智能精密水压力发生器的设计与研究

    智能精密水压力发生器是产生和控制水压力的重要装置，为了实现智能精密水压力发生器的闭环控制，并且要做到简单易行，符合现场应用要求，开发一套参数可调整功能的闭环控制系统势在必行。

    1 系统的总体结构

    智能精密水压力发生器的硬件总体设计思想是：以单片机AT89C52 为中央处理器，辅以外围模拟、数字电路功能模块，实现水压力发生器接收控制命令、数据采集处理、驱动步进电动机、显示水压力状态、故障报警、处理等全方位闭环控制，真正做到控制器的数字化、智能化。智能精密水压力发生器的总体方案设计示意图如图1 所示。 硬件系统框图如图 2 所示。 

    2 系统原理及功能

    2．1 信号检测模块

     该模块的功能是由压力变送器采集到实际水压力值， 经过滤波处理，用串行 12bit 的 A／D 转换器芯片 TLC2543 将此信号送入单片机等待处理。 由于本系统是模拟量测量系统，所以对电位器的零点值进行调试、整定，采用 LM336 产生基准电压，不但调节方便，而且电压十分稳定。

    2．2 键盘和 LCD 显示

    为降低成本，缩小控制器的体积，本系统采用独立式键盘接口，使用多功能键。系统参数及信息显示部分采用两块液晶显示模块EDMl190A，它是 4 位段码式液晶显示器模块，分别显示水压力设定值和水压力实际值。 采用发光二极管作为状态指示；发光二极管由扩展I ／ O 芯片 82C55A 控制的， 而 82C55A 只能提供2．5mA 左右的电流，故需要添加驱动芯片 74HC07 来驱动发光二极管进行工作。系统采用了硬件电阻电容滤波电路和软件滤波的方法，来消除键盘输入的机械抖动，防止系统误动作。

    2．3 远程通讯

    水压力发生器测到的水压力实际值等数字量从单片机串行接口，通过RS232 总线标准接口传输到 PC 机，通过 PC 机来显示、存储当前的系统工作状态数据；同时，PC机也可以通过这个传输过程，把控制信号送到水压力发生器的单片机中，由智能化、可视化的PC 机来控制水压力发生器的工作。 智能精密水压力发生器的系统工作原理如图3 所示。

    单片机应用系统与微机之间传送控制指令或数据， 信号传送要遵循一定的通信规程和编码要求。 智能精密水压力发生器各部分硬件电路原理如图4。

    3 系统软件设计及控制算法设计

    3．1 系统软件设计

    3．1．1 水压力实现

    用软件实现了对智能精密水压力发生器动态和静态水压力的测试。

    1）三角波的实现。 一旦放在水压力容器中的实验土样确定以后，土样的土壤密度等就会确定不变，这时，水压力的变化规律通过自学习过程后就会确定下来， 步进电动机产生的丝杠前进位移与气缸内产生的压力成正比， 因此步进电动机所走的步数与水压力值呈线性关系。 实际的实验波形也证明了这一点：当步进电动机匀速运行时， 水压力值呈直线上升或直线下降。 因此， 控制步进电动机匀速正转和反转就会使水压力呈现三角波变化； 控制步进电动机的速度相当于控制水压力三角波变化的频率。 实现三角波的程序流程如图 5 所示。