控制信息模块（共6篇）
控制信息模块 篇1
摘要：本文主要讲述采用集成环境光传感器控制显示屏背光亮度的应用。系统根据环境光强度实行动态的背光控制, 降低功耗。让显示屏亮度根据环境光条件自行调整到最佳状态, 改善用户体验。同时也能手动调节背光亮度。
关键词：自动控制,液晶屏,LED
前言
一个完整的液晶背光控制系统包括二部分: (1) 背光自动控制模块; (2) LED驱动器。其中背光自动控制模块有光传感器和数据处理装置 (通常是微控制器) 组成。系统框图如图1所示。
现在绝大部分CCFL背光的液晶屏都已经停产, 各液晶屏生产商都已经采用WLED背光, 并且有的已经将LED驱动器集成到液晶屏。本文介绍背光自动控制模块。
1 模块组成设计
背光自动控制模块 (以下简称为控制模块) 的基本组成结构设计如图2所示, 主要包括控制模块硬件和上位机控制软件。硬件模块由单片机、光强传感器、电源转换芯片组成;上位机软件是由VB编写的一个USB通信控制软件。
为了更有效地实现系统, 在系统组成的基础上, 对系统的功能进行规划分析。
1.1 光强传感器
光强传感器是关键的组成部分, 它负责向微处理器提供环境光强信息。
1.2 微处理器
微处理器是核心部分, 负责数据处理, 它有以下几个功能:
负责读取光传感器的环境光强数据, 并将这些信息处理转换成脉冲信号控制液晶屏的背光驱动器, 进而完成背光亮度的控制;
解析USB上位机发送过来的指令完成相关操作。
1.3 电源芯片
通过USB取电, 将+5V转换成模块的工作电压。
1.4 上位机软件
基于USB-HID对硬件模块控制指令, 并接收硬件模块的反馈信息。
2 硬件设计
硬件电路原理图如图3所示, 主要由光强传感器、微处理器、电源电路等组成。考虑到显示器的空间限制, 在保证功能的前提下优先考虑小封装的元器件。
2.1 光强传感器
选用Maxim公司的MAX4009集成环境光强传感器, 将所有信号调节和AD转换器集成在一个封装内, 有效节省电路板面积;低功耗 (ICC=0.65μA) ;传感器的光谱灵敏度需要与人眼接近;采用I C通信协议;可设置上、下限阀值中断使其与微控制器的连接方式更简单, 数据传输速度更快。
2.2 微控制器
选用S T公司的STM32F103T8U6单片机, QFN36封装;内部集成I I C以及U S B控制器;通过USB口与外部通信;IIC配合外部中断与光强传感器通信;TIM3输出PWM控制信号;TIM2为通用定时器。
2.3 电源芯片
电源芯片选用ASM1117-3.3, Uin=4.75V~12V;Uout=3.3V;Iout[max]=1A;满足要求。
3 软件设计
对系统设计的功能要求进行深入分析, 将软件设计分为三部分:通信协议、单片机程序和上位机软件。
3.1 通信协议
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定, 是确保数据顺利地、正确地传送的基础。本设计中只是小数据量的有线通信, 所以只是建立了一个简单的通信协议。具体如下:
命令格式:FF WW XX YY CC (5个字节的16进制数) 。
第1位为协议头, 固定为FF。
第2位WW为指令类型:50是自动模式指令;05是手动模式指令。
第3、4位XX和YY在自动和手动模式下代表不同的意义:
自动模式下:XX、YY分别为光传感器的高字节流明寄存器和低字节流明寄存器的数据。
手动模式下:XX是背光亮度的百分比值, 范围1~100。
第5位为结束标识符, 固定为CC。
3.2 单片机程序
单片机程序流程如图4左部分所示。系统上电之后, 先会对单片机进行初始化, 然后判断上位机是否通过USB发送控制指令过来, 接着判断是自动控制指令还是手动控制指令, 如果是自动控制指令, 则读取当前环境光强度, 并设置上、下限门限, 接着把光强度变换成背光亮度的百分比, 最后调用PWM滑动调节控制背光;如果是手动控制命令, 则读取上位机发送过来的背光亮度的百分比, 调用PWM滑动调节控制背光。
3.2.1 MAX44009通信控制
STM32F103通过I2C与MAX44009进行通信。通过设置上、下限阀值, 在光线强度偏离设定范围一定时间后, 产生中断通知微处理器读取光强度, 进行背光亮度调节, 并设置新的上、下限门限。本设计中上、下限阀值范围为当前光强度的±10%。
(1) 读取流明
流明寄存器包含高、低字节流明寄存器。高字节流明寄存器0x03包括4位指数位E3:E0和尾数字节的4个最高有效位M7:M4, 表示环境光强的流明数。尾数字节的其余4位M3:M0位于低字节流明寄存器0x04。如表1所示。用户可以选择只读高字节流明寄存器或者连续读高、低字节流明2个寄存器来得到流明数。
只读高字节流明寄存器换算公式:
读高、低字节流明寄存器换算公式:
本设计中为了增强IC的流明读数分辨率, 所以选择连续读取高、低字节流明寄存器。值得注意的是, 为了确保内部ADC和I2C寄存器之间正确传输数据, 在I2C读操作期间, 芯片内部禁止高字节流明寄存器和低字节流明寄存器的更新, 只有主机发送STOP[1]命令时, 才恢复I2C寄存器更新。所以在连续读取2个字节流明寄存器时, 读完高字节寄存器后不能发送STOP信号, 必须在读完的字节低字节寄存器后才能发送STOP。
(2) 环境光强如何映射到背光亮度
本设计中采用的一种映射方式是Microsoft®针对运行Windows®7[2]操作系统计算机提出的。如图5所示曲线, 它可以将环境光强度映射到显示屏亮度 (以全部亮度的百分比表示) 。
这个特性曲线可以用以下函数表示:
(3) 背光实施
