学文网智能控制器篇1
公司目前拥有十二大系列上百个品种的产品，主导产品有：凝露控制器、温湿度控制器、智能凝露温湿度控制器、开关状态指示仪、开关柜智能操作装置、电流互感器过电压保护器、断路器分合闸线圈保护装置、电量变送器、数显电测仪表、电流变送器、电压变送器、功率变送器、DJR铝合金加热器、EKT柜内空气调节器、GSN/DXN-T/Q高压带电显示、干式（油式）变压器温度控制仪、长期致力于开发、制造适合电力行业中置柜、端子箱、高低压开关柜、环网柜、箱式变电站、石油化工、冶金、机械、建筑等相关行业。需要使用的温度、湿度、凝露监控系列产品为客户提供优良的产品和优质的服务。全新触摸式面板设计的LK凝露（湿度）控制器类、WK温度控制器类LWK凝露温度控制器类、温湿度控制器，采用进口高性能湿度、温度传感器为感应器件，有效保证产品性能稳定可靠。该产品除湿、防潮、控温效果明显，可有效地防止运行中的电力设备由于受潮爬电、闪络而引发的各类事故，可对电加热器进行监测，一旦电加热器发生断线即可发出报警信号，防止加热器在故障状态下继续投运，适用于在强电场、强磁场和各种恶劣的自然环境下长期使用。
适用范围：用于高压开关操作机构箱、中置柜、手车柜等防凝露，低温环境自动加热，户外端子箱、仪表箱的防冻，箱式变的除湿加热、防冻、防凝露和高温排风。
LK(TH)凝露监控器的主要功能：带一路凝露传感器，随时监测被测环境的湿度变化情况，当湿度增大到一定程度或有产生凝露的可能时，控制器驱动继电器闭合，外接加热器或风扇工作，破坏产生凝露的条件，当产生凝露的条件消失后，加热器或风扇自动断开，凝露控制器又恢复监测状态。
公司宗旨：科技兴企，用户至上，信誉第一。公司愿与国内外各界朋友真诚合作，共创伟业。不想让价格成为我们商讨的障碍，只想让品质成为我们契合的桥梁。
高素质的员工团队：公司拥有一批大专以上文化程度的各类专业技术和管理人员。一流的研发人才保证了技术不断创新，新品层出不穷，产品领先市场潮流。
高效益的管理系统：公司拥有先进的管理系统，其系列产品都通过ISO9001国际质量体系认证，保证了每个产品成本合理、质量稳定、性能可靠。
强大的营销网络：公司凭借“以质量求生存、以信誉求发展、以诚信求客户”的经营理念、卓著的企业信誉，在全国各省市建立起一个庞大的营销网络。长期稳定的合作关系和共同发展使得整个网络具有很强的凝聚力。具有丰富经验和专业水平的营销团队，对网络成员给予及时有效的培训和支持，大大提高了整个营销网络的竞争力。
完备的售后服务体系：本着“客户至上、服务第一”服务宗旨，公司专门设置客户服务中心，为用户提供快捷、方便、高效、专业的技术支持和售后服务，最大限度地解除了客户的后顾之忧。
湖南省醴陵市三达电子电器厂
智能控制器篇2
关键词:恒压供水;数据采集;PID控制;变频调速
中***分类号:TP368.2文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2010)06-004-04
Design of Intelligent Water Supply Controller
SUN Jinwei,WANG Chao,WEI Guo
(School of Electrical Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)
Abstract:A constant-pressure water supply controller based on C8051F410 Micro Controller Unit(MCU)core is designed,and the design of the system′s hardware and software are also introduced in detail.The controller consists of several modules,such as data signal collection module,human-machine interface module,motor control module and power module.The MCU′s AD module collects the pipeline′s pressure,and DA module controls speed of the pump,thereby water pressure is kept stably.The control method is PID theory,integrates VF speed and MCU technique.The system can satisfy the inhabitants′ demands,and has characteristics of high-performance,high-reliability,low-cost and low-energy consumption.
Keywords:constant-pressure water supply;data collection;PID control;VF speed
0 引 言
随着经济的快速发展和城市高层建筑的不断涌现,人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高[1],加上目前能源紧缺对节能的要求,因此利用先进的电子测控技术和自动化控制技术,设计高性能、高可靠性、低成本、低能耗,以及能适用不同领域的恒压供水系统也就成为必然趋势。随着近年来变频调速技术的飞速进步,变频恒压供水也在其基础上慢慢发展起来,并成为一种新兴的现代化供水技术[2]。
目前,国外的恒压供水工程设计都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,这种方式不但投资成本较高,且功能单一[3]。
为此设计了在变频调速控制系统中加入基于C8051F410的单片机系统,构成了功能更强的复合控制系统,它不但克服了以上缺点,而且具有安装调试方便,功能全面,可靠性高,抗干扰能力强等优点,且可以广泛应用于工业生产、社会生活的各个领域。
1 控制原理
在恒压供水系统中,安装于管网的远传压力表提供水压力信号,并经过光电隔离和电压转换电路,传送给系统的中心控制器,控制器将采集到的压力数据与预设压力进行比较,得出偏差值,再经PID运算之后得出控制参数,D/A模块将控制参数转换为模拟电压输出,调节变频器的输出频率,从而控制水泵的转速,以保证管网压力基本恒定。当用水量增大时,管网压力低于预设值,变频器频率就会升高,水泵转速加快,从而提升管道水压,但若达到水泵额定输出功率仍无法满足用户供水要求时,该泵自动转换成工频运行状态,并变频启动下一台水泵;反之,当用水量减少,则降低水泵运行频率直至设定的下限运行频率,若供水量仍大于用水量,则减泵直至全部泵停止工作,经过一定的延时,控制器重新比较压力,并计算控制输出,从而维持恒压供水[4]。它的系统原理框***如***1所示。
该系统可以同时控制2台水泵,根据不同的场合可以采用不同的运行模式,如单泵运行、一用一补、一工一变、定时换泵等[5]。
***1 变频调速恒压供水系统原理框***
2 系统总体方案
