tǒng)應(yīng)用更加方便、直觀。
【關(guān)鍵詞】單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試
緒論
單片機(jī)利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM）及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元、定時單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。
第1章單片機(jī)空調(diào)控制系統(tǒng)
隨著中國人民環(huán)境的改善和人民生活質(zhì)量的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求，建筑能耗占全社會總能耗的比例巨大且持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年中國建筑能耗已達(dá)到3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占總能耗的27.6%，年增長比例是5%。在發(fā)達(dá)國家中，供熱和空調(diào)的能耗很大，可占到社會總能耗的25%-30%。有資料統(tǒng)計(jì)，辦公樓中空調(diào)系統(tǒng)耗能量占總能量的25%左右，所以空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)始終是建筑環(huán)境與設(shè)備領(lǐng)域中的重要研究課題之一。
1.1當(dāng)前國內(nèi)研究情況
1）在城市現(xiàn)代化建設(shè)過程中，用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其中用在建筑物空調(diào)系統(tǒng)的電力負(fù)荷比例日益增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京已有250余幢賓館、辦公樓和50余家大商場采用中央空調(diào)，其空調(diào)用電負(fù)荷達(dá)40萬kW。相當(dāng)于華北電網(wǎng)為了調(diào)峰，耗資27億元而興建的十三陵抽水蓄能電站的1/2裝機(jī)容量。以廣東省為例，現(xiàn)有裝機(jī)容量已達(dá)30萬kW,并以每年30%的速度遞增，其用電負(fù)荷已占總共電量的40%以上。
2）改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對電力供應(yīng)不斷提出新的挑戰(zhàn)。盡管我國發(fā)電裝機(jī)容量已超過2億Kw,年發(fā)電量已突破9000億kWh。然而，目前我國電力供應(yīng)仍很緊張。突出的矛盾是電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差加大，夜間至清晨谷段負(fù)荷率低，而高峰段電力嚴(yán)重不足，有的電網(wǎng)峰谷負(fù)荷之差達(dá)25%-30%，造成白天經(jīng)常拉閘限電，夜間有電送不出的現(xiàn)象。
3）由于空調(diào)用電負(fù)荷一般在電力谷段用量甚少，對城市點(diǎn)昂具有很大的“肖鋒填谷“潛力，而在中央空調(diào)中，制冷系統(tǒng)的用電量通常占整個空調(diào)系統(tǒng)用電量的40%-50%，如以商場為例，每10萬m2空調(diào)制冷系統(tǒng)的須用電功率約為7000-9000KW。因此，空調(diào)蓄冷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并將日益展示他廣闊的應(yīng)用前景
1.2空調(diào)控制系統(tǒng)的組成以及基本工作原理
空調(diào)系統(tǒng)的基本組成形式可分為三大組成部分，分別是：冷熱源設(shè)備（主機(jī)）、空調(diào)末端設(shè)備、附件及管道系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有制冷、制熱、除濕、自動4種工作模式，包括定時、睡眠、風(fēng)向、智能化霜、應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)、試運(yùn)轉(zhuǎn)以及5種可調(diào)室內(nèi)風(fēng)速等控制功能；在定時開機(jī)時，可根據(jù)訪間溫度作智能判斷，自動調(diào)整定時開機(jī)時間，避免開機(jī)時太冷或太熱；另外，可對設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個溫度值進(jìn)行同時指示，以及完整的抗干擾和系統(tǒng)保護(hù)功能。
1.2.1控制器原理
該系統(tǒng)具有制冷、制熱、除濕、自動4種工作模式，包括定時、睡眠、風(fēng)向、智能化霜、應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)、試運(yùn)轉(zhuǎn)以及5種可調(diào)室內(nèi)風(fēng)速等控制功能；在定時開機(jī)時，可根據(jù)訪間溫度作智能判斷，自動調(diào)整定時開機(jī)時間，避免開機(jī)時太冷或太熱；另外，可對設(shè)定溫度和房間溫度兩種溫度的10個溫度值進(jìn)行同時指示，以及完整的抗干擾和系統(tǒng)保護(hù)功能。
本系統(tǒng)硬件簡單可靠，軟件具有更完善的控制功能和抗干擾能力。系統(tǒng)具有很高的性能價格比
系統(tǒng)CPU根據(jù)遙控器或按鍵輸入的命令，對采集到的溫度進(jìn)行智能判斷，然后作出相應(yīng)的制冷、制熱或除溫運(yùn)行。再通過接口電路，驅(qū)動壓縮機(jī)、換向閥、風(fēng)向電機(jī)和室內(nèi)風(fēng)機(jī)作相應(yīng)動作，并對溫度用LED指示。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。
1.3軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)采用模擬化處理，主控程序包括以下幾個部分：程序的初始化、試運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)和信號的采集與處理、溫度LED指示、室內(nèi)風(fēng)機(jī)的閉環(huán)積分控制、室內(nèi)風(fēng)向電機(jī)的步進(jìn)控制。功能子程序包括制冷、制熱、除濕、自動四種運(yùn)行模式。中斷程序包括遙控接收。各種定時的中斷查詢處理、速度檢測等。系統(tǒng)的主控程序流程如圖4所示。
