基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀的設(shè)計(jì)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)線中對(duì)設(shè)備的要求也越來(lái)越高，單片機(jī)的多參數(shù)控制儀的出現(xiàn)無(wú)疑為其做出巨大的貢獻(xiàn)。該控制儀是由控制器、單片機(jī)以及多路并聯(lián)分時(shí)控制電路組成的一種基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀。下面本文就以控制儀在試驗(yàn)裝置中的系統(tǒng)為例，來(lái)分析系統(tǒng)的多路并聯(lián)分時(shí)控制電路的原理及設(shè)計(jì)方法，并給出設(shè)計(jì)的選取，為基于單片機(jī)的多參數(shù)控制的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；多參數(shù)；控制儀；多路并聯(lián)分時(shí)控制電路

中圖分類號(hào)：TP368.1

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，要求控制儀具備精度高、耗能低、可調(diào)范圍寬以及數(shù)字顯示直觀等特點(diǎn)?；趩纹瑱C(jī)的控制方式具有機(jī)器操作容易、使用簡(jiǎn)便的性能。于是很多單位便采用了單片機(jī)的控制方式，進(jìn)行了多參數(shù)控制儀的研究。該控制儀由控制器、單片機(jī)以及多路并聯(lián)分時(shí)控制電路組成，下面本文就從它的設(shè)計(jì)原理、電路設(shè)計(jì)方法及實(shí)例來(lái)分析如何提出多路并聯(lián)分時(shí)控制電路、多路信號(hào)控制等電力控制方法。

1 多參數(shù)控制儀的設(shè)計(jì)分析

在目前工程控制中，主要使用PLC可編程多參數(shù)控制、電路實(shí)現(xiàn)多參數(shù)控制以及單片機(jī)多參數(shù)控制等控制方法。但是，由于PLC可編程多參數(shù)控制參數(shù)多，更適用于大型的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，電路實(shí)現(xiàn)多參數(shù)控制方法調(diào)試不方便而不容易實(shí)現(xiàn)所需控制。因此，對(duì)于一般小型系統(tǒng)的控制，基于單片機(jī)的多參數(shù)控制的方法使用更為廣泛、方便，尤其是順序并聯(lián)電路控制。

1.1 控制儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)：（1）控制對(duì)象：?jiǎn)温贰㈦p路、多路并聯(lián)式控制或串聯(lián)式控制。（2）控制信號(hào)：方波信號(hào)、電壓信號(hào)。（3）控制時(shí)間：0.01s-100min。（4）定時(shí)器：高精度的數(shù)字式控制器。

1.2 高精度數(shù)字式控制器?；趩纹瑱C(jī)的多參數(shù)控制儀的組成有單片機(jī)控制器，分析了在控制部分時(shí)單片機(jī)的定時(shí)器運(yùn)作方式，如圖1所示。

1.3 控制儀的功能。為了實(shí)現(xiàn)多路分時(shí)控制，采用多路并聯(lián)分時(shí)控制電路以單片機(jī)MCS-51為例來(lái)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀，根據(jù)分析研究，該控制儀所需具備的功能有：（1）多路并聯(lián)性：多個(gè)任務(wù)能通過(guò)各自的終端達(dá)到并聯(lián)分時(shí)控制，以實(shí)現(xiàn)可以同時(shí)使用一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成任務(wù)。（2）獨(dú)立性：在整個(gè)控制儀系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)多個(gè)任務(wù)能同時(shí)使用一個(gè)CPU完成任務(wù)的同時(shí)，還能保證各自之間運(yùn)行操作的獨(dú)立性，即互不影響，各自完成任務(wù)。（3）迅速性：當(dāng)工作時(shí)間開始控制儀給出任務(wù)后，系統(tǒng)能夠在允許的時(shí)間迅速接收到任務(wù)，并給出及時(shí)的響應(yīng)和處理。（4）廣泛性：能夠廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如電力、水力、溫度的控制，甚至家用電器、汽車等工業(yè)制造的運(yùn)用中。如基于單片機(jī)的控制儀投入到相機(jī)的使用，針對(duì)儀器使用現(xiàn)場(chǎng)干擾強(qiáng)烈的特點(diǎn)，該控制儀以51單片機(jī)為核心來(lái)控制主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)了相機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