系统的硬件和软件采用模块化、标准化设计,并充分考虑系统的扩展能力。控制器由主控板、显示按键面板和电源板三部分组成。***2是控制器的结构框***,其工作原理是:首先用户通过显示按键面板设定预设压力和控制器运行的各个功能参数,保存至E2PROM存储器用作掉电存储,位于用户管网端的远传压力表输出的电压或是电流信号经过采样电路转化为数字量,送入单片机与预设压力进行比较,计算并输出模拟控制量和继电器输出状态量。其中,模拟控制量输出经过变频器控制模块电路送给变频器,用以控制变频器的输出频率;继电器输出状态量经过继电器输出电路送给继电器组,用以控制鞲霰霉ぷ饔诠て祷蚴潜淦底刺[6]。最后单片机把实际压力值、预设压力值、输出频率和各个泵的工作状态送到显示面板,以便用户进行观测和操作。
***2 系统整体设计框***
3 系统单元电路
3.1 主控制器的选择
主控制器选用单片机C8051F410,它是一款完全集成的混合信号片上系统型芯片,其内部还集成了12位高速ADC模块和电流输出型DAC模块,同时硬件实现的***Bus和UART串行接口,能方便处理器与E2PROM通信和数据串行输出。C8051F410还支持JTAG实时仿真和跟踪,能够进行非侵入式(不占用片内资源)的全速在系统调试。
3.2 系统电源电路
该设计采用基于三端稳压芯片TOP221Y的高精度开关稳压电源电路,主电路拓扑结构选用单端反激式直流变换电路,其输出采用两组直流低压电源:主回路为系统的数字电路部分提供5 V直流电源,副回路为系统的模拟部分提供15 V直流电源。
3.3 压力表信号采集与光电隔离电路
位于用户管网的压力传感器监测到的压力信号经过光电隔离电路进行滤波和隔离处理后,进入C8051F410内部的ADC模块,实现按比例转换,转换为12 b数字量,以供单片机对其信号进行处理和计算。为了保证输入量与转换量程相称,充分发挥A/D转换器的分辨率,在对压力信号进行A/D转换之前经过光电隔离电路时,就已将外部传入的0~5 V模拟电压转换为0~2 V模拟电压信号。电路原理如***3所示。
***3 压力表电压采样原理***
由***3可见,外部电压信号从IN端口接入,经过隔离和滤波电路,转换为0~2 V电压,从ADC端口送入单片机。同时在模拟信号采集到单片机系统的过程中,各种干扰信号都会随着被测量信号进入MCU控制系统,这些信号迭加在有用的被测信号上会降低测量的准确度,造成控制系统的不稳定。以上电路设计便利用线性光耦进行光电之间的相互转换,利用光作为媒介进行信号传输,在电气上使测量系统与现场信号完全隔离,从而实现了电平线性转换且不把现场的电噪声干扰引入到控制系统中[7]。
3.4 控制变频器输出电路
单片机通过内部的电流输出型数/模转换模块(IDAC),将计算得出的数字量转化为模拟电压输出,其输出电压经过滤波和比例转换处理后用来控制变频器的频率。同时为了保证单片机IDAC输出电压稳定可靠,不受干扰,外部电路同样采用了光电隔离电路,其电路原理***如***4所示。
***4 控制变频器模拟电压输出电路原理***
3.5 外扩E2PROM存储器电路
该设计采用Atmel公司的E2PROM芯片AT24C02,其体积小,性能优,使用灵活方便,能够在系统掉电之后存储一些用户设定和运行的状态参数,以便重新启动机器之后读取。处理器自身集成的***Bus兼容I2C接口,可以直接与AT24C02通信,此方案不仅设计单,工作可靠,而且成本低廉。电路原理如***5所示。
***5 E2PROM电路原理***
3.6 继电器控制输出电路
主控制器驱动5个灵敏继电器K1~K5,分别控制1个泄流阀和2个泵电机,实现对泄流阀的打开与关断控制和泵的变频或工频状态切换。单片机通过信号线RX与TX将继电器状态控制信号串行输出给串行移位寄存器芯片74HC595D,由74HC595D将输出状态的硬件锁存,以防止输出状态扰,最后通过达林顿管ULN2003提高驱动能力,以控制水泵电机的工作状态和泄流阀的动作[8] 。
4 控制器的软件设计
该设计中对变频器输出频率的调节采用PID控制算法,其控制算法就是对偏差的比例、积分和微分。它是连续系统中技术成熟,应用最广泛的一种算法,特别是在工业控制中,因为控制对象的精确数学模型很难建立,系统参数又经常发生变化,因此常采用PID控制算法[9],其控制示意***如***6所示。
它的数学表达式为:
y(t)=KPe(t)+KI∫e(t)dt+KDde(t)dt(1)
式中:KP,KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数;e(t)为误差。
式(1)离散化后可以用计算机很方便地实现,其位置式PID控制规律的数学表达式为:
y(n)=KPe(n)+KI∑je(j)T+KDT+
(2)
式中:e(j)为第j次采样的误差值;T为采样周期。
***6 PID算法控制示意***
在实际应用中,一般选择增量式PID控制规律。因为增量型算法与位置型算法相比,前者不需要做累加,不易产生大的累加误差,而且得出的是控制量的增量,误动作的影响比较小,更易于实现手动到自动的无冲击切换[6]。增量式数字PID控制算式为:
Δy=y(n)-y(n-1)=KP+
KIe(n)T+KDT (3)
在该设计中,执行机构采用变频器,由于采用增量式数字PID控制算法,所以对于每个采样周期,控制器输出的控制量都相对于上次的增加量,其系统控制算法流程如***7所示。
***7 增量式数字PID算法输出控制流程***
***7为增量式数字PID算法在整个系统中的控制流程,每次进入A/D定时采集中断,压力信号便会被转化为数字量,PID控制模块便将压力信号的数字量通过算法处理得出相应的控制输出数字量,接着启动D/A将数字输出转换为模拟电压输出,其模拟电压输出用以控制变频器。此模块配合继电器开关输出模块和压力采集模块,通过相应的控制策略实现实时测量和控制,保持供水管网压力的动态平衡。为了方便现场调试,在设计中使PID调整的上升、下降和跟踪采样周期的设定值可变,可以在开机时通过键盘改变其值,从而改变PID参数,以适应不同场合的控制需要。
如***8所示,曲线1是参数调整前电机模块控制电压随时间变化的响应曲线;曲线2为参数经过多次调整之后的响应曲线。可以看出,经过参数调整,系统的响应性能有了较大的提高,所以在实际应用环境中需要经过多次调整设定值,以保证达到最佳的控制性能[10]。
***8 PID算法的系统响应曲线***
5 结 语
分析了智能给水控制器的软件和硬件设计。该控制器以SoC单片机C8051F410为核心, 实现了对管网压力的采集,对变频器输出的控制,而且拥有独特灵活的用户界面。控制器不但采样和控制精度高,而且有┒嘀直；ず涂垢扇殴δ,保证了控制器的稳定性和安全性。采用控制器和变频器构成的恒压供水系统,不仅大大提高了供水质量,而且节能降耗效果也较为显著,在当今国家能源紧张的情况下,具有重要的现实意义。
参考文献
[1]李华德.系统调速控制[M].北京:电子工业出版社,2003.
[2]邱瑞生,杨滨.采用交流调压调速的方法实现高楼供水[J].自动化技术与应用,2002,21(4):24-26.
[3]苏宪龙,李山,苗亮亮.变频调速在油田抽油机控制系统中的应用[J].现代电子技术,2008,31(11):123-126.
[4]吴宜珍.高层住宅变频调速恒压供水系统设计[J].微计算机信息,2007,23(5):150-152.
[5]杨金牛,李众.采用模糊控制策略改进小区恒压供水系统[J].中国给水排水,2008,24(2):46-48.
[6]蒋新峰,王秋光.具有无线传输功能的给水控制器的开发[J].哈尔滨理工大学学报,2008,13(2):94-97.
[7]钟小强.基于单片机实现的液位控制器设计[J].现代电子技术,2009,32(2):51-54.
[8]李世伟,郑平,邵子惠.基于HMI与PLC的变频调速系统设计[J].现代电子技术,2008,31(19):105-106.