1.4硬件設(shè)計(jì)
1.4.1單片機(jī)的選擇
系統(tǒng)有3路溫度模擬信號輸入，還有1路電壓和1路電流模擬輸入，共5路模擬輸入要求；而模擬信號要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能用單片機(jī)CPU處理。為提高系統(tǒng)的性能價格比，應(yīng)采用含有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)。經(jīng)過各方面的綜合比較，我們選用了美國Microchip公司的PIC16C72單片機(jī)作為控制核心。它具有5路模擬量輸入的A/D轉(zhuǎn)換器，恰好滿足系統(tǒng)的模擬輸入要求。另外，它在1塊芯片上集成了1個8位邏輯運(yùn)算單元和工作寄存器、2KB程序存儲器、128個數(shù)據(jù)存儲器、3個端口（A口、B口、C口）共22條I/O線、3個定時器/計(jì)數(shù)器。另外，只有35條易學(xué)易用而高效的RISC（精簡指令集計(jì)算機(jī)）指令，同時，芯片具看門狗功能，并提供對軟件運(yùn)行出錯的保護(hù)。
1.4.2模擬輸入電路
本系統(tǒng)直接用熱敏電阻進(jìn)行測溫，再加一級電容濾波。對外交換溫度檢測電路，因其干擾較大，特加上二極管限幅保護(hù)。對傳感器的不同電阻值，將其所對應(yīng)的不同分壓值輸入至PIC單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口，在單片機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。該檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，性能價格比高。又因采用的單片機(jī)為8位，所以溫度轉(zhuǎn)換精度高，可為0.5℃，完全滿足了空調(diào)的信號檢測精度要求。對過流信號的檢測，不用經(jīng)過比較器，節(jié)約了資源；而是采用模擬信號整流分壓后直接輸入，通過單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，每500μs對其進(jìn)行一次檢測，并進(jìn)行軟件比較，以確認(rèn)是否過流。對過零電壓信號的檢測，也是采用模擬信號整流分壓后直接輸入。因兩個半的過零點(diǎn)都要檢測，所以用橋式整流。模擬輸入電路如圖2所示。
1.5單片機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試
1.5.1硬件調(diào)試
根據(jù)設(shè)計(jì)的原理電路做好實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，便進(jìn)入硬件調(diào)試階段。調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機(jī)故障，其中包括設(shè)計(jì)錯誤和工藝性故障。
1）脫機(jī)檢查
用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時為保護(hù)芯片，先對各管座的電位（或電源）進(jìn)行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。
1.5.2仿真調(diào)試
暫時排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機(jī)接上仿真機(jī)的40芯仿真插頭進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。這部分工作是一種經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，一般來說，設(shè)計(jì)制作的樣機(jī)不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。通常的方法是，先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。其次是調(diào)試MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以進(jìn)行下面的應(yīng)用軟件調(diào)試。
1.5.3硬件電路調(diào)試的一般順序
1）檢查CPU的時鐘電路。通過測試ALE信號，如沒有ALE信號，則判斷是晶體或CPU故障，這稱之為“心臟”檢查。
2）檢查ABUS/DBUS的分時復(fù)用功能的地址鎖存是否正常。
3）檢查I/O地址分配器。一般是由部分譯碼或全譯碼電路構(gòu)成，如是部分譯碼設(shè)計(jì)，則排除地址重疊故障。
4）對擴(kuò)展的RAM、ROM進(jìn)行檢查調(diào)試。一般先后寫入55H、AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。因?yàn)檫@樣RAM、ROM的各位均寫入過‘0’、‘1’代碼。
5）用戶級I/O設(shè)備調(diào)試。如面板、顯示、打印、報(bào)警等等。
1.5.4軟件調(diào)試
軟件調(diào)試根據(jù)開發(fā)的設(shè)備情況可以有以下方法：
1）交叉匯編
用IBMPC/XT機(jī)對MCS—51系列單片機(jī)程序進(jìn)行交叉匯編時，可借助IBMPC/XT機(jī)的行編輯和屏幕編輯功能，將源程序按規(guī)定的格式輸入到PC機(jī)，生成MCS—51HEX目標(biāo)代碼和LIST文件。
2）用匯編語言
現(xiàn)在有些單片STD工業(yè)控制機(jī)或者開發(fā)系統(tǒng)，可直接使用匯編語言，借助CRT進(jìn)行匯編語言調(diào)試。
3）手工匯編
這種方法是最原始，但又是一種最簡捷的調(diào)試方法，且不必增加調(diào)試設(shè)備。這種方法的實(shí)質(zhì)就是對照MCS—51指令編碼表，將源程序指令逐條地譯成機(jī)器碼，然后輸入到RAM重新進(jìn)行調(diào)試。在進(jìn)行手工匯編時，要特別注意轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、查表指令。必須準(zhǔn)確無誤地計(jì)算出操作碼、轉(zhuǎn)移地址和相對偏移量，以免出錯。
