基于單片機(jī)和組態(tài)王的陶瓷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．2 紅外液位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
為了自動(dòng)檢測(cè)單位體積的檢測(cè)液的流動(dòng)速度，在玻璃容器的輸入、輸出口分別安裝了紅外檢測(cè)系統(tǒng)。這里設(shè)計(jì)的紅外光源驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。其中+12 V電壓通過(guò)兩個(gè)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(lái)驅(qū)動(dòng)三極管的導(dǎo)通與截止，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 控制算法的設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)陶瓷檢測(cè)設(shè)備高精度、反應(yīng)速度快、寬測(cè)量范圍的性能指標(biāo)要求。設(shè)計(jì)的陶瓷檢測(cè)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(lái)完成對(duì)各個(gè)模塊的控制。實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定、設(shè)置、透氣度測(cè)量、恒壓信號(hào)(PWM信號(hào))輸出等功能。軟件完成初始化設(shè)置后，進(jìn)行壓力信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與處理、恒壓控制輸出等。根據(jù)實(shí)際工況，壓力信號(hào)變化范圍太大時(shí)，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(shí)，當(dāng)誤差范圍比較大時(shí)會(huì)根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)粗調(diào)PWM信號(hào)，當(dāng)距10 000 Pa范圍較小時(shí)再采用PID精確調(diào)節(jié)，保證輸出的PWM信號(hào)在設(shè)計(jì)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(guò)程具有非線性、時(shí)變性及不確定性等特點(diǎn)，對(duì)于這類系統(tǒng)采用固定參數(shù)PID控制很難實(shí)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(shí)表達(dá)容易的特點(diǎn)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以提高整個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力和表達(dá)能力，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的在線智能調(diào)速。通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模糊推理，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線自學(xué)習(xí)能力來(lái)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(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)速度的智能控制。
實(shí)驗(yàn)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(jì)值范圍內(nèi)，并且進(jìn)一步提高了系統(tǒng)檢測(cè)精度。
3．2 數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的通信主要采用了信號(hào)采集調(diào)理模塊來(lái)完成數(shù)據(jù)采集。該模塊是以ATmega128單片機(jī)為核心的陶瓷檢測(cè)智能控制儀重要組成部分。ATmega128片內(nèi)含128 KB ISP的可反復(fù)擦寫(xiě)10 000次的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器。對(duì)壓力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)定并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)。主控界面中的參數(shù)是通過(guò)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)總線RS 485傳輸過(guò)來(lái)的智能儀表的參數(shù)。
由于組態(tài)王和單片機(jī)進(jìn)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(jī)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(yàn)等必須在協(xié)議中進(jìn)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(jì)要求把數(shù)據(jù)類型分為字節(jié)和無(wú)符號(hào)整型兩類，分別占1 B和2 B的空間。因此分配時(shí)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)。