【正文】 DSP數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編 《2》 北京航空航天大學(xué)出版社 李朝青[12] 數(shù)據(jù)通信（第四版） 張力軍等譯 電子工業(yè)出版社[13] 單片機(jī)amp。主要參考文獻(xiàn)、資料[1] 劉海成《AVR單片機(jī)原理及測(cè)控工程應(yīng)用》 北京航空航天大學(xué)出版社 2008年[2] 金春林 邱慧芳 張皆喜 編著《AVR系列單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用實(shí)例》 2003年[3] 張軍《AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例》中國(guó)電力出版社 2007年[4] 陳汝全 《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)》 北京理工大學(xué)出版社 1991年[5] 潘新民、王燕芳《單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 人民郵電出版社 1992年 [6] 鄭瓊林、耿文學(xué) 《電力電子電路精選》 電子工業(yè)出版社 1990年[7] 劉吉臻、白焰 主編《電站過程自動(dòng)化》 機(jī)械工業(yè)出版社 2006年 [8] 潘新民、王燕芳《單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 人民郵電出版社 1992年[9] 蘇文成 《工廠供電》 陜西機(jī)械學(xué)院[10] PC機(jī)與單片機(jī)amp。5. 在垃圾發(fā)電測(cè)控系統(tǒng)中其上位機(jī)顯示主要采用LabVIEW來進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計(jì)，LabVIEW可以設(shè)計(jì)出比較美觀的監(jiān)控頁面，也便于系統(tǒng)的修改。本文主要做了如下工作：1. 概述了目前國(guó)內(nèi)外垃圾發(fā)電的現(xiàn)狀，講述了垃圾發(fā)電的原理，并在此基礎(chǔ)上對(duì)垃圾發(fā)電中一些重要的控制方法做了較為詳細(xì)的闡述；2. 提出采用ATmega16單片機(jī)為系統(tǒng)CPU的垃圾發(fā)電參量的檢測(cè)原理，并對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成作了分析，初步設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸所需總線等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)；3. 在軟件部分，介紹了三種AVR單片機(jī)的應(yīng)用軟件，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)的主要流程做出了說明?？? 結(jié)本設(shè)計(jì)在理解垃圾發(fā)電的原理和目前國(guó)內(nèi)垃圾發(fā)電狀況的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要概括垃圾發(fā)電的基本原理與其相關(guān)的工藝流程。垃圾處理的根本目的在于垃圾的綜合處理和防止二次污染。在這樣的背景下，假如沒有一定的資金和技術(shù)支持，就盲目建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠，片面追求高經(jīng)濟(jì)效益，必然會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。我國(guó)垃圾發(fā)電目前執(zhí)行的是1999年出臺(tái)的城市生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大約相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家上世紀(jì)70年代的污染控制水平。垃圾減容和轉(zhuǎn)換為能源是垃圾焚燒發(fā)電的突出優(yōu)點(diǎn)，但這并不是這項(xiàng)工作的重點(diǎn)。垃圾發(fā)電不宜片面追求產(chǎn)業(yè)化。只有明確了相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和各種投資、稅收、補(bǔ)貼等政策，垃圾發(fā)電才能走上規(guī)范化軌道，為國(guó)內(nèi)外資本追逐的“黃金”，而不是賠錢的“包袱”，相關(guān)的設(shè)備制造業(yè)也才能跟進(jìn)，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)有序、健康發(fā)展。我國(guó)應(yīng)盡快完善與垃圾電站相關(guān)的法律、法規(guī)以及與之相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造的規(guī)程、規(guī)范。 垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)供熱應(yīng)得政府的支持國(guó)家應(yīng)該制定完善垃圾發(fā)電相應(yīng)法律政策。國(guó)外的設(shè)備不太適合我國(guó)的國(guó)情，需要添加相應(yīng)的前期處理工藝。 垃圾焚燒設(shè)備應(yīng)適合我國(guó)國(guó)情的國(guó)產(chǎn)化為主 我國(guó)有些垃圾焚燒發(fā)電工程引進(jìn)國(guó)外的設(shè)備，價(jià)格貴、運(yùn)行費(fèi)用高。國(guó)內(nèi)目前仍以填埋為主，但由于基礎(chǔ)處理不好，垃圾填埋污水滲透污染地下水和土壤。針對(duì)我國(guó)垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在所面臨的問題，在此給出幾點(diǎn)建議。