基于單片機的高壓注氣裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 陳建威 劉 亞國網(wǎng)鄭州供電公司 裴坤遠(yuǎn)

基于單片機的高壓注氣裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 陳建威 劉 亞
國網(wǎng)鄭州供電公司 裴坤遠(yuǎn)

針對某些設(shè)備向微型化方向發(fā)展，對壓縮氣體的壓力要求將會相應(yīng)提高,為此，提出了為氣驅(qū)增壓泵加入高效的單片機控制系統(tǒng)，構(gòu)思出控制系統(tǒng)的總體方案，并設(shè)計出控制系統(tǒng)的硬件模塊和軟件模塊。系統(tǒng)動態(tài)采集增壓前后容腔內(nèi)壓力、驅(qū)動氣體壓力、驅(qū)動氣體流量等數(shù)值，并根據(jù)設(shè)定的壓力目標(biāo)值，自動提供供氣。該系統(tǒng)具有很好的人機交互界面，具有用戶設(shè)置和修改原始參數(shù)的接口以及運行狀態(tài)、運行結(jié)果的顯示。

高壓注氣裝置；氣驅(qū)增壓泵；傳感器；鍵盤顯示

0 引言

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，氣動技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中起到非常關(guān)鍵的作用。氣動系統(tǒng)中使用最多的器件即是氣體增壓泵，它的作用是不要求另外提高空壓機輸出壓力的情況下，使局部能夠得到相對高的壓力[1]。它用壓縮氣體作為動力源來做功，優(yōu)點包括結(jié)構(gòu)簡單，成本低，防火防爆等。有些應(yīng)用場合需求壓力甚至達到了20MPa以上， 因為一般增壓泵都是利用人眼,依據(jù)壓力表的顯示來手動控制增壓泵，不僅浪費人力，還有可能造成危險。設(shè)計基于單片機的控制裝置，實現(xiàn)了一種新的操控方式。

1 高壓注氣裝置控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：

本控制系統(tǒng)的設(shè)計選用型號為C8051F020的單片機[2]，主要選擇了必需的接口電路和器件。系統(tǒng)的方框圖如圖1所示，從框圖可以看出，硬件電路能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，為硬件電路的繪制以及器件的選型奠定基礎(chǔ)。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

2 高壓注氣裝置控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

傳感器獲得的模擬信號,不采用運算放大器把獲得的信號放大處理，故直接連接到輸入端口，獲得的信號分別是增壓前氣體的壓力,驅(qū)動氣體的壓力，增壓后氣體的壓力和驅(qū)動氣體的流量,其信號都為0-5V其電路原理圖如圖2所示。

圖2 A/D轉(zhuǎn)換電路圖

2.2 液晶顯示電路

在圖3中使用P6.7作為模塊的寄存器選擇線C/D,使用P6.6作為模塊操作的片選端口。作為液晶驅(qū)動電源的調(diào)節(jié)器接LCD的 V0，主要作用是調(diào)整LCD顯示的對比度[3,4]。P3口（P3.0～P3.7）作為8位數(shù)據(jù)輸出端，分別與模塊的DB0～DB7相連。

圖3 液晶顯示電路原理圖

2.3 輸出通道電路

在圖4中，C8051F020單片機的P7口（P7.0～P7.7,72腳～65腳）作為8位數(shù)據(jù)輸出端接74LV574的D0～D7，片選端(低電平有效)接地，（91腳，P4.7）接74LV574的CP[5,6]。74LV574的輸出Q0接TLP521的2腳。TLP521的輸出信號用于控制驅(qū)動氣路的電磁閥。

圖4 輸出通道電路圖

3 高壓注氣機軟件系統(tǒng)設(shè)計

主程序設(shè)計：

整個程序的流程如圖5所示，在流程圖中，軟件設(shè)計涉及到控制系統(tǒng)的初始化設(shè)置、液晶顯示設(shè)置和界面的切換，數(shù)據(jù)獲得的實現(xiàn)，I/O接口各功能的設(shè)置與實現(xiàn)，其中包括串口總線的設(shè)置驅(qū)動和矩陣鍵盤的識別，計算判斷功能的實現(xiàn)，包含迭代算法如何在軟件中完成的。通過軟件流程圖的設(shè)計，對高壓注氣裝置控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法有了更深的認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上進行編寫各分支程序[7,8]。

圖5 主程序流程功能圖

4 結(jié)論

本文以C8051F020單片機為控制核心,從高壓注氣裝置控制系統(tǒng)的功能要求出發(fā)，確定總體設(shè)計方案，設(shè)計了硬件電路和軟件程序。同時測試系統(tǒng)的硬件電路和軟件，驗證了控制系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。得到如下結(jié)論：

(1)控制器具有參數(shù)輸入、充氣次數(shù)預(yù)測計算、信號采集監(jiān)測、和啟?？刂频龋軌蚍细邏鹤庋b置控制功能的需求。

(2)控制器具有非常好的用戶界面。使用純數(shù)字鍵盤的設(shè)計更有利于參數(shù)輸入和用戶使用；利用液晶顯示器，優(yōu)點包括均為中文界面、界面寬、視覺顯示效果非常好等。

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[8]LiangZ．Control System with micro-computer[C]．CWXICIA,1993．

劉亞（1987—），女，河南鄭州人，碩士研究生，助教，研究方向：通信工程。

陳建威（1988—），男，河南鄭州人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向：單片機開發(fā)與智能控制。

裴坤遠(yuǎn)（1989-），男，河南鄭州人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析。