实用案例：嵌入式采煤工作面安全集中监控系统

2014-04-18 14:55

　　（3）自动闭环过程控制模块框图

　　自动闭环控制过程如图3.4.2.1-4所示

嵌入式采煤工作面安全集中监控系统

　　PID算法的基本概念已经在(1)中介绍过，如图3.4.2.1-4整个过程为一个闭环控制。通过瓦斯浓度传感器检测到的浓度信号，经过模拟信号处理电路以后过滤掉干扰信号，然后经A/D转换器转换为便于MCU处理的数字信号。为了提高测量的精确度需要对数字信号进行滤波处理。经过数字滤波处理后，进入PID控制单元，控制信息经过D/A转换后成为模拟信号，为了对执行机构形成有力的驱动需要对其进行放大，因此添加了功率放大模块。这里执行机构主要指电机等电气设备，通过对其控制将被控对象（瓦斯）等控制在一个合理的范围，同时起到整体减少功耗的目的。

　　针对PID控制模块的程序实现，如图3.4.2.1-3所示。在本模块程序运行之前先要检测是否有来自于上位机的控制信号，若有，在跳过PID运算模块直接对被控量进行控制，否则，通过采集到得相关数据，自动的计算出用于PID运算的相关参数，然后利用这些参数进行PID运算，并产生信号量对被控端进行控制，努力使环境变量维持在正常水平。例如瓦斯浓度过高则加大通机转速，如瓦斯浓度正常维持通风机速率不变，若瓦斯浓度很低可以适度的降低通风机的转速以减小功耗。此外通过检测e(t)的大小判断瓦斯浓度是否超过正常值，若超过则产生报警信号。

　　3.4.2.2 图像信号处理

　　为了更快更好的网络中的传输图像，需要对采集到的信号进行压缩处理，压缩后的图像在保持不失真的情况下，可以降低网络流量，加快传输速度。

　　在综合考虑对采集到的图像信号进行处理可以选用的各种算法后，我们最后决定选用JPEG图像压缩算法。通过JPEG图片压缩算法能够将所采集到得图像压缩成可以满足需求的数据格式，而且考虑到JPEG格式是使用最广泛的图片格式，它采用的是特殊的压缩算法，将不易被人眼察觉的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比（可达到2：1甚至40：1），有“身材娇小，容貌姣好”的美称，同时其算法在本次有限资源的开发平台中可以得以实现，因此本次设计选用JPEG压缩算法。

　　如图3.4.2.2-1所示，其所表达的是JPEG编码的整个工作方式的原理图，其流程主要为①色彩空间转换及采样，②正向离散余弦变化(FDCT)， ③量化(Quantization)，④直流系数(dc)的差分编码、直流系数(ac)的zig-zag扫描及行程编码，⑤熵编码(Entropy Coding)。

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