基于單片機的高壓注氣裝置控制系統設計

鄭州航空工業管理學院 陳建威 劉 亞國網鄭州供電公司 裴坤遠

基于單片機的高壓注氣裝置控制系統設計

鄭州航空工業管理學院 陳建威 劉 亞
國網鄭州供電公司 裴坤遠

針對某些設備向微型化方向發展，對壓縮氣體的壓力要求將會相應提高,為此，提出了為氣驅增壓泵加入高效的單片機控制系統，構思出控制系統的總體方案，并設計出控制系統的硬件模塊和軟件模塊。系統動態采集增壓前后容腔內壓力、驅動氣體壓力、驅動氣體流量等數值，并根據設定的壓力目標值，自動提供供氣。該系統具有很好的人機交互界面，具有用戶設置和修改原始參數的接口以及運行狀態、運行結果的顯示。

高壓注氣裝置；氣驅增壓泵；傳感器；鍵盤顯示

0 引言

隨著工業自動化技術的不斷發展，氣動技術在工業生產中起到非常關鍵的作用。氣動系統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，優點包括結構簡單，成本低，防火防爆等。有些應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。設計基于單片機的控制裝置，實現了一種新的操控方式。

1 高壓注氣裝置控制系統總體方案設計

控制系統結構框圖：

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

圖1 控制系統框圖

2 高壓注氣裝置控制系統硬件電路設計

2.1 A/D轉換電路

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,驅動氣體的壓力，增壓后氣體的壓力和驅動氣體的流量,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。作為液晶驅動電源的調節器接LCD的 V0，主要作用是調整LCD顯示的對比度[3,4]。P3口（P3.0～P3.7）作為8位數據輸出端，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位數據輸出端接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設計

主程序設計：

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

圖5 主程序流程功能圖

4 結論

本文以C8051F020單片機為控制核心,從高壓注氣裝置控制系統的功能要求出發，確定總體設計方案，設計了硬件電路和軟件程序。同時測試系統的硬件電路和軟件，驗證了控制系統設計的穩定性和準確性。得到如下結論：

(1)控制器具有參數輸入、充氣次數預測計算、信號采集監測、和啟停控制等，能夠符合高壓注氣裝置控制功能的需求。

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

[1]陳洪生．氣壓傳動及控制[M]．北京:機械工業出版社,1987．

[2]宋浩,田豐．單片機原理及其應用[M]．北京:清華大學出版社,2005．

[3]張明健．內藏T6963C控制器的液晶顯示模塊應用分析[J]．遼寧工程技術大學報,2006(4):565-566．

[4]方勇軍,王云景,魯毅鈞．BC7281和它的應用[J]．儀表技術,2002(4):51-52．

[5]孫培仁,孫力．基于C語言C8051F系列微控制器原理與應用[M]．北京:清華大學出版社,2007．

[6]周興華．手把手教你學單片機[M]．北京:北京航空航天大學出版社,2007．

[7]徐瑋,徐富軍,沈建良．C51單片機高效入門[M]．北京:機械工業出版社,2007．

[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：單片機開發與智能控制。

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