ATmega128和組態(tài)王實(shí)現(xiàn)陶瓷檢測(cè)系統(tǒng)

　　針對(duì)國(guó)內(nèi)的陶瓷性能檢測(cè)儀自動(dòng)化程度不高、檢測(cè)精度低、檢測(cè)范圍比較窄，可視化差等情況，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于AVR ATmega128單片機(jī)和北京亞控公司的組態(tài)軟件的陶瓷檢測(cè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用虛擬儀器組態(tài)王作為上位機(jī)，輔以ATmega128單片機(jī)為核心的變參數(shù)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，對(duì)陶瓷性能進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用表明，該系統(tǒng)檢測(cè)精度高、范圍廣、可視化程度高，使用方便。

　　引言

　　研制高性能生態(tài)陶瓷性能檢測(cè)儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以陶瓷材料的綜合性能為研究對(duì)象，進(jìn)行陶瓷透氣度性能檢測(cè)儀的研制。為了實(shí)現(xiàn)智能化和可視化，采用數(shù)據(jù)吞吐率高的ATmega128單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制芯片，用北京亞控公司的可視化高的組態(tài)王軟件作整個(gè)陶瓷性能檢測(cè)流程的監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)一個(gè)便于操作，檢測(cè)精度高的陶瓷檢測(cè)系統(tǒng)。

　　檢測(cè)原理如下：室溫下，檢測(cè)在壓力差為1 mm水柱時(shí)1 h內(nèi)以層流狀態(tài)通過(guò)厚度為1 cm、面積為1 m2的多孔陶瓷制品的氣體立方數(shù)。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

　　基于AVR ATmega128單片機(jī)和北京亞控公司的組態(tài)軟件的陶瓷檢測(cè)系統(tǒng)，主要由上層控制系統(tǒng)和下層節(jié)點(diǎn)控制單元構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。上層控制系統(tǒng)由上位機(jī)控制軟件、通信總線接口組成。下層控制單元由壓力采集變送板、控制CPU、總線接口、壓力傳感器、壓力反饋通信接口、液位傳感器等部分組成的。系統(tǒng)采用了總線結(jié)構(gòu)、模塊化的設(shè)計(jì)方法，各部分組建方式靈活，并具有良好的可擴(kuò)展性。控制系統(tǒng)還可外接通信模塊，與上位機(jī)通信，將數(shù)據(jù)信息上傳。AVR嵌入式控制器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的檢測(cè)與控制。

　　上位機(jī)控制部分：主要由總線接口和上位機(jī)兩部分構(gòu)成。其中總線接口一端和總線相連完成和總線的通信;另一端和上位機(jī)連接完成和上位機(jī)的通信。它的主要功能是將上位機(jī)的操作信號(hào)和控制參數(shù)傳送給指定的下位機(jī)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，將節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。它和上位機(jī)之間的通信是通過(guò)RS 232串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)場(chǎng)控制部分：現(xiàn)場(chǎng)控制層為系統(tǒng)的底層，它首先由信號(hào)采集調(diào)理模塊通過(guò)RS 232總線和上位機(jī)通信。然后由帶有總線接口的變送器和執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)具體操作，它們之間通過(guò)RS 485總線進(jìn)行通信，完成全部的控制工作。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　從功能上來(lái)劃分，整個(gè)系統(tǒng)分為液位檢測(cè)模塊、PWM控制電機(jī)模塊、恒壓控制模塊、信號(hào)采集調(diào)理模塊、人機(jī)界面五部分。

　　主控模塊采用Atmel公司的高性能、低功耗的8位AVR微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)128 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。JTAG接口通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、E2PROM、熔絲位和鎖定位的編程。片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件：內(nèi)置FLASH程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部RAM，大部分器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM。高速、流水線結(jié)構(gòu)的內(nèi)核，真正10位、100KSPS的8通道ADC，512 KB的E2PROM，擦寫(xiě)壽命為100 000次?？晒ぷ饔谥鳈C(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器。