4）以上3種方法調(diào)試完成以后，即可通過EPROM寫入器，將目標(biāo)代碼寫入EPROM中，并將其插至機(jī)器的相應(yīng)插座上，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。
硬件、軟件仿真調(diào)試經(jīng)過硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，即可進(jìn)入硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。實(shí)驗(yàn)室調(diào)試工作完成以后，即可組裝成機(jī)器，移至現(xiàn)場進(jìn)行運(yùn)行和進(jìn)一步調(diào)試，并根據(jù)運(yùn)行及調(diào)試中的問題反復(fù)進(jìn)行修改。
1.5.5調(diào)試
單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對工程技術(shù)人員來說，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點(diǎn)是十分必要的。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，前面敘述的系統(tǒng)調(diào)試方法將會有助于從事這方面工作的技術(shù)人員及本專業(yè)的學(xué)習(xí)者。
第2章單片機(jī)的空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)和量化要求
2.1空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)字化控制
（以Infineon的8位單片機(jī)C504/C508）為例
2.1.1模糊智能控制
與普通空調(diào)的運(yùn)行方式不同，變頻空調(diào)的壓縮機(jī)需要連續(xù)運(yùn)行。其速度調(diào)節(jié)變得更加重要，要確保室內(nèi)溫度波動限制在較小范圍內(nèi)。事實(shí)上永磁直流無刷電機(jī)是一個多變量，非線性，強(qiáng)耦合的對象，需要智能控制才能取得比較滿意的效果?？紤]到8位單片機(jī)的資源有限，本系統(tǒng)采用模糊控制來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。因?yàn)镃504/C508的CCU單元的通道0在塊交換模式下降了參與電機(jī)換相外，還可用來完成捕獲動作，故這個通道可以同時用于電機(jī)速度檢測。系統(tǒng)所用的模糊控制規(guī)則如下式：U=αE+（1-α）E式中，E為位速度誤差，Ec為速度誤差變化率，α為加權(quán)系數(shù)，在0和1之間取值，U為控制器輸出。通過調(diào)整加權(quán)系數(shù)，本系統(tǒng)可以對控制規(guī)則進(jìn)行在線修正。
2.1.2功率變換電路
功率變換電路及其驅(qū)動和保護(hù)是直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最核心的部分。功率變換電路主要是整流橋和逆變橋。目前在國內(nèi)變頻空調(diào)產(chǎn)品中這部分電路的角色主要是由智能功率模塊（IPM）來充當(dāng)。所謂IPM，就是將功率變換電路，驅(qū)動，保護(hù)，檢測，輔助電源都集成在一個模塊內(nèi)。
2.1.3單片機(jī)控制系統(tǒng)中控制算法
(1)直接數(shù)字控制
當(dāng)被控對象的數(shù)學(xué)模型能夠確定時，可采用直接數(shù)字控制。所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它表示系統(tǒng)輸入輸出及其內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。一般多用實(shí)驗(yàn)的方法測出系統(tǒng)的特性曲線，然后再由此曲線確定出其數(shù)學(xué)模型?，F(xiàn)在經(jīng)常采用的方法是計(jì)算機(jī)仿真及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，由計(jì)算機(jī)確定出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，因而加快了系統(tǒng)模型的建立。當(dāng)系統(tǒng)模型建立后，即可選定上述某一種算法，設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，并求出差分方程。計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)就是按此差分方程計(jì)算并輸出控制量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制。
(2)數(shù)字化PID控制
由于被控對象是復(fù)雜的，因此并非所有的系統(tǒng)均可求出數(shù)學(xué)模型，有些即使可以求出來，但由于被控對象環(huán)境的影響，許多參數(shù)經(jīng)常變化，因此很難進(jìn)行直接數(shù)字控制。此時最好選用數(shù)字化PID（比例積分微分）控制。在PID控制算法中，以位置型和增量型2種PID為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)的要求，可對PID控制進(jìn)行必要的改進(jìn)。通過各種組合，可以得到更圓滿的控制系統(tǒng)，以滿足各種不同控制系統(tǒng)的要求。
2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字化
2.21采用數(shù)字化負(fù)荷隨動控制理論
運(yùn)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化自動控制技術(shù)，對中央空調(diào)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行綜合、優(yōu)化；針對中央空調(diào)主機(jī)和輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的工況和末端負(fù)荷的變化，采集其瞬間多種變化參數(shù)，對負(fù)荷進(jìn)行隨動跟蹤；自動、準(zhǔn)確、及時地對冷凍（溫）水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，對系統(tǒng)各設(shè)備自動進(jìn)行實(shí)時優(yōu)化控制，使中央空調(diào)主機(jī)運(yùn)行環(huán)境得以優(yōu)化，使得主機(jī)工質(zhì)和輔機(jī)系統(tǒng)各種流量跟隨末端負(fù)荷的變化而同步變化，確保中央空調(diào)系統(tǒng)在滿足舒適性的前提下，大幅度降低系統(tǒng)的能源消耗。即把負(fù)荷運(yùn)行所不需要的，而系統(tǒng)運(yùn)行又將會產(chǎn)生的這部分多余的冷量節(jié)省下來。
