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1、http:/智能气动泵控制系统的设计方案在火炮身管气动擦拭过程中，会遇到气体的计量问题。流量的精确测量是当前测控系统领域的一个重要内容。C8051F020单片机在模拟信号的采集和模数、数模转换及模拟信号的输出等功能方面所进行的完善，非常适合于军工业控制系统的自动化和智能化发展。以C8051F020单片机为核心，可以设计一套智能气动泵控制系统，实现对气动泵进行状态检测和控制。C8051F020单片机功能简介C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚。其主要特性：1）高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）；2）全速、非侵入式的
2、在系统调试接口（片内）；3）真正12位、100ks/s的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关；4）真正8位500ks/s的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关；5）两个12位DAC，具有可编程数据更新方式；6）64KB可在系统编程的FLASH存储器；7）4352（4096+256）B的片内RAM；8）可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口；9）硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口；10）5个通用的16位定时器；11）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；12）片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C80
3、51F020是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU都可在工业温度范围（-45+85）内用2.73.6V的电压工作。端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。系统工作原理及结构设计气动泵控制系统要实现对气体流量进行有效控制，包括采集气体流量信息和实时控制气体流量。控制系统
4、是以单片机为核心的监测与调控，可以独立地完成气体流量信息的采集、处理和显示，还可通过标准的RS-485接口与上位机实现通信。系统原理结构框图如图1所示，它是一个小型的分布式数据采集与控制系统，主要由微控制器、气体流量传感器及其补偿电桥、键盘和液晶显示模块、动作执行机构和上位机组成。 图1 系统工作原理图系统选用C8051F020作为系统的微控制器。它的主要作用是：1)通过设置其内部的差分电路对气体流量进行采样；2)根据给定的两个流量限值(上限和下限)进行判断，给出动作执行机构相应指令；3)将处理后的采样流量通过I/O口输送给液晶显示器，同时经485总线输送给上位机。上位机将接收到的采样气体流量
5、、两个流量限值实时显示，实现对流量的实时监测。系统还允许从上位机修改流量上下限值。键盘和液晶显示模块主要完成的功能为：通过键盘可以修改两个流量限值；液晶显示器将采样流量、上下限流量显示，显示气体流量调节过程。采用气体流量传感器测得的流量模拟信号，经平衡电桥对其进行线性补偿，再经多路开关分时送入A/D转换器变成数字量传给C8051F020单片机。执行机构主要通过接受单片机发出的命令，对系统的负载提供信号，控制调节阀开启的大小，使实际流量逐渐接近，到达到给定流量，完成自动调节过程。例如，当采样流量比上限值低时，输出一个信号给执行机构1；当高于上限值时，输出一个控制信号给执行机构2。系统的硬件设计系
6、统的硬件设计采用模块式结构，结构紧凑，有利于调试和维护。系统硬件电路设计包括四大部分：单片机核心控制模块、气体流量检测模块、液晶显示模块、控制执行模块和通信模块。1单片机核心控制模块单片机核心控制模块的设计主要包括C8051F020单片机的最小系统、键盘及液晶显示电路的设计。其中，AIN0.0和AIN0.1作为气体流量采样的输入端；P0.0和P0.1为通信提供输入/输出信号；P1口作为键盘引出端；P6口和P5口的部分引脚作为液晶的数据口和控制口；P2.4和P2.5分别作为可执行机构1和2的控制信号输出端。CGM12864B点阵液晶显示屏是由2片带控制器的列驱动电路KS0108和1片行驱动电路K
