《智能家电手机控制器设计》3500字

智能家电手机控制器设计目录TOC\o"1-2"\h\u276631智能家电 14612手机控制器 240973PIC单片机系列——PIC30F4011 2114C语言程序设计 313195PID算法设计 418072参考文献 6摘要：伴随着科学技术的不断发展．对于远程信息的传递与控制在当今社会需求量越来越大。比如．可以通过手机运用GSM网络实现远程控制。智能家居这个概念越来越多的受到人们关注，设计一个使用方便快捷、功能稳定可靠且价格相对低廉的控制系统是实现智能家电的前提[1]。本文课题研究基于嵌入式系统开发，确定了以PIC30F4011芯片为核心控制器，通过远程手机短信控制的智能家电控制系统方案。关键词：智能家电，手机控制器，设计1智能家电传统家用电器有空调、电冰箱、吸尘器、电饭煲、洗衣机等，新型家用电器有电磁炉、消毒碗柜、蒸炖煲等。无论新型家用电器还是传统家用电器，其整体技术都在不断提高。由于现代化生活节奏的加快，为了节省时间，提升效率，人们渴望能够控制家电，让生活水平得到提高，使得生活环境更加舒适[2]，智能家电应运而生。智能家电采用先进控制技术，从而使家用电器从一种机械式的用具变成一种具有智能的设备，使人们能够更加方便，更加舒适地使用这些家电。智能家电主要朝着三个方向发展：多种智能化、自适应进化和网络化。但是不管朝哪个方向发展，其控制系统的设计都尤为重要。2手机控制器随着移动通信技术的不断发展，四通八达的无线网络已经成为现实生活的一部分，使用无线网络来控制家居不失一个好办法[3]。GSM数字蜂窝移动通信网已经非常成熟，盲区少，信号稳定，尤其是GSM短信息，灵活方便，可靠廉价，利用手机短信是一个不错的选择，并且它可以摆脱有线电话模式的束缚,得到全面详细的报告，因此基于手机短信的智能家电控制器的开发有很强的现实意义[3]。短信控制的实现主要是利用GSM网络，在RS232协议下，采用AT指令实现短信数据的传输，利用查询方式实现异步串口通信，由单片机及其外围电路对指令进行响应执行，并反馈执行情况，从而完成利用短信对家电控制功能的设计要求[3]。3PIC单片机系列——PIC30F4011单片机自问世以来，在工业测控、仪器仪表、航天航空、军事武器、家用电器等领域的应用越来越广泛，功能越来越完善[4]。单片机也称之为单片微电脑，它的主要功能就是把CPU、RAM、ROM、I/0以及计算机上的其他重要零件全都放在一个集成电路上的微型计算机[5]。单片机种类繁多，常见的有51系列，PIC系列，AVR系列等等，其中51单片机是世界流行的8位机型[6]，但它运行速度慢，所以I/O都是准双向口，驱动能力弱，芯片里面的P0口没有上拉电阻，芯片无法内部复位，而且需要外加振荡源，功耗较高，抗干扰能力也弱，多用于简单电路，；AVR单片机其显著的特点为高性能、高速度、低功耗[7]，但兼容性一般，且功能寄存器较多，比较复杂；由美国Microchip公司推出的PIC系列单片机产品是首先采用了哈佛（Harvard）结构的微控制器，它具有高速度、低电压、低功耗、大电流驱动能力和低价位的程序存储器技术，是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。PIC的主要优势：(1)PIC最大的特点是不做单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采用40脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机.(2)精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线(Harvard)结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。(3)产品上市零等待(Zerotimetomarket)。采用PIC的低价OTP型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。(4)PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。(5)其引脚具有防瞬态能力,通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接与继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。(6)彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。(7)自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。(8)睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TI-MSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。由此可见，选择PIC系列单片机——PIC30F4011是一个正确的选择。4C语言程序设计任何程序设计都离不开开发语言，常用的开发语言有汇编和C语言，实现同一功能，汇编语言所需要的源代码的量大约是C语言的3倍[8]。更重要的是，C语言是一种通用的计算机程序设计语言，它有很好的结构性，可实现模块化编程。C语言的可读性、可移植性比汇编语言强很多，已编好的程序容易转换到其他工程和处理器环境中，用C语言编写的程序便于阅读和维护。C语言可以对用硬件如串口、中断、定时器、A/D转换等进行直接操作。用C语言开发的两个宏观上功能完全不同的项目，却可以共用许多功能函数。如读写扩展的存储器、读写与采样、键盘处理、驱动显示器等。