智能控制器篇3
本文通过对智能控制的发展轨迹和特点进行简单的介绍，对智能控制的技术方法进行了分析，对比了智能控制和传统控制的优缺点，对智能控制在机器人领域的应用进行了分析和探究+提出了智能控制的未来发展方向应该是由多种智能控制模式组成以及把智能控制模式和传统控制相结合的思维方法。
关键词：
智能控制；机器人；应用
1.控制的概述
从20世纪初到今天，控制理论已经由以传递函数为理论基础的传统模式发展到了以状态空间理论为依据的现代模式。到了今天，控制理论经历了由人工智能向自动控制的转变过程，从而形成了智能控制的相关理论。
2.智能控制的发展轨迹和特点
智能控制的理论思想最早被提出时是由人工智能思想和自动控制交叉的思想相融合而得出的一种思想理论，并且把智能控制的系统分为人工控制器为核心的智能控制、人工和机器同时作为核心的智能控制系统、纯机器控制作为核心的智能控制系统。智能控制的理论基础是运筹学的相关理论、人工智能的相关理论以及自动控制理论相结合的一种控制理论学说；智能控制系统是由传统控制理论进化而来，主要利用自主智能机来达到预设目标，从而实现无人操作的目的。智能控制的整套系统结构具有开放式、分级式以及分布式的特点，处理综合信息的能力非常强大。但是智能控制的终极目标却不是高级自动控制，而是优化系统的各个方面。智能控制的服务对象主要是一些非线性和不确定性的研究对象，这种研究对象是主要研究线性结构的传统控制理论无法操作的内容。智能控制在对数学模型的描述以及对符号和相关环境的识别等方面都十分擅长。
3.智能控制的技术方法
智能控制的主要技术方法有神经网络智能控制、模糊网络智能控制以及分层递阶智能控制等。在日常实际操作中，进行智能控制应用时常用的方法是把几种智能控制模式融合在一起来使用。比较典型的智能控制方法有以下几个。（1）模糊智能控制方法。模糊智能控制方法主要是把知识库和模糊模式推理机以及输出量清晰化的模块等进行组合，模糊智能控制的具体方式是，由模糊量的互相转化以及推理，最后得出具体的参数来执行。[1]（2）专家智能控制方法。专家智能控制方法就是把智能控制与传统控制理论相融合的一种典型的智能控制方法。这种方法就是以专家智能控制的理论基础作为依据，对控制方法进行优化。
4.智能控制在机器人领域的应用
机器人领域是智能控制的主要应用研究方向之一，随着科技的迅速发展，机器人领域的科学技术越来越全面。比如，还处于发展阶段的人工智能相关技术以及传感器的相关技术都被应用到了机器人领域当中。我们从动力学的角度上来看，机器人的相关技术特点是非线性的，随时发生变化的，在机器人的控制技术上所追求的是多样的任务，这恰恰就是智能控制的相关优势，所以说智能控制技术是机器人研究领域一个十分关键的组成部分。
（1）机器人的行动控制。有一种由四条连杆和从动滚轮组成腿部的机器人，这种机器人的移动依靠后补两条滚轮来实现，移动方向由滚轮的滚动角度来决定。如果要预设这种机器人的移动路线，面对这种非线性系统组成的机器人，一般的控制器是无法实现对其控制的，此时就要使用智能控制理论中的模糊神经网络自适应控制方法。这种控制模式可以减少机器人的系统误差，并且可以有效地对机器人的移动路线进行控制。[2]
（2）机器人的行动计划。如果在一个十字路口同时进行多个机器人的行动控制，就会涉及机器人的回避和协调问题，在解决这个问题的方法上，智能控制理论为机器人提供了集中式路线设计和分布式行动特点设计等方法。即首先设定每个机器人在不遇到障碍的基础上可以按照预先设计的路径到达设计目的地；其次通过在机器人内部设定一整套规则，采用分布式行动特点设计的方式来让机器人在行动的过程中在可能发生冲突的区域进行避让，从而达到避免机器人碰撞的目的。这个实验结论可以证明智能控制可以完美解决多数机器人一起进行行动时的协调和碰撞问题。
智能控制在现阶段的很多方面都不是特别成熟，在具体方法的应用上局限性也很大，如果把多种智能控制的方法结合在一起，也许是解决这些问题的关键途径。
参考文献：
[1]王印束，程秀生，冯巍，等.湿式双离合器式自动变速器起步智能控制[J].江苏大学学报（自然科学版），2011，32（6）：658-662.
智能控制器篇4
关键词：安全工器具；智能控制柜；温湿度控制器；绝缘杆
安全工器具在电力系统实际的运行、维护和检修中对工作人员起着重要的保护作用，因此，安全工器具的存放至关重要。目前，安全工器具主要存放在安全工器具柜中，因此，安全工器具柜的设计及功能尤为重要。传统的安全器具柜保管条件十分有限，安全工器具存放占用空间大，温度、湿度无法得到有效控制，未与安全管理系统联网，安全工器具试验数量与实际使用数量不符，超试验周期的安全工器具查找困难，易发生安全工器具漏检现象，造成实际操作中使用未经检验合格的安全工器具，为安全操作埋下了事故隐患。为了解决安全工器具的管理问题，我们根据供电公司对安全工器具管理的具体要求设计了一种安全工器具智能控制柜，它具有结构灵活、防潮防损、便于监控管理等几大优势，确保了安全工器具的安全、可靠使用。
1智能控制柜的功能特点
1.1结构灵活，便于管理智能安全工器具柜采用积木化、模块化方式布置，可根据需要进行调节，灵活多变，最大限度的利用柜内空间，可分类存放各种规格的绝缘杆、绝缘手套、绝缘靴、验电器、标示牌等安全工器具，布局合理、美观、紧凑，在增大了智能安全器具柜的存放空间的同时，便于安全工器具的管理应用。1.2安全牢固，自动调控智能安全工器具柜安装有高强度的钢化透明玻璃，使安全工器具柜牢固可靠，柜体安装有温度、湿度传感器，实时采集、显示柜内外温湿度，并能按照程序设定提供一个适合各种种类安全工器具的存放环境，保证在适宜的温湿度条件下存放安全工器具，有效延缓安全工器具的老化。1.3远程监控，确保安全温湿度控制器带有能与以太网交换机或远动机连接的无线或有线连接器，以太网交换机或远动机的连接可远程实时监控和调控变电所监控后台和调控中心，实现远程监控管理，从而确保安全工器具的使用安全。
2智能控制柜的结构
智能控制柜的柜内、外结构如***1和***2所示。由***1和***2可见，变电所安全工器具智能控制柜柜体采用通过侧边的铰链或合页安装有相应的柜门或单开柜门，柜门使用高强度的钢化透明玻璃；柜体顶部安装有柜外温湿度传感器，柜体内顶部安装有屏内照明灯、柜内温度湿度传感器，底部安装有电力专用除湿机、PTC电加热器JRQ和直流风扇。柜外温湿度传感器、屏内照明灯、柜内温湿度传感器（***1中的“23”）以及电力专用除湿机CSQ、PTC电加热器JRQ和直流风扇分别与湿温度控制器（***2中的“6”）连接。在***2中，柜体内部中间用一块垂直隔板分割或隐形分成左右两个置物空间。其中，一个置物空间中至少用3块水平隔板隔置有多个置物小空间，且多个置物小空间中至少有安全帽空间、绝缘手套空间以及绝缘靴空间；另一个置物空间为竖直放置多根验电笔、操作棒的空间。变电所安全工器具智能控制柜柜体的底部安装有4个万向轮，柜体前面配置有报警按钮灯和透气孔，柜体内底部设置有隔层空间，并在所述隔层空间（***2中的“16”）内安装有所述电力专用除湿机CSQ、PTC电加热器JRQ和直流风扇以及湿温度控制器。变电所安全工器具智能控制柜柜体内部放置多根验电笔、操作棒的置物空间中，沿着内壁面水平间隔安装有多个用于卡接验电笔笔杆、操作棒的开口夹，对应每个开口夹垂直底部安装有验电笔笔杆、操作棒定位套，或对应每个开口夹的下方安装有相同的开口夹。柜体内的绝缘手套空间中通过一块可抽移的底板竖直安装有多个供绝缘手套放置的手型模架，而在柜体内的绝缘靴空间中同样通过一块可抽移的底板竖直安装有多个供绝缘靴放置的脚型模架。变电所安全工器具智能控制柜电力专用除湿器的通风口与PTC加热器的通风口相连，电力专用除湿机配有排水管，连接至安装在柜体最底板的接水盘，并在接水盘中安装有水满可报警的水位监测探针。柜体内顶部设置有隔层空间，内安装有屏内照明灯，并用有机透明灯板配置在隔层上。柜体至少有一内侧壁上贴壁设置有连通底部隔层空间内直流风扇的加热通道，并在直流通道上开设有通向柜体内的细小出风孔。
3智能控制柜的工作原理
