基于PIC單片機的LNG加氣機控制器設計

高振帥+高世佳

摘 要：站在液化天然氣（LNG）加氣機存在的設計需要立場上，能夠完成相應的系統設計。本文主要依據加氣機控制體系的具體需要，對存在的諸多功能，例如I/V專換、鍵盤操作等，筆者依據多年經驗制定出切實可行的方案。參考提出的方案，對當前相關硬件電路及其軟件程序做好科學的設計，與此同時也制訂了相應的硬件測試，并對該控制系統提出的設計做出了較好的驗證。

關鍵詞：LNG；加氣機控制；單片機

隨著當前不同地區呈現出來的霧霾天氣來看，人們對保護環境引起了高度重視，而致使環境出現污染情況的主要因素是由于汽車排放出來的大量尾氣占據了大部分比例。為了可以更好的處理該問題，人們在發展的道路上開始尋找新型的環保型燃料，這個時候就需要將天然氣當作無公害環保型燃料逐漸滲透到人們的眼中。而加氣機在加氣站中扮演著重要的角色，同時也是計量工具中不可或缺的一部分，其具有的控制系統作為加氣機的核心環節。基于此，本文主要從以下幾個方面進行分析，提出合理化建議，提供給相關人士，供以借鑒。

1 LNG加氣機控制系統的硬件設計

根據設計要求，圖1為系統總體設計機圖。

液化天然氣力加氣機主要包含了質量流量計、壓力變送器、溫度變送器、電磁閥、鍵盤、電源部件、顯小部分和控制系統。

根據設計要求我們可以通過鍵盤設定密度和單價值，點擊預冷鍵，預冷閥門打開，預冷結束信號由采集的PT100信號控制和流量計溫度共同判斷，當測雖溫度均小-1444攝氏度的時候，關閉預冷閥，遇冷完成。點擊加液鍵，加液閥門接通，加液完成狀態由流量計采集信號連續20次。小于0.01或壓力采集信號大于1.02Mpa確認，滿足條件斷開加液閥門。在加液過程中顯示模塊能顯小加液的單價、體積和總價信息。

根據以上系統要完成的設計功能，本拄制系統的硬件設計主要包含以下幾個部分：以單片機為核心的前端傳感器數據采集電路、MAX485接口電路、鍵盤與顯示模塊接口電路、輸出閥接口電路以及時鐘、存諸電路。系統主要完成前端信號采集與判斷，當滿足設置條件時，通過鍵盤模塊進行預冷與加液控制，同時將加液信息進行顯示與存儲，通過串口與計算機進行數據傳遞，本文重點論述該控制系統的硬件電路設計。

1.1 微控制器電路設計

選取的微控制器主要由某公司生產的，通過該單片機實現外接傳感器輸入信號采集，人機交互，負責與上位機進行數據傳遞。

1.2 人機交互接口電路設計

本文設計中機交互部分選抒的是兩個獨立的鍵盤模塊和顯示模塊，在和控制板通訊時選用傳輸線接收器MC3487和驅動器MCS486解決電平轉換與長距離通信問題。

鍵盤作為人機交互的輸入設備，足控制系統外圍電路的重要組成部分。本課題選用的集成鍵盤模塊有16個按健和一塊液晶顯示條。它只要通過6根線與單片機連接就可以實現各種輸入控制操作。所使用的鍵盤模塊一共有6根線，分別為由HC165才空制鍵盤按健的時鐘線、數據線、串行數據鎖存線，和由CD4094芯片擰制鍵盤顯示部分的時鐘、數據和鎖存線。這樣我們就需要兩個MC3486芯片，其接收電路如2所示。

因為LCD呈現出來的部分主要是加氣機系統的輸出設備，而MC3487芯片具有四個相關的驅動器，并且無論哪一個驅動器都能夠和TTL兼容的進行輸入緩沖工作。

2 軟件總體設計

對于LNG加氣機控制系統進行設計來說，在某種意義上和硬件設計都起到了不可或缺的作用，而軟件具備的性能會對加氣系統是否存在可靠性帶來直接的影響。

在該設計中，相關人員使用的是模塊化設計方式，為軟件系統實現升級及其檢修工作帶來益處。通常情況下，系統軟件具有的功能包含諸多部分，例如串行通信、人機交互等。在該設計中存在以下兩種核心部分：一種是人機交互部分；另一種是數據處理模塊部分。

3 系統軟件的調試

3.1 顯示模塊的調試

通常使用到加液信息呈現出來的部分是某家公司專門設計的產品，通過3×6位筆段式呈現出來。通常情況下，驅動電壓是5V，并且存在3個接口能夠和外部進行連接，分為以下幾個接口：第一個是串行數據輸入；第二個是串行時鐘輸入；第三是串行數據鎖存信號。

就顯示模塊程序設計提出的設想而言，可以理解為是依據相關程序提前將單價及其加液量做好科學的設計，并制定出來切實可行的算法可以在加液量不斷提升的過程中，能夠對顯示出來的總價進行計算。

3.2 鍵盤模塊的調試

鍵盤的作用是人機進行交互的主要設備，同時也是對外圍電路進行控制不可或缺的環節。該課題主要選擇的是一個集成鍵盤模塊，并且該鍵盤模塊由以下兩個部分一起構成：一部分是一塊液晶顯示條；另一部分是16個按鍵。該鍵盤僅僅需要6根線就可以和單片機進行連接，進而可以對不同種類的控制進行恰當的操作。

相關人員在對鍵盤程序進行調整的時候依據的設計思路為，當相關系統具有的液晶條呈現出來的數字都是0的情況下，停止2秒以后就都呈現出來1，那么這個時候相關人員可以采取按鍵的方法將呈現出來的內容進行改變，例如依據K1以后呈現出01，然后得到的相關數值呈現出大幅度的提升。

鍵盤模塊調試成功后，就可以將鍵盤與顯示部分組合起來，通過鍵盤來控制顯示。該部分的浪部分的軟件上電后鍵盤液晶部分顯示的都是0，停止2秒以后就都呈現出1的狀態，這個時候相關人員可以依據K2、K3、K4對單價進行設計了，當單價得到設置以后就可以在相關模塊中呈現出單價的數值。相關人員可以通過K5、K6將加氣系統啟動，顯示模塊開始的時候是從0的位置進行計費的，等到設定加氣量以后停止了，依據鍵K8當作急停鍵，當相關人員按下以后顯示模塊就不會出現計費的情況。

結束語

通過以上內容的論述，可以得知：本文主要站在LNG加氣機的具體需要下，對PLC中存在的加氣機控制系統的相關電路及其軟件程序進行了深入探討，并對制定出的計量方案進行了研究，從而實現了相應的設計。從實際運作得到的結果可以看出，起到了預設的作用，實現了設計的需要。然而因為在該設計中將原型機設計完成以后，在具體使用的時候依然存在不足之處。本文主要對相關硬件電路設計及其軟件程序進行論述以后，相關人員采取PIC單片機使用到加氣機控制屬于一種新的嘗試，這樣可以促使PLC單片機可以得到大力的推廣，對推動LNG加氣機行業的發展有著重要的意義。

參考文獻

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