L E D背光亮度与其电流呈线性关系。集成了LED驱动器的液晶屏可以通过PWM直接控制液晶屏背光亮度。本设计中参考液晶屏的数据手册PWM信号的频率选用100Hz, 由STM32F103的TIM3产生。
在背光调节过程中应避免从一个亮度级直接跳转到另一个亮度级 (骤变式的亮度变化会对眼睛造成冲击) , 而应该平滑上调和下调背光亮度, 确保不同亮度等级之间无缝过渡。为了达到这一目的, 可采用带有固定或不同亮度步长、可逐步调节亮度的定时中断。本设计中参考MAX44009应用笔记中推荐的步进式亮度调节的算法进行亮度的平滑调节。
将采集进来的室内光照度转化为微处理器内PWM寄存器的值, 记为当前PWM值。将前PWM寄存器值记为PWM原值。将PWM原值与当前PWM值不断比较递增或递减, 使PWM输出以极小的步长跟踪当前P WM值, 从而实现平滑调光。此算法还能解决启动跳变问题, 使系统启动时PWM由零慢慢变化到当前PWM值。
P WM定时器的跳变值应该在定时器溢出中断中重新赋值, 避免跳变值的改变可能出现PWM信号有波动。
(4) 设置上、下限阀值
MAX44009可以设置上、下限门限, 在光线强度偏离上、下门限一定时间后, 产生中断通知微处理器读取光强度。
由表2可知MAX44009的上、下门限只是针对高字节流明的。怎么把一个浮点型的流明数值变换成上、下限寄存器的格式数据。在这里需要采用frexp[3]函数:double frexp (double x, int*exp) ;其中0.5≤x<1;exp为整数。然后再对数据进行调整, 程序如下:
设置上、下限阀值主要是为了改善系统对环境光强变化的响应, 避免因为光强的瞬间变化 (譬如一扇窗户打开或瞬间有一束光扫过) 而过快地改变亮度等级, 这往往会造成用户感觉不适。最初级的方法是每隔一两秒钟检查一次光传感器, 然后相应地调整背光亮度。更好的方法是, 只有光线强度偏离特定范围一定时间后, 才对背光亮度进行调节。
MAXIM推荐的例子是:“如果正常光强是200lux, 可能只会在光强降到180lux以下或升至220lux以上, 而且持续时间超过数秒的情况下才调节亮度”。由于上、下限阀值设定是个固定值, 当系统的使用环境更换时 (比如说室外转移到室内) , 会造成背光调节的偏差, 特别是新环境的光强度超出了上、下限阀值时, 系统的调光效果跟最初级的方法效果一样了。
为了解决这一问题, 本设计中采用了动态设置上、下限阀值的方法。读取当前光强度, 然后取±10%为偏移量, 写进上、下限寄存器中。
3.2.2 PWM控制
S T M 3 2 F 1 0 3共有7个定时器, TIM1和TIM8是高级定时器, TIM2、TIM3和TIM4是通用定时器, TIM6和TIM7是基本定时器。本设计中采用通用定时器TIM3, 利用TIM3产生周期为100Hz的PWM信号。
P W M配置步骤如下:1、设定TIM3信号周期;2、设定TIM3预分频值;2、设定TIM3分频系数;4、设定TIM3计数模式;5、初始化TIM_Time Base Structure[4];6、设定TIM3的OC模式;7、TIM3输出使能;8、设定电平跳变初值;9、设定PWM信号的极性;10、使能TIM3信号通道;11、使能TIM3中断;12、使能TIM3重载寄存器CCRX;13、使能TIM3计数;14、在中断中设置新的电平跳变值。
3.2.3 USB通信
在ST提供的USB-HID的例程上做修改, 增加到3个USB端点。EP0为控制端点, EP1为INTERRUPT OUT端点 (PC向MCU发送数据) , EP2为INTERRUPT IN端点 (MCU向PC发送数据) 。需要对“usb_desc.c”文件进行修改, VID和PID[5]不能跟现有的设备相冲突。详细可参考USB HID V1.1协议。模块收到上位机发送过来的数据后, 对数据进行解析并根据命令做出相关操作, 代码如下:
3.3 上位机软件
在VB编程环境中应用“Hid API bas”组件进行USB通讯编程, 根据上述的通信协议通过USB接口与控制模块进行信息指令交换。软件有两个功能:1、勾选“AM”控制模块进入自动控光模式, 滑条将被屏蔽不允许操作;2、不勾选“AM”进入手动控光模式, 可以通过滑条进行亮度调节。
在VB中滑条需要鼠标左键才能触发, 为了鼠标的滑轮能够使用, 加入了定数器, 每20ms读取一次滑条的值, 保存并与上一次数据项比较, 如果有变化则通过USB发送控制指令, 否则不做处理。代码如下:
软件界面效果如图6所示。
4 结论及成品展示
通过对本系统的调试与测试, 实现了液晶背光的自动和手动控制。系统运行可靠, 操作简单, 而且硬件模块体积小便于安装。已应用于多个显示器产品中。
参考文献
[1]Maxim.MAX44009 Data sheet Rev 0[Z].Maximintegrated.2011
[2]Windows.Integrating Ambient Light Sensors with Computers Running Windows 7[R].Microsoft.2010
[3]谭浩强.C程序设计 (第三版) [M].北京:清华大学出版社.2005
[4]ST.UM0427 Rev 2[Z].STMicroelectronics.2000
[5]USB Device Working Group.Device Class Definition for Human Interface Devices[Z].USB.org.1999
控制信息模块 篇2
一、概况
2010年是民航安全管理体系（SMS）的深化实施年，天津机场如何实现SMS的深化呢？所谓深化即是发现问题，解决问题的过程。天津机场从08年启动SMS的建设，通过两年实践，总结经验教训，发现目前我们的SMS在过程控制能力、系统工程分析、重大风险预警及安全信息的决策支持功能发挥等方面仍存在不足。