相比于传统工器具柜，智能控制柜具有可控制柜内环境温湿度、可进行远方监控及时发现工器具异常、便于管理几大优势，实现其功能的工作流程如***3所示。由***3可见，智能控制柜温湿度控制器带有能与以太网交换机和远动机连接的无线或有线连接器，并通过所述的以太网交换机和远动机连接于可以远程实时监控和调控的变电所监控后台和调控中心，实现了远方监控及远方管理功能。在使用时，各类操作工器具放置于对应的空间内，并在温湿度控制器上设置柜内相应的温度和温度，控制器能实时显示柜外温度、湿度传感器、柜内温度、湿度传感器。温室度控制器会根据当前的柜内温湿度和当前所设定的温湿度期望值启动或停止加热器和除湿器，从而自动调节柜内温度的温度和湿度，使柜内的温度和湿度值趋向于所设置的期望值。操作工器具智能控制柜的温湿度控制器能通过网络的交换机和远动机连接于变电所的监控后台和调控中心，使其具备远方实时监控、设置操作工器具智能控制柜的温湿度的功能。如过发生异常、报警等情况，也能实时上传，便于工作人员立即处理。
4结束语
通过对传统安全器具柜的研究分析，设计了一种新型的变电所安全工器具智能控制柜。这种智能控制柜有效地克服了传统安全器具柜存放占用空间大、温湿度不能有效得到控制、未与安全管理系统联网等弊端，具有结构灵活、防潮防损、便于监控管理等优势，确保了存放其中的安全工器具安全、可靠。
参考文献
智能控制器篇5
关键词：地球公转自转；路灯照明；无变压器降压；节电
Study on Lighting Intelligent Controllers of Energy-saving Street Lamps
YANG Ruo-pu1，LI Miao2，BAO Kang-sheng1，YANG Sheng-chun2
（1. Hefei No.Six Senior High School，Hefei，230061，China；2.Anhui Electrical Professional Technique College，Hefei 230051，china）
Abstract: This paper puts forward a method which can control the opening and closing of street lamps automatically. It designs a kind of lighting intelligent controller of energy-saving street lamps by using single chip microcomputer technique. According to rotation and revolution rules of the earth, the device can turn off street lamps at certain moments before sunrise and turn on them at certain moments before sunset, realizing the automatic control of street lamp lighting. Meanwhile, according to the characteristics of high voltage power at night, it can realize the voltage drop without transformers by using the change of circuit configurations. Thus, it can control the voltage of street lamps at night and adjust the brightness of them, reaching energy-saving purpose.
Key Words: rotation and revolution of the earth; street lamp lighting; the voltage drop without transformers; energy saving
1 引言
近年来，随着我国城市规模不断扩大，道路照明灯具数量也随之剧增，消耗大量的电能。合理地控制路灯照明，节约电能越发重要。然而，我们经常会发现:在早晨天已大亮或傍晚尚未黑暗时，路灯是亮着的。由于路灯数量巨大，将白白浪费宝贵的能源。导致这种能源浪费的主要因素有：
对于人工控制的路灯。由于种种原因，往往易导致路灯照明时间偏长的现象。
对于自动控制的路灯。由于环境因素可能出现传感器感应装置污损，导致路灯关闭不及时；或软件算法的缺陷，如软件处理只按固定时间计算而忽略每天的日出日落时刻变化[1-2]。
由于地球的公转自转规律，每天的日出日落时刻都在变化，如果能计算每日的日出日落时刻，根据该时刻控制路灯的开或关，就能做到对路灯照明的自动控制，节省电能。本研究欲设计一种自动控制装置，对路灯照明按照地球公转自传规律进行控制，达到节电的目的。
2 设计方案
2.1硬件设计
本设计的关键在于如何确定每日的日出日落时刻，地理位置不同日出与日落时刻也不同，因而要充分利用地球自转和公转的规律来计算每日的日出日落时刻，对硬件提出的设计要求如表1所示。
针对要求1:电子集成的芯片具有时钟功能，满足运行所需条件，芯片内部记录通过加载开始时间即可运行万年历，达到设计要求，市场上目前符合要求的IC芯片有DS12887、PCF8563T等，本系统的硬件时钟芯片选择为具有万年历的PCF8563T。
针对要求2：采用的微处理器是Mega64。
针对要求3：要有一个输入装置，类似手机的键盘的按键。
因次，硬件框架设计***如***1所示：
该装置主要包括：核心处理器、显示模块、时钟模块、按键模块以及输入输出模块。
2.2 软件设计
本项目采用芯片Mega64为核心处理器，PCF8563T为系统提供准确可靠的时间信息，显示采用点阵式显示屏，通过地理信息完成软件计算，最终达到控制路灯的目的，具体的软件实现流程如***2所示：
（1）合理地减少开灯时间
由于大气层的漫反射，日出之前的一段时间，和日落之后的一段时间，室外亮度是足够的，故这段时间路灯可以不亮。
每天日出之前，提前一定时间关闭路灯；
每天日落之后，推迟一定时间开启路灯。
（2）降低电压
由于夜晚用电负荷减小，电网电压比白天要略高，灯会更亮一些，耗电量也增大，但是车辆、行人稀少以及人眼的适应性，亮度是可以降低的，所以更好地办法是降低电压、降低亮度，减少耗电。交流电网的特点：两根火线（相线）间电压是380V，火线与零线间电压是220V，有380 V =220 V *的关系。本制作利用此特点，把路灯分为功率基本相等两组，然后相串联。两端通过开关分别接到两个不同的火线上，中间相连的部分通过开关接到零线上，如***3所示：
***中L1，L2是相同规格的灯具，S1、S3分别是A相B相的电源开关，S2是零线的开关。在日落以后，再经过设定时间后，S1、S2、S3均合上，L1，L2两端的电压均是220V，路灯点亮；23:00后断开S2，L1，L2两端的电压均是380/2=190V,电压降低了1-190/220=13.8%，理论上节电率约为25%。
2.3 装置界面介绍
通过软硬件的设计后，本项目的相关功能体现通过点阵式液晶屏显示。显示内容主要分为以下四方面：
年、月、日、时、分、秒；
关灯时提前量；
开灯时推迟量；
地理信息。
节能路灯照明智能控制器地理信息输入界面以及运行界面如***4和***5。
2.4 装置输出指示
路灯开启或关闭以及降压等操作是通过开关给出的，当路灯要开启时，此开关闭合；当路灯要关闭时，此开关断开，除了在运行界面给出显示外，在硬件上也有指示，如***6。
当LED亮时表示给出接通信号，当LED灭时，表示给出断开信号。带有螺钉的部件是外接被控的开关。
3 应用实例
以某学校主教学楼前的路灯进行应用，该教学楼前道路两排路灯并列且具有相同用电负荷。对其控制柜的接线进行改接，用本控制器代替原来定时路灯控制器，设定日出前提前60分钟关灯，日落后推迟8分钟开灯。试验数据及分析见表2。
4 结论
节能路灯照明智能控制器，将地球的运动规律真实模拟出每一天地球相对太阳的运行情况，自动控制路灯照明，试验表明该装置具备自动控制路灯的功能，且具有节电效果。
参考文献:
[1] 任鹏飞，基于单片机的LED路灯控制系统设计，河南工程，2009.
