【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 證 CPU 可靠復(fù)位。圖 24 工作電源與復(fù)位輸出的關(guān)系圖 閉環(huán)檢測(cè)因?yàn)閯?dòng)力電器是比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的部分，而它又是控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，因此有必要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)中使用隔離傳感器監(jiān)測(cè)電器的工作電流，并通過(guò) A/D 反饋回控制器。隔離傳感器是30A/10Ma 的無(wú)源電流傳感器，當(dāng)工作電流小于或大于正常工作電流時(shí)，說(shuō)明電器工作異常，控制器報(bào)警并停止動(dòng)作。 控制系統(tǒng)與外界的隔離控制器開(kāi)關(guān)電源帶有兩組獨(dú)立輸出，5 伏供控制器使用，12 伏供光耦外端的電路使用，電源輸入與輸出，兩組電源輸出之間，電源同外殼之間都有 千伏的絕緣強(qiáng)度。對(duì)于開(kāi)關(guān)信號(hào)通路，為防止強(qiáng)信號(hào)饋入，使用光耦的開(kāi)關(guān)來(lái)隔離。對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)除光耦隔離外，再使用固體繼電器實(shí)施二次隔離。對(duì)于模擬信號(hào)通道，使用線性光耦隔離，如圖 35 為線性光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部電路。污水處理自控系統(tǒng)10圖 25 線性光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部電路圖中上方的二級(jí)管為發(fā)光二極管，下方為兩只光敏二極管，它們的電流轉(zhuǎn)換比分別為 K1 和 K2。 K1,K2≈1%，為達(dá)到輸入輸出電壓的線性，左邊的光敏二極管為運(yùn)放提供反饋控制信號(hào)。公式如下：K1，K2≈1%；K3=K2/K1；Vi=VaVa≈Vb；（有負(fù)反饋）Vb=1P1*R1。Vo=1P2*R2。Vo=K3（R2/R1）Vi。值得注意的是由于電流轉(zhuǎn)換比只有 1%左右，因此在選擇 R1，R3 的阻值得要滿足 1P1/IF 大約為 1%，這樣電路才能工作在有效范圍內(nèi)。對(duì)于遠(yuǎn)程通訊接口，使用 AD 公司的 ADM202E 芯片，它是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口芯片，自身就帶有土15 千伏的 ESD 保護(hù)。通過(guò)以上措施，使控制器與外界實(shí)現(xiàn)了電隔離。 防浪涌電壓本控制器有 16 路模擬輸入通道。模擬通道需采用線性光耦隔離，如 16 路同時(shí)加入光耦，一則成本不合算，二則由于并行接入多的光耦會(huì)增加耦合電容值，反而降低信號(hào)能道的隔離性。所以信號(hào)先經(jīng)多路轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行隔離。這樣多路轉(zhuǎn)換，輸入放大電路就直接和信號(hào)接觸，未受任何保護(hù)。設(shè)計(jì)中采用在每路信號(hào)線上并接瞬變電壓掏二極管（TVP，TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）的方式這些電路實(shí)施保護(hù)。TVP 的外形與普通二極管無(wú)異，但卻能“吸收”高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率。它具有體積小、功率大、響應(yīng)快、無(wú)噪聲、價(jià)格低等諸多優(yōu)點(diǎn)。TVP 的工作很可靠。即使長(zhǎng)期承受重復(fù)性大脈沖的高能量沖擊，也不會(huì)出現(xiàn)所謂的“老化”問(wèn)題。試驗(yàn)證明，TVP 安全工作于 10000 次脈沖后，其最大允許脈沖功率仍為原值的 80%以上。污水處理自控系統(tǒng)11 溫度補(bǔ)償由于控制器工作于室外，所以必須考慮溫度變化對(duì)系統(tǒng)的影響。其中水質(zhì)傳感器對(duì)溫度變化較敏感，使用帶溫度被償?shù)乃釅A度和溶解氧傳感器可克服這一問(wèn)題。 掉電保護(hù)目前流程的設(shè)計(jì)是按時(shí)鐘嚴(yán)格執(zhí)行，因此在掉電保護(hù)方面，只對(duì)時(shí)鐘芯片提供后備電源，后備電源為— 伏的可充電電池，當(dāng)電源正常時(shí)，電路給電池充電，當(dāng)停電時(shí)由電池為時(shí)鐘芯片供電。而時(shí)鐘芯片會(huì)自動(dòng)判斷電源腳和備用電源腳的電壓值，以電壓高的一個(gè)電源作為其電源輸入。其電路如圖 26：圖 26 備用電源電路 按鍵電路及按鍵消料無(wú)論是按鍵或鍵盤都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用，一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的閉合、斷開(kāi)過(guò)程，其波形如圖 27 所示。污水處理自控系統(tǒng)12圖 27 按鍵的動(dòng)作示意圖由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開(kāi)瞬間均有抖動(dòng)過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)一系列負(fù)脈中。