2.22中央空調(diào)數(shù)字化負(fù)荷隨動節(jié)能控制系統(tǒng)
控制精度高，同頻精度和穩(wěn)定性好，可使中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到20%以上。該技術(shù)、產(chǎn)品在國內(nèi)、國外處于領(lǐng)先水平，具有高效節(jié)能、安全、舒適和方便管理的顯著效果。
第3章結(jié)論
單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對工程技術(shù)人員來說，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點(diǎn)是十分必要的。隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長，開發(fā)新產(chǎn)品的思路上過去那種過多注重價格因素而使新產(chǎn)品開發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開發(fā)高檔次的產(chǎn)品。由于單片機(jī)的開發(fā)手段目前仍以仿真器為主，公司能否提供廉價的仿真器，提供方便的技術(shù)服務(wù)與培訓(xùn)，較之能否提供高性能、低價位的單片機(jī)有著同等的重要性。各單片機(jī)廠商在開發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競爭。這種競爭與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢是相輔相成的。競爭的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者，由于單片機(jī)對各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動了人類文明的進(jìn)步。
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第5章致謝
本論文設(shè)計(jì)在（）老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著（）老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，（）老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向（）老師表示深深的感謝和崇高的敬意。
在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。
系統(tǒng)構(gòu)成，以夏季空調(diào)制冷為例：通常中央空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)鍵是包括著兩個水循環(huán)系統(tǒng)，也就是使用敞開式系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及使用封閉式系統(tǒng)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，以及制冷機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管與冷卻塔。需要進(jìn)行降溫的房間之內(nèi)會裝設(shè)風(fēng)機(jī)，這里的風(fēng)機(jī)關(guān)鍵是進(jìn)行冷空氣吹入至房間，進(jìn)而能夠促使房間內(nèi)熱交換程度加快便于實(shí)現(xiàn)降溫。工作原理，為了能夠促使室內(nèi)溫度保持在一個非常舒適的范圍之內(nèi)，冬季的室內(nèi)溫度過低時中央空調(diào)體系會把循環(huán)熱水送進(jìn)風(fēng)機(jī)盤管中，再將室外的低溫空氣進(jìn)行循環(huán)經(jīng)過風(fēng)機(jī)盤管時，對應(yīng)低溫空氣同樣是和風(fēng)機(jī)盤管鋁片實(shí)行熱交換來把風(fēng)機(jī)盤管鋁片熱量傳送于低溫空氣中，促使低溫空氣在進(jìn)行加熱之后送進(jìn)房間之內(nèi)，促使其室內(nèi)溫度得以有效升高；在夏季的室溫過高時，中央空調(diào)系統(tǒng)就會運(yùn)用水泵把經(jīng)過制冷器主機(jī)所提供的冷凍水循環(huán)式送進(jìn)風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)，以便于在溫度降低時風(fēng)機(jī)盤管之內(nèi)鋁片及循環(huán)進(jìn)的室外高溫空氣進(jìn)行接觸時能夠展開熱交換，最終將所得到的冷空氣送進(jìn)室內(nèi)進(jìn)行降溫。
2基于LonWorks的中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)
該空調(diào)機(jī)組所控制的相關(guān)現(xiàn)場總線系統(tǒng)工作原理是溫濕度控制器測出溫度以及濕度之后，再經(jīng)過運(yùn)算得到對應(yīng)閥門調(diào)節(jié)輸出，此時的輸出是經(jīng)過Lon網(wǎng)絡(luò)送至對應(yīng)智能閥處以產(chǎn)生閥門開度。智能閥數(shù)量以及空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著極大的關(guān)聯(lián)。開關(guān)量控制器是用在啟停機(jī)組上的，以便于有效監(jiān)測空調(diào)實(shí)時狀態(tài)以及進(jìn)行警報(bào)。
2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