通过调研分析我们提出建立一个基于计算机网络技术的安全服务体系管理平台，以综合安全管理为主，加入服务质量测评、体系文件管理功能，运用安全系统工程理论、数理统计分析方法，来提高安全、服务、体系三方面工作的实效性、系统性、科学性。
二、主要功能模块
包括用户管理，安全目标，组织机构，安全培训，文件管理，安全信息，风险管理，不安全事件调查，应急响应，安全监察，服务质量测评十大模块。
三、各模块功能说明
1、用户管理模块
平台管理人员通过为不同类型的用户设臵相应权限，完成系统赋予不同用户的职能。
2、安全目标
该模块主要功能为安质部向各部门下发安全质量目标、跟踪
安全目标分解过程，并可通过该平台提交安全质量月报表和年报表。
3、组织机构
该模块主要进行机场安全员、质量员信息的管理，包括安全员、质量员基本资料的查询，图形化的安全员质量员的组织结构图，安全员、质量员的考核培训情况。
4、安全培训
收集机场一、二、三级培训大纲，跟踪各级培训的实施过程；逐步完善建立知识题库，例如空防知识、航站楼准入知识和机坪运行细则的知识等题库。用户可以进行系统随机选题完成自测和学习。通过该模块发布培训计划和培训信息，并使员工可以通过该平台进行在线考试。发布考核结果，该结果的同时将在安全组织模块中显示其存档。
5、文件管理
对文件进行分类管理的工具，管理内容涉及到日常工作中可能涉及到的标准和法规，如国际民航组织公约及附件、国家相关法律标准、行业规章标准、上级通知通告等方面的规定文档，还要管理面向各单位的体系文件，应急响应相关文件，各种不定期发布的其他学习类材料，以及机场不安全事件和行业内国际国内不安全事件等。要求这些内容能够按分类、按所赋予的不同用户权限进行展示，并且可以通过类别、标题、文字内容、关键字等方式进行检索，展示在页面上也可按时间、近期热点等排序。
6、安全信息
该模块包括信息报告和信息收集两部分。信息报告包括：自愿报告和不安全事件报告。
自愿报告为匿名登录用户提供按规定格式填报不安全信息的渠道。不安全（服务差错）事件上报，也是按规定格式，如按时间、地点、后果、事件等级、责任单位、事件类型、类别（按集团公司对不安全事件的划分）、引发原因等字段填报，完成不安全事件上报、审核、入库，发布调查报告，发布警示信息等内容。要求入库的不安全事件能够按设计字段进行统计，显示统计图表，最大化的利用统计信息，以针对性的拟定实施安全管理措施。
信息收集包括对国内外、行业内外的有价值的安全信息的收集、整理、分析、最后按规定制式入库。
通过收集和报告的安全信息为风险管理提供数据支持。
7、风险管理
该模块包括风险辨识、风险评估、风险控制三个子模块。（1）风险辨识
主动识别：运用预先危险性分析法、事件树等方法，各部门针对自身情况添加各工作环节的风险源识别情况，建立起天津机场的危险源数据库。
被动识别：运用事故树、事故致因理论等方法，分析已发生的不安全事件，查找危险源。
（2）风险评估 现有方法
依照202风险管理相关要求对风险源进行评分，分值评定采用“事件分析法”和“专家分析法”。“事件分析法”通过输入此危险源的相关事件、致因、后果等等数值对其进行分析。“专家分析法”通过选择专家，由专家来对此危险源的情况进行分析打分，并直接算出最后的风险值。要求对每一风险源均可查看此危险源的历史分析数据。通过定义好的风险分析方法，对各危险源的风险情况进行量化，可得到高风险的项，并可对该项由责任部门提出相应整改意见，跟踪该风险的控制情况。
风险评估模型的建立
因为安全管理平台存储着大量的安全数据信息，我们可以通过建立更完善的安全评估模型体系，实现定性的、定量的，综合的、系统的安全管理。
通过设臵关键点对风险控制措施/计划进行跟踪。
8、应急响应
实现应急响应的过程控制，并预留接口，远期目标可以实现应急演练的桌面模拟。
9、安全监察
该模块将主要进行发布局方检查（审计）、集团总部安全服务评价、公司内部安全服务检查等的通告，并能够对通告进行催办，接收各部门反馈的自查报告，下发检查后合格项与不合格项
清单，并自动提示相关部门对不合格项进行整改，对不合格项要求相应部门能够填写整改措施，并记录整改状态，和对其所存在的风险进行量化，提示风险状态，直至控制在可接受范围，并验证关闭。对个别由于人、财、物等客观条件限制不能完成整改的隐患，系统可提示将其纳入风险管理，由责任单位提出预防性措施。同时系统对以上信息进行统计，并图形化显示统计结果，便于管理者客观、全面掌握隐患信息。
10、旅客满意度监测模块
控制信息模块 篇3
其中Social CRM（SCRM）是整个BuzzOpt产品的核心模块，与各个模块之间形成高效的信息关联与对接，真正实现用户数据动态管理与动态调用。并能够实时识别并判断用户，帮助企业建立一个庞大的用户数据库，同时提高营销效率与精准度。
聆听模块能够持续追踪与洞察社交网络中的顾客行为，是建构社会化智能商业系统的第一步。交互和任务协作模块让企业内部组织结构与社交网络结构自动适应，让社交网络成为企业内部结构的外部应用延展。内容发布模块自主创造内容，快速整理、发布和传播社会化内容与标记。内容管理模块建立规范的内容管理机制与知识库，规范统一对外话术，形成必要的知识与信息储备。统计评估分析模块完整记录所有用户与品牌的营销过程数据，运用NLP技术对海量数据进行Workflow分析、行业竞品分析、粉丝分析、交互分析等实时统计和分析，对数据进行图形化展示，一键导出数据。
EPA现场控制器控制模块的开发 篇4
全国工业过程测量与控制标准化技术委员会TC 124以及中国机械联合会、国家标准化管理委员会制定的“用于工业测量与控制系统的EPA系统结构和通信标准”[1]已正式通过国际电工委员会投票正式成为国际标准, 实现了我国工业自动化领域在国际标准化工作中零的突破。
