基于Stateflow和单片机的水位控制

摘 要 Stateflow作为MATLAB软件中用于动态逻辑系统建模的工具，可以将复杂的逻辑问题简单化，已经得到了广泛应用。本文以单片机的水位控制为例，首先用Stateflow建立起控制模型，然后通过RTW工具箱生成可执行C代码，进行修改后并在proteus中搭建起单片机水位控制仿真模型，植入代码进行验证。

关键词 MATLAB；Stateflow；单片机

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

Stateflow是有限状态机的图形工具，它可以将一个复杂的系统分为若干个状态，状态与状态之间的转移条件为状态转移事件，用户可以利用图形化来实现各个状态之间的转换，这样便构成状态转移图。

通常Stateflow是内嵌在simulink仿真模型中的，当完成并调试好控制系统后，可以通过RTW工具箱将控制模型自动生成C代码，用户只需对代码进行必要的设置和修改，就能移植至控制器中去，这样就不需要花太多时间从事代码的开发，可以让设计者腾出更多的精力进行顶层控制策略的设计。本文中选取水位控制任务为例，在simulink中用设计出Stateflow控制模型，进行分析调试后，生成的C代码在keil软件中进行修改和编译，将最终单片机可执行的HEX文件载入用proteus建立的单片机水位控制模型中，来进行分析、验证。实践证明，采用Stateflow进行系统建模，直观、逻辑关系清晰、简便，RTW生成执行代码正确，可以大大缩短系统开发周期。

1 Stateflow水位控制模型的建立

水位控制的任务要求为：水池中有2个液位传感器，下限传感器B和上限传感器C，当水位低于下限时，抽水电机运行抽水，水位上升当水位升至上限时，电机停止抽水，系统工作时，指示灯点亮，若上限传感器C触发而下限传感器B未触发，说明系统出现故障，此时电机停止，同时指示灯闪烁以进行警示。

软件平台采用的版本为Matlab2013a，首先新建一个simulink文件，然后在simulink library中的stateflow模型库中拉出一个char，建立如图1所示的水位控制模型。

图1 stateflow水位控制模型

这里分为三个状态，状态1为motor_off（抽水电机停止状态），此时led=0（指示灯灭），motor=0（抽水电机停止），状态2为motor_on（电机运行状态），此时led=1（指示灯亮），motor=1（电机运行），状态3为error（故障状态），此时motor=0（电机停止），led闪烁（由子状态来实现），led_on和led_off状态间的转移条件为delay事件（在后面生成的代码中进行添加，用定时中断来做）。状态1、状态2、状态3之间的转移条件为水位传感器B、C来决定。下限传感器B动作时sensor_B=0，上限传感器C动作时，sensor_C=0。

通过菜单栏打开model explorer，设置触发事件和I/O，led、motor为输出，数据类型选择为uint8，sensor_B，sensor_C为输入，数据类型选择为uint8。delay为转移条件用fail（下降边沿触发）。

接下来为simulink控制模型添加输入和输出，如图2所示。

图2 simulink模型

进simulink菜单model configuration parameters进行设置Solver、Hardware、Code generation。

2 C代码修改及验证

设置好后，通过simulink菜单code选项，c/c++ code/build model，生成嵌入式c代码，成功后，为了测试代码的可行性，我们在proteus平台中建立直流电机正反转控制模型，如图3所示。

其中I/O设置，传感器B、传感器C、电机控制信号、led指示灯分别接P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口。

接下来要对自动生成的代码进行修改，在keil中创建新工程，使用AT89C51芯片，将water_level_control_ert_rtw（simulink文件命名为water_level_control）文件夹中的C文件添加进工程，对ert_main.c进行修改。添加51所需头文件，对用到的引脚进行定义，添加定时中断，在void rt_OneStep（void）函数中添加模型输入和输出，必须与硬件电路一一对应起来，去掉int_T main（int_T argc，const char *argv[]）函数的中参数，去掉Unused arguments，在Initialize model中设置定时器，去掉printf指令和fflush（（NULL）），在while函数中添加delay翻转信号，来实现Stateflow中的脉冲信号。最后在Perform other application tasks here处添加rt_OneStep（）函数调用，设置好后，进行编译并生成HEX文件，加载至图3所示模型中进行分析验证。

当水位低于下限，B、C未触发时，抽水电机运行抽水，指示灯点亮，如图4所示。

当水位上升至上限，B、C均触发时，抽水电机停止抽水，指示灯灭，如图5所示。

图5 电机停止工作仿真图

3 结论

本文以单片机的水位控制为对象，尝试了利用Stateflow构建起水位控制的逻辑模型，分析了该控制系统中的状态以及状态之间的转移条件，利用RTW工具箱自动生成了C代码，并对代码进行了相应的修改，为了验证代码的可行性在proteus平台中建立水位控制模型，仿真实验证明代码正确有效。由此可以看出Stateflow对于系统的开发带来的便利是显而易见的。

参考文献

[1]Mathworks Corp.Stateflow User's Guide R2013a[Z].2013.

[2]张威.Stateflow逻辑系统建模[M].西安电子科技大学出版社，2007.