高層建筑遇險無動力循環(huán)鏈梯逃生裝置，對居住于高層建筑的人們遇火逃生十分必要。無動力消防鏈梯是一種典型的變負(fù)載非線性系統(tǒng)，隨著負(fù)載的增加，發(fā)電機(jī)繞組中的電流增加，磁場增強(qiáng)，轉(zhuǎn)速加快，鏈梯的下降速度也增大。系統(tǒng)要求不論負(fù)載如何變化，鏈梯穩(wěn)定下降的速度必須保持在0.4 m/s~0.5 m/s，為此，本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器，根據(jù)鏈梯的實際響應(yīng)在控制過程中自動調(diào)整、修改和完善控制規(guī)則與參數(shù)，從而使系統(tǒng)的控制性能不斷完善，達(dá)到最佳的控制效果。
1 系統(tǒng)的主要硬件電路設(shè)計
　控制系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器三大部分組成。傳感器作為輸入部分，用于測量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將其轉(zhuǎn)換為電信號；控制器的作用是接收傳感器的輸入信號，并按設(shè)定的程序進(jìn)行計算處理，輸出結(jié)果；執(zhí)行器則根據(jù)控制單元輸出的信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使之按要求變化?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　通過轉(zhuǎn)速傳感器不斷采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)入單片機(jī)中進(jìn)行Fuzzy－PID算法處理。單片機(jī)把采集到的速度偏差e和偏差變化值ec經(jīng)模糊算法處理（查表），在線調(diào)整KP、KI、KD，最后通過PID算式計算控制輸出量u。輸出量u控制晶閘管的通斷來控制負(fù)載電阻的大小。
　本控制系統(tǒng)以ATMEL89C52單片機(jī)為核心。AT89C52屬于MCS-51單片機(jī)的改進(jìn)型,是一種高性能的CMOS8位微控制器。由于其內(nèi)置8 KB的Flash存儲器，大大簡化了單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[1]。
1.1 轉(zhuǎn)速檢測電路
　傳感器輸出比較微弱的脈沖信號，需要轉(zhuǎn)換為幅值為＋5 V的單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，用LM311比較器實現(xiàn)。實際電路如圖2所示。R2、R3用于調(diào)整比較器的基準(zhǔn)電壓，設(shè)定為0.25 V。當(dāng)傳感器的輸出電壓高于基準(zhǔn)電壓時，比較器輸出為+5 V的高電平，反之則輸出為0 V的低電平。比較器上拉電阻的大小會影響輸出幅度，由500 Ω改為15 kΩ后，輸出幅值增大。經(jīng)過該電路輸出穩(wěn)定、規(guī)則的波形。

1.2 驅(qū)動執(zhí)行電路
    在單片機(jī)系統(tǒng)中，每一路電阻對應(yīng)一個接口，當(dāng)人員發(fā)生變化時，只要根據(jù)控制量使相應(yīng)的端口輸出高電平，晶閘管導(dǎo)通，就可以改變負(fù)載電阻調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
    由于單片機(jī)輸出的信號不足以觸發(fā)晶閘管，故須將觸發(fā)功率放大。從單片機(jī)的端口輸出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖要經(jīng)過光電隔離器和三極管。光電隔離器用來提高系統(tǒng)抗干擾能力，三極管用來增大驅(qū)動電流。此電路由緩沖器、光電隔離器、變壓器等部件組成，如圖3所示。

　當(dāng)單片機(jī)AT89C52端口無脈沖信號時，光電隔離器TIL117截止，變壓器無脈沖輸出，當(dāng)單片機(jī)端口有脈沖信號時，光電隔離器TIL117導(dǎo)通，從而使相應(yīng)的三極管BG導(dǎo)通，這樣觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器T輸出，促使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。
1.3 看門狗硬件電路
　鏈梯系統(tǒng)中為了保證單片機(jī)可靠穩(wěn)定運(yùn)行,需要“看門狗”監(jiān)視器[2]。由于該控制系統(tǒng)采用的AT89C52自身沒有看門狗功能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機(jī)沒有自我保護(hù)能力，不能使系統(tǒng)重新工作。為此，本系統(tǒng)采用了MAX706和AT89C52構(gòu)成的“看門狗”硬件電路，如圖4所示。MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門狗”定時器及電壓比較器等組成[3]。

　CPU正常工作時，該電路對其不加干預(yù)，當(dāng)CPU工作失常一段時間后，看門狗電路動作，使系統(tǒng)復(fù)位重新工作。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　整個速度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計和各種功能的子程序設(shè)計。其中主程序主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的上電初始化，以及功能化寄存器和端口寄存器的狀態(tài)設(shè)置。下面分別給出主程序和幾個主要處理子程序流程圖。
2.1 主程序
　主程序即管理級程序，主要完成系統(tǒng)的初始化，并等待中斷信號。其流程圖如圖5所示。

2.2 測速子程序
　本系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量采用M/T法[4] 實現(xiàn)，定時器T0對外部脈沖計數(shù)，記取傳感器輸出脈沖個數(shù)m1，定時器T1對內(nèi)部脈沖進(jìn)行計數(shù)，記取時鐘脈沖個數(shù)m2，定時器T2確定采樣周期T,定時器定時開始時刻總是與傳感器的第1個脈沖前沿保持一致,在T時間內(nèi)得到脈沖數(shù)m1。同時，另一個計數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)定時T結(jié)束，只停止對外部脈沖計數(shù)，而在定時結(jié)束后傳感器輸出第一個脈沖前沿時，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時鐘的計數(shù)，并得到m2,其持續(xù)時間Td=T+ΔT,轉(zhuǎn)速

2.3 模糊PID控制程序
    為了減少在線計算的復(fù)雜性，盡可能地提高算法的實現(xiàn)速度，本系統(tǒng)采用查表的方法實現(xiàn)PID參數(shù)的模糊實時調(diào)節(jié)?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖7所示。

    本系統(tǒng)通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流，也即改變負(fù)載電阻來控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制鏈梯的下降速度，這是本文的一個主要創(chuàng)新點。系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心,進(jìn)行了鏈梯降速控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計。硬件部分主要是轉(zhuǎn)速檢測電路與驅(qū)動執(zhí)行電路的設(shè)計。另外為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)計了看門狗電路。軟件部分主要是主程序與部分子程序的設(shè)計。此外采用了模糊PID控制算法，在保留常規(guī)PID控制算法優(yōu)點的基礎(chǔ)上，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時還具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和良好的抗干擾性能,使鏈梯穩(wěn)定下降的速度始終保持在0.4 m/s 0.5 m/s。
參考文獻(xiàn)
[1] 余永權(quán).ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.
[2] 李維國，俞曉紅.一種新的單片機(jī)“看門狗”電路軟件設(shè)計方法[J].國外電子元器件，2000(10).
[3]  MAXIM. Product Selector Guide.2000.
[4]  李永東.交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.