關(guān)于智能閥門設(shè)計(jì)，相關(guān)智能閥門應(yīng)該是直接連接于Lon網(wǎng)絡(luò)之上的，并經(jīng)過Lon總線接收其閥門的開度指令，此指令是以網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)變量形式出現(xiàn)的。智能閥門關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)，從某種程度上來講智能閥門是要求對應(yīng)運(yùn)算量和儲存容量較少的，所以運(yùn)用了神經(jīng)元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的雙絞線變壓器耦合收發(fā)器，還有其電源是運(yùn)用了LM2575式的降階電壓調(diào)節(jié)器芯片，其在進(jìn)行濾波之后可以獲得非常穩(wěn)定的+5V電壓，串行A/D轉(zhuǎn)換器是使用TCL1549芯片，這樣可以充分的滿足于對應(yīng)閥門開度有效控制精確度，繼電器是使用了JGX-1F型式的固態(tài)繼電器，該型號的繼電器驅(qū)動能力較大且生命周期較長。
2.2溫濕度控制程序軟件有效實(shí)現(xiàn)
溫濕度控制器是最關(guān)鍵的主控制器，其是要求具備較大儲存空間以及處理能力，所以是使用了3150CPU模塊。關(guān)于溫濕度控制程序軟件的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該分為兩大部分，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部功能，這包括著相關(guān)模擬量采集以及處理和顯示，并且具有四個PID回路，可以充分的達(dá)到參數(shù)修改以及運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)變量形式輸出結(jié)果至其余控制器或者是智能閥處；還有就是主控制器，也就是溫濕度控制器務(wù)必要具有及上位機(jī)可以通信的功能。依據(jù)其工藝技術(shù)的要求，溫濕度控制器之內(nèi)具有專門開辟的儲存區(qū)域，這是存放上位機(jī)組態(tài)之后所形成的相關(guān)程序鏈，并且控制器經(jīng)過詳細(xì)分析程序能夠?qū)Υ鎱^(qū)域之內(nèi)各類數(shù)據(jù)展開分析，再合理的調(diào)用子程序來充分實(shí)現(xiàn)各類功能及完成控制。
3中央空調(diào)節(jié)能理論分析
中央空調(diào)系統(tǒng)是經(jīng)由制冷主機(jī)以及冷卻泵和冷凍泵，還有冷卻塔風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管所組成的。應(yīng)該說其制冷主機(jī)是經(jīng)過壓縮機(jī)來促使制冷劑快速冷凍循環(huán)水溫度降低，通常通過制冷主機(jī)進(jìn)行制冷之后的水溫度大約是7攝氏度，這也是中央空調(diào)的冷源提供場所。冷凍水泵主要是將冷凍水進(jìn)行加壓至空調(diào)系統(tǒng)的對應(yīng)末端系統(tǒng)，冷卻水是經(jīng)過冷卻水泵將對應(yīng)制冷主機(jī)中熱量充分帶走，通過冷卻塔將這些熱量有效的釋放至空氣中，之后就會回到冷水機(jī)組中。冷卻風(fēng)機(jī)能夠合理的帶動空氣進(jìn)行快速運(yùn)動，經(jīng)過空氣帶走冷卻水熱量，同時能夠有效促使蒸發(fā)以致水溫迅速降低。溫度降低之后相關(guān)冷卻水會進(jìn)行再次循環(huán)，并進(jìn)入制冷主機(jī)中，再次帶走制冷機(jī)所存在的多余熱量。中央空調(diào)系統(tǒng)可以說是多變量復(fù)雜且時變的系統(tǒng)，相關(guān)過程要素主要是非線性以及大滯后、強(qiáng)耦合的關(guān)系。模糊控制是基于模糊集合論以及模糊語言變量、模糊邏輯推理的計(jì)算機(jī)智能化控制理論，能夠充分的適應(yīng)于中央空調(diào)各個方面控制要求及需求。模糊控制下的變頻調(diào)速技術(shù)能夠充分達(dá)到中央空調(diào)水系統(tǒng)極好的溫差變以及壓差變和流量變的運(yùn)行模式，可以促使控制系統(tǒng)具備極高跟隨性以及應(yīng)變能力，還能夠依據(jù)相對被控制的動態(tài)過程特性識別來自主調(diào)節(jié)其運(yùn)行參數(shù)，以便于得到最優(yōu)化控制效果。模糊控制能夠充分地適應(yīng)于多變性特征，不過也正是因?yàn)樵擃悘?fù)雜非線性才促使模糊控制極好地控制并克服了對應(yīng)被控中央空調(diào)各個方面的要求及需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)極高的控制能力以及最佳運(yùn)行狀態(tài)。停機(jī)控制也就是確?？照{(diào)區(qū)域完成運(yùn)作后還能夠具備較為舒適的環(huán)境，并有效計(jì)算出能夠提前停止空調(diào)的最長時間。并且，在停止運(yùn)用空調(diào)區(qū)域之前就有效控制區(qū)域空調(diào)關(guān)閉。
4結(jié)束語
1．1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
為了滿足廢墟災(zāi)難環(huán)境中的控制需求，設(shè)計(jì)了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)上層是監(jiān)控系統(tǒng)，通過ZigBee無線模塊給主控系統(tǒng)發(fā)送控制蛇步態(tài)的指令，如蜿蜒、蠕動、翻滾、分體等。主控系統(tǒng)的音視頻信息和慣導(dǎo)、溫度、濕度、壓力、有害氣體等傳感器信息分別通過1．2G無線收發(fā)模塊和ZigBee模塊傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)顯示。主控模塊通過ZigBee無線模塊與從控系統(tǒng)進(jìn)行通信，以控制其實(shí)現(xiàn)相關(guān)的步態(tài)。
1．1．1主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)主要由ARM核微處理器STM32、無線通信模塊以及傳感器組成。主控系統(tǒng)通過無線模塊接收監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令，并根據(jù)指令決定搜救機(jī)器人的運(yùn)動步態(tài)、運(yùn)動方向以及到達(dá)目標(biāo)的位置;傳感器收集災(zāi)難環(huán)境中音視頻、溫度、濕度、有毒氣體以及紅外測距信息，微處理器根據(jù)測距信息選擇合適的運(yùn)動步態(tài)，并將控制指令通過無線模塊發(fā)送給從控系統(tǒng)去執(zhí)行。