第八章 中國(guó)發(fā)展垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建議一個(gè)好的產(chǎn)業(yè)要能更快更好的發(fā)展，他就必須盡快且有效的解決阻礙其發(fā)展的問題。我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電目前執(zhí)行的排污標(biāo)準(zhǔn)同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家污染控制水平相比還有一定的距離，但是隨著環(huán)境要求的日益提高，對(duì)清潔焚燒工藝必然會(huì)有更高的要求。還有設(shè)備裝備問題，國(guó)內(nèi)裝備水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，焚燒裝置的核心設(shè)備需要從國(guó)外進(jìn)口，尤其是大容量設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率很低，造成了運(yùn)營(yíng)成本據(jù)高不下，加大了垃圾發(fā)電廠的負(fù)擔(dān)。垃圾焚燒發(fā)電會(huì)產(chǎn)生一個(gè)副產(chǎn)品二惡英，它被世界衛(wèi)生組織稱作“最毒的致癌物質(zhì)”，對(duì)人類健康危害極大。垃圾發(fā)電行業(yè)在國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家迅猛發(fā)展的一個(gè)重要原因就是政府不斷加大政策扶持和補(bǔ)貼力度。目前我國(guó)許多垃圾焚燒電廠面臨收不到垃圾處理費(fèi)和上網(wǎng)電價(jià)偏低的雙重壓力。 垃圾發(fā)電成本難越。國(guó)家應(yīng)該在土地征用，資金補(bǔ)貼與技術(shù)方面制定出相應(yīng)的完善的政策以扶持垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。我們應(yīng)該看到垃圾發(fā)電為我們解決了城市垃圾帶來的一連串問題，不但給我節(jié)省了土地資源，是我們生活的環(huán)境更加清潔，為我們解決一些能源問題，也不用擔(dān)憂垃圾液下滲污染地下水而使我們的子孫后代面臨更為嚴(yán)重的水資源問題也許還會(huì)伴隨著一系列的疾病問題。垃圾發(fā)電是為更好的就解決以前城市生活垃圾填埋造成土地資源浪費(fèi)與污染地下水等問題而出現(xiàn)的一種垃圾處理方式。隨著科技的不斷進(jìn)步，當(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)可以很好控制二惡英的產(chǎn)生。 人們應(yīng)該正確看待垃圾發(fā)電 垃圾發(fā)電中如果控制不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致二惡英的產(chǎn)生。這就要求我們?cè)鰪?qiáng)自己環(huán)保意識(shí)，只有這樣我們才不會(huì)因?yàn)閳D眼前的利益而把工業(yè)垃圾倒入河流，才不會(huì)把生活垃圾亂丟放，致使我們生活環(huán)境的不斷惡化，資源的不斷流失。城市生活垃圾與工業(yè)垃圾問題已經(jīng)成為中國(guó)最嚴(yán)重的公害。但是在經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的背后，也面臨著環(huán)境的日益惡化，特別是城市垃圾問題。這些問題我們都必須要正確對(duì)待也要認(rèn)真對(duì)待。在順序結(jié)構(gòu)程序框圖內(nèi)首先利用VISA Write模塊將溫度設(shè)定值傳給單片機(jī)，等待一定的延遲時(shí)間后，再用用VISA Read模塊接受單片機(jī)傳遞過來的溫度信息，并將其顯示在波形圖控件上。這里系統(tǒng)所能達(dá)到的最高溫度為230℃左右，程序開始首先利用VISA Configure Serial Port模塊對(duì)串行口進(jìn)行初始化。圖 64 LabVIEW程序面板程序圖圖65 LabVIEW程序面板程序圖圖66 LabVIEW程序面板程序圖其中端口選擇用于設(shè)置用到的串行口，溫度設(shè)定用來設(shè)置期望的溫度值。在此只是簡(jiǎn)單介紹主監(jiān)控系統(tǒng)界面中的其中小部分。 Cluster子面板的Array控件；Numeric子面板下的Numeric Control控件；Boolean子面板下的Round LED控件；Graph子面板下的Waveform Chart控件；結(jié)構(gòu)子面版下的各種結(jié)構(gòu)等。在由 LabVIEW程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主監(jiān)控界面中。4) VISA Close。從VISA resource name指定的串行接口中讀取規(guī)定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳遞給read buffer。用于將write buffer中的字符寫到VISA resource name指定的串行接口中。在程序面板中雙擊該控件即可進(jìn)入其參數(shù)設(shè)置界面。Flow control用于設(shè)置握手方式，buffer size用于設(shè)置緩沖區(qū)的大小。用于初始化所選擇的串行口。可從NI的網(wǎng)站免費(fèi)下載最新VISA驅(qū)動(dòng)程序。利用這些模塊，可以非常方便的設(shè)計(jì)出基于串行通信的測(cè)控系統(tǒng)。下面對(duì)LabVIEW中的串行通信功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用LabVIEW進(jìn)行編程，LabVIEW是一款專業(yè)的測(cè)控軟件。下位機(jī)采用ATMEL公司的單片機(jī)，單片機(jī)外圍電路將傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)信息傳給單片機(jī)，再由單片機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其傳到上位機(jī)。上位機(jī)PC通過自帶的串行口通過RS485總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。