基于dsPIC20F单片机在智能家居控制系统设计中的应用

陈骏

摘要：针对现代控制系统设计的特点，将dsPIC20F芯片单片机作为核心，设计了智能家居控制系统。首先，对控制系统的硬件设计进行分析;之后，设计系统软件平台，主要包括主机通讯程序、E2PROM操作、关主电机、开关电机、软件控制程序等设计。此系统能够提高电机控制效率，对整体控制体系进行优化。对比传统方法，此系统结构较为简单，并且使用方便。

关键词：嵌入式单片机智能家居控制系统

目前智能家居中广泛使用控制系统，所以此方面备受专业人士的重视。传统控制系统的控制是利用模拟器实现的，虽然结构比较简单，但是具有较强的造作性，成本也比较低。但是其控制工作可靠程度比较低，并且对完善及升级都是非常不利的。以此，人们就开始通过数字化代替传统方式，并且改进控制系统。利用嵌入式单片机控制电机，是通过目前数字技术实现工作控制的简单化操作，并且还能够使系统性能得到提高。因此，本文就基于dsPIC20F单片机在智能家居控制系统设计中的使用进行分析。

1控制系统的硬件设计

为了能够有效完善控制系统的功能，就要利用单片机控制功能实现，本文利用dsPIC20F芯片实现设计，此芯片能够通过单片机结合DSP技术，具有较高的性能，为十六位数字信号控制器。利用此技术芯片外围设备丰富的功能，对于信息中断情况的反应比较快，并且使用高性能计算能力处理器。

图l为使用dsPIC20F芯片单片机电机控制系统的结构，分析电机控制系统，工作流程主要包括：利用系统中感应器感应电子转子的位置，并且利用控制芯片进行计算，将计算的结果传输到相应的驱动模块中。因为控制芯片中实现控制指令的设定，其能够将指定信号发送给驱动模块，控制电机旋转。在完成此工作之后，还要以不同的工作环境对转换角度进行旋转，此过程就是控制芯片通过感应器实现转子信号的传递，通过和设置速度进行对比，能够得出两者转速的差，使其朝着相应信号进行转化，传递到控制芯片。控制芯片通过接收信号实现控制指令的发送并且转化成为相应信号对控制芯片进行传递，控制芯片以接收的信号发送控制指令，对电机进行反馈，以此有效实现完整控制过程。

霍尔元件的安装为设计转子位置检测电路的基础，此电路的实现是通过位置传感器进行的。传感器对转子位置进行测定，工作的流程为：通过静止及转动两部分构成传感器，固定电机座的部分属于静止状态，转子中为转动的部分，和转子的频率相同。利用遮光盘变化能够使感应器出现高低不同的信号，以此具備转子运动的信息，通过感应器传输信号的不同精准实现转子磁极定位。使用霍尔传感器能够检测转子的位置，从而对电机进行控制并且调整，使电机控制系统精准性及工作可靠性进行保证。

驱动电路中的核心构件主要包括控制器、功率变换器及电动机，电动机通过伺服电机、直流电机和步进电机构成。永磁直流电机的使用较为广泛，不仅能够将直流电源实现，还具有良好的性能，控制较为简单。本文使用数字集成芯片LMD18200直流电机驱动控制电路，其中集成了CMOS和DMOS功率器，其指的是专门在直流电动机驱动的H桥组件，此芯片在正常工作的时候电流为3A，瞬间驱动电流为6A，具有较强的驱动能力。另外，此芯片内部电路还能够实现过流保护，在给定电压以后对输出端电压进行对比。如果输出端电压要高于给定电压，那么就会具备降压措施，以此能够进行过流保护。

2控制系统的软件平台设计

2.1软件功能划分

在平常操作的过程中大部分都是使用系统uClinux实现操作，此系统能够实现多任务调度，因为其具备操作多任务程序，系统任务终端和其实时性具有密切的关系对pClinux任务调度函数进行调用，用户就能够从准备任务中实现函数调度，寻找最高优先级的任务实现切换操作。和电机实际控制具体需求进行结合，根据基本任务规划原则，使应用软件划分成为以下：

其一，人机交互功能。实现电机转速及温度显示器的显示;

其二，具备超前预防性。保护电机，如果出现故障就会报警;