1．1．2從控系統(tǒng)
從控系統(tǒng)使用了和主控制器一樣的高速ARM處理器，可同時控制18路PWM舵機(jī)。從控系統(tǒng)通過ZigBee無線模塊從主控制系統(tǒng)獲得控制指令，通過PWM信號控制關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動。
1．2步態(tài)控制
Serpenoid曲線用來規(guī)劃蛇形機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，并確定搜救機(jī)器人的驅(qū)動函數(shù)。
2實(shí)驗(yàn)平臺
2．1蛇形機(jī)器人簡介
該機(jī)器人具有如下幾個特點(diǎn):1)采用3D打印而成，既縮短了加工周期又節(jié)約了成本;2)通過ADAMS軟件仿真，進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直線長度為2m，具有6個正交關(guān)節(jié)和1個分體機(jī)構(gòu)，腿部具有變形機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行站立、臥倒、蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等步態(tài);3)機(jī)器人采用6V，4500mAh的電池供電，確保機(jī)器人能夠連續(xù)運(yùn)動0．5h以上。
2．2平臺搭建
按照前文所述，搭建了柔性變形蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的整套硬件電路。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3．1通信實(shí)驗(yàn)
蛇形機(jī)器人上位機(jī)監(jiān)控界面，上位機(jī)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控搜救機(jī)器人自主移動、翻越障礙物、爬坡等實(shí)驗(yàn)，通過無線模塊實(shí)時傳輸機(jī)器人所處環(huán)境的各種傳感器信息，并能綜合各種環(huán)境信息通過無線模塊控制機(jī)器人運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多信息的實(shí)時準(zhǔn)確無線通信，能夠滿足復(fù)雜搜救環(huán)境的通信需求。
3．2移動性能實(shí)驗(yàn)
經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，不斷地調(diào)試分別實(shí)現(xiàn)了自主柔性變形蛇形機(jī)器人蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等平面和立體運(yùn)動步態(tài)，運(yùn)動平穩(wěn)，曲線平滑，蜿蜒運(yùn)動速度可達(dá)0．5m/s。通過穿越狹小空間、翻越障礙物、爬坡等試驗(yàn)，驗(yàn)證了蛇形機(jī)器人在不同的環(huán)境中，具有良好的多步態(tài)運(yùn)動穩(wěn)定性和自主移動性能。蛇形機(jī)器人在模擬災(zāi)難場景中的各種運(yùn)動步態(tài)。
4結(jié)束語
1國內(nèi)外成功應(yīng)用案例研究
1.1國內(nèi)應(yīng)用
（1）上海截至2011年底，上海中心城快速路路網(wǎng)里程數(shù)穩(wěn)定在141.0km，基本采用高架形式。至2009年，上海浦西地區(qū)快速路88個入口匝道中有70多個實(shí)施了匝道控制，除了武寧路實(shí)施了匝道調(diào)節(jié)控制，其他都為匝道開關(guān)控制，其中部分入口預(yù)留了匯入控制功能。浦東中環(huán)8個匝道及A1的11個匝道實(shí)施匝道控制，其中17個入口匝道為開關(guān)控制，并預(yù)留遠(yuǎn)期匯入控制功能，1個入口匝道實(shí)施自適應(yīng)匯入控制，1個出口匝道實(shí)施可變車道控制。近期，在楊高路上匝道，匯入南浦大橋的入口處，浦東張揚(yáng)路上匝道與進(jìn)入楊浦大橋的主線，設(shè)置了挑桿信號燈控制。上述匝道控制在關(guān)聯(lián)道路上布設(shè)“固定文字+可變文字”可變信息標(biāo)志，在匝道入口及高架路段上設(shè)置了交通流情報(bào)信息板，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好。上海市快速路出入口控制系統(tǒng)開關(guān)控制較多，有交通引導(dǎo)信息/交通監(jiān)控設(shè)備，電子警察設(shè)備。2005年上?？焖俾吩训缹?shí)施控制系統(tǒng)后，交通量和平均車速均有一定程度的提升，特別是在內(nèi)環(huán)高架內(nèi)圈武夷路入口匝道實(shí)施自適應(yīng)匯入控制后，更是取得了很好的控制效果，充分體現(xiàn)了匯入控制的優(yōu)越性。試驗(yàn)區(qū)域主線流量提高了1.1%~23.2%；主線平均車速提高了11.1%~84.6%，主線擁堵時間減小了22.8%~76.5%，縮短了主線車輛排隊(duì)長度，改善了快速路主線的交通狀態(tài)。上?？焖俾烦鋈肟诳刂葡到y(tǒng)改善了快速路主線的交通狀態(tài)，同時，快速路控制系統(tǒng)的交通信息和誘導(dǎo)設(shè)施均衡了交通需求，提高了快速路系統(tǒng)和區(qū)域路網(wǎng)的服務(wù)水平。（2）北京北京快速路由二、三、四、五環(huán)和11條聯(lián)絡(luò)線組成，長達(dá)360km，承擔(dān)著全市50%以上的交通流，快速路出入口密集，平均間距僅為318m，是世界上最復(fù)雜、控制難度最大的快速路。北京快速路與呼市類似，即為地面快速路，兩側(cè)設(shè)置地面輔路，快速路出入口加減速車道較短，從輔路匯入分流。針對這一結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，北京市公安交管局自主研發(fā)了快速路出入通流特性分析、快速路多節(jié)點(diǎn)OD建模技術(shù)和給予主輔路占有率映射算法的交通控制策略，以及城市快速路交通控制技術(shù)?；谏鲜黾夹g(shù)建成的快速路交通控制系統(tǒng)，利用設(shè)置在快速路主要出入口的信號燈，依據(jù)對快速路主輔路流量信息的檢測實(shí)施占有率控制，智能控制快速路出入口的開啟和關(guān)閉。北京的地面快速路+輔路形式使得其匝道控制與上海有很大的不同。出入口控制方式包括入口開關(guān)控制、入口匯入控制、出口輔路信號控制，配有交通監(jiān)控系統(tǒng)。北京快速路出入口控制系統(tǒng)有效提高了北京快速路網(wǎng)的承載能力、交通管控能力和城市抗風(fēng)險(xiǎn)能力，快速路網(wǎng)日均時速提高6.92%。