清华大学过程控制研究所参与了国家十五“863”课题, 承担了EPA标准的制定和设备通信协议的研究设计工作, 完成了EPA通信栈和组态软件EPA Configuration的开发。基于以上基础, 本文在EPA应用层上实现了部分常用的功能块, 并通过XDDL与组态软件进行链接运行, 设计了EPA现场控制器的控制模块, 验证了其可行性。为今后开发基于EPA的现场设备奠定了基础。 (1)
2 EPA功能块及其应用进程
EPA协议模型如图1所示。在ISO的OSI参考模型的基础上增加了用户层, 通过用户层的功能块应用进程实现用户的可组态的控制策略。
功能块是一个软件功能单元, 由输入信号、输出信号、内含参数以及对这些参数进行操作运算的算法组成, 用位号或者序号唯一标识。功能块定义的输入、输出参数可以进行链接组态以实现不同的控制功能。基本功能块模型如图2所示。
功能块的执行是通过调度实现的, 每次启动功能块都会执行相应的算法, 依据输入信号及内含参数得到输出信号, 因此功能块可以视为具有标准结构算法的函数。
EPA标准中定义了资源块、技术块、控制运算功能块。EPA功能块规范规定各种功能模块的标准框架结构, 便于功能块之间的互连互操作。而对功能块的内部算法则没有硬性规定, 而是留给了制造商具体实现。
EPA管理信息库是一个特殊的功能块实例, 其功能块实例标志AppID缺省定义为0。通过其内部参数, 它保存着EPA设备识别信息 (如设备ID、设备位号等) 以及一些系统调度信息等系统管理相关信息, 另外还保存着和网络管理相关的信息。包括网络管理、系统管理、功能块应用进程、组态程序等用户层的程序。
资源块是一种特殊的功能块, 用其来描述现场设备的一般特征, 如设备名、制造商等。同时该块把设备资源的信息特征化, 以隔离功能块应用于具体硬件实现。资源块包含监控物理设备的算法, 资源块只有内含参数, 不可连接共享, 资源块的算法执行不受系统管理调度, 每个设备内的调度周期、报警、确认等许多信息都统一在资源块内设置, 因此每个设备至少包含一个资源块。
技术块是控制运算功能块与外接IO交换信息的特定块, 技术块通过通道与功能块的输入输出信号链接, 即将输入输出功能块的信号转换为具体的物理信号, 因此又称转换块。技术块只有内含参数, 内部包含算法, 如AD、DA转换等, 算法执行由制造商指定, 不受系统管理的调度。凡是EPA功能块应用进程与外部传感器、执行器等链接都必需有技术块作桥梁。
控制运算模块则是一般通用的完成用户控制策略的模块, 如模拟量输入输出、开关量输入输出、PID控制等。与资源块和技术块不同的是他们都包含有用户进行组态链接的输入输出信号, 并可以通过通信网络跨设备进行组态, 协同完成用户的控制策略。一个典型的PID控制模块的框图如图3所示。PID控制模块是比较复杂的模块之一, 模拟量输入AI、模拟量输出AO类似, 由于篇幅的关系就不一一列出了。
如前所述EPA标准规定了功能块框架结构, 具体算法是设备制造厂商实现的。因此各个厂商的实现可能不尽相同。但总体步骤应该是相似的。下面讲述一下PID模块的执行过程。
首先模块是受系统调度的, 按时间或事件触发模块的执行, 执行的第一步是获取并暂存最新的全部输入信号, 暂存是保证在计算期间不受外部影响。其次进行模式计算, 根据目标模式和输入参数的状态确定当前模块应该工作的实际模式。为了保证互操作性, EPA规定了离线、初始化手动、就地手操、手动、自动、串级、远方串级、远方手动等8种模式。每个厂商的功能块可以支持其中的2种 (必需要有离线) 以上的模式。
实际模式决定功能块算法的执行, 如主输入信号故障就不能进行自动控制, 如下游的控制模块不能接受本控制模块的输出则本模块必需进入IMAN模式, 进行反向初始化。如主输入信号正常则可以进行自动PID计算等。
实现一个具体模块除了要考虑正常运算外还要考虑上电初始化等特殊处理。
3 功能块应用测试系统的实现
3.1 测试系统介绍
为了进行EPA功能块应用的测试和实验, 构建了如图4的测试实验系统。
测试系统的操作站使用一台PC机, 在PC机上运行基于XDDL的EPAConfiguration[2]组态软件, PC机通过标准的以太网与EPA控制器连接。
EPA控制器使用BL2000[3]作为硬件平台, BL2000是一款低成本、高性能的单板控制器, 包括测试所需的以太网接口, 12位ADC, 12位DAC, 开关量输入输出等资源。BL2000同时提供DynamicC软件开发平台。该平台集成了EPA通信所需的全部TCP/CP资源。
BL2000内部集成了EPA通信栈和应用层软件, 在这些软件基础上按照EPA功能块规范编制了管理信息库, 资源块、技术块, AI, AO, PID的实现软件。
3.2 控制器与组态软件的链接
在EPA系统中, 为了实现不同厂家的现场设备之间的互操作和集成, 基于XML定义了一套标签语言用于描述EPA现场设备属性实现EPA现场设备的集成与互操作, 并把这套标签语言叫做XDDL (eXtensibleDeviceDescriptionLanguage) , 在XDDL中, 通过规范的标签描述设备的信息及功能块和功能块内部的参数信息[4]。
为实现本控制器THU EPAC的互操作, 对XD-DL文件的两部分进行了开发, 即设备描述文件信息结构体 (XDDLDocumentInfo) 和设备描述结构体 (DeviceDescription) , 如图5所示。前者描述了文件的创建日期和版本, 后者描述设备通用属性和设备资源属性。设备通用属性主要是设备制造商、设备类型、设备版本、设备描述版本等属性;设备资源属性主要是描述设备所含功能块的属性。