其三，具有较强的测控性。在数据测控中的可靠性较强，具有较高的实时操作性，能够实现数据预处理。

2.2软件控制程序的设计

对电机控制系统任务来说，收集本地数据程序能够实现系统任务。以不同的实际任务划分本地数据收集程序，比如：数据保存模块、数据处理模块、LED模块、数据收集模块等，根据用户设置的不同控制参数，通过数据收集模块能够实现直接操作，比如A/D通道、采集频率等，实时收集外部信号，通过上述两种方法的实施，对收集的数据传输到数据处理模块中。对实际收集的数据就能够通过数据处理模块实现数字滤波操作，在此系统中利用相邻十个数据平均值滤波的方法，以此得到更加精准的结果，数据处理模块能够使滤波之后的数据到公共数据缓冲区中存储，从而提供LCD模块显示。LCD模块主要目的就是根据用户实际需求展现公共缓冲区的数据。根据一定格式保存收集的数据，利用数据保存模块到Flash中保存。其次，在LCD模块之外配置键盘模块，方便用户实际操作，还能够便于用户快捷获得需要的收集参数。图2为任务调度的流程。

2.3开关电机

主电机开关是通过接触器进行控制的，主电机开关都需要数字量输出，此数字量利用74HC273锁存，通过驱动之后控制继电器。此继电器在主电机控制回路中串接，图3为主电机开关控制回路的结构。

图3中的SB1值的是受程序控制主电机开继电器，SB2指的是主电机关继电器，JK2指的是机械主电机关按钮，JK3指的是机械主电机开按钮，KM指的是接触器自保持继电器。在SB1闭合的时候，主电机得电，KM闭合。这个时候的SB1断开，假如SB1还是闭合，那么在常闭触点JK2动作的时候，主回路就断开，然后JK2就会恢复到常闭的状态，主电机回路有电运转。所以，就会出现主电机无法

关掉的情况，从而导致SB1模拟点机械开关，也就是先闭合，之后延时一段时间再断开。

2.4关主电机

关主电机操作与开主电机原理一样，其也包括两种方式：一种为利用键盘中主电机关键实现，其主要是通过SB2实现的。SB2属于常闭触点，其动作对点按式按钮进行模拟，首先断开，之后延长一段时间闭合。假如不闭合就会出现导致主电机无法开启。另外就是利用机械按钮JK2对主电机关闭，假如主电机运行过程中JK2动作，主电机回路电流消失。这个时候单片机采样得到电流为0，但是因为AD误差和计算误差等多种因素影响，实际采样电流不一定是O，可能属于非常小的值。所以计算电流的主电机功率比较小，在软件中处理为：基于主电机开的背景下对主电机功率进行检测，在值比较小的时候，表示JK2动作，那么利用SB2将主电机关掉。

2.5 E2PROM操作

CAT24C021中E2PROM操作指的是I2C总线时序模拟，图4为CAT24C021内部读写字节流程。

2.6主机通讯程序的设计

图5为主机通讯程序的流程，以下为主机通讯的程序，对其进行变异之后就能够运行。

class CCommunication

{

public：

∥ BOOL Connect;

∥发送数据函数

int SendData（char *data，int len）;

∥设定消息接收者

void SetMessageReceiver（CWnd *pWnd）;

∥初始化函数

BOOL Initialize（char *device，DWORD BaudRate，intBits，int DDV，int StopBit）;

∥构造函数

CCommunication（）;

∥析构函数

virtual ～CCommunication（）;

∥关闭通讯接口

BOOL CloseSerialPort（）;

//CWnd是MFC窗口类的基类，提供了微软基础类库中所有窗口类的基本功能

CWnd *msg_receiver;

//OVERLAPPED是一个包含了用于异步输入输出的信息的结构体

OVERLAPPED write_os;

∥定义一个句柄

HANDLE hComPort;

privatei

};

# endif

3结束语

在现代科技不断进步的过程中，芯片性能也在进一步的提高，以此能够实现通过简单硬件设计进行复杂控制工作。本文中的数字信号控制系统具有明显优势，不仅能够简化电路，还能够使研发成本及时间消耗得到降低。使硬件结构得到简化，还能够使系统工作性能及运行速度得到提高，并且使全部连线设计在芯片控制范围中，使系统工作可靠性及抗干扰性能得到提高。基于硬件系统正常的运行中，操作人员能够以自身不同的需求设置软件，从而满足自身需求。基于电机保护、变压器及变频系统良好运行，控制系统在工作中具有良好的效果。

参考文献

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