1.2國外應(yīng)用
（1）美國美國采用“stop-and-go”（停-走）交通信號，控制進(jìn)入高速公路主線車輛的頻率。華盛頓大多數(shù)的快速路出入口匝道調(diào)節(jié)允許每次綠燈通過1輛車，最多不超過3輛，調(diào)節(jié)率大概在4~15s之間，這樣的間隔可以保障進(jìn)口匝道的匯入交通受到一定的阻滯，減少高速匯入時容易產(chǎn)生的刮擦、碰撞等事故。美國亞特蘭實(shí)行固定周期式匝道調(diào)節(jié)，但是如果排隊(duì)檢測器檢測到預(yù)設(shè)的排隊(duì)長度極限值，匝道調(diào)節(jié)的速度將會被提高，周期縮短，以盡快地減少排隊(duì)。在美國快速路控制系統(tǒng)采用需求-容量控制策略較為廣泛。需求-容量控制策略是以交通量為控制參量，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入快速路的交通量，使得進(jìn)入快速路的交通量與上游交通量之和不超過匝道下游的通行能力，保證主路下游交通量維持在其通行能力之內(nèi)，最大限度利用快速路。華盛頓實(shí)施匝道調(diào)節(jié)后，該地區(qū)高速公路全范圍內(nèi)事故發(fā)生率降低30％，在Renton的I405高速公路，匝道調(diào)節(jié)使得平均行程時間減少了3~16min，匝道調(diào)節(jié)是一種比較有效地緩解交通擁擠的控制手段。（2）歐洲歐洲的高快速路出入口匝道控制一般是車隊(duì)放行，每次綠燈信號放行匝道車輛數(shù)不確定，但每次最多放行的車輛數(shù)有限制，一般不超過9輛，控制策略中的紅燈時長和綠燈時長都是變化的。歐洲的快速路系統(tǒng)大部分采用ALINEA控制算法。ALINEA控制算法屬于線性狀態(tài)調(diào)節(jié)，由Papageorgiou在1991年提出。它通過調(diào)整匝道調(diào)節(jié)率使得其下游主線的占有率盡量維持在理想狀態(tài)，是經(jīng)典控制理論的應(yīng)用，現(xiàn)在歐洲很多國家在該算法的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了許多不同的改進(jìn)，在實(shí)際應(yīng)用中也得到了很好的效果。
1.3應(yīng)用小結(jié)
通過國內(nèi)外的快速路出入口控制系統(tǒng)，可以看到出入口匝道控制是比較常用的控制方法。它通過限制入口匝道匯入主線的車流量，達(dá)到減少主線交通擁堵的目的，通過控制出口匯出輔路的交通流，使主線的交通流可以更快地離開主線?？焖俾吩训揽刂浦饕捎迷谌肟谠训捞幖俺隹谠训老噙B輔路上設(shè)置信號燈的方式，調(diào)節(jié)進(jìn)出快速路的交通流，使匝道交通流進(jìn)出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸。為達(dá)到此目的，在進(jìn)行匝道信號控制時應(yīng)從城市快速路的交通特性、控制策略、配時方法及協(xié)調(diào)效果幾方面加以考慮。在出入口控制算法方面，對于在美國得到廣泛應(yīng)用的需求-容量差額控制方法，還存在著一些不足。由于該方法僅僅檢測交通量的值，所以不能夠判斷快速路主線是擁擠還是自由流的狀態(tài)，并且算法采用開環(huán)控制，不能把控制后的微小變化再反饋給系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，因此，往往無法達(dá)到理想的控制效果。歐洲采用的ALINEA算法研究表明，即使算法中的值在很大范圍內(nèi)變動，系統(tǒng)也能保持一個良好的性能，說明ALINEA算法的穩(wěn)健性較好。此外，ALINEA算法的可移植性強(qiáng)，如果外部交通條件變化，只需要調(diào)整目標(biāo)占有率的值，而且控制算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)。目前它成為實(shí)際應(yīng)用中非常成功的一種單點(diǎn)動態(tài)控制方法，在實(shí)際中還有許多的應(yīng)用對該方法進(jìn)行了改進(jìn)。
總之，快速路出入口控制方法的效果取決于多種因素，交通特性、道路條件、匝道分布等多種因素都會影響到控制算法的適用性。即使是同樣的控制算法，其控制參數(shù)的取值往往也會在很大程度上影響控制的效果。從本質(zhì)上講，入口匝道控制是對主線交通與入口匝道交通進(jìn)行調(diào)節(jié)，方案的可行性與當(dāng)?shù)氐缆方煌l件緊密相關(guān)。呼市快速路系統(tǒng)和國內(nèi)外其他城市的快速路相比，有自身的特點(diǎn)和情況，主要表現(xiàn)為：（1）以主輔路布置形式為主，部分路段采用高架、地下隧道、半地下路塹形式；（2）快速路網(wǎng)少，承載的交通流量大，主線交通流量、匝道需求將常處于飽和運(yùn)行狀態(tài)；（3）匝道布置間距較小，主輔路之間的合流、分流成為影響主線運(yùn)行狀況的一個重要因素；（4）周邊路網(wǎng)發(fā)達(dá)，匝道車輛的可行替代路徑較多。所以應(yīng)該在總結(jié)國內(nèi)外其他城市快速路出入口控制系統(tǒng)的前提下，結(jié)合呼市自身的實(shí)際情況，選擇符合需求的快速路出入口的控制系統(tǒng)。
2快速路出入通管理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)目標(biāo)