3.3 管理功能块实现的流程
通过管理功能块的设计, 使设备内功能块能够得到正确的调度, 并且网络能够顺利的访问控制器。其实现算法如图6所示。
3.4 技术块实现的流程
技术块按固定的频率通过硬件驱动程序读取物理传感器中的硬件数据, 然后在技术块内部进行线性化、单位换算、校准等一系列数据处理, 将处理完的数据通过不同的通道输出给功能块使用。反之, 通过读取通道数据, 将用户输入的信息输出给执行器进行控制。
以AD技术块为例, 它首先读取A/D转换器的的数据后, 经过无因次化、非线性校正等处理后变成过程测量值, 供运算控制模块使用。它的具体处理流程如图7所示。
3.5 控制运算模块实现的流程
控制运算模块是EPA现场控制器的软件核心模块, 当控制运算功能块被调度后, 接收从输入功能块递交的数据, 并对得到的数据进行控制算法处理。处理后的数据与报警参数进行比较, 如果是异常值, 将通知报警块;如果是正常值, 将其传递给下一功能块。
本系统根据功能块的用途不同设计了资源块与AI, AO, DI, DO, PID等功能块。在程序实现中, 每一个功能块都具有初始化函数、功能块执行函数、功能块模式和状态处理函数。所有的块必须包含6个通用参数:静态版本、位号说明策略、警键、模态、块错误。另外, 功能块还必须包含一个特性参数, 用于描述功能块的基本属性。在实际应用中, 并不是所有参数都能用上。
控制运算模块的实现主要包括模态转换和控制算法的设计。其处理流程如图8所示。
(1) 参数设置与模态转换。
控制功能块参数初始化过程包括两部分:其一, 功能块实例化对各个参数的默认初始化。其二, 将功能块应用于不同的控制回路中所要求的参数的设置, 这些参数的设置由组态软件设置。
为此设计了几个基本程序模块:
GetData () 获取数据, 在仿真使其能为真的情况下, 获取仿真数据, 为假时, 选择不同的通道获取不同转换块的值;
Status () 状态处理, 功能块的执行情况和输出值的好坏反映在输出参数的状态中, 输出参数状态可以通过输出参数传递给其他功能块, 利用参数状态可以避免不可靠数据对控制系统造成的伤害;
ModeTrans () 模态转换, 用户设置功能块的目标模态, 当功能块接收到输入事件后, 根据输入参数的状态以及功能块的目标模态来判断是否满足向目标模态转换的条件, 从而确定控制算法下一步的工作模态, 并按照这个模态执行以产生输出。
(2) 算法实现。
本系统为每个功能块设计了实施算法。以下仅介绍PID控制功能块的实现算法。PID控制是一个普遍用于过程控制应用的典型控制方法。在构建一个过程应用时, PID功能块是一个非常重要的块。设计强大的控制功能不是本文的重点内容, 因此本文只是设计了基本的控制算法。
其算法通过对PV与SP的偏差进行比例、积分和微分运算, 得到的控制量经过输出选择、输出量程转换和输出限制后, 由OUT输出。基于嵌入式语言DynamicC, 编写了一个控制函数EPA PID () , 该函数运行PID的控制算法。该算法的参数为比例增益、积分时间和微分时间。
4 测试结果分析
基于本实验室的EPA通信栈协议与EPA Configuration组态软件对控制器进行测试。
启动组态程序EPA Configuration, 监控来自网络的EPA消息。把控制器挂接到EPA现场网络后, 周期性的发布设备声明消息。组态程序接收到设备声明消息后自动发现并识别设备。分别将所使用AI, PID, AO功能块添加到控制回路组态窗口中。创建链接对象, 建立功能块之间的连接关系, 组成控制回路。将AI功能块和PID功能块连接成回路, 并把AI功能块的OUT输给PID的IN, PID的OUT输入给AO的CAS IN, 然后通过AO的BKCAL OUT反馈给PID。编译控制回路组态信息, 并将组态信息下载到各个现场设备中。
组态软件的运行监控图, 能很好地反映出控制系统的运行过程和结果。图9是控制系统的监控界面, 显示了该系统的实时运行状况。运行PID算法, 观看PID输入端口 (曲线1) 与输出端口 (曲线2) 的值的变化。该图说明了该控制系统能够实现自适应控制过程。
5 结束语
设计了EPA现场控制器的通信模块, 挂接在EPA实验网络中, 并且成功地验证网络化控制系统基于EPA标准的可用性。分析结果表明, 控制器经过功能块组态后能按照组态的控制策略正确运行, 达到预期控制功能。EPA现场控制器充分体现了现场总线控制系统的分散化、网络化和智能化特点, 并为开发基于EPA标准的现场仪表设备奠定了坚实的基础, 从而推动基于EPA控制系统的应用, 促进了自主研发的工业以太网技术的产品化进程。
但是, 这仅仅是个实验测试平台, 在往后的产品开发过程中, 需要解决好以下几个问题:
(1) 在现场级, 除实现基本控制功能外, 为完成解耦、自定义语言、复杂PID与DCS接口等特殊控制功能的实现, 需开发控制功能强大的现场控制器。
(2) 在复杂的现场环境中, 对实时性的要求很高。随着EPA控制器的开发, 进一步加强EPA控制器中的通信调度和时间同步功能是很重要的。
摘要：主要以EPA现场控制器的控制模块为研究对象, 首先介绍基于EPA的功能块及其应用进程, 接着阐述控制模块开发中的重点工作:管理功能块、技术块和控制运算模块的设计重点实现流程, 并简要介绍了控制器的XML设备描述文件的开发。最后通过把控制器挂接在EPA实验网络上, 对控制模块进行了分析, 结果表明该控制模块能够有效完成控制功能。
关键词：EPA,现场控制器,控制模块
参考文献
[1]GB/T20171-2006, 用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范[S].