[2] 孔志林，基于单片机的LED路灯模拟控制系统的设计与实现，2003.
[3] 郑大伟,时间序列分析与地球自转，天文学进展,1989.
注：该课题为全国青少年科技创新大赛项目
作者简介：
智能控制器篇6
关键词:墙面粉刷;传感器;智能控制
1产品结构
该设备主要由四部分构成，包括刮头部分，机械臂部分，车身部分，智能控制部分。其中刮头部分主要负责将粉刷材料固定在墙面上，机械臂部分主要负责控制刮头的方向和输送粉刷材料，车身部分负责机器人的移动和液料的储存和输送，智能控制部分主要负责对工作过程的智能控制。
1．1刮头部分
刮头部分是整个产品最主要的工作部分，主要由中央刮板，上下长滚轮，上下出料口，上下储料箱，齿条传动系统，液料供给系统组成。中央刮板是一个可以来回左右移动的长方形刮板，刮板背面有一个燕尾槽，和固定在链条上的燕尾楔块相配合，楔块可以在楔槽中运动，这样，链条转动就会带动刮板左右运动。从而实现模拟人工粉刷墙面的动作，将粉刷材料固定在墙面上。上下滚柱负责对已刮好的墙面进行二次平整。链条的动力来源于双轴电机。
1．2机械臂部分
机械臂部分主要起到控制刮头部分作业方向的作用，主要包括不同长度的机械臂，位于机械臂关节处的伺服电机，用作支撑用的液压杆件，还有一个可以360度转动的底座。机械臂的转动主要靠智能处理器控制伺服电机进而控制其转动，位于下方的液压杆件主要起到支撑作用。下方360度的活动底座为了方便让刮头部分可以相对小车转动，方便不同方向的作业需求。
1．3车身部分
车身部分主要起到移动平台的作用，主要由电动机，麦克纳母轮，电压控制电路和液料储运系统组成。电动机主要为小车的移动提供动力，为转动平台的转动提供动力。麦克纳母轮可以实现小车的全方位直接移动，在空间比较狭小的地方可以实现灵活的移动。液料储运系统可以将储存的液料按照智能控制中心的命令将液料输送到不同的料箱中。［2］
1．4智能控制部分
智能控制部分主要由距离传感器，智能处理器和无线控制部分组成，距离传感器他们主要分布在刮头部分和小车侧面，无线控制部分可以通过蓝牙连接手机实现控制。利用手机APP，通过蓝牙装置和手机相连接，工人利用手机APP通过蓝牙向小车发送特定的字符，实现对小车的控制，另外小车还可以向手机发送小车的各种数据信息，显示在APP中，便于工人了解小车的状态信息，实现小车的启动，关闭和急停。［3］
2产品的工作过程
2．1前期准备工作
通电后启动电气系统，工人师傅通过手机APP中的遥控部分，操控小车的移动，由于采用的是麦克纳姆轮，小车可以自如地进行全方位移动。工人师傅将小车移动至工作地点之后，打开工作程序。工作程序一旦开始，小车的各个部位的传感器开始工作。刮头部分的传感器感知与墙面的距离，保证刮板与墙面保持合适距离的同时使整个刮板平面与墙面保持平行。车身部分的传感器也可以感知其与墙面的距离实现平行的移动。当传感器将所有位置对准确以后，真正的工作行程就开始了。
2．2工作行程
开始工作的时候，刮头部分开始在最下方，刮头部分在机械臂的作用下缓慢向上移动，流出上出料口的液料经中央刮板固定在墙面上将其平整地固定在墙上，下方的滚柱也可以实现腻子的二次固定。当小车平移至新的工作位置时(此时刮头部分还在上方天花板处，平移的距离稍小于出料的宽度即可)，上方出料口关闭，下方出料口打开，刮头部分从上向下缓慢移动，直至到最低位置。当遇到墙角时，传感器感知位置的变化，机械臂收缩至合适位置，位于机械臂下方的旋转平台就会转动90度，转动完成之后，刮板重新归位，实现对另一面墙体的粉刷工作。
3结束语
随着智能化的发展，工程机械领域也逐渐采用智能化控制，减少了工人的工作量，降低了工作的危险系数。基于智能控制的墙面粉刷机器人采用科学的传动系统，保证刮板可靠地运行。在很大程度上代替了人工，但这种粉刷方式适应于大面积的平整墙面的粉刷，较为复杂的墙面或者拐角仍然需要人工的干预。
参考文献:
［1］赵红丽．半自动墙面刮腻机的研究［D］．长春理工大学，2014．
［2］刘中华．自动上料干粉涂料腻子混合机［J］．四川建材，2005，04:34．
智能控制器篇7
随着现代智能科学技术的发展，现代智能机器人的设计更加趋向现代化，高强度聚焦超声串并联机器人具有的独特结构特点，采用的HIFU插算法及补算法相结合，从而满足智能机器人的电机轴动态性能条件。本文主要分析智能机器人的结构，并分析HIFU的插补算法。
【关键词】智能机器人 HIFU 插补算法控制
智能机器人是通过串联结构和并联结构的相互结合而形成的智能化程序，通过插补算法和传统的运算方式，来控制机器人的行为规范。通过插补算法的方式相对于传统的算法来说，增加了并联部分的***反解计算，相应的对其串联机构进行协调运动，同时能够加强非线性的精度变化测算。
1 智能机器人的基本运算结构
根据***1来看，HIFU控制智能机器人的基本结构分为两个部分，上半部分主要是工作平台，通过安装底座的十字工作台支撑架来固定。在由步进电机和丝杠螺母共同组成的移动装置，来带动工作床面的移动，同时还能够定位病灶。而下半部分则是由动平台、超声换能器以及支撑杆等几个祖坟组成，通过支撑杆将三个球面连接起来，同样的支持干长度，一端连接销轴，一端连接滑台，从而组成三个转东副。在三个支撑杆中，销轴都是垂直于支撑杆的。
在智能机器人的底座上，同样有三根立柱，通过立柱将移动副进行固定安装，丝杆的轴线方向垂直。这样的机器人结构空间较小，摆动的角度小于20度，在十字工作台上，x轴和y轴的行程都相对较小，其静平台外接圆的半径长度不超过162mm，定杆长度不超过300mm，其中HIFU的中心垂直高度在205mm左右。
2 智能机器人HIFU控制的插补算法
在智能机器人的结构分析中，我们可以看到，智能机器人的并联结构有着虚
实映射的问题，所以在操作过程需要将离散点进行匀速运动，在映射中，将变成在关节空间中的变速运动。通过PMAC运动插补算法进行计算，根据笛卡尔坐标定义进行开发，而不是直接通过操作空间的刀具轨迹实现运动控制。同时在运算过程中，通过二次插补算法，上下位计算机在操作中完成进一步的精细算法。
在算法中，第一次粗插补是由工控机实现，具有具体的任务，通过运动指令的解释翻译，轨迹段位置有离散处理，或者瞬间进行的速度插补。在这次算法中，一般会使用时间分割线，在某一个时间周期内，通过定时中断，计算目标轨迹的坐标轴增量，同时也叫做数据采样的位置控制。第二次算法是精插补，面向电机轴，通过PMAC来完成，主要是对位置进行控制，在电机加速或者减速过程中进行安全运行。
在此次运动中，PMAC控制卡提供了三种不同的插补方式，其中直线插补是最基础的部分，处理方式相对来说比较简单，通过起点终点以及速度的限制，提供直线插补具有s曲线加速，以及梯形加速直线插补，在指令之间具有运动融合功能。在运动指令的序列中，可以通过读取两三行指令，在节点的位置进行加速或者减速的处理，从而减少冲击，提高平均速度。一般来说，直线插补是利用g01的指令，通过圆弧插补，顺时针和逆时针两种方向；第二，是样条插补的方式，通过样条插补的抓取控制，保障智能机器人的速度和加速度具有连续性，同时还能接触一定的冲击，保证指令的节点位置相对较低，保障位置的精度。通过样条插补的方式，在各个节点位置的加速度不连续性得到解决，不同程度的冲击缓解也得到理，尽可能的控制由于加速福超过电机的限制而造成的风险，或者是位置和时间曲线的畸形。在电机的可限制条件下，要注意系统中的插补算方式，利用其中哪个方式来进行运算。
特别是在加速度的控制中，需要运用插补算法控制整个系统以及驱动系统的惯性，保障其速度的匀速，不发生冲击或者振动等问题，尽可能减少动态误差，保障其焦点的精度，并减少电机轴中加速度超限的情况，通过对原来的设计轨迹进行加速处理，在不同的位置实现精确运算，在加速度之前，或者在减速之后。一般来说，在加减速处前的处理方式，是在操作空间中进行的，通过轨迹较大的改变，包括对突变或者超速等问题，要对离散点进行速度曲线的限制，完成指数形式的加速或者减速，这时候，插补的方式进行修正。如***2所示。
而加减速后的插补运算则是在关节空间中进行的，通过映射为关节中的序列号，从而完成速度的均匀控制。前一种运算又是主要是对运动轨迹的轮廓不会造成较大的影响，而缺点则是需要对加速或者减速的参数进行精确的计算。后第二种运算的主要有点则刚好相反，在智能机器人中，需要输入和输出复杂的非线性映射，采用改种方式进行运算的时候，焦点的运动情况相对来说比较复杂。通过精确的分析，保障其运动轨迹的合理性，同时有效控制速度。一般来说，PMAC具有相应的加减速功能，能够相应的完成加减速的插补运算，对用户保持透明性，但是不对其进行任何的干预。
