高層建筑遇險無動力循環鏈梯逃生裝置，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載非線性系統，隨著負載的增加，發電機繞組中的電流增加，磁場增強，轉速加快，鏈梯的下降速度也增大。系統要求不論負載如何變化，鏈梯穩定下降的速度必須保持在0.4 m/s~0.5 m/s，為此，本文設計了一種基于單片機的參數自適應模糊PID控制器，根據鏈梯的實際響應在控制過程中自動調整、修改和完善控制規則與參數，從而使系統的控制性能不斷完善，達到最佳的控制效果。
1 系統的主要硬件電路設計
　控制系統的硬件主要由傳感器、控制器和執行器三大部分組成。傳感器作為輸入部分，用于測量發電機的轉速，將其轉換為電信號；控制器的作用是接收傳感器的輸入信號，并按設定的程序進行計算處理，輸出結果；執行器則根據控制單元輸出的信號驅動執行機構，使之按要求變化。控制系統的結構框圖如圖1所示。

　通過轉速傳感器不斷采集發電機轉速，進入單片機中進行Fuzzy－PID算法處理。單片機把采集到的速度偏差e和偏差變化值ec經模糊算法處理（查表），在線調整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載電阻的大小。
　本控制系統以ATMEL89C52單片機為核心。AT89C52屬于MCS-51單片機的改進型,是一種高性能的CMOS8位微控制器。由于其內置8 KB的Flash存儲器，大大簡化了單片機系統的結構[1]。
1.1 轉速檢測電路
　傳感器輸出比較微弱的脈沖信號，需要轉換為幅值為＋5 V的單片機標準輸入信號，用LM311比較器實現。實際電路如圖2所示。R2、R3用于調整比較器的基準電壓，設定為0.25 V。當傳感器的輸出電壓高于基準電壓時，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。經過該電路輸出穩定、規則的波形。

1.2 驅動執行電路
    在單片機系統中，每一路電阻對應一個接口，當人員發生變化時，只要根據控制量使相應的端口輸出高電平，晶閘管導通，就可以改變負載電阻調節發電機的轉速。
    由于單片機輸出的信號不足以觸發晶閘管，故須將觸發功率放大。從單片機的端口輸出觸發脈沖，觸發脈沖要經過光電隔離器和三極管。光電隔離器用來提高系統抗干擾能力，三極管用來增大驅動電流。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。

　當單片機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，當單片機端口有脈沖信號時，光電隔離器TIL117導通，從而使相應的三極管BG導通，這樣觸發脈沖經脈沖變壓器T輸出，促使晶閘管觸發導通。
1.3 看門狗硬件電路
　鏈梯系統中為了保證單片機可靠穩定運行,需要“看門狗”監視器[2]。由于該控制系統采用的AT89C52自身沒有看門狗功能，一旦系統在現場受到突發干擾使程序跑飛，單片機沒有自我保護能力，不能使系統重新工作。為此，本系統采用了MAX706和AT89C52構成的“看門狗”硬件電路，如圖4所示。MAX706是一種性能優良的低功耗CMOS監控電路芯片，其內部電路由上電復位、可重復觸發“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，當CPU工作失常一段時間后，看門狗電路動作，使系統復位重新工作。
2 系統軟件設計
　整個速度控制系統的軟件設計包括主程序設計和各種功能的子程序設計。其中主程序主要負責整個系統的上電初始化，以及功能化寄存器和端口寄存器的狀態設置。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
　本系統發電機轉速測量采用M/T法[4] 實現，定時器T0對外部脈沖計數，記取傳感器輸出脈沖個數m1，定時器T1對內部脈沖進行計數，記取時鐘脈沖個數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時間內得到脈沖數m1。同時，另一個計數器對標準時鐘脈沖進行計數，當定時T結束，只停止對外部脈沖計數，而在定時結束后傳感器輸出第一個脈沖前沿時，才停止對標準時鐘的計數，并得到m2,其持續時間Td=T+ΔT,轉速

2.3 模糊PID控制程序
    為了減少在線計算的復雜性，盡可能地提高算法的實現速度，本系統采用查表的方法實現PID參數的模糊實時調節。控制程序流程圖如圖7所示。

    本系統通過調整發電機的負載電流，也即改變負載電阻來控制發電機的轉速，從而控制鏈梯的下降速度，這是本文的一個主要創新點。系統以AT89C52單片機為核心,進行了鏈梯降速控制系統的硬件與軟件設計。硬件部分主要是轉速檢測電路與驅動執行電路的設計。另外為了保證系統的正常運行，設計了看門狗電路。軟件部分主要是主程序與部分子程序的設計。此外采用了模糊PID控制算法，在保留常規PID控制算法優點的基礎上，當參數發生變化時還具有較強的適應能力和良好的抗干擾性能,使鏈梯穩定下降的速度始終保持在0.4 m/s 0.5 m/s。
參考文獻
[1] 余永權.ATMEL89系列單片機應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.
[2] 李維國，俞曉紅.一種新的單片機“看門狗”電路軟件設計方法[J].國外電子元器件，2000(10).
[3]  MAXIM. Product Selector Guide.2000.
[4]  李永東.交流電機數字控制系統[M].北京：機械工業出版社，2002.