[2]谷海波, 杨佃福, 桂康.EPA通信协议在μCOS-II嵌入式系统中的设计与实现[J].微计算机信息, 2007, 23 (1-2) :1-3.
[3]ZWORLD Inc.BL2000 user’s Manual[EB/OL].[2008-12-09].http://www.zworld.com.
控制信息模块 篇5
为使智能轮椅床在自主运行时，能随时响应周围其它对象的指令并实施协同动作，提出基于Agent概念规划控制模块的设计。通过传感器组信息、轮椅床当前状态信息、外来协同信息的感知融合，给出符合总体需求的动作选择指令序列。借助于传感器组信息、外部遥控命令信息与学习积累库的信息进行适时综合，完成比较复杂的交叉判断与协商，实现外来的指令合并本体的自主控制协同执行。如此，对智能轮椅床乘用人员来说，既能满足其自主行动的意图，又能满足其及时接受其他对象提供的服务；同时还便于远程监控人员适时介入解决特殊问题。试用表明，基于Agent概念的控制模块设计，能以清晰的软件结构和丰富的协同应对资源库显著提升智能轮椅床的整体功能。
关键词：
智能家居； 轮椅床； 协同控制； Agent
中图分类号： N 93文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn 10055630，2015.07.014
引言
随着物质生活水平和医疗技术的不断提高，以及晚婚晚育等新观念的普及，老龄人口数的占比不断提升，这是社会进步的自然趋势。但是，老龄人口占比的提升，对每位年轻人照顾老年人所需花费的精力份额也显著增加。与此同时，当今信息社会工作与生活节奏的不断提高，使得年轻人越来越难以抽出更多的时间照顾老龄人。而作为老龄人，随着社会进步观念的普及，也越来越希望自己的生活能够自理，尽量不拖累年轻一代的工作与学习。另外，残疾人士的生活质量提升，也是社会进步中应该加以重视的课题。在这样一个总体背景下，如何充分利用现代技术成果，开发有助于老龄人、残疾人的生活自理的智能产品，使他们能自主、安全、舒适、有尊严地生活，既是他们自身的热切期望，也是社会公众的一致诉求。
用于助老助残的人机协调和普适环境，包括安全、智能、无障碍的行走，周围电灯、空调、电视机、窗帘、热水器的控制等。其中，可自由运动、变形的智能轮椅床，是重要的组成部分之一。智能轮椅床的主要功能，是既能作为轮椅载人出行，又能在老、残人士疲劳时变形为床以供休息。此外，还要能够接受监护人的遥控，以及与周围的服务机器人协同等。
为此，本文设计了基于Agent（智能体）概念的智能轮椅床控制模块。
1Agent（智能体）的基本含义
Agent的最早概念是一个具有自兼容性、交互性和并发处理功能的，具有封闭的内在状态，并可与同类对象交换信息的行为实体。
Agent作为计算机系统，具有两种重要能力。首先，每个Agent至少在某种程度上可以自治行动，即可由其自己决定，需要采取什么行动以实现其设计目标。其次，每个Agent都可以与其他Agent进行交互，这种交互不是简单的交换数据，而是参与某种社会或协同行为，包括合作、协作和协商等。
Agent通常是一个具有自治性、社会性、反应性和预动性的系统。自治性是指，Agent运行时可以不直接由人或者其他系统控制，其对自己的行为和内部状态有一定的控制权。社会性是指，Agent能够与其他Agent进行信息交换。反映性是指，Agent能够感知所处的环境，并能通过其行为改变环境。预动性是指，Agent能够主动地，或自发地感知所处环境的变化，并作出基于目标的行为。
Agent的典型体系结构，大致有慎思型、反应型、混合型三类。从本课题的情况出发，选择简单、高效的反应型结构比较合适。图1为本智能轮椅床所用的Agent功能结构体。
该Agent将各种预先组织好的条件与反应过程，化成动作规划库中的可选择内容。借助于传感器组感知当前环境状况，并结合来自上位机或其他Agent的协同信息，给出应对判断。然后通过动作选择，指示动作机构根据动作规划库的对应过程实施，达到改变Agent自身与环境关系的目的，亦即实现智能轮椅床的行走、变位、保持稳定等功能。
按照Agent的结构方式设计程序，可避免纵横交错的条件判断语句、减少繁杂的交互函数套叠，使程序块功能清晰，应对变化快速、可靠。
2智能轮椅床的基本结构
根据功能的需求，设计的智能轮椅床如图2所示。基本结构包括座位部、靠背部、踏脚部、靠腿部、扶手部、行走动力轮、行走辅助轮，以及床态前撑、床态后撑、多个变位动作电机、相关的光电信息、转角、位置、载荷传感器等。其中，床态前撑、床态后撑分别隐在靠背部和脚踏部之中。
设计的轮椅床自重70 kg，总承重120 kg，踏脚板承重80 kg，扶手靠推力20 kg。为减少重复性机构所占空间，在保证使用性能的前提下简化结构，左右扶手部分、靠腿与踏脚部分实施联动设计[911]。
为保证行走、变位、平躺各种状态的平衡，在行走动力轮、行走辅助轮、床态前撑、床态后撑上装有重力载荷传感器，以便检测乘用人员的重心变化，防止意外翻倒的产生。
