基于單片機和組態(tài)王的陶瓷檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對國內(nèi)的陶瓷性能檢測儀自動化程度不高、檢測精度低、檢測范圍比較窄，可視化差等情況，設(shè)計開發(fā)了一種基于AVR ATmega128單片機和北京亞控公司的組態(tài)軟件的陶瓷檢測實時控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用虛擬儀器組態(tài)王作為上位機，輔以ATmega128單片機為核心的變參數(shù)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，對陶瓷性能進行檢測。經(jīng)現(xiàn)場使用表明，該系統(tǒng)檢測精度高、范圍廣、可視化程度高，使用方便。
關(guān)鍵詞：單片機；組態(tài)王；陶瓷性能；檢測系統(tǒng)

0 引言
在城市的建設(shè)進程中，越來越注重綠色環(huán)保理念，然而使用實心磚會造成資源的巨大浪費，因此空心磚的使用量急劇增長。生產(chǎn)空心磚需要大量的生態(tài)陶瓷材料，但相應(yīng)的陶瓷材料的性能檢測工具還很不完善。研制高性能生態(tài)陶瓷性能檢測儀具有重要的現(xiàn)實意義。本文以陶瓷材料的綜合性能為研究對象，進行陶瓷透氣度性能檢測儀的研制。
為了實現(xiàn)智能化和可視化，采用數(shù)據(jù)吞吐率高的ATmega128單片機作為系統(tǒng)的主控制芯片，用北京亞控公司的可視化高的組態(tài)王軟件作整個陶瓷性能檢測流程的監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)合二者的優(yōu)勢，設(shè)計一個便于操作，檢測精度高的陶瓷檢測系統(tǒng)。
檢測原理如下：室溫下，檢測在壓力差為1 mm水柱時1 h內(nèi)以層流狀態(tài)通過厚度為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單片機和北京亞控公司的組態(tài)軟件的陶瓷檢測系統(tǒng)，主要由上層控制系統(tǒng)和下層節(jié)點控制單元構(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)計方法，各部分組建方式靈活，并具有良好的可擴展性。控制系統(tǒng)還可外接通信模塊，與上位機通信，將數(shù)據(jù)信息上傳。AVR嵌入式控制器對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令，對電機的轉(zhuǎn)速進行控制，從而實現(xiàn)對壓力的檢測與控制。

上位機控制部分：主要由總線接口和上位機兩部分構(gòu)成。其中總線接口一端和總線相連完成和總線的通信；另一端和上位機連接完成和上位機的通信。它的主要功能是將上位機的操作信號和控制參數(shù)傳送給指定的下位機節(jié)點。同時，將節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸給上位機做進一步處理。它和上位機之間的通信是通過RS 232串行口和上位機交換數(shù)據(jù)。
現(xiàn)場控制部分：現(xiàn)場控制層為系統(tǒng)的底層，它首先由信號采集調(diào)理模塊通過RS 232總線和上位機通信。然后由帶有總線接口的變送器和執(zhí)行器來實現(xiàn)具體操作，它們之間通過RS 485總線進行通信，完成全部的控制工作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
從功能上來劃分，整個系統(tǒng)分為液位檢測模塊、PWM控制電機模塊、恒壓控制模塊、信號采集調(diào)理模塊、人機界面五部分。
主控模塊采用Atmel公司的高性能、低功耗的8位AVR微處理器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達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JTAG接口實現(xiàn)對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，擦寫壽命為100 000次。可工作于主機／從機模式的SPI串行接口具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器。