通過利用NI(National Instruments)公司所提供的LabVIEW軟件和相關(guān)硬件如PAC等，可以方便快捷的設(shè)計(jì)出所需的測(cè)控系統(tǒng)，但其提供的硬件大都比較昂貴。它是圖形化編程的引領(lǐng)者。各從機(jī)處于偵聽狀態(tài)，不能主動(dòng)往總線發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等待主機(jī)的命令，在接收到地址幀后，立即判斷是否在呼叫自己，如果不是則不予理睬. 如果是則繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù). 接收完一個(gè)主機(jī)監(jiān)控命令后先進(jìn)行校驗(yàn) ，如果校驗(yàn)正確則解析接收的監(jiān)控命令，并根據(jù)命令回送相應(yīng)的應(yīng)答幀. 而且任何時(shí)刻只能有一個(gè)單片機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，但主機(jī)發(fā)送時(shí)所有單片機(jī)必須都處于接收狀態(tài)。上位機(jī)接收到應(yīng)答信號(hào)后， 可以作進(jìn)一步的處理。在某一時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)出一種狀態(tài)，在 PC機(jī)與多單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)中 ，一般采用主從式通信 ， 通信均有上位機(jī)發(fā)起，下位機(jī)不主動(dòng)申請(qǐng)通信；當(dāng)處于輪詢狀態(tài)時(shí)， 上位機(jī)依據(jù)下位機(jī)地址，定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令。RS485總線是集散控制系統(tǒng)常用的組網(wǎng)方法， 但具體的通信協(xié)議并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一套完整的通信協(xié)議既要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 功能完備， 又要求具有可擴(kuò)充性與兼容性， 并且盡量標(biāo)準(zhǔn)化。RS 485 總線只制定了物理層電氣標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)上層通信協(xié)議沒有規(guī)定。由于 RS 485 通信是一種半雙工通信，如果在時(shí)序上配合不好， 就會(huì)發(fā)生總線沖突， 使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓， 無法正常工作。而 RS 485 是一個(gè)多引出線接口， 這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器， 可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái) PC和多臺(tái)單片機(jī)之間的串行通信；而且 RS 485 的最長(zhǎng)的傳輸距離為 1200m，適合中距離的傳輸。雖然在通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)盡管 RS 232 有些缺點(diǎn)，但在兩臺(tái)短距離設(shè)備間的短距離信息傳輸時(shí)， 最通用的還是 RS 232。在此討論一種基于串行通信標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控系統(tǒng)的通信協(xié)議及其具體的軟、 硬件實(shí)現(xiàn)。這就是一臺(tái)PC與多臺(tái)單片機(jī)所組成的主從式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)。 通信網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)因其優(yōu)越的性價(jià)比和靈活的功能配置而被廣泛的應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域。其中單片機(jī)端RS485總線通信軟件的流程如圖56所示：圖56 單片機(jī)端RS485總線通信軟件的流程第六章 系統(tǒng)中上下位機(jī)間的通信過程該系統(tǒng)采用 PC與多單片機(jī)之間的串行通信實(shí)現(xiàn)測(cè)控， 采用 RS 485 總線標(biāo)準(zhǔn)， 半雙工傳輸方式。在垃圾發(fā)電控制測(cè)控系統(tǒng)中主要由單片機(jī)處理傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并由單片機(jī)控制變頻器控制執(zhí)行器。(6) 正常運(yùn)行后可靠性高，基本上無任何維護(hù)量。(4) 調(diào)速精度高，操作簡(jiǎn)單，對(duì)目標(biāo)量（如壓力、溫度、流量等）的閉環(huán)控制容易實(shí)現(xiàn)，電機(jī)速度隨著焚燒爐和鍋爐的燃燒狀況的變化隨時(shí)調(diào)整。變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界上技術(shù)先進(jìn)、使用成熟、性能的可靠的交流電機(jī)調(diào)速方式，它實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無極調(diào)速，同以往的電機(jī)調(diào)速方式和機(jī)械調(diào)速方式相比，應(yīng)用在垃圾焚燒發(fā)電廠中具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 范圍高達(dá)1~100，對(duì)垃圾焚燒爐和鍋爐風(fēng)機(jī)、水泵來說，其全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均可調(diào)速。