在HIFU插补算法中，其中比较重要的是对插补前的时间常数以及周期的选择。插补节点之间的加速度极有可能造成跳变和超越的情况，通过插补运算，在智能机器人的HIFU焦点轨迹上进行插补，加大可能的消除指令轨迹的突变，并保障整个轨迹在各种速度和加速度上的参数不超过限制，采用合适的做法，用指数形式以及插补加减速原则，同时使用精插补的方式，保障其速度正常。
一般来说，加速度的常熟直接取决于智能机器人中的电机轴行程指标，而其最高的运行速度一般不会超过5kHz，电机中的最高加速度的自安置为80kHz，因而在电机伺服系统中，有可能存在低频振动的问题，但是由于串并联的运行速度区间，发改了电机的动态范围，因而需要通过电机来进行问题的解决。同时在实际的处理过程中，还需要对电机轴的速度进行必要的限制。
参考文献
[1]喻道远，罗飞，范良志.串并联机器人控制HIFU的插补算法的研究[J].中国医疗器械杂志，2006（04）.
[2]张兆印.六自由度并联机器人的运动学分析[J].黑龙江大学自然科学学报，1992（02）.
[3]王强.六自由度工业机器人的运动轨迹插补算法的研究[J].浙江工业大学，2011.
智能控制器篇8
李曙光刘逸凡张旭周瑞敏
（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001）
【摘要】介绍了一种基于STM32F0xx的智能温湿度控制器的设计方法及功能实现；该控制器可实现控制柜内温湿度控制和控制柜内外温湿度显示。
关键词 STM32F0xx；温湿度控制；智能化；RS-485
Intelligent Temperature and Humidity Controller Design Based on STM32F0xx
LI Shu-guangLIU Yi-fanZHANG XuZHOU Rui-min
(Henan Pinggao Eletric Co.,Ltd., Pingdingshan Henan 467001, China）
【Abstract】Based on the STM32F0xx, the author introduces a kind of intelligent temperature and humidity controller design method and function implementation. The controller can realize temperature and humidity control inside power supply control cabinet and temperature and humidity auxiliary display outside the cabinet.
【Key words】STM32F0xx; Temperature and Humidity control; Intelligent; RS-485
0引言
在电力系统中，供电可靠性要求很高。汇控柜、开关柜等供配电设备工作环境的温度、湿度是影响设备安全可靠运行的重要因素。高温会加速电子元器件老化；低温、潮湿环境会使设备表面凝露，降低绝缘性能，增加了爬电、闪络等事故发生的可能性[1]。
本文介绍了一种基于STM32F0xx的智能温湿度控制器的硬件设计及软件实现方法，该控制器可实现控制柜内温湿度控制和控制柜外温湿度显示；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制，满足设备智能化及网络化的发展需求。
1硬件电路设计
本控制器以STM32F030F4为核心控制单元，系统外扩串行EEPROM为24C02，容量256字节，地址范围为0x0000~0x00FF，能够满足系统参数的实时存取；控制器包含两个4位数码管、5个状态指示LED、四个设置按键，具有手动启停功能；采用AM2301数字温湿度传感器，可同时实现对环境温度、湿度的控制；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制。
温湿度控制器硬件电路总体框架如***1所示：
1.1主控制器设计
***2所示为STM32F030F4电路，该MCU内核为ARM32-bitCortex-M0，工作电源电压2.4V~3.6V，最高工作温度85℃，最低工作温度-40℃，20个引脚，15个I/O输入输出端口，接口类型包含I2C、SPI、UART等，CPU最高频率48MHz，16K字节flash，4K字节RAM，5个16位定时器，1个12位ADC，16个A/D通道[2]。
1.2数字温湿度采集模块
AM2301湿敏电容数字温湿度模块是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，采用单总线接口，具有体积小，功耗低等优点。
由于AM2301采用单总线通信方式，接受指令和输出温湿度数据通过一根线完成，为了提高系统的抗干扰性，AM2301与MCU之间采用TLP118高速光耦合器隔离，如***3所示。其中V1、V2为肖特基二极管。
1.3数字温湿度显示模块
控制器采用TM1638驱动控制两排共阴极数码管，TM1638管脚功能如表1所示：
控制器具有上下两排4位共阴极数码管，上排数码管第一位显示温度正负、后3位显示温度值，下排数码管后3位显示湿度值，如果两路温湿度传感器均启用，则每隔3秒，切换温湿度测量通道，轮流显示。
控制器设置手动/自动按键、设置按键、减少按键、增加按键四个按键，分别对应芯片引脚K1,K2和KS1,KS2组成的键矩阵。键扫数据储存地址如***4所示。
装置共设置9个参数设置界面，显示界面与参数对应关系如表2所示。
按下设置按键即可进入参数设置界面，通过加、减键调整值的大小，调整好参数值再次按下设置键保存，若调整参数值后十秒内没有按下设置键，则不保存设定值并返回温湿度显示界面。
1.4温湿度控制策略
结合工程实际需求和应用，制定了一下温湿度控制策略。
启动排风：当系统获取的环境温度高于温度控制回路1启控值，启动排风。
停止排风：当系统获取的环境温度低于温度控制回路1启控值与温度控制回路1停控回差值之差时，停止排风。
启动加热：当系统获取的环境温度低于温度控制回路2启控值时，启动加热；当系统获得的环境湿度大于湿度控制回路2启控值且环境温度不高于温度控制回路1启控值，启动加热。
停止加热：当系统获得的环境温度大于温度控制回路2启控值与温度控制回路2停控回差值之和时，停止加热。
2软件设计方法
系统软件主函数主要是由软件抗干扰模块，系统初始化模块，主循环模块组成。***5 为主函数流程***。
3Modbus通信
结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现温湿度采集数据及设备状态参数的远传，通信接口为2线制半双工RS-485接口，波特率为9.6Kbps，8位数据位，1位停止位，无校验位和无流控。
该装置支持ModbusRTU协议的04和06命令。04（0x04）为读输入寄存器功能码，使用该功能码能够从一个远程设备中读取1～125个连续输入寄存器。06（0x06）为写单个寄存器功能码，使用该功能码能够在一个远程设备中写单个保持寄存器。同时，ModbusRTU协议还支持差错码0x86、异常码01（功能码错误）、异常码02（输出地址错误）、异常码03（输出数据错误）和异常码04（从设备忙），采用CRC校验方式。
Modbus寄存器状态地址分配如表3所示。
表3Modbus寄存器状态地址分配表
4结束语
在实际应用中，通过温湿度传感器采集汇控柜、开关柜等供配电设备柜体内外的温湿度数据，经MCU处理后输出继电器控制信号，再通过继电器加热器和风扇启停。
实践表明，以此方法设计的智能温湿度控制器方便应用，抗电磁干扰性能强，结合RS-485总线技术和上位机软件可方便的实现柜体内温湿度控制及远程查看。
参考文献
［4］方严,王晓明.一种智能温湿度控制器的设计[J].器件与设备,2006.