在变位过程中，随时检测乘用者的重心变化，根据重心位置的状况，有选择地实施安全的变位动作，以防止变位动作与乘用者配合不当可能出现的重心偏移。当监测到重心接近平稳临界限制时会报警，提示乘用人员纠正体态或放弃外抓重物等。如果报警后未检测到重心校正指令且偏移进一步加大，隐在靠背部、踏脚部之中的辅助支撑立即探出着地，防止轮椅翻倒。尔后，若重心位置恢复正常，则收回着地的辅助支撑。
3智能轮椅床的电气配置
从功能需求考虑，智能轮椅床的电气配置如图3所示。环境感知信息主要由光电信息传感器组、角度传感器组、载荷传感器组、限位传感器组获取。动作执行主要由行走机构控制部分、床体变形控制部分构成。
光电信息传感器组由多个红外探头与专用摄像头构成。红外探头用于对周围实体的感知，防止智能轮椅床变形与行走时与四周发生碰撞。专用摄像头用于接收监控人员的手势信息，以便作出协同动作响应。
nlc202309062103
角度传感器组用于对各轮椅变位部件转角的感知，以便判定轮椅当前的状态以及变位的速度等。载荷传感器组主要监测四轮支撑件上的重力载荷，以便判定轮椅床中心变动，防止翻倒。限位传感器组用于各部件变位极限状态的感知，防止某个角度传感器失效时因过度驱动产生损坏。
变形部件选用博世0130002529电动机，只需12 V直流供电，可输出较高功率。另外，借助高速比减速器，可以足够大地输出转矩完成变位动作。行走部件选用BH32系列伺服电动机，该电机具有功率大、力矩大、体积小的特点，在满足轮椅床行走需要的同时，减少所占空间。选用赛特公司的BT系列蓄电池，直接给出所需的12 V、48 V直流供电。
作为处于助老助残普适环境中的智能轮椅床，其变位姿态与行进状况信息的获取，还可以由所处环境中布置的若干台摄象机完成。这些信息经上位机判别后，发出调整、变位等遥控指令，智能轮椅床接收后可作出协同响应。
4智能轮椅床的微控部件（中控模块）选择
综合考虑所需功能、性价比等因素，微控部件由Freescale单片机以及EMW3X80嵌入式WiFi模块等外围件构成。主芯片采用MC9S08QE128，80引脚，图4为MC9S08QE128功能结构图。因MC9S08QE128具有丰富的输入/输出资源，比较容易覆盖轮椅床的多传感器信号输入、多种输出控制的需要。
MC9S08QE128是低功耗、低电源、高效运作的8位微控制（MCUs）单元HCS08系列的成员。支持高达50.33 MHz的CPU时钟频率，32个中断/复位源，128 KB存储空间。图中，VDD和VSS是MCU的主要电源供给引脚；VDDA和VSSA是MCU中ADC模块的电源供给引脚。
MC9S08QE128拥有两个独立的模拟比较器ACMP1和ACMP2。拥有逐次逼近式的12位数模转换器（ADC），2.5 μs转换时间，支持28个独立模拟输入，可选择4个输入时钟源。拥有SCI1和SCI2两个通信接口，拥有SPI1和SPI2两个串行外围设备接口。拥有2个3道（TPM1与TPM2）和1个6道（TPM3）的S08TPMV3定时器脉冲宽度调节器。70个GPIO以及1个仅输入和1个仅输出引脚。
HCS08系列的开发支持系统背景调试控制器（BDC）和片上调试模块（DBG）。BDC提供单线调试接口与目标连接，通过BDC可方便地进行片上闪存和其他非易失性存储器的编程。BDC允许以非侵入方式存取存储器数据和传统调试功能，诸如CPU积存器修改、断点和单指令跟踪命令等。
5智能轮椅床变位与行走软件设计
运行软件的设计，充分考虑Agent的构件需要，立足于具体的硬件配置，主要流程图如图5所示。
智能轮椅床可随时接收乘用人的键盘控制指令，以及监护人通过无线模块发来的遥控指令。当同时收到的键盘指令与遥控指令不一致时，需要做综合判别，亦即判断应按照乘用人还是监护人的指令实施动作。对此：一是乘用人可事先通过键盘给出有限级选择；二是根据键盘给出的状态指示信息，临时决定是否授权监护人为优先级；三是根据乘用者过去在相应状态下的自主历程记录，判定监护人的遥控指令符合乘用者过去自主历程记录，即按监护人的遥控指令执行（对乘用人的自主历程记录是在学习积累环节完成的，若过去的同状态自主过程有多个，但不一样，则按照统计强度决定）。
智能规划环节主要是根据指令要求，参考传感器组提供的信息，依据当前智能轮椅床所处的状态，按序调用动作规划库的子程序。
过程运行环节则具体实施对各个电动机的实际控制，其中包括轮椅床变位、轮椅床行走两类内容。（1）轮椅床变位可以根据靠背、扶手、靠腿部分的倾角传感器，实施位置渐进闭环控制。可分别实施靠背起，靠背降，靠腿脚踏联动起，靠腿脚踏联动降，扶手起，扶手降等，也可以做几个变位动作的并行处理。（2） 轮椅床行走，一个功能是根据乘用人的键盘指令，实现前进，后退，左转，右转，任意线路行进等，另一个功能是按照监护人的各种遥控指令[12]，实现各种移动。监护人对智能轮椅床在居所中的位置，是通过居所安装的摄像头阵列和体感摄像机Kinect组成的视频监控系统获取的，这属于智能轮椅床所在大系统的构建内容。
状态机环节实现的是当前状态描述，以及各种状态间的递进、转化逻辑关系。状态机环节的设置，降低了软件设计的复杂程度，并提高了可靠性。