變頻器的起動(dòng)、停止、和所有的運(yùn)行狀態(tài)與控制參數(shù)也都可以用RS485串行通信方式通過RS485總線傳送到中心控制室進(jìn)行顯示、修改與控制。因此在本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的搭建中選用的總線類型是RS485總線。在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，我們經(jīng)常會(huì)用到變頻器。在垃圾焚燒發(fā)電廠中很多地方都要用到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)與水泵等。垃圾發(fā)電必須盡可能采用更多的節(jié)能技術(shù)。但是，大多的垃圾發(fā)電廠普遍存在著廠里自用電力居高不下，影響發(fā)電收益的問題，從而也影響了垃圾發(fā)電廠的建設(shè)與發(fā)展。其結(jié)構(gòu)圖如圖55所示： 圖55 系統(tǒng)總線搭建結(jié)構(gòu)圖垃圾焚燒發(fā)電是目前使垃圾減容化、無害化、資源化的最有效的辦法，有著明顯的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。圖53 RS485轉(zhuǎn)RS232接口原理圖其中圖54為在搭建CAN總線時(shí)的單片機(jī)轉(zhuǎn)CAN總線接口模塊電路圖。由現(xiàn)場(chǎng)的傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過變送器和單片機(jī)處理，再經(jīng)過RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由RS485轉(zhuǎn)RS232接口送入PC機(jī)進(jìn)行組態(tài)并顯示相關(guān)參量的數(shù)值。由上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并進(jìn)行相應(yīng)的控制。（1）RS485總線結(jié)構(gòu) 圖51 RS485總線結(jié)構(gòu)（2）CAN總線結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)與RS485總線結(jié)構(gòu)類似，但是把RS485接口換成CAN控制器模塊，由CAN板卡代替RS482/RS232轉(zhuǎn)換接口。 在現(xiàn)代工業(yè)的許多測(cè)控系統(tǒng)中經(jīng)常需要搭建工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)，總線主要用于現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備和上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。RS485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求： 　≥12kΩ 　177。也就是目前常用的RS485總線與最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的CAN總線。因此目前不同要求的工業(yè)所采用的網(wǎng)絡(luò)總線也不同。 第五章 垃圾發(fā)電測(cè)控系統(tǒng)的搭建 在以現(xiàn)代化自動(dòng)控制的為主今天，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)也顯得越來越重要。ATmega16與74HC595型串行并出電路使用同步串口SPI方式連接，單片機(jī)工作在主機(jī)模式，時(shí)鐘輸出端SCKHC接到74HC595的CLK引腳，數(shù)據(jù)輸出端MOSI接到74HC595的數(shù)據(jù)輸入引腳SHcp。由于一個(gè)數(shù)碼管組需要8位段碼以及4位碼總共12個(gè)引腳進(jìn)行控制，數(shù)碼管直接I/O口的話會(huì)占用太多的I/O引腳，因此本電路使用2個(gè)8位移位寄存器74HC595實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出，以此來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管組，其中數(shù)碼管顯示電路的原理圖如下圖。在短時(shí)間內(nèi)逐個(gè)掃描數(shù)碼管，使目測(cè)起來數(shù)碼管總是為點(diǎn)亮狀態(tài)。也可以通過總線送到上位機(jī)上進(jìn)行組態(tài)并顯示與參數(shù)設(shè)置。也可以通過變頻器控制電機(jī)，從而控制水泵，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，以達(dá)到控制一次風(fēng)，二次風(fēng)與鍋爐液位的增減。積分控制I對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，I?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對(duì)象的特性決定的。其中PID參數(shù)選擇的好壞對(duì)系統(tǒng)也有很大的影響。 單片機(jī)每隔固定的時(shí)間T將現(xiàn)場(chǎng)的溫度與用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度的差值帶入上面給出的增量型PID算法公式，通過單片機(jī)運(yùn)算得出輸出控制量進(jìn)而決定PWM方波的占空比，根據(jù)占空比決定加熱控制電路的運(yùn)行狀態(tài)與加熱功率。e（n）、e（n1）、e（n2）分別是第n次、第n1次、第n2次與設(shè)定值的偏差值。PWM方波的占空比由算法求得，由單片機(jī)輸出控制驅(qū)動(dòng)電路。其信號(hào)處理電路可也用RCV420的典型信號(hào)處理電路如圖（圖 42）所示。在本系統(tǒng)中由含氧量傳感器檢測(cè)爐膛內(nèi)的氧含量，經(jīng)過信號(hào)處理后送入單片機(jī)處理，并