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                        模糊控制單片機機車無線遙控系統開發

                        添加時間:2019/03/22 來源:大連理工大學 作者:丁建
                        本文介紹了機車無線遙控系統的設計及研制過程,以模糊控制為核也,實現模擬司機對機車進行恒速控制。通過采用無線遙控方式,有效減少了調車組作業人員數量,解放勞動力的同時改善了作業環境
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          隨著科學技術的不斷發展,無線遙控技術在工業領域得到了越來越多的應用。在很多工業場合,由于作業環境存在著不可避免的人身傷害因素,很多企業利用無線遙控技術來改善現場人員的作業條件,同時也有效的解放勞動力,提高了勞動生產效率。無線遙控技術擺脫了傳統的工業布線控制方式,有效的降低了設備投資成本,同時也降低了設各后期維護費用。

                          本文以冶金鐵路運輸斤業為背景,經過對機車控制電路結構的研究,在原有機車電氣部件的基礎上,設計了模糊控制的單片機機車無線遙控系統,實現了機車的恒速控制和司機遠程遙控機車的功能。該系統由機車司機遙控器(遙控端)和車載主機(主控端)兩部分組成。WSTM32F107VC作為核也控制器,以工業級的BY-602數傳電臺作為無線通信模塊。巧遙控端設計了按鍵信息采集及語音提醒電路,在主控端采用查表法來實現樸糊控制,并設計了機車控制驅動電路和故障提示電路,集成了RS485通信接口,便于實現累統與計算機通信。在KeilMDK環境下采用C語言和匯編語言開發完成了遙控端和主控端的MCU程序。

                          本文詳細介紹了項目設計中的系統分析、模糊控制器設計、硬件結構及軟件的設計流程。通過對該系統進行工況條件下的調試,分析了系統存在的不足,并提出了改進意見。

                          本系統經測試運斤穩定,安全可靠,選用器件廉價,維護成本低。遙控器使用操作方便,滿足了現場使用需求。

                          關鍵詞:無線遙控;摸糊控制;單片機

                        Abstract

                          Withthe continuous development of science and teechnology,wireless remote control technology in the industrial field has been more and more applications popular.in many industries,due to the existence of the operating environment of the inevitable personal injury factors, many companies use wireless remote control technology to improve the operating conditions of the scene,and it can also liberate labor effectively, improve the productivity. Wireless remote control technology has got rid of the traditional way of industrial wiring control,which can effectively i^educe the cost of investment and equipment msmtenancs.

                          in this paper,based on the research of the railway transportation industry and the structure of the locomotive control circuit, a wireless remo1:e control system based on the original electric locomotive is designed, the function of the constant speed control and the remcrte control locomotive are realized in this system. The system is compothd of two parts of the locomotive driveris remote COntrol (remote control) and the vehicle host (Master). Taking STM32F107VC as the core controller, the industry level BY-602 digital communication module is used as the wireless communication module.In the remo1:e control,the key information acquisition and voice alarm circuit are designed. The fuzzy control is realized by using the look-up table method in the main control terminal,and the locomotive control driving circuit and the fault circuit are designed. The RS485 communication interface is integrated, which is convenient for the communication between the system and the computer.lile Keil MDK environment,the MCU programs of the remcrte control and the main control are complethd by using C and assembly language.

                          in this paper,the system analysis,fuzzy controller design,hardware structure and software design now of the project design are introduced in detail. By debugging the system under the real condition, the disadvantage is analyzed, and the improvement suggestions are discussed.

                          The system is stable, safe and reliable, meanwhile it is cheap and the maintenance cost is low.The remoth control operation is convenient, and it can meet the needs of the scene.

                          Key Words:Wireless Tele-control; Fuzzy Control; Microcontroller

                          根據中國鋼鐵協會的數據統計,2014年我國鋼鐵行業年粗鋼產量已經這到8迄噸。據此推算,僅高濕鐵水運輸一項業務年運輸量就十分巨大。國內大部分鋼鐵企業在鐵水運輸達一環節依然采用較為傳統的運輸方式——鐵路運輸。傳統的鐵路調車作業每個調車組一般配置3人,1名司機(主要負責操繳機車)、1名副司機(負責反方向了望,輔助司機作業)、1名連接員(負責車輛的摘鉤,解風管)。3人相互配合完成調車作業。由于鐵路運輸是冶煉過程中的一個重要物流環節,24小時不中斷作業,一般的雨雪天氣很難對鐵路調車作業造成影響,連接員經常頂風冒雪進行室外作業,并且冶金企業的高溫髙粉塵、高噪音、有毒有害氣體較一般的露天環境對人的危害更大。送也導致傳統的冶金企業鐵路調車作業一直存在著作業環境惡劣,浪費人為物力,安全性低的缺點。