目前呼市快速路正在建設(shè)，出入口的現(xiàn)狀道路基礎(chǔ)條件、線形較好，存在著出入口控制系統(tǒng)實(shí)施可行性較好的地點(diǎn)。通過綜合考慮各方面因素（科學(xué)性及實(shí)用性），應(yīng)用比較成熟的技術(shù)，吸取北京上海經(jīng)驗(yàn)，可以在呼市快速路出入口實(shí)現(xiàn)出入口控制，體現(xiàn)出入口控制的效果、優(yōu)勢。經(jīng)過對呼市快速路網(wǎng)的布局和交通控制系統(tǒng)現(xiàn)狀的深入分析，建立呼市快速路出入口控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）保證主路基本暢通、輔路不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的交通擁堵；（2）改善出入口匝道車輛的行駛秩序，確保車輛行駛安全；（3）對快速路及其關(guān)聯(lián)區(qū)域進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，有效使用地面道路的容量；（4）保證大型活動、緊急事件等非常態(tài)的快速路骨架路網(wǎng)作用；（5）與其他系統(tǒng)協(xié)同，提高對道路交通的誘導(dǎo)能力和綜合調(diào)控水平。
2.2系統(tǒng)功能需求
目前呼市二環(huán)線以內(nèi)路網(wǎng)密度較大，但高峰時間交通擁堵嚴(yán)重，其中一個重要原因是呼市交通信息管理系統(tǒng)不完善，出行者無法及時查詢或獲取路況信息，導(dǎo)致交通需求分布失衡。因此，呼市快速路出入口管理與控制系統(tǒng)功能主要集中在幾個方面：中心控制、出入口多級調(diào)控、出入口信號協(xié)調(diào)、快速路交通信息采集、快速路信息、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)、快速路信息查詢。呼市快速路出入通管理控制系統(tǒng)可分為三個層次：策略層、管控層、執(zhí)行層。三個層次相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息采集、多級調(diào)控、日常管理和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的功能[3]。
2.3控制管理中心
管理控制中心分為硬件設(shè)備和軟件設(shè)備兩大部分。其中，硬件部分按功能分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理端設(shè)備、以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和不間斷電源（UPS）等幾個部分；軟件部分分為系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、管理平臺軟件等[4]?？焖俾烦鋈肟诳刂浦行木钟蚓W(wǎng)系統(tǒng)是系統(tǒng)集成和管理協(xié)調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，是一個分布式計(jì)算機(jī)平臺，包括基礎(chǔ)平臺服務(wù)、分布式計(jì)算和對象服務(wù)、公共設(shè)施、共享領(lǐng)域服務(wù)以及應(yīng)用，可以讓不同的軟件對象跨網(wǎng)絡(luò)、跨操作系統(tǒng)進(jìn)行互操作，滿通信息的與查詢、訪問。
2.4系統(tǒng)控制方法和算法
根據(jù)以往研究，快速路控制系統(tǒng)匝道進(jìn)出口的主要控制方法包括單點(diǎn)信號燈控制、單點(diǎn)開關(guān)控制、多匝道協(xié)調(diào)控制、快速路干線控制、區(qū)域控制、路由控制和不同控制方式的協(xié)調(diào)控制等[3]。目前呼市二環(huán)線快速路匝道相距較近，主線為雙向六車道，沿線相交道路高峰時間交通流量大，擁堵嚴(yán)重。因此，針對呼市快速路交通瓶頸形成原因，快速路出、入口匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設(shè)置信號燈的方式，平峰時間采用單點(diǎn)控制，高峰時間采用整體協(xié)調(diào)控制方法，調(diào)節(jié)進(jìn)出快速路的交通流，使匝道交通流進(jìn)出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸，并有效利用輔路容量。建議呼市快速路與常規(guī)道路信號控制綜合考慮，形成快速路、區(qū)域信號控制協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，提高快速路的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和消散阻塞的能力。進(jìn)一步確保快速路系統(tǒng)的高速、高效、安全和舒適性。根據(jù)呼市快速路道路網(wǎng)設(shè)計(jì)和出入口布置形式，建議呼市快速路出入口控制算法可以結(jié)合采用改進(jìn)型的ALINEA控制算法、需求-容量差額控制算法、占有率控制算法和定時控制算法。針對呼市快速路道路網(wǎng)不同的道路條件、交通狀況，采用不同的快速路出入口控制算法，將幾種控制算法相互結(jié)合，針對不同的適用條件和系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況選擇合適的快速路出入口控制算法策略[5]。
2.5出入口信號協(xié)調(diào)控制
由于快速路出入口的控制有很多的限制條件，對于不同的路段和車流量，出入口控制的效果也會有很大差異。其中對出入口控制影響最大的還是出入口是否有較多的道路空間資源可以儲存出入口控制造成的排隊(duì)。對于呼市部分快速路出入口間距較小的路段，將快速路出入口控制和快速路上下游交叉口控制結(jié)合起來，實(shí)行協(xié)調(diào)控制?？焖俾烦鋈肟趨f(xié)調(diào)控制從區(qū)域路網(wǎng)的角度上，將快速路和普通道路進(jìn)行銜接和整合，制定協(xié)調(diào)控制的策略和方法，將快速路出入口和上下游交叉口控制作為一個整體控制系統(tǒng)，從整體路網(wǎng)的角度出發(fā)，制定統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制目標(biāo)。從而更好地提高整個道路系統(tǒng)的運(yùn)輸效率[6]。
2.6誘導(dǎo)信息系統(tǒng)
用于快速路出入通信息，對交通流進(jìn)行有效地引導(dǎo)分流。入口控制信息情報(bào)板能夠接受匝道控制器的指令，在可變文字顯示部分以不同顏色顯示“匝道開放”、“匝道關(guān)閉”、“匯入調(diào)節(jié)”等匝道控制內(nèi)容，以及“主線暢通”、“主線擁擠”、“主線堵塞”等交通狀態(tài)信息[7]。目前呼市尚缺少交通誘導(dǎo)信息系統(tǒng)，導(dǎo)致交通高峰期間部分路段和區(qū)域非常擁擠，而有些道路上車流量很少，道路資源未得到有效利用。
3結(jié)語
