基于ATmega128單片機(jī)的智能蒸柜控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：基于ATmega128單片機(jī)設(shè)計了智能蒸柜控制系統(tǒng)。由于蒸柜系統(tǒng)之前采用西門子PLC，目前這一系列已經(jīng)停產(chǎn)，為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)優(yōu)化，采用以ATmega128單片機(jī)為控制核心單元，取代原來由PLC及觸摸屏組成的控制系統(tǒng)，并在軟件程序部分將原來的PID算法改進(jìn)為模糊自整定PID算法。經(jīng)過軟硬件測試，控制系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比更簡單、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、智能，值得在實(shí)際應(yīng)用中廣泛推廣。
關(guān)鍵詞：智能蒸柜；ATmega128單片機(jī)；485／FC協(xié)議；模糊自整定PID算法

智能蒸柜控制系統(tǒng)是一個蒸柜控制系統(tǒng)的改造與優(yōu)化，之前采用的控制單元部件為西門子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間過長出現(xiàn)不靈敏現(xiàn)象，現(xiàn)使用的PLC模塊與s5系列模塊存在不兼容現(xiàn)象，并且PLC控制成本較高，故決定采用基于AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。

1 系統(tǒng)簡介
本次設(shè)計采用Atmel公司的AVR系列ATmega128單片，由于此單片機(jī)吸收了PLC及51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同PLC一樣可以重設(shè)和復(fù)位；特別是AT mega128單片機(jī)具有128 KB FLASH，4 KB E2PROM，4 KB RAM，多達(dá)48個I／O，口，34個中斷源，以及ISP下載及JTAG仿真口。CS5464作為模擬量轉(zhuǎn)換芯片，ADM2483作為485通信模塊，并做了重大改進(jìn)，程序的編寫可串行在線下載擦寫(ISP)，內(nèi)置高精度的A／D轉(zhuǎn)換器；基于C語言完成AVR固件程序和用戶程序等軟件設(shè)計，結(jié)果驗(yàn)證系統(tǒng)成本低、運(yùn)行相對穩(wěn)定，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 蒸柜系統(tǒng)的工作原理及硬件實(shí)現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)工作原理
(1)首先設(shè)定系統(tǒng)輸出量——溫度與壓力，再設(shè)定系統(tǒng)輸入量，包括閥門開度上限、上限、閥門工作時間、抽氣時間，系統(tǒng)時間等等；
(2)按啟動按鈕，若已關(guān)門(光電開關(guān)有信號)，開始工作(工作指示燈亮、工作繼電器閉合)，工作時間倒計時；
(3)工作期間，采集蒸房內(nèi)溫度、壓力值，并與設(shè)定值比較，通過模糊自整定PID算法串級控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對閥門開度的調(diào)整，最終達(dá)到預(yù)期的自動控制與節(jié)能效果；
(4)當(dāng)壓力、溫度超標(biāo)時，報警(指示燈亮、蜂鳴器響)，當(dāng)壓力恢復(fù)時，報警停止；
(5)若工作期間檢測到門打開，或按停止按鈕，則停止工作并開始抽氣，抽氣完成結(jié)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部分的硬件電路做重點(diǎn)設(shè)計。具體的I／O量見表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)生的電流信號通過三極管電路轉(zhuǎn)換成電壓信號做處理，而壓力變送器輸出的就是標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號，CS5464是一個常用的功率芯片，此處A／D模塊選用它的主要原因是成本較低，處理速度滿足控制要求。