基于單片機和組態(tài)王的陶瓷檢測系統(tǒng)設(shè)計

2．2 紅外液位檢測電路設(shè)計
為了自動檢測單位體積的檢測液的流動速度，在玻璃容器的輸入、輸出口分別安裝了紅外檢測系統(tǒng)。這里設(shè)計的紅外光源驅(qū)動電路如圖3所示。其中+12 V電壓通過兩個100 kΩ電阻加在放大器的兩端形成同相比例，放大電路放大倍數(shù)為Vi0=(1+Rf／R1)V來驅(qū)動三極管的導通與截止，驅(qū)動發(fā)光二極管。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 控制算法的設(shè)計
為了實現(xiàn)陶瓷檢測設(shè)備高精度、反應(yīng)速度快、寬測量范圍的性能指標要求。設(shè)計的陶瓷檢測控制軟件采用PID控制算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的隸屬度函數(shù)相結(jié)合的方法，來完成對各個模塊的控制。實現(xiàn)參數(shù)標定、設(shè)置、透氣度測量、恒壓信號(PWM信號)輸出等功能。軟件完成初始化設(shè)置后，進行壓力信號的數(shù)據(jù)采集與處理、恒壓控制輸出等。根據(jù)實際工況，壓力信號變化范圍太大時，系統(tǒng)將處于等待狀態(tài)，直到壓力被調(diào)節(jié)到9 500～10 050 Pa的范圍要求。同時，當誤差范圍比較大時會根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來粗調(diào)PWM信號，當距10 000 Pa范圍較小時再采用PID精確調(diào)節(jié)，保證輸出的PWM信號在設(shè)計范圍內(nèi)。
普通的PID控制是反饋控制系統(tǒng)中取偏差的比例、積分、微分的組合控制。固定參數(shù)PID控制屬于線性控制。而液位上升的過程具有非線性、時變性及不確定性等特點，對于這類系統(tǒng)采用固定參數(shù)PID控制很難實現(xiàn)理想的控制效果，因此采用了變參數(shù)控制的方法。
這里將模糊控制知識表達容易的特點和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學習能力強的優(yōu)勢相結(jié)合，取長補短，以提高整個系統(tǒng)的學習能力和表達能力，實現(xiàn)電機的在線智能調(diào)速。通過該智能控制系統(tǒng)，將模糊控制規(guī)律和隸屬函數(shù)隱含地分布在整個網(wǎng)絡(luò)中，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)模糊推理，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線自學習能力來調(diào)整隸屬函數(shù)和改變模糊控制規(guī)律，使控制系統(tǒng)工作狀態(tài)可根據(jù)設(shè)定速度和環(huán)境狀態(tài)變化而自動調(diào)整，實現(xiàn)速度的智能控制。
實驗結(jié)果表明，該算法可以有效控制PWM輸出的穩(wěn)定性，近而可以很好的穩(wěn)定壓力，保證其在設(shè)計值范圍內(nèi)，并且進一步提高了系統(tǒng)檢測精度。
3．2 數(shù)據(jù)通信設(shè)計
本系統(tǒng)的通信主要采用了信號采集調(diào)理模塊來完成數(shù)據(jù)采集。該模塊是以ATmega128單片機為核心的陶瓷檢測智能控制儀重要組成部分。ATmega128片內(nèi)含128 KB ISP的可反復擦寫10 000次的FLASH只讀程序存儲器。對壓力傳感器的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和設(shè)定并記錄到數(shù)據(jù)庫。主控界面中的參數(shù)是通過數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場總線RS 485傳輸過來的智能儀表的參數(shù)。
由于組態(tài)王和單片機進行通信的數(shù)據(jù)格式是ASCII碼，所以提前定義控制系統(tǒng)和上位機間的通信協(xié)議，其中如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶檢驗等必須在協(xié)議中進行定義。首先要在組態(tài)王中把地址分配給要通信的數(shù)據(jù)變量，按照設(shè)計要求把數(shù)據(jù)類型分為字節(jié)和無符號整型兩類，分別占1 B和2 B的空間。因此分配時不能有重疊現(xiàn)象，為提高通信速度這里使用連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)。