《智能家電手機控制器設計》3500字

智能家電手機控制器設計目錄TOC\o"1-2"\h\u276631智能家電 14612手機控制器 240973PIC單片機系列——PIC30F4011 2114C語言程序設計 313195PID算法設計 418072參考文獻 6摘要：伴隨著科學技術的不斷發(fā)展．對于遠程信息的傳遞與控制在當今社會需求量越來越大。比如．可以通過手機運用GSM網絡實現(xiàn)遠程控制。智能家居這個概念越來越多的受到人們關注，設計一個使用方便快捷、功能穩(wěn)定可靠且價格相對低廉的控制系統(tǒng)是實現(xiàn)智能家電的前提[1]。本文課題研究基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，確定了以PIC30F4011芯片為核心控制器，通過遠程手機短信控制的智能家電控制系統(tǒng)方案。關鍵詞：智能家電，手機控制器，設計1智能家電傳統(tǒng)家用電器有空調、電冰箱、吸塵器、電飯煲、洗衣機等，新型家用電器有電磁爐、消毒碗柜、蒸燉煲等。無論新型家用電器還是傳統(tǒng)家用電器，其整體技術都在不斷提高。由于現(xiàn)代化生活節(jié)奏的加快，為了節(jié)省時間，提升效率，人們渴望能夠控制家電，讓生活水平得到提高，使得生活環(huán)境更加舒適[2]，智能家電應運而生。智能家電采用先進控制技術，從而使家用電器從一種機械式的用具變成一種具有智能的設備，使人們能夠更加方便，更加舒適地使用這些家電。智能家電主要朝著三個方向發(fā)展：多種智能化、自適應進化和網絡化。但是不管朝哪個方向發(fā)展，其控制系統(tǒng)的設計都尤為重要。2手機控制器隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，四通八達的無線網絡已經成為現(xiàn)實生活的一部分，使用無線網絡來控制家居不失一個好辦法[3]。GSM數(shù)字蜂窩移動通信網已經非常成熟，盲區(qū)少，信號穩(wěn)定，尤其是GSM短信息，靈活方便，可靠廉價，利用手機短信是一個不錯的選擇，并且它可以擺脫有線電話模式的束縛,得到全面詳細的報告，因此基于手機短信的智能家電控制器的開發(fā)有很強的現(xiàn)實意義[3]。短信控制的實現(xiàn)主要是利用GSM網絡，在RS232協(xié)議下，采用AT指令實現(xiàn)短信數(shù)據(jù)的傳輸，利用查詢方式實現(xiàn)異步串口通信，由單片機及其外圍電路對指令進行響應執(zhí)行，并反饋執(zhí)行情況，從而完成利用短信對家電控制功能的設計要求[3]。3PIC單片機系列——PIC30F4011單片機自問世以來，在工業(yè)測控、儀器儀表、航天航空、軍事武器、家用電器等領域的應用越來越廣泛，功能越來越完善[4]。單片機也稱之為單片微電腦，它的主要功能就是把CPU、RAM、ROM、I/0以及計算機上的其他重要零件全都放在一個集成電路上的微型計算機[5]。單片機種類繁多，常見的有51系列，PIC系列，AVR系列等等，其中51單片機是世界流行的8位機型[6]，但它運行速度慢，所以I/O都是準雙向口，驅動能力弱，芯片里面的P0口沒有上拉電阻，芯片無法內部復位，而且需要外加振蕩源，功耗較高，抗干擾能力也弱，多用于簡單電路，；AVR單片機其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗[7]，但兼容性一般，且功能寄存器較多，比較復雜；由美國Microchip公司推出的PIC系列單片機產品是首先采用了哈佛（Harvard）結構的微控制器，它具有高速度、低電壓、低功耗、大電流驅動能力和低價位的程序存儲器技術，是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。PIC的主要優(yōu)勢：(1)PIC最大的特點是不做單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。就實際而言，不同的應用對單片機功能和資源的需求也是不同的。比如，一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機，若采用40腳且功能強大的單片機，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界上最小的單片機.