学习积累环节主要是记录乘用人的多轮键盘操作与控制实施，采用统计强度归纳乘用人的正常行为过程，以便收到遥控指令时，做综合判断。学习积累环节可以用键盘指令嵌入二次开发内容。
自主判别环节在没有键盘指令和遥控指令期间，能根据已设目标、当前状态、传感器组信息等，完成应实施的相关过程。
6结论
基于Agent概念所实现的智能轮椅床机电总体设计、控制模块的组成以及运行软件的配置等经整体集成运行，能较好地满足本体的自主控制，并能比较稳定地按照遥控指令运行，对现场中的专用服务机器人，也能做特定的协同运行。当然，如果再增加双传感器冗余设计、智能轮椅床重心判别与矫正、防变位意外的辅助支撑等，整体性能还会进一步改善。
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（编辑：刘铁英）
控制信息模块 篇6
关键词：中职；电子信息专业；模块化课程
现今的经济发展速度越来越快，电子类产品已经成为人们生活中不可缺少的部分，电子信息类企业也越来越多，对于电子信息专业人才的需求也越来越高。但是，现状是电子企业需要相应的电子人才，而毕业生却存在着就业难的问题。出现这种状况的主要原因就是中职学校教育模式出现了问题。下面就对现今中职学校电子专业教学模式进行分析，并且针对相关问题提出解决办法。
一、中职电子信息专业课程教学存在的问题
1.课程教学模式和教学理念过于落后
中职学校在进行电子信息专业教学中，课程教学模式太过陈旧，与现今的教学培养目标、课程结构、教学内容和企业内部需要等内容相脱节。很多中职学校在进行电子信息专业教学中，选择的教学模式还是传统的方式，以“电工基础”“电子技术基础”等理论性学科的课程体系进行电子信息教学，这样的教学模式与企业实践的内容不符，导致企业找不到相应的专业人才，毕业生找不到适合自己的工作。由于近几年中职学校的新生质量降低，新生之间的差异也较为明显，有些学生由于受初中应试教育的影响，对学习产生了厌恶感，如果中职教师选取错误的教学方式，那么学生会产生抵触感和逃避感，会让学生产生厌学心理。所以要设计与时俱进的课程教学模式，提高学生的就业率。
2.课程教学内容太过陈旧
电子信息行业的发展速度特别快，企业对人才的要求也渐渐多样化和复杂化。企业对电子信息专业的人才要求是到岗位可以直接工作或是在短期的培训内就能上岗的人员，可以留得住并且用得上的人才。但是中职学校课程教学内容相对比较落后，教学内容偏离了学生就业的目的。中职教师要打破传统的教学束缚，对课程教学体系进行改革，让教学内容与学生就业工作相符，为学生未来就业奠定良好的基础。
二、中职电子信息专业实施模块化课程体系的构架和关键
模块化体系课程是根据工作任务分析组织而成，根据不同大小的模块来实现相对较大、较完整的项目，或者是将几个项目设计为一整个模块实施。对岗位具体内容进行分析，使其适应课程教授与所学专业的学生。在对相关课程进行设计时师要注意以下几点：其一，要与企业内部生产、工作过程相符合，不要偏离只要目的，将企业工作的真实场景融合到教学中，设计仿真模拟操作模式，增强学生的操作能力；其二，将教学的理论知识与专业实践结合，让学生学习到专业知识的同时也能增强自身的实践能力，使学生可以在实践中更好地理解教学内容；其三，使学生学习的成果可以良好地展示出来；其四，学习的项目内容标准要与职业资格证书标准相融合。
在电子信息专业中建设模块化课程方案要按照三接轨（与行业需求、市场需求相接轨，与终身教育、高职教育相接轨，与职业教育、职业资格证书相接轨）和三化（模块化、弹性化、层次化）思想进行整改，中职学校在进行设计模块化课程时要根据新生招生处、实训内容、培训部提供的企业用工要求和信息等部分，根据市场需求进行调查，再从原有的专业培养项目、课程的编排、教学内容、教学方式等课程进行创新改革。要将课程从整体上分为几大部分，包括文化素养模块、综合技能模块和专业技能模块等，再分析企业的职业岗位或典型工作任务，之后由项目主席教师与有关工作教师和企业的一线技术人员，协同将工作中的服务、实际活动、技能形成的规律等内容进行编排和设计，最后形成科学合理的模板化课程教学模式。
在教授学生理论知识的同时更加注重学生的实际操作能力，培养学生的综合技能水平，增强学生未来在企业工作的实际工作能力。在专业技能教学模块中要设计符合企业内部需求的内容，学生也要对专业技能熟悉掌握。教师要编排合理的文化课程，培养学生的良好综合素质。
在实施模块化课程教学后，要抛弃传统的应试教学理念，运用分段式学分制考核制度，将教学内容进行分类、分层、分项目的考核制度模式，将教师、学生、家长、企业用人单位组织起来，共同进行教学质量的评价管理。要重视对学生的学习过程的评价，提高学生的综合实践能力，并且对学生的实习表现进行综合评价，对学生进行多元化评价。
总之，在中职电子信息专业中实施模块化课程体系，改变了传统单一的教学模式，按照企业内部需求和生产工程来设计教学内容，让学生不再受传统教学的拘束，真正培养学生的职业能力，提升了学生的整体素质，提高了学生的就业率，有利于为企业提供良好的专业性人才。
参考文献：
[1]杨祖荣，叶洪.中职电子信息专业模块化课程体系的构建[J].科学咨询（科技·管理），2012（7）：152-153.