                          國外的機車遙控系統起步時間較早,發展迅速,功能上也從開始的單功能單控制向多功能多控制方向發展。目前,國外的機車遙控技術已經發展的較為成熟,且形成了以GE公司和CANAC公司為代表的機車無線控制系統供應商。他們的產品己經大量的應用在發達國家的鐵路運輸行業,取得了很大的業績。

                          以美國GE公司的產品為例,其化車猩控產品從開發之初至今已有半世紀之久。產品主要應用在大規模的鐵路調車場作業。其系統由操作單元、機車控制單元和無線網絡所組成。系統使用簡單,操作方便,對機車控制精確。系統設計內置司機操作記錄和故障提醒功能,并可W通過鐵路站場上布置的無線網絡向控制中也進行僖息傳遞,便于事故后分析原因。

                          國內的機車遙控系統起步較晚,這與國內的人力資源豐富,人工成本較低的因素有關。隨著這些年人工成本的不斷増加,機車遙控系統這種可起到減員增敗提高人員安全防護的自動化系統已經逐步被國內大中型企業所重視。國內最早應用機車無線遙控系統的企業是上海寶鋼集團公司。上世紀90年代,該公司從曰本進曰無線電遙控機車用于高爐下的鐵路調車作業。后期由于成本原因對機車進行國產化改造,降低了設備運行成本。

                          2006年由南車集團公司與北京交通大學共同設計開發的機車遙控系統在萊憲鋼廠通過試驗并驗收裝車使用。該套系統采用獨立設計的方式,可與機車分離以適應多種機車車型。系統分為司機手持機和車載主機兩個部分,實現司機遠程操作機車的功能。系統在設計時充分考慮了可靠性和安全性的問題,引入了鐵路設備通用的"故障一安全"原則并設計了多種兀余措施。同時在一些細節部分,如遙控器的電池電量監測及防傾倒電路的設計都更加的合理及人性化。

                          近年來,國內機車遙控系統的發展更注重多功能和網絡化兩個方面。通過在全鐵路站場布局無線網絡,實施無線信號全覆蓋,可將車站調度室內值班人員發布的操作命令傳送到機車上。車載主機接收到控制命令后,傳送給機車的執行部分。同時,機車運行速度、柴油機油壓、機車冷卻水溫、機車周圍環境的圖像采集信號等相關信息可W通過網絡實時傳遞給車站內的操作人員。這樣機車司機可以足不出戶"的完成機車操作,最大限度改善司機工作環境,確保人身安全。同時也易于實現對多臺機車的集中指揮,相互協作完成復雜的運輸作業。

                          模糊控制單片機機車無線遙控系統開發:

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                        目 錄

                          摘 要
                          Abstract
                          1 緒論
                            1.1 研究背景及意義
                            1.2 國內外研究現狀
                            1.3 模糊控制技術的發展及優勢
                            1.4 本課題主要完成的工作
                          2 系統分析與總體設計
                            2.1 需求分析
                            2.2 總體設計
                          3 機車恒速控制系統設計
                            3.1 機車恒速控制系統的結構設計
                            3.2 模糊控制器的設計
                              3.2.1 機車速度偏差模糊化
                              3.2.2 機車加速度模糊化
                              3.2.3 機車柴油機轉速偏差模糊化
                              3.2.4 系統模糊控制規則
                            3.3 機車恒速控制系統模型的Matlab/Simulink仿真
                            3.4 模糊控制算法的實現
                          4 系統硬件的設計
                            4.1 系統硬件的總體結構
                            4.2 控制器的選擇
                            4.3 系統電源電路設計
                            4.4 無線通信接口設計
                            4.5 機車控制電踞設計
                            4.6 機車狀態采集電路設計
                            4.7 系統時鐘電路設計
                            4.8 電池電量監控電路設計
                            4.9 顯示與存儲電路設計
                            4.10 語音報警電路設計
                          5 系統軟件設計
                            5.1 車載主機主程序設升
                            5.2 無線通信模式設計
                            5.3 機車主機初始化子程序設計
                            5.4 機車控制子程序設汁
                            5.5 遙控器主程序設計
                          6 系統實驗調試及安全性設計總結
                            6.1 系統實驗與調試
                            6.2 系統的安全性設計總結
                          結論
                          參考文獻
                          致謝

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