并且，现在的项目往往是多人合作，模块化功能好、可移植性强显得越来越重要[9]。设计人员可以更多的考虑算法，而不是一些具体的细节问题，和汇编语言相比，程序的开发和调试时间可以大大缩短。因此，选择C语言作为此次程序设计的开发语言显得尤为合理。5PID算法设计在工业过程控制中，PID控制是历史悠久，生命力最强的控制方式。它是迄今为至最通用的控制方法[10]。大多数反馈控制回路用该方法或其较小的变形来控制[10]。PID控制，是把比例、积分和微分环节[11]组合在一起成为校正环节k(s),构成图1所示的反馈校正环节，一般被控对象G(s)是一个线性系统。图1PID控制系统由图1可见，PID调节器结构简单，适应性强，它不依赖对象的精确模型，对系统参数的变化具有较好的鲁棒性，能解决工业过程精确建模的困难。但PID控制大多缺乏良好的调谐和准确性，促使许多工作发展的调整和适应的技术来应对非线性工业过程[12]-[20]。因此需要自行研究一个合适的PID来控制。PID控制器在应用过程中最核心的问题是如何对控制器的控制参数进行设定[21]。传统PID的控制参数往往只能根据经验进行设置，其控制精度和对阶跃信号的响应能力往往不够理想[21],[22]。为了提高控制精度，国内外很多学者针对PID控制算法进行了深入研究，提出了许多可行方案，其中一种便是模糊PID自整定的控制方法。将模糊控制与PID控制相结合，不仅引入了经典PID调节器原理简单、调节细腻等特点，而且具有模糊控制器的灵活性、适应性和智能控制的特点，提高了系统的控制精度[23],[24]。模糊PID算法具有自适应性的特点，无需知道精确参数，只需设置一个大致参数，模糊PID控制器会将测量得到的被控对象的状态转换为人类自然语言描述的模糊量，而后根据人类的语言控制规则，经过模糊推理得到输出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再经过清晰化接口转换为执行机构能够接收的准确量。由此可见，模糊PID算法比经典PID算法效果更好，应用范围更广。参考文献[1] 杨展华.关于智能家电控制系统的研究分析[J].科技致富向导,2013,14(20)[2] ZengYunze.Intelligentcontrolsystemfordomesticappliances.PublishingBeijing JiaotongUniversity,2003[3] 李慧.基于手机短信的智能家居控制器的开发[D],2010,[4] 刘国钰.单片机原理及应用[M].北京：北京大学出版社2013[5] 杨星.论单片机发展历程及其技术进步[J].知识经济,2011(23):1-6[6] 周向红.51单片机课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社.2011[7] 戴育良.基于单片机的无刷直流电动机控制器研究发展[J].福建电 脑.2010(8):52-54[8]何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990[9]赵建锋.C语言程序设计[M].北京大学出版社,中国林业出版社,2006[10] 孙林军.智能PID控制研究[D].2003[11] 吴晓琳.PID控制稳定性分析[D].上海：上海师范大学，2009[12]SavranA,KahramanG.AfuzzymodelbasedadaptivePIDcontrollerdesignfor nonlinearanduncertainprocesses[J].ISAtransactions,2013.[13]AströmKJ,HägglundT.ThefutureofPIDcontrol.ControlEngineeringPractice 2001;9(11):1163–75.[14]AngKH,ChongG,LiY.PIDcontrolsystemanalysis,design,andtechnology.IEEE TransactionsonControlSystemsTechnology2005;13(4):559–76.[15]ZieglerJG,NicholsNB.Optimumsettingsforautomaticcontrollers.Transactionsof theASME1942;64(8)(759/768–759/768).[16]MarshP.Turnon,tunein.NewElectron1998;31(4):31–2.[17]SegoviaJP,SbarbaroD,CeballosE.AnadaptivepatternbasednonlinearPID controller.ISATransactions2004;43:271–81.[18]GyongyIJ,ClarkeDW.OntheautomatictuningandadaptationofPIDcontrollers. ControlEngineeringPractice2006;14:149–63.[19]YamamotoT,TakaoK,YamadaT.Designofadata-drivenPIDcontroller.IEEE TransactionsonControlSystemsTechnology2009;17(1):29–39.[20]DeyaC,MudiRK.Animprovedauto-tuningschemeforPIDcontrollersISA Transactions2009;48:396–409[21] 杨贤军.基于模糊理论的智能PID控制器设计[J].2013，35(3):115-117[22] 姚松，蒋念平.基于模糊控制理论的PID控制器的仿真研究[J]．计算机 系统应用.201l,20(10):1