基于RS-485總線的微波干燥機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

張博學(xué)，周 楊，孫婉怡，朱典典，牛建邦，丁貴華

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

SWG型隧道式微波干燥機(jī)在國內(nèi)率先采用了多層微波干燥裝置，利用計算機(jī)技術(shù)優(yōu)化微波功率密度分布，可根據(jù)濕物料的干燥特性，利用空間面積實現(xiàn)低溫長距離干燥，解決了物料干燥破裂的難題。

目前，微波干燥機(jī)的電氣線路面臨技術(shù)升級改造的難題?，F(xiàn)有設(shè)備上的微波發(fā)生器電源電流保護(hù)裝置由傳統(tǒng)的機(jī)械式電流繼電器輸出開關(guān)信號完成保護(hù)，存在體積大、反應(yīng)慢、成本高、器件老化等問題。因此，設(shè)計了一套以單片機(jī)為核心芯片的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集微波干燥機(jī)上的電流和溫度信號，再通過RS-485總線將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)軟件PLC，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和顯示。實驗結(jié)果表明，該采集系統(tǒng)硬件電路簡單、工作穩(wěn)定可靠，能大大降低人工成本和節(jié)省現(xiàn)場布線。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本項目基于RS-485總線設(shè)計的多點(diǎn)信息采集系統(tǒng)中，上位機(jī)PLC與各采集器邏輯連接關(guān)系如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

SWG型隧道式微波滅菌生產(chǎn)線機(jī)共有9段微波干燥箱，每段有信息采集點(diǎn)數(shù)約12處，共需采集大約120路數(shù)據(jù)。微波干燥機(jī)工作時，電流采集模塊與溫度檢測模塊檢測到相應(yīng)待檢測量后，將模擬量的電流信號傳輸給單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過RS-485總線傳輸至PLC處，在觸摸屏上進(jìn)行顯示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電流采集模塊

電流檢測模塊采用線性傳感器ACS712為核心原件，該器件主要由整流橋、運(yùn)算放大器、精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路等構(gòu)成，經(jīng)過內(nèi)部的放大、濾波、斬波與修正電路，輸出一個電壓信號，該信號從芯片的第7腳輸出，與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。

圖2 電流采集原理圖

2.2 溫度檢測模塊

溫度檢測采用熱電阻傳感器PT100溫度傳感器，來采集當(dāng)微波烘干機(jī)工作時烘干箱內(nèi)的溫度值。溫度檢測原理圖如圖3，采用單臂橋式電路節(jié)約成本[4]。PT100溫度傳感器與DS13B20數(shù)字溫度傳感器相比，精度高、測量范圍大，更適合應(yīng)用于微波烘干機(jī)的溫度采集工作[5]。

圖3 溫度采集原理圖

2.3 單片機(jī)模塊

單片機(jī)模塊選取STC12C5A60S2為核心，其中包括電源供電電路，與電流采集電路及溫度采集模塊相連進(jìn)行信號傳輸，在左側(cè)相連擴(kuò)展口以滿足多采集點(diǎn)的信息采集，與485總線模塊相連以實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，單片機(jī)電路原理圖如圖4所示[3]。

圖4 單片機(jī)電路原理圖

2.4 總線通訊模塊

RS485總線采用半雙工工作方式，支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信[2]。RS485傳輸距離可達(dá)1000 m以上，傳輸速率可達(dá)10 Mbps左右。適用于微波烘干機(jī)內(nèi)采集器與上位機(jī)的通訊過程。RS485通訊電路原理如圖5所示[1]。

圖5 通訊模塊原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序開始先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，檢查硬件情況，啟動后進(jìn)行多路電流和溫度的采集，將采集的溫度進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)，主程序流程圖如圖6。

圖6 程序流程圖

4 系統(tǒng)測試

基于RS485總線的微波烘干機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過RS485總線通訊實現(xiàn)上位機(jī)PLC與終端的通信，測試PLC對終端機(jī)讀數(shù)據(jù)操作，指定已知參數(shù)的電流和溫度，經(jīng)過反復(fù)測試，PLC與終端機(jī)通信正常，能夠準(zhǔn)確讀取電流信息與溫度信息。

5 結(jié)語

實踐證明，改進(jìn)后設(shè)備運(yùn)行狀況改善，性能提高，設(shè)備故障率降低，產(chǎn)能大幅提高，而且新增加的模塊能直觀地對溫度進(jìn)行監(jiān)測，更方便對溫度進(jìn)行控制，有效成分損失相對改進(jìn)前更加少。該系統(tǒng)可以應(yīng)用在食品、藥品、醫(yī)藥原料等領(lǐng)域，具有一定的推廣價值。