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短，與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～10ms。按鍵的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒至幾秒時(shí)間。為了保CPU 對(duì)鍵的一次閉合，僅僅、做一次鍵輸入處理，必須去除抖動(dòng)影響。通常去抖動(dòng)影響的措施有硬、軟件兩種。硬件方式是用按鍵與觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成去抖動(dòng)電路。采用軟件除去抖動(dòng)影響的方法是檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms 的延時(shí)程序后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。最后進(jìn)行鍵值掃描。鍵盤電路如下：圖 28 按鍵電路原理圖 軟件設(shè)計(jì)本地控制器的程序固化在 89C52 的 8K 程序存儲(chǔ)器中，可獨(dú)立地按固化的流程工作。遠(yuǎn)程控制微機(jī)為普通的微機(jī)，程序運(yùn)行在 WINDOWS2022 下，可對(duì)本地控制器的工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)以及修改一些工作參數(shù)。 用戶界面 本地控制器界面本地控制器的顯示信息全部都顯示在 24064 點(diǎn)陣液晶屏幕上，為簡(jiǎn)化操作只用簡(jiǎn)單的語(yǔ)句來(lái)表示信息。液晶顯示器背光在按鍵按下后會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，在最后一個(gè)按鍵按下 10 秒后熄滅。污水處理自控系統(tǒng)13圖 29 密碼輸入界面進(jìn)入功能選擇時(shí)，控制器會(huì)提示輸入密碼，密碼由 16 位“左” ， “右”鍵組成，密碼輸入正確后，進(jìn)入功能選擇菜單。此時(shí)用“左” ， “右”鍵可改變菜單選項(xiàng)或設(shè)置值，用“確定”鍵確定輸入。圖 210 本地控制器的功能選擇界面再次按下“功能”鍵，或 10 秒中之內(nèi)無(wú)按鍵，控制器退回到工作界面。本地控制器的工作界面如圖 211，液晶顯示器顯示酸堿度和溶解氧值，工作模式當(dāng)前步驟以及剩余時(shí)間。圖 211 本地控制器的工作界面圖 212 本地控制器的報(bào)警當(dāng)控制器檢查出來(lái)故障時(shí)，會(huì)用蜂鳴器報(bào)警，并將出故障的情況簡(jiǎn)要地顯示在屏幕上。 軟件結(jié)構(gòu) 污水處理自控系統(tǒng)14 本地控制器軟件結(jié)構(gòu)與功能1）編程語(yǔ)言的選擇設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 89C52 單片機(jī)作為控制器，它屬于 51 系列單片機(jī)，與 INTEL 公司的8051 兼容。8051 系列單片機(jī)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，編程容易其控制功能也足以滿足普通控制器要求。加上 ATMEL 公司的系列單片機(jī)內(nèi)置的程序存儲(chǔ)器使的程序修改更加容易，保密性好，指令讀取不占用口資源，因而是理想的控制器芯片。為了提高開(kāi)發(fā)效率，避免用匯編語(yǔ)言程序的煩瑣，我們使用單片機(jī) C 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)。C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C 語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。用 C 語(yǔ)言進(jìn)行 8051 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)以 C 語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔，匯編語(yǔ)言只在必要時(shí)才使用。當(dāng)然，在實(shí)際使用 C 語(yǔ)言編程時(shí)，也可考慮一些變通問(wèn)題。如在木控制器的程序設(shè)計(jì)中，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行 AD 采集時(shí)，得到的是整數(shù)值，而在顯示器上顯示時(shí)須轉(zhuǎn)換為實(shí)際值，它是一個(gè)帶一位小數(shù)的實(shí)數(shù)值。本來(lái)在 C 器會(huì)加入大約 2K 字節(jié)的實(shí)數(shù)計(jì)算庫(kù)函數(shù)到程序中：89C52 只有 8K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間，這顯然是不可取的。而如果采用取整和取余的方式計(jì)算，雖然過(guò)程復(fù)雜一點(diǎn)，卻避免了加入過(guò)多的庫(kù)函數(shù)。2）控制器程序流程控制器的工作流程由主流程和三個(gè)中斷組成。