基于AVR單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)加載閉環(huán)控制系統(tǒng)

摘要：針對(duì)科研實(shí)驗(yàn)中對(duì)拉壓千斤頂加栽過(guò)程控制的需要，采用ATmega128單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的電動(dòng)泵站實(shí)行自動(dòng)控制。對(duì)力和位移的數(shù)據(jù)采集與處理及用步進(jìn)電機(jī)控制電動(dòng)泵站手柄的技術(shù)細(xì)節(jié)作了重點(diǎn)描述。通過(guò)單片機(jī)的A／D變換器對(duì)AMP放大模塊采集的電橋信號(hào)作量化處理，千斤頂?shù)牟倏厥直恢靡离妱?dòng)油泵閥門開啟的方向和大小作若干定位，單片機(jī)根據(jù)力或位移傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)手柄旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)探控位置。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)油泵；千斤頂；傳感器；AVR單片機(jī)；A／D變換；串口通信；VB編程

分離式液壓千斤頂在生產(chǎn)建設(shè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等各類工程結(jié)構(gòu)加載工作中具有廣泛的用途。
該設(shè)備一般由電動(dòng)高壓油泵+壓(拉)千斤頂組成，本文論及的加載系統(tǒng)規(guī)格如表1所示。

油泵電機(jī)直接帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)，柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)油閥／排油閥工作，液壓油通過(guò)高壓油管進(jìn)入千斤頂。用戶可通過(guò)泵站上的手柄，人工轉(zhuǎn)動(dòng)泵內(nèi)卸荷閥處于不同位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加載／卸載、推力／拉力及加載速率和穩(wěn)壓作業(yè)。
在對(duì)力和位移數(shù)值或穩(wěn)壓時(shí)間等精度要求較高的科研實(shí)驗(yàn)加載場(chǎng)合，顯然這種僅靠手工操作的方式難以勝任。給該設(shè)備增設(shè)電腦測(cè)控系統(tǒng)就成為一項(xiàng)與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)革新，也是提高此類設(shè)備性價(jià)比的最佳方案。

1 下位機(jī)
由ATmega128構(gòu)成下位機(jī)控制核心(見圖1)，其主要是對(duì)各通道放大模塊傳入的工作信號(hào)進(jìn)行A／D變換，并根據(jù)上位機(jī)的指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制執(zhí)行系統(tǒng)的工作目的。

1．1 數(shù)據(jù)采集
力和位移信號(hào)的測(cè)試由電阻應(yīng)變計(jì)組成的電橋傳感器完成，信號(hào)放大器采用AMP1型放大模塊。此兩者間的適當(dāng)匹配對(duì)單片機(jī)能否順利執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作至關(guān)重要。技術(shù)關(guān)鍵是對(duì)電橋平衡的調(diào)控。信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)后，若有少量的偏移電壓可通過(guò)軟件作些補(bǔ)償，若偏移量過(guò)大會(huì)造成此通道無(wú)法工作。因此有必要在放大模塊的前端，用電位器把偏移較大的模擬信號(hào)調(diào)整過(guò)來(lái)。調(diào)零電路如圖2所示。