基于A(yíng)Tmega128單片機的智能蒸柜控制系統設計

摘要：基于ATmega128單片機設計了智能蒸柜控制系統。由于蒸柜系統之前采用西門(mén)子PLC，目前這一系列已經(jīng)停產(chǎn)，為了實(shí)現控制系統優(yōu)化，采用以ATmega128單片機為控制核心單元，取代原來(lái)由PLC及觸摸屏組成的控制系統，并在軟件程序部分將原來(lái)的PID算法改進(jìn)為模糊自整定PID算法。經(jīng)過(guò)軟硬件測試，控制系統與原系統相比更簡(jiǎn)單、準確、穩定、經(jīng)濟、智能，值得在實(shí)際應用中廣泛推廣。
關(guān)鍵詞：智能蒸柜；ATmega128單片機；485／FC協(xié)議；模糊自整定PID算法

智能蒸柜控制系統是一個(gè)蒸柜控制系統的改造與優(yōu)化，之前采用的控制單元部件為西門(mén)子S5系列PLC和MP370觸摸屏。S5系列模塊已經(jīng)停產(chǎn)，觸摸屏操作也由于使用時(shí)間過(guò)長(cháng)出現不靈敏現象，現使用的PLC模塊與s5系列模塊存在不兼容現象，并且PLC控制成本較高，故決定采用基于A(yíng)VR單片機實(shí)現系統的節能優(yōu)化。

1 系統簡(jiǎn)介
本次設計采用Atmel公司的AVR系列ATmega128單片，由于此單片機吸收了PLC及51單片機的優(yōu)點(diǎn)，同PLC一樣可以重設和復位；特別是AT mega128單片機具有128 KB FLASH，4 KB E2PROM，4 KB RAM，多達48個(gè)I／O，口，34個(gè)中斷源，以及ISP下載及JTAG仿真口。CS5464作為模擬量轉換芯片，ADM2483作為485通信模塊，并做了重大改進(jìn)，程序的編寫(xiě)可串行在線(xiàn)下載擦寫(xiě)(ISP)，內置高精度的A／D轉換器；基于C語(yǔ)言完成AVR固件程序和用戶(hù)程序等軟件設計，結果驗證系統成本低、運行相對穩定，系統結構如圖1所示。

2 蒸柜系統的工作原理及硬件實(shí)現
2．1 系統工作原理
(1)首先設定系統輸出量——溫度與壓力，再設定系統輸入量，包括閥門(mén)開(kāi)度上限、上限、閥門(mén)工作時(shí)間、抽氣時(shí)間，系統時(shí)間等等；
(2)按啟動(dòng)按鈕，若已關(guān)門(mén)(光電開(kāi)關(guān)有信號)，開(kāi)始工作(工作指示燈亮、工作繼電器閉合)，工作時(shí)間倒計時(shí)；
(3)工作期間，采集蒸房?jì)葴囟?、壓力值，并與設定值比較，通過(guò)模糊自整定PID算法串級控制，實(shí)現系統對閥門(mén)開(kāi)度的調整，最終達到預期的自動(dòng)控制與節能效果；
(4)當壓力、溫度超標時(shí)，報警(指示燈亮、蜂鳴器響)，當壓力恢復時(shí)，報警停止；
(5)若工作期間檢測到門(mén)打開(kāi)，或按停止按鈕，則停止工作并開(kāi)始抽氣，抽氣完成結束。
2．2 硬件電路
硬件電路總共分為模擬量采集電路、電源電路部分、CPU處理模塊、鍵盤(pán)電路、液晶顯示電路、通信電路、模擬量輸出電路等幾部分，本文主要對以下幾個(gè)部分的硬件電路做重點(diǎn)設計。具體的I／O量見(jiàn)表1。

模擬量采集電路有兩路采集溫度，一路采集壓力，兩種電路不同的原因是：由于壓力傳感器采用的是PT1000，要將產(chǎn)生的電流信號通過(guò)三極管電路轉換成電壓信號做處理，而壓力變送器輸出的就是標準的4～20 mA標準信號，CS5464是一個(gè)常用的功率芯片，此處A／D模塊選用它的主要原因是成本較低，處理速度滿(mǎn)足控制要求。