(2)精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的RISC結構，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線(Harvard)結構，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結構的8位單片機相比，可以達到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。(3)產品上市零等待(Zerotimetomarket)。采用PIC的低價OTP型芯片，可使單片機在其應用程序開發(fā)完成后立刻使該產品上市。(4)PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。就我個人的經驗看，還沒有出現(xiàn)過仿真結果與實際運行結果不同的情況。(5)其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應用帶來極大方便。(6)徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復熔絲的可能性極小。(7)自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。(8)睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI-MSP430相比，但在大多數(shù)應用場合還是能滿足需要的。由此可見，選擇PIC系列單片機——PIC30F4011是一個正確的選擇。4C語言程序設計任何程序設計都離不開開發(fā)語言，常用的開發(fā)語言有匯編和C語言，實現(xiàn)同一功能，匯編語言所需要的源代碼的量大約是C語言的3倍[8]。更重要的是，C語言是一種通用的計算機程序設計語言，它有很好的結構性，可實現(xiàn)模塊化編程。C語言的可讀性、可移植性比匯編語言強很多，已編好的程序容易轉換到其他工程和處理器環(huán)境中，用C語言編寫的程序便于閱讀和維護。C語言可以對用硬件如串口、中斷、定時器、A/D轉換等進行直接操作。用C語言開發(fā)的兩個宏觀上功能完全不同的項目，卻可以共用許多功能函數(shù)。如讀寫擴展的存儲器、讀寫與采樣、鍵盤處理、驅動顯示器等。并且，現(xiàn)在的項目往往是多人合作，模塊化功能好、可移植性強顯得越來越重要[9]。設計人員可以更多的考慮算法，而不是一些具體的細節(jié)問題，和匯編語言相比，程序的開發(fā)和調試時間可以大大縮短。因此，選擇C語言作為此次程序設計的開發(fā)語言顯得尤為合理。5PID算法設計在工業(yè)過程控制中，PID控制是歷史悠久，生命力最強的控制方式。它是迄今為至最通用的控制方法[10]。大多數(shù)反饋控制回路用該方法或其較小的變形來控制[10]。PID控制，是把比例、積分和微分環(huán)節(jié)[11]組合在一起成為校正環(huán)節(jié)k(s),構成圖1所示的反饋校正環(huán)節(jié)，一般被控對象G(s)是一個線性系統(tǒng)。圖1PID控制系統(tǒng)由圖1可見，PID調節(jié)器結構簡單，適應性強，它不依賴對象的精確模型，對系統(tǒng)參數(shù)的變化具有較好的魯棒性，能解決工業(yè)過程精確建模的困難。但PID控制大多缺乏良好的調諧和準確性，促使許多工作發(fā)展的調整和適應的技術來應對非線性工業(yè)過程[12]-[20]。因此需要自行研究一個合適的PID來控制。PID控制器在應用過程中最核心的問題是如何對控制器的控制參數(shù)進行設定[21]。傳統(tǒng)PID的控制參數(shù)往往只能根據(jù)經驗進行設置，其控制精度和對階躍信號的響應能力往往不夠理想[21],[22]。為了提高控制精度，國內外很多學者針對PID控制算法進行了深入研究，提出了許多可行方案，其中一種便是模糊PID自整定的控制方法。將模糊控制與PID控制相結合，不僅引入了經典PID調節(jié)器原理簡單、調節(jié)細膩等特點，而且具有模糊控制器的靈活性、適應性和智能控制的特點，提高了系統(tǒng)的控制精度[23],[24]。模糊PID算法具有自適應性的特點，無需知道精確參數(shù)，只需設置一個大致參數(shù)，模糊PID控制器會將測量得到的被控對象的狀態(tài)轉換為人類自然語言描述的模糊量，而后根據(jù)人類的語言控制規(guī)則，經過模糊推理得到輸出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再經過清晰化接口轉換為執(zhí)行機構能夠接收的準確量。由此可見，模糊PID算法比經典PID算法效果更好，應用范圍更廣。參考文獻[1] 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