［2］STM32F030技术手册[Z].瑞士意法半导体（ST）公司,2013,12.
智能控制器篇9
关键词 通电控制器；单片机；过载保护
中***分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）98-0000-000引言
随着社会的不断进步，能源问题越来越重要。节能成为当今社会讨论的主题，本文中研究一种能实现自动通断电源且能过载保护的新型智能通电控制器。使得无需人为的手动开关电源，只要预先设置好时间后，便能自动的开断电源，解除了需要手动拔插电源和担心过载损坏器件的困扰。目前市场上类似的设计也有很多，本文将研究一款廉价且更加方便操作的智能通电控制器。只需加装在原先的电路上便能使插座具有智能通电的功能，同时具有更高的安全性能、更好的可靠性。
1总体方案设计
电路设计主要包括以下内容：信息处理模块，这是整个系统的核心部件，负责整个系统的协调运行；电压检测模块，该模块主要功用就是检测出当前接入的交流电源电压值，最后送至信号处理模块处理；过载保护模块，这是系统的保护装置，当主电路电流过大时迅速发出信号断开主电路；显示与键盘模块，设置并显示定时电源开断时间，且对系统的一些参数进行设置。
2 过载保护电路设计
设计方案是使通流导线穿过电流互感器，通流导线中的电流必须为交流电。由安培定则可得，在通流导体周围会产生磁场。当导体流过交流电流时，便会产生交替变化的磁场。又由法拉第定则可得，导体在切割磁力线或至于交替变化的磁场中导体两端便会产生感应电动势。因此使用该方法在电路工作时，在电流互感器线圈两端便会产生感应电动势。电流互感器线圈具有隔离作用，使得测量电路与主电路之间实现了电器隔离。其电路***如***2所示。***中T2电流互感器一侧是主电路中的火线。当电路工作时流过电流互感器一次侧的电流在交替变化，使得电流互感器二次侧同步感应出感应电动势。U2A为电压比较器，感应电动势的电压输入到比较器的3脚，当电压比较器的3脚电压超过2脚的基准电压时。电压比较器输出高电平，控制后续电路断开主电路，从而实现过载保护。通过调节电位器R14可以调节过载保护电流的阀值。由于采用电压比较器，因此不仅使得过载电流检测十分灵敏还使得过载电流的阀值可以任意调节。
3 电压检测电路设计
该电路将电网电压转换为电信号送入信号处理电路，经单片机处理后送往显示电路显示出当前电压值。这样用户就方便的知道当前电压是否在正常范围内，防止用电器因电压不在正常范围内而烧坏。采用电压互感器为转换原件，同时电压互感器具有电气隔离作用。将互感器转换后的电信号经过运算放大器放大后送入A/D采样。其电路如***2中T3为电压互感器，将150K的电阻与电压互感器串联，使得流过互感器一次测电流为1.5mA左右。同时互感器二次侧电流为1.5mA，在R35便产生0.15V的电压。该电压经C6耦合电容送入运算放大器的反相端。由于采用了电压互感器因此可以实现电器隔离，并且能够将交流信号不失真的转换为A/D采样电路能够承受的电压范围。
4 装配***
设计电路***纸与实物如***2所示，程序设计略。
5 结论
本文中研究的这款可靠度较高的新型智能通电控制器，在具有定时通断电的基本功能上还添加过载保护等保护装置，从而提高其可靠性。通过对目前插座的简单改进使之具有智能通电的功能。有利于能源的节约，对国家大力推进的节能减排事业也应该有一定的推进作用。
参考文献
智能控制器篇10
要做一个真正的机器人管家，就要用机器人实现管家所应当完成的任务，并且主人可以在其它地方通过管家的“眼睛”，了解家中的情况。所以，机器人就要有灵活不受限制的运动系统；对家中各种陈设的位置的判断力；对家中各种电器的控制；对温度、湿度的测量能力；能将采集到的信息上传至家中的电脑。如果主人不在家，还能够通过网络将信息输送至所需要的地方。这样机器人就可以自主地完成各种管家的工作，或者在主人的“指挥”下，料理各种家务。
硬件实现
1.硬件组成
我们为机器人制作了以下七个硬件模块：
（1）单片机控制模块 选用时下流行的美国Atmel公司的89C52芯片。它有内设的8K E2PROM，256 bytes 的RAM ， P0、P1、P2、P3 等四个端口，其中P0、P2为数据/地址双向多用端口。它还有3个定时器，T0、T1和T2。主振晶体为11.0592MHz，以利于通信波特率的精确设置。89C52中还内设8级中断控制系统，3级单向一次性可编程的加密内存，可以防止芯片内的程序被非法读写、拷贝等。
（2）运动模块 为了保证机器人运动灵活，行动准确、到位，系统误差小，我们选用了四相式 15V步进电机(分辨率 200步/周，频率响应0.1～300Hz，功率4W×2) 为两侧主动轮的驱动电机。机器人前后各有一个从动的万向轮，后万向轮加装减震弹簧。这种结构使机器人能在不太平坦的地面上正常行驶。通过单片机改变步进电机的激励电压频率，能够使机器人保持最佳的运行速度。由于机器人自身有一定的重量，在起步时需要克服最大静摩擦，所需力矩较大，而运行时则力矩较小，在运行程序中，加入了一个从起步到最高速的一个加速程序和一个停止时的减速程序，使机器人行走更平稳。
（3）超声测距模块 考虑到机器人工作的环境主要是在家中，机器人需要有自主运行中的避障和测距定位等功能。由于家庭环境中，一般的距离不会超过10m，选择了超声测距的方法。记录声波脉冲发射和接收到之间的时间间隔，再乘以声速，即为所要测量的距离。为了避免各超声传感器之间的相互干扰，没有提高超声的发射功率和接收灵敏度，使其测距范围为 0.1～8 m，完全可以满足在家中运行的需要。我们给机器人加装了四组这样的超声传感器，分别在左侧、前左、前、右侧。对于三个方向上接收到的数据，主要进行两方面的处理：其一是判断有无障碍物，进行自动避障；其二是根据测量的距离，可以自动绕房间一周（沿左墙或右墙），绘制出一张房间的二维地***。
（4）温度、湿度测量模块 温度和湿度的测量，利用A/D 转换器将传感器的模拟信号（电压），转换为数字信号，并通过单片机的8个I/O口，将8位二进制数传送给单片机，通过相应的数学模型进行运算，即为所测量到的摄氏温度和相对湿度。
