基于PIC16F876的暖风机控制系统的设计与实现

葛 宇

（河北建筑工程学院，河北 张家口075000）

0 引 言

暖风机主要供给机关、野战医院、机要通讯、维修等部门野营住帐或其它临时性住房时取暖使用，亦可在固定营房使用，除用于取暖外，还可用于通风换气.它主要由燃烧器、燃烧换热器、控制系统、风机等部分组成.控制系统控制着包括燃烧器、风机等在内的整个系统的运行过程，是暖风机设备的核心部分.因此，控制系统设计的好坏对暖风机设备至关重要［1］.

本次设计暖风机控制系统的硬件部分由上位机和下位机及其外围电路组成.上位机采用PC机，通过与下位机间的通信实现对暖风机系统的状态监控；下位机及其外围电路实现对温度的检测、显示和实时控制.这种以单片机为核心的控制器还可以在不依赖上位机的情况下实现对暖风机的独立控制.

暖风机控制系统在一定程度上是一个温度控制系统，通过自动控制燃烧器、风机等输出单元达到调节室温的目的.它的加热对象是时变、非线性的系统，很难建立其精确的数学模型.模糊控制技术不用建立控制对象的数学模型，可根据操作人员对被控系统的控制经验或专家的知识为依据设计出控制器，实现对系统的快速并且稳定的控制.因此，系统软件设计时，将模糊控制算法引入其中［2］.

上下位机间通信使用MSComm控件实现［3］；并采用VB6.0对上位机界面进行了设计，使程序简单、清晰，为用户提供了直观、友好的管理平台.

1 系统硬件设计

本系统选取室内温度作为主要被控制量，以燃烧器、风机、预热器等执行机构作为控制手段.控制系统总体结构框图如图1所示.暖风机自动控制系统选用价格低廉，性能优良的PIC16F876单片机为核心控制器件，充分利用其提供的软硬件资源，配以相应的外围电路完成暖风机的自动控制［4］.系统硬件电路主要包括：温度采集电路、人机接口电路、输出控制电路、报警电路以及通讯接口电路.控制器能独立对暖风机进行控制，同时也可以和上位机（PC机）进行通信.上位机可以对暖风机远程监控，并为用户提供直观、友好的界面.

控制系统由主控制器和遥控器组成.主控制器置于室外，遥控器室放在室内.一般家用电器遥控器都选用红外线实现无线信号传输.考虑到红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，本系统中遥控器和主控制器之间采用屏蔽线作为信号的传输介质.

图1 系统结构框图

2 系统软件设计

系统软件设计主要分为三部分，暖风机模糊控制器的设计、下位机软件设计和上位机软件设计.

模糊控制器维数越高，则控制越精确、效果越好，但是维数过高控制器的结构就会变得过于复杂，数据运算量大，控制算法实现起来也比较难［5］.本次设计采用二维结构.系统的输入变量包括室温、风温，输出包括预热器、燃烧器和风机.表面上看本系统是个多输入多输出（MIMO）的系统，但考虑到控制室内温度的设计目标及模糊控制的特点，模糊控制器的输入变量设定为：温差e—室温采样值与室温设定值之差，温差变率ec—本次温度采样值与上次采样值之差.模糊控制器分为离散式实现和连续式实现两种.对于精度要求高、通用性强的系统，采用连续式实现，即“在线”计算相应于输入量的输出量；对于存储量和计算时间要求高的系统采用离散式实现，即将输入量离散，针对每一组输入量计算其输出，制成查询表进行控制［6］.本文中模糊控制器的实现采用制成查询表的方式.模糊控制工作流程如图2所示.

图3 主程序流程图

图2 模糊控制工作流程图

在下位机软件程序设计中，编写了初始化程序、主程序、中断程序、温度采集模块、按键扫描模块、显示模块、输出控制模块和通信模块.主程序是下位机软件设计的中枢环节，是整个程序架构的关键所在.本系统中主程序采用一种类似“单片机中断响应过程”的程序结构，它的特点是由事件使能任务或者说驱动模块的执行.该系统有多个任务，每个任务设置一个使能标志，由相关事件的发生使能该标志即将标志置为“1”.在主程序中查到这个标志为“1”时执行该任务，将标志位清“0”.主程序流程如图3所示.

上位机软件程序设计是在VB6.0平台上实现的，主要包括串口通信和数据显示两部分.串口通信是通过引用MSComm控件来实现的［7］，数据显示的主要部分是借助VB强大的数据库功能，用ADO（ActiveX Data Objects）控件连接到本地数据库实现的.

3 结 论

本次设计上位机软件只是进行了仿真测试，下一步可以制作实际硬件电路来测试.而其上位机界面只实现了参数设置、状态查询、查询数据存入数据库等简单的功能，还可以继续设计来完成更多功能.同时可以考虑用虚拟仪器软件Lab Windows／CVI来开发上位机软件，这样可以把采集来的数据用虚拟仪器软件来处理分析，把原来一些用硬件实现的功能编程用软件来实现，既节省了费用又提高了采集的精度.上位机监控部分可以借鉴目前常见的中央空调的设计方案，用带有操作系统的高性能嵌入式CPU取代上位机的位置构成暖风机的中央控制器，高性能嵌入式CPU可以选择ARM、FPGA等，操作系统可以选择μC／OS－Ⅱ、嵌入式Linux等.这样可以利用高性能嵌入式CPU的以太网接口，将中央控制器的监控放在互联网上，实现用户随时随地监控.

［1］李俊.高原燃油暖风机的研制［J］.使用节能技术，2005，6：54～58

［2］胡爱兰.油源恒温模糊控制系统及其实现［D］.湖南大学，2006

［3］殷军辉，郑坚，马春庭，那荣智.基于单片机和MSComm通信控件的实时数据采集处理系统开发［J］.科学技术与工程，2007，7（15）：3702～3706

［4］李宁.基于PC机和单片机主从式测控系统的设计［D］.西安理工大学，2008

［5］周万利，基于模糊控制算法的船用锅炉燃烧控制系统的研究［D］.哈尔滨工程大学，2008

［6］刘宏伟，基于单片机的模糊控制方法及应用研究武［D］.汉理工大学，2007

［7］朱桂凤，田莺，田宇，基于 MSComm的串口通讯及PLC系统监控软件开发［J］.计算机工程与设计，2006，27（6）：1101～1105