2 多參數(shù)控制儀的運(yùn)用

由于多參數(shù)控制儀的運(yùn)用領(lǐng)域廣泛，其在不同的地方，原理和功能也不盡相同，本文以動(dòng)加載試驗(yàn)裝置系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說(shuō)明基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀的原理及設(shè)計(jì)方法，如圖2所示。（1）多路信號(hào)控制系統(tǒng)組成：電源、多路控制器、單片機(jī)定時(shí)器。（2）控制原理：根據(jù)控制工作方式需求，其控制對(duì)象可以是單路式、雙路式或多路并聯(lián)式，控制時(shí)間在0.01s-100min之間任意確定?？刂破鳛楦呔葦?shù)字式控制器，在輸入信號(hào)時(shí)，也根據(jù)實(shí)際要求選用，一種為可利用電壓信號(hào)輸入控制，一種為可利用計(jì)算及自動(dòng)程序輸出信號(hào)。當(dāng)設(shè)定了控制工作時(shí)間后，各路工作狀態(tài)自動(dòng)關(guān)閉，一旦輸入信號(hào)，就會(huì)在控制信號(hào)的作用下4路同時(shí)接收到信號(hào)并開始分別有序工作。（3）運(yùn)行過(guò)程：根據(jù)如圖2所示設(shè)計(jì)多路并聯(lián)控制電路，當(dāng)接收到控制信號(hào)時(shí)，第1路充氣系統(tǒng)開始工作，當(dāng)所設(shè)定的工作時(shí)間t1、t2結(jié)束后，第1路工作系統(tǒng)便會(huì)自然關(guān)閉，第2路穩(wěn)壓控制系統(tǒng)開始工作，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間t3、t4結(jié)束后，第2路系統(tǒng)便會(huì)自然關(guān)閉，以此順序，第3路減壓系統(tǒng)會(huì)接著工作，然后在一定的壓強(qiáng)下，第4路穩(wěn)壓系統(tǒng)才會(huì)工作，時(shí)間結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，停止工作。

通過(guò)對(duì)動(dòng)加載試驗(yàn)裝置系統(tǒng)工作的研究得出，基于單片機(jī)的多參數(shù)控制的控制儀操作簡(jiǎn)單，功能齊全，將其擴(kuò)展到不同的領(lǐng)域也顯得更有意義。

3 多參數(shù)控制儀的現(xiàn)狀及發(fā)展

目前，我國(guó)在多參數(shù)控制儀的設(shè)計(jì)雖然有諸多研究，但還尚未成熟，存在以下問(wèn)題：（1）多參數(shù)的建模技術(shù)：通過(guò)研究可以用敏感度分析技術(shù)來(lái)控制相互受影響的設(shè)計(jì)變量，但對(duì)于大部分的多參數(shù)工程，還存在著復(fù)雜的交叉耦合的問(wèn)題無(wú)法解決，導(dǎo)致不能很好地設(shè)計(jì)變量間的耦合性。（2）多參數(shù)的變量多：由于通常參數(shù)提取不唯一，導(dǎo)致難以確定模型間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系，而降低了優(yōu)化的效率。（3）設(shè)計(jì)變量離散：由于參數(shù)多、變量離散，導(dǎo)致近似模型的精度降低，以致優(yōu)化結(jié)果的可靠性難以保證。

雖然在多參數(shù)控制儀的發(fā)展領(lǐng)域還有很多亟需解決的問(wèn)題，但只要從控制儀的原理加以改進(jìn)，基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀將會(huì)被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。目前主流的多參數(shù)優(yōu)化策略有敏感度分析、空間縮減技術(shù)以及空間映射技術(shù)。在設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的所參數(shù)控制儀時(shí)，可通過(guò)這些技術(shù)對(duì)其不足進(jìn)行改正。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀，它具備新穎的電路設(shè)計(jì)，特別的結(jié)構(gòu)以及齊全的功能；而且具備精度高、功耗低、可調(diào)范圍寬數(shù)字顯示直觀、時(shí)間設(shè)定操作簡(jiǎn)單以及控制時(shí)間可調(diào)范圍寬等特點(diǎn)。在實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、控制精度、獨(dú)立性以及迅速性，均滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)設(shè)備需求的不同使用要求。當(dāng)然，為增加其控制通道數(shù)，擴(kuò)展其使用功能，該控制儀可以根據(jù)工程的需求進(jìn)行二次開發(fā)，在提高自動(dòng)化設(shè)備工作效率、降低控制系統(tǒng)成本等方面發(fā)揮巨大作用。因此，研究基于單片機(jī)的多參數(shù)控制儀是極其有意義的。

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作者簡(jiǎn)介：路士兵（1978-），男，河北南宮人，教師，講師，碩士學(xué)位，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件工程。

作者單位：公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系，浙江寧波 315801