Nghiên cứu ứng dụng ba chế độ điều khiển ON-OFF, PID, Fuzzy trong hệ thống điều khiển mô hình lò nhiệt

Sơ lược về chuẩn RS-232

Trong giao thức RS-232-C, các tham số truyền và nhận được chọn từ một miền các giá trị chuẩn. Một số máy tính như PCJr dùng chân cắm BERG 16 chân, máy PC AT thì sử dụng chân cắm D-Shell 9 chân.

Bộ nhớ SRAM

Bộ nhớ SRAM có trong hầu hết các bộ xử lý của Vi Điều Khiển AVR. Dung lượng của bộ nhớ SRAM 2K byte, bộ nhớ SRAM được truy nhập bằng cách sử dụng nhiều lệnh truy nhập dữ liệu trực tiếp hoặc gián tiếp, bộ nhớ SRAM cũng được sử dụng cho ngăn xếp, thời gian truy nhập vào bộ nhớ SRAM bằng 2 chu kỳ đồng hồ. Tất cả các lệnh thao tác trên các thanh ghi đều có thể truy cập trực tiếp hoặc gián tiếp đến tất cả các thanh ghi.

Thanh ghi R0 được sử dụng trong các lệnh nạp bộ nhớ chương trình LPM (load program memory), trong khi các thanh ghi R26 đến R31 được sử dụng làm các thanh ghi con trỏ. Các thanh ghi con trỏ này được sử dụng trong nhiều lệnh gián tiếp dùng trong thanh ghi. ATmega32 mở rộng không gian I/O từ $60 đến $FF trên SRAM chỉ có các lệnh ST/STS/STD và LD/LDS/LDD mới được sử dụng.

Giao tiếp với bộ nhớ SRAM ngoài

Bộ nhớ EEFROM được truy nhập qua các thanh ghi truy nhập EEFROM: Thanh ghi địa chỉ EEAR, thanh ghi dữ liệu EEDR, thanh ghi điều khiển EECR. − Khi muốn đọc dữ liệu từ bộ nhớ EEPROM thì phải chờ quá trình ghi thực hiện xong rồi đọc dữ liệu từ thanh ghi EEDR. − Khi bit EEMWE được thiết đặt lên 1 và bit EEWE được đặt lên 1 trong 4 chu kỳ xung clock thì dữ liệu sẽ được viết vào bộ nhớ EEPROM tại địa chỉ đã lựa chọn.

− Khi bit EEMWE được xóa về 0 thì bất chấp việc bit EEWE được đặt lên 1 việc ghi dữ liệu vào EEPROM không thực hiện được. − Khi địa chỉ và dữ liệu đã được lựa chọn hợp lý thì ghi bit EEWE lên 1, dữ liệu sẽ được viết vào bộ nhớ EEPROM. − Khi địa chỉ được lập chính xác trong thanh ghi EEAR thì khi ghi bit EERE lên 1 sẽ cho phép đọc dữ liệu từ EEPROM.

Giới thiệu các thanh ghi chuyển đổi ADC

− Điện áp tham chiếu nội không được sử dụng nếu điện áp tham chiếu ngoài được sử dụng tại chân AREF.

MUX4:0

− Khi bit này được đặt lên 1 cho phép ADC hoạt động, ngược lại sẽ cấm ADC. Trong lúc quá trình chuyển đổi đang tiến hành ta xóa bit này về 0 thì quá trình chuyển đổi sẽ kết thúc.

ADTS2:0

Việc kết thúc quá trình biến đổi, nghĩa là thời điểm mà một tín hiệu analog đã được số hoá và sẵn sàng chờ xử lý tiếp tục, sẽ được báo hiệu qua cờ ngắt ADIF trong thanh ghi điều khiển và trạng thái ADC (ADCSRA). Bộ định thời Wachdog là một bộ định thời điều khiển, được sử dụng làm thiết bị đánh thức trong trường hợp phần mềm bị rơi vào một hoặc một số vòng lặp vô tận hoặc việc thực thi chương trình bị mắc lỗi. Bằng cách điều khiển mạch chia tần số Watchdog timer, khoảng thời gian reset mạch Watchdog có thể điều chỉnh được, các khoảng Reset mạch Watchdog cũng phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi.

Nếu một ngắt đã cho phép xuất hiện trong khi MCU đang ở trạng thái ngủ, thì MCU sẽ thức dậy thực thi đoạn chương trình ngắt và lại tiếp tục thực thi từ lệnh kế tiếp theo lệnh Sleep. Nếu sự đánh thức từ ngắt bộ so sánh analog không được yêu cầu, thì bộ so sánh analog có thể bị ngắt nguồn nuôi bằng cách đặt bit ACD vào thanh ghi điều khiển và trạng thái so sánh analog ACSR. Trong chế độ này, bộ dao động ngoài bị ngưng hoạt động, trong khi các ngắt ngoài và mạch Watchdog vẫn tiếp tục hoạt động hoặc ngắt theo mức ngoài lên INT0 hoặc INT1 mới có thể đánh thức MCU.

KHỐI CÔNG SUẤT

Đặc tính này cho phép MCU đánh thức các ngắt được trigger từ bên ngoài cũng như ngắt bên trong giống như ngắt tràn bộ định thời và đặt lại watchdog. Khi bit SM được đặt lên một, lệnh Sleep bắt buộc MCU chuyển sang chế độ tiết kiệm năng lượng hay giảm dòng tiêu thụ (power-down).

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

• Điều khiển kiểu ON/OFF
• Điều khiển kiểu FUZZY
• Nguyên lý điều khiển mờ

Đây là một ưu điểm, bởi vì nó sẽ làm giảm độ nhạy của bộ điều khiển đối với các loại nhiễu thường gặp trong thực tế (đó cũng là lý do mà nếu có bộ điều khiển vi phân lý tưởng thì cũng không nên dùng). Bởi vì đầu ra của bộ điều khiển chỉ thay đổi khi sai lệch thay đổi, tức là nếu sai lệch lớn mà không thay đổi thì bộ điều khiển chagng làm gì cả : chấp nhận sai lệch đó. Tức là kết hợp tất cả ưu điểm của các bộ điều khiển kể trên : tích phân loại bỏ sai lệch tĩnh, vi phân giảm khuynh hướng dao động và tính trước giá trị tương lai của sai lệch đặc biệt hữu dụng khi tải thay đổi bất ngờ.

Trong lĩnh vực tự động hóa, việc điều khiển các đối tượng như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm, vận tốc, gia tốc… luôn là một bài toán khó vì tính chất phi tuyến của các đối tượng này. Phương pháp điều khiển mờ, Fuzzy Logic, đưa ra cách thức điều khiển dựa trên các luật phát biểu gần với suy nghĩ của con người thay vì dựa trên các phương trình toán học phức tạp. Việc thiết kế bộ PID kinh điển thường dựa trên phương pháp Zeigler-Nichols, Offerein, Reinish … Ngày nay người ta thường dùng kỹ thuật hiệu chỉnh PID mềm (dựa trên phầm mềm), đây chính là cơ sở của thiết kế PID mờ hay PID thích nghi.