主流程循環(huán)執(zhí)行，檢查各種工作狀態(tài)，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。中斷處理程序則接受和處理各種中斷信號(hào)。中斷優(yōu)先級(jí)從高到低為定時(shí)中斷，鍵盤中斷，串口中斷。流程圖見(jiàn)圖 213：污水處理自控系統(tǒng)15圖 213 本地控制器流程定時(shí)中斷為 50ms 定時(shí)器，產(chǎn)生定時(shí)中斷時(shí)，中斷程序首選復(fù)位定時(shí)計(jì)數(shù)器，同時(shí)更新秒，10秒，1 分鐘計(jì)數(shù)存儲(chǔ)單元作為主程序流程控制參考。鍵盤中斷由外部中斷 0（INTO） ，外部中斷 1（INT1）組成，設(shè)置為下降沿信號(hào)觸發(fā)，四個(gè)按鍵按兩行兩列接線，兩根列線接在 89C52 的 P1 口上，置為低電平，兩根行線接在 INTO 和 INT1 的輸入上，并接上拉電阻。當(dāng)有某個(gè)按鍵接下時(shí)外部中斷產(chǎn)生，中斷程序等待 10ms 消抖后再次檢查INT0，INT1 輸入腳電平如果仍然保持為低，則是按鍵輸入。依次置高列線判斷輸入電平，就可確定是哪個(gè)按鍵接下了，并保存在鍵值存儲(chǔ)單元中，下面是第一行的兩個(gè)鍵按下后觸發(fā)外部中斷 0 的污水處理自控系統(tǒng)16響應(yīng)程序，鍵值保存在 Key 中，Wait()子程序?yàn)橄堆訒r(shí)，由于按鍵掃描和按鍵功能執(zhí)行是分開(kāi)的，中斷程序首先會(huì)判斷按鍵功能是否已執(zhí)行，阻止上一按鍵還未處理又出現(xiàn)新的按鍵輸入。Void Key_Rowl()intrrupt0 using3{if (Key==osoFF){///make sure the key Wait (10)。//delay 10msIf(Rowl==0){Coll=1。Co12=0。If(Row1==1) //coll rowl key=0x01Key=0x01。Else{Coll=0。Co12=1。If(Row1==1 //co12 row1 key=0x03Key=0x03。}Coll=0Co12=0。Delay=0。}}}本地控制器的參數(shù)都保存在片內(nèi) RAM 或片外 EEPROM，本地控制器按照這些參數(shù)執(zhí)行操作。因此遠(yuǎn)程控制器只要讀取可修改這些參數(shù)，就可監(jiān)視和控制本地控制器的工作。設(shè)計(jì)用兩個(gè)字節(jié)為一污水處理自控系統(tǒng)17個(gè)命令字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)。中斷程序接收到兩個(gè)字節(jié)后就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。串口中斷程序如下：void Com(void )interrupt 4 using 1{if(Rl){RI=0Swithch(){case0:++。=SBUF。Break。Case 1:=0。 Data =SBUF。Switch(){//…省略}break。default:=0}}if(Tl){Tl=0。}}程序中 InBuf 結(jié)構(gòu)用于保存遠(yuǎn)端串口數(shù)據(jù)，第一個(gè) SWITCH 語(yǔ)句用于處理串口輸入，第二個(gè)污水處理自控系統(tǒng)18SWITCH 語(yǔ)句根據(jù) 執(zhí)行相應(yīng)讀寫(xiě)操作?？刂破魃想姾笈渲弥袛?，初始化控制端口，液晶顯示屏，存儲(chǔ)器等等?？刂破鞒跏蓟瓿珊箝_(kāi)始讀取傳感器值，傳感器值來(lái)自 16 個(gè)模擬信號(hào)通道。為了讀數(shù)的準(zhǔn)確，程序采用中值法，每通道連續(xù)采樣三次，取中間值，其中 2 個(gè)信號(hào)為酸堿度和溶解氧傳感器的輸入，它們是 4～20mA 電流信號(hào)。經(jīng)過(guò)處理變換后，一方面酸堿度和溶解氧值會(huì)顯示在液晶顯示屏上，另一方面當(dāng)水源的酸堿度和溶解氧氣值會(huì)顯示在液晶顯示屏上，另一方面當(dāng)水源的酸堿度起過(guò)正常范圍時(shí)，控制器自動(dòng)執(zhí)行加入酸液或加入堿液，對(duì)于溶解氧，在曝氣階段出深解氧過(guò)低，控制器會(huì)打開(kāi)備用的曝氣機(jī)，以增加曝氣量。酸堿度和溶解氧值還定期保存，以備工作人員分析。其余的模擬信號(hào)為電器工作電流大小反饋，電機(jī)電源由于串接有限流保護(hù)器，因當(dāng)當(dāng)電器由于缺相等原因電流過(guò)大時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷電，而如果控制器的鎖存器功固體繼電器出故障時(shí)，電機(jī)也會(huì)工作混亂?？刂破髦灰獧z查當(dāng)前流程京戲該工作的電器工作電流是否正常，不該工作的電器是否有誤操作，就可判斷是否有故障。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，控制器停止工作并用峰鳴器報(bào)警，當(dāng)遠(yuǎn)程控制器訊問(wèn)本地控制器時(shí)，也會(huì)收到報(bào)警信號(hào)。如果工作正常流程繼續(xù)進(jìn)行。在無(wú)按鍵時(shí)，鍵值缺省為 FFH，當(dāng)有鍵入時(shí)，四個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的鍵值是 01H04H。按鍵處理程序主要完成控制器功能設(shè)置。功能設(shè)置操作由兩級(jí)菜單組成，其結(jié)構(gòu)如表 21；不同