（5）电器遥控集成模块 家中各种电器控制是通过智能可学习红外遥控器完成的。它可以自动记录家中各类电器遥控器所发射的红外线信号，并储存在flash 里，到时候需要控制什么电器，它就会发射出相应的红外线信号。在知道了家中的温度、湿度之后，可以控制家里的空调、取暖设备及控制微波炉、电饭煲等电器。
（6）***像采集模块 通过网络，实时传输***像是个在目前很复杂的问题。为了降低机器人的成本，使日后管家能够真正运用于人们生活之中，我们采用中科院微视电子公司的PCI视频采集卡，采集、压缩接收到的视频信号，利用提供的2次开发包（动态链接库）进行2次开发。为了提高网络的效率，能使***像更快地传输，并且能够保证***像的质量和实时性，我们将采集进来的视频信号，实时压缩成jpeg文件，通过网络将jpeg文件传输到客户端，并在客户端不断地刷新jpeg文件，形成一个比较连贯的***像传输系统。由于jpeg 文件只有十几KB，利用TCP/IP传输协议进行传输，所需的时间不长。每秒钟可传3~12帧。
（7）各种数据的传输模块 为了使机器人能够自由地在工作环境中不受限制地运行，不能拖着“尾巴”（电线）。我们给机器人加装了无线数据传输模块。数据传输模块有两个，一个用来完成单片机与上位机之间的信息交互，例如传送温度、湿度、超声测距值及各类命令；另一个数传模块则专门用来传输摄像头所拍摄到的视频信号，送到***像采集卡。其中信息数传模块的频率为800MHz，传输距离在空旷地区能达到1km。***像传输模块则有4个在1200MHz 左右的频点可供选择，传输距离在空旷地区能达到200m，可以满足在家中的使用要求。
2.硬件电路
（1）主板 主板电路如***1所示。P1.0端口为两个步进电机驱动模块提供激励电压频率，以改变步进电机的转速，P1.1、P1.2端口控制两个步进电机转动的方向（正/反转），这样在转弯时可以做到原地转弯并且效率较高。通过非门将单片机的控制信号与步进电机控制模块的信号调整同步。P1.5端口控制超声的发射，并同时启动INT0的定时器中断，一旦发出了超声波信号，直至接收返回信号，记录定时器在这一过程中所经过的时间t，再按照s=vt/2的公式算出距离。P1.3、P1.4端口用来选择测温或者测湿电路的启动。P0端口接A/D转换器，以获取由测温、测湿模块测量，并通过A/D转换器（ADC0809）转换得到的8位2进制数。P2端口用来控制智能可学习红外遥控器的8个按键。在串口通信方面，我们将单片机的串口数据通过MAX232芯片进行TTL/CMOS和RS-232电平之间的转换并将其连接至无线串口收发模块。
(2)超声波传感器 超声波传感器原理***如***2所示。其中***(2a)为超声波的发射电路，单片机通过enable（使能）端给出触发信号，发射端通过U1A和U1B两个运算放大器，组成一个振荡器，再通过U1C和U1D两个放大器输出（enable控制U1C的工作状态），驱动压电陶瓷换能器发出超声波；***(2b)为超声波的接收电路，前级由1个MC4558内的两个运算放大器构成前置放大器，后级通过反向器作为输出端的驱动。
（3）温度、湿度传感器 原理***如***3所示。将测温芯片LM35的电压数值通过OP07进行放大，输出给A/D转换器（ADC0809）的第一个输入端（In-0）。我们使用了一个现有的湿度传感器将其输出给ADC0809的第二个输入端（In-1）。ADC0809将接收到的电压值转换成8位二进制数，输出至单片机的P0端口。ADD-A和ADD-B分别对应单片机选择读取的温度和湿度数值的选择端口。
（4）智能可学习红外遥控器 如***4所示。将J2接收到的红外线信号，通过78P156单片机，将红外线信号储存至E2PROM（24C32）中。与单片机8个端口的连接中使用了光电耦合器，以起到模拟按键开关的作用。当单片机的端口发出指令时，通过光电耦合器短路相应的电路，起到了按键的效果。78P156单片机便会将相应位置上储存的红外线信号通过J1发射出去，实现智能可学习红外遥控。
软件部分
在软件方面，主要分为两大部分（软件流程***及源程序见本刊网站）：
1.单片机程序的编写 我们用C51语言编写，通过 keil 软件进行编译。主要分为三大部分。
自动行走 通过4组超声传感器，沿一侧墙壁自动将房间巡视一遍，并将所收到的数据通过串口通信，传送给上位机，以完成地***的自动绘制功能。
控制行走 通过串口通信接收上位机的指令，按照指令要求完成动作。指令分为数组型和字符串型两种。
智能可学习红外遥控器的学习 通过串口通信接收上位机的指令，并打开所选择的遥控器的按钮，以完成多功能遥控器的学习功能和对各种电器的操控。
2.上位机程序的编写 利用 Lab-windows/CVI（C语言）编写整套上位机的程序。整个程序共分为8个子程序。
服务端 建立起串口通信与单片机进行信息交互，利用TCP/IP建立起的网络信息交互平台，将单片机的数据传输到客户端。将PCI采集卡采集进来的***像信息转存成jpeg文件，利用TCP/IP服务协议的另一个端口传输给远端的***像接收程序。
客户端 接收服务端所发送的单片机的数据信息并进行运算，将温度、湿度、机器人在二维地***上所处的位置，直观地表现在程序界面上，并能将控制机器人自动行走、开关电器、巡视、拍照的命令信息发送各服务端，通过服务端，将命令转发给单片机。可以在地***上点击一个地点，根据现在所在的点，算出目标点的方向距离，发送给单片机，单片机旋转指定角度，运行到目标点，途中遇到障碍，按照地***绘制时的避障方法，避开障碍物。能够自动保存上一次的操作步骤，并可自动按上一次的操作重新进行巡逻工作。
***像采集 接收服务端传输过来的***像文件，在指定窗口中打开***像，并实时更新***像。
路线绘制 通过串口通信，制定一条机器人自动巡逻、定点拍照的路线，并储存为指定的文件，供客户端使用。
地***绘制 通过串口通信，将超声测距的数值记录下来，通过三角函数，转化为以0点为起始点的平面直角坐标系上的点，并进行相应的填充，绘制出房间的二维地***，供操作机器人在家中工作时参考。
遥控器学习程序 通过串口通信，学习家中遥控器的红外线信号。