液体点滴速度监控装(何博).doc

液体点滴速度监控装置 作者：何博 汪洋 臧博（华中科技大学） 获奖队编号：1-106 赛前辅导老师：吴裕斌 曹丹华 文稿整理辅导老师：吴裕斌 曹丹华 摘要：本基于凌阳公司带看门狗功能的单片机unsp061A(wdog-en)，采用模糊控制算法，利用嵌入式操作系统(MiniOS)实现液体点滴的速度监控可以人工设定所需的输液速度并动态显示，。线监控功能，从站，主、 根据题目要求，本系统由点滴速度监控模块、液位探测模块、软件算法控制模块和网络通信模块构成。主、从站的系统框图如下示： 图1 主站系统框图 图2 从站系统框图 图3 主、从站网络拓扑图 2　系统中各模块设计方案 (1) 点滴检测 方案一方案二方案三: (2) 液位检测方案一：同点滴检测模块，采用红外对管实现，根据接收管接收到的光强来判断液位是否到达警戒线。 方案二：利用超声回波检测，利用超声波在不同物质、不同密度内传播速度不同的原理，通过检测超声波发射的回波时间检测超声波穿过物质的结构，得知是否到达警戒液位。 方案一器件简单，软、硬件相对较容易实现，方案二理论成熟，还需加入温度补偿方案一：方案：方案：高起动转矩、大转矩、低惯量的方案一：利用专用语处理芯片MSM6588/6588l双通道10位DAC方式的音频输出。 方案一需外接语音芯片，及相关的微音放大器、AGC电滤波器、差动功放等基本电路，通用性差且不便于系统升级。而方案二只需外接一个扬声器即可实现语音输出，语音库的修改也较单独的语音芯片方便，故采用方案二作为的语音方案。 1 滴速检测电路 图4 滴速检测电路 2 液位检测电路 原理同，接收端加一比较器调整接收灵敏度。后经两级整形后送单片机中断进行外理。 图5 液位检测电路直流伺服电机所需的驱动电压、电流较大，因此采用对称H桥驱动电路，具体电路图如示。单片机的工作电压仅5V，驱动V，同时电机是一个感性元件，当Q5的基极电压为高电平，Q8的基极电压为低电平时，Q2、Q3管导通，Q1、Q4管截止，电机正转。当Q6的基极电压为低电平，Q7的基极电压为高电平时，Q1、Q4管导通，Q2、Q3管截止，电机反转克服电机的反电势。 图6 电机驱动电路 三 软件算法设计 本装置软件部分采用嵌入式系统（MiniOS）实现，MiniOS的代码全部用汇编语言编写，是一个可固化、可裁剪、占先式多任务嵌入式操作系统。下图是无操作系统和有操作系统的区别。MiniOS充当应用进程和CPU硬件之间的接口，程序员在设计程序时无需太多了解硬件系统，而只需了解其提供的API和编译系统即可，MiniOS会以更有效的方式管理单片机的硬件资源。 图7 有操作系统和无操作系统的用户的区别 单片机软件结构 对于从站，主要功能是电机控制及所需要的测量。软件结构如下图所示，大部分的探测都在外部中断处理函数中完成，然后通知控制任务完成对电机的控制，同时完成与主机的通讯。 图8　从站电机控制算法流程图 对于主站而言其主要的工作就是控制各从站的协作，监测各从站的工作状态，因此主站的软件结构较为简单，主要是异步通信功能。 2　软件算法实现模糊控制通过计算机完成人们用自然语言所描述的控制活动需事先知道对象的数学模型系统响应快、超调小、过渡过程时间短。用模糊控制算法。如下： 其中：r(t)为输入量，e(t)偏差的精确量，u(t)为控制器的实际输出量y(t)为反馈量ΔE′＝EN-E 图10　电机控制的有限状态机 上述转换条件的确定是本系统控制的核心，为了使控制算法不至于过分复杂法仅涉及语言变量为了提高测量精度，分为以下几档： 相应的模糊控制规则为： 表1　模糊控制控制规则表 编号 判决条件 控制动作 1 If(ENE) 控制电机上升 2 If(ENE) 控制电机下降 3 If((EN=E)||(ΔEΔe)) 控制电机停止 4 If((ENE)(ELE)) 电机下降量超调或有误判，立即停止 5 If((ENE)(ELE)) 电机上升量超调或有误判，立即停止 6 If((ENEL)(ELE)) 电机运行方向失误，立即停止 7 If((ENEL)(ELE)) 电机运行方向失误，立即停止 8 If(∣EN-E∣Δe＋a) 电机，进行滴速检测，看达标与否 9 If((E==0)t5s) 5s内没有液滴落下---异常、自动启动电机上升到预定值 ：对于4、5、6、7几种情形，可能是误判造成对于8，为了防止系统产生振荡现象，可在软件中根据不同的档位设计a的值适当扩大误差因子，在稳定后再次测量当前的滴速，再次与设定值比较，然后转入相应、、—150之间的数据，则表明主机要求从机调整滴速，若收到的值是255，则表明从机可以维持当前滴速不变。然后向主机发送应答