基于AVR的實(shí)驗(yàn)加載閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　分離式液壓千斤頂在生產(chǎn)建設(shè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等各類工程結(jié)構(gòu)加載工作中具有廣泛的用途。

　　該設(shè)備一般由電動高壓油泵+壓(拉)千斤頂組成，本文論及的加載系統(tǒng)規(guī)格如表1所示。

　　油泵電機(jī)直接帶動泵軸旋轉(zhuǎn)，柱塞作往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)油閥／排油閥工作，液壓油通過高壓油管進(jìn)入千斤頂。用戶可通過泵站上的手柄，人工轉(zhuǎn)動泵內(nèi)卸荷閥處于不同位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加載／卸載、推力／拉力及加載速率和穩(wěn)壓作業(yè)。

　　在對力和位移數(shù)值或穩(wěn)壓時間等精度要求較高的科研實(shí)驗(yàn)加載場合，顯然這種僅靠手工操作的方式難以勝任。給該設(shè)備增設(shè)電腦測控系統(tǒng)就成為一項(xiàng)與時俱進(jìn)的技術(shù)革新，也是提高此類設(shè)備性價比的最佳方案。

　　1 下位機(jī)

　　由ATmega128構(gòu)成下位機(jī)控制核心(見圖1)，其主要是對各通道放大模塊傳入的工作信號進(jìn)行A／D變換，并根據(jù)上位機(jī)的指令驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制執(zhí)行系統(tǒng)的工作目的。

　　1．1 數(shù)據(jù)采集

　　力和位移信號的測試由電阻應(yīng)變計(jì)組成的電橋傳感器完成，信號放大器采用AMP1型放大模塊。此兩者間的適當(dāng)匹配對單片機(jī)能否順利執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作至關(guān)重要。技術(shù)關(guān)鍵是對電橋平衡的調(diào)控。信號進(jìn)入單片機(jī)后，若有少量的偏移電壓可通過軟件作些補(bǔ)償，若偏移量過大會造成此通道無法工作。因此有必要在放大模塊的前端，用電位器把偏移較大的模擬信號調(diào)整過來。調(diào)零電路如圖2所示。

　　1．2 設(shè)備控制

　　油泵手柄的轉(zhuǎn)動，以電動替代手動是設(shè)備控制的技術(shù)關(guān)鍵。把手柄板固定在轉(zhuǎn)軸上，板上布置若干位置電極點(diǎn)，用步進(jìn)電機(jī)加齒輪傳動可以解決感知和移動手柄位置的問題，如圖3所示。

　　單片