7、S0107组成主要的硬件电路。显示方面由1片12864像素的液晶片组成。KS0108将显示区分为左右半屏，整个屏从上到下64行分为8页，每页8行。其液晶显示电路如图2所示。 图2 液晶显示电路图2气体流量检测模块该模块主要由气体流量传感器、整形放大电路、多路开关和A/D转换器转换电路等组成。主要完成将传感器检测到的与气体流量相对应的模拟量作整形放大，变成C8051F020单片机能接收的数字量。被测气体在规定的流量、压力范围内通过流量计时，其瞬时容积流量Qi为Qi=N/i(1)式中，N为1s内输出的脉冲数；i为流量计系数。检测气体流量时，CPU内部定时器/计数器CTC1不断采样流量计输出的脉冲数
8、，并通过硬件中断每秒对测得的流量运算一次，求得被测气体的瞬时容积流量Qi和累计容积流量Qv。3 控制执行模块控制执行模块主要作用是对外部辅助设备进行控制，如空气压缩机。本系统的外部电路接口，通过一个三极管电路，可以方便的与外部电路连接，单片机控制外部继电器电路图如图3所示。 图3 继电器电路图4通信模块为实现单片机与上位机之间长距离有效数据通信，通信模块采用MAX485芯片，利用RS485标准设计，配置P0口的P0.0和P0.1为TX0和RX0引脚，与MAX485的RO和DI相连，由于微机串口利用RS232标准，单片机串口输出为TTL标准，必须实现标准信号间的转换。电路设计如图4所示。 图4
9、RS485通信电路图气体流量控制在气体流量测量的基础上，给定值和实际测得的瞬时流量进行比较后算出偏差，然后对气体流量进行调节。由于气体流量系统的精确数学模型很难获得，而模糊控制算法具有人的智能思维、适应性好、鲁棒性强等特点，正适用于这类系统。因此，采用模糊控制算法对气体流量进行自动控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框图如图5所示。 模糊控制器采用双输入、单输出的二维结构。输入变量为瞬时流量偏差e和偏差变化c，输出变量为控制量u。其模糊子集分别为E=NL, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PLC=NL, NM, NS, O, PS, PM, PLU=NL, NM, NS,
10、O, PS, PM, PL它们的论域分别为E=-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0, +0, 1, 2, 3, 4, 5, 6C=-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6U=-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7当瞬时流量变化时，通过驱动调节阀，控制其开启的大小及变化规律，使偏差趋近于零。根据气体流量的参数特点和现场实际操作经验及专家的知识理论，总结出模糊控制规则表，如表1所示。 选择模糊控制规则是模糊控制器的关键问题。为了更好地提高控制精度，本系统采用带有4个调整因子的控制规则：其中，012341，本系
11、统选择：1=0.26，2=0.58，3=0.76，4=0.86。代入上式运算后经反复修改和实际调试，得到了实用的模糊控制查询表，如表2所示。 系统的软件设计及抗干扰措施软件的设计包括系统下位机和上位机的设计。1 下位机程序设计下位机程序主要进行C8051F020单片机系统的初始化、端口配置、A/D初始化、液晶以及键盘扫描初始化。为防止误动作，无意中改变系统的有关参数，造成人为计量误差，系统可设置“密码”，保证测量的可靠性和准确性，具体流程如图6所示。模糊控制中的控制算法由程序实现。包括两部分，一是离线计算模糊控制查询表，二是在实时控制过程中在线输入变量，并将它们作模糊量化处理，然后查找模糊控制
12、查询表后进行输出，去控制调节阀的开启角度，来实现对气体流量的控制。2 上位机部分上位机程序采用Lab Windows/CVI设计，主要实现对采样气体流量、两个流量限值的接收和显示，还可对流量限值进行修改和发送给下位机。3 抗干扰措施为提高控制系统的稳定性，加强抗干扰能力，可采用隔离电源变压器，信号通道采用光电隔离和滤波技术；可使用Watchdog技术和软件陷阱防止程序跑飞，实现任务的恢复；采取电源抗干扰措施。 成都嵌入式培训哪里好？选择达内嵌入式培训开启企业定制就业直通车，达内科技满足你高薪就业梦想！找成都IT培训100%推荐就业的软件测试培训机构，请咨询达内在成都嵌入式培训的老师！达内培训费用？达内好不好？达内怎么样？达内就业？这些问题都可以在达内的网站上找到答案。在达内科技学习可以申请先就业后付款的方式让刚毕业大学生免除在达内培训费用上的担忧。100%推荐就业更是解决学员培训后的就业问题！达内咨询官网：
