基于单片机的链梯降速控制系统的设计

高层建筑遇险无动力循环链梯逃生装置，对居住于高层建筑的人们遇火逃生十分必要。无动力消防链梯是一种典型的变负载非线性系统，随着负载的增加，发电机绕组中的电流增加，磁场增强，转速加快，链梯的下降速度也增大。系统要求不论负载如何变化，链梯稳定下降的速度必须保持在0.4 m/s~0.5 m/s，为此，本文设计了一种基于单片机的参数自适应模糊PID控制器，根据链梯的实际响应在控制过程中自动调整、修改和完善控制规则与参数，从而使系统的控制性能不断完善，达到最佳的控制效果。
1 系统的主要硬件电路设计
控制系统的硬件主要由传感器、控制器和执行器三大部分组成。传感器作为输入部分，用于测量发电机的转速，将其转换为电信号；控制器的作用是接收传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处理，输出结果；执行器则根据控制单元输出的信号驱动执行机构，使之按要求变化。控制系统的结构框图如图1所示。

通过转速传感器不断采集发电机转速，进入单片机中进行Fuzzy－PID算法处理。单片机把采集到的速度偏差e和偏差变化值ec经模糊算法处理（查表），在线调整KP、KI、KD，最后通过PID算式计算控制输出量u。输出量u控制晶闸管的通断来控制负载电阻的大小。
本控制系统以ATMEL89C52单片机为核心。AT89C52属于MCS-51单片机的改进型,是一种高性能的CMOS8位微控制器。由于其内置8 KB的Flash存储器，大大简化了单片机系统的结构[1]。
1.1 转速检测电路
传感器输出比较微弱的脉冲信号，需要转换为幅值为＋5 V的单片机标准输入信号，用LM311比较器实现。实际电路如图2所示。R2、R3用于调整比较器的基准电压，设定为0.25 V。当传感器的输出电压高于基准电压时，比较器输出为+5 V的高电平，反之则输出为0 V的低电平。比较器上拉电阻的大小会影响输出幅度，由500 Ω改为15 kΩ后，输出幅值增大。经过该电路输出稳定、规则的波形。

1.2 驱动执行电路
在单片机系统中，每一路电阻对应一个接口，当人员发生变化时，只要根据控制量使相应的端口输出高电平，晶闸管导通，就可以改变负载电阻调节发电机的转速。
由于单片机输出的信号不足以触发晶闸管，故须将触发功率放大。从单片机的端口输出触发脉冲，触发脉冲要经过光电隔离器和三极管。光电隔离器用来提高系统抗干扰能力，三极管用来增大驱动电流。此电路由缓冲器、光电隔离器、变压器等部件组成，如图3所示。

　当单片机AT89C52端口无脉冲信号时，光电隔离器TIL117截止，变压器无脉冲输出，当单片机端口有脉冲信号时，光电隔离器TIL117导通，从而使相应的三极管BG导通，这样触发脉冲经脉冲变压器T输出，促使晶闸管触发导通。
1.3 看门狗硬件电路
　链梯系统中为了保证单片机可靠稳定运行,需要“看门狗”监视器[2]。由于该控制系统采用的AT89C52自身没有看门狗功能，一旦系统在现场受到突发干扰使程序跑飞，单片机没有自我保护能力，不能使系统重新工作。为此，本系统采用了MAX706和AT89C52构成的“看门狗”硬件电路，如图4所示。MAX706是一种性能优良的低功耗CMOS监控电路芯片，其内部电路由上电复位、可重复触发“看门狗”定时器及电压比较器等组成[3]。

　CPU正常工作时，该电路对其不加干预，当CPU工作失常一段时间后，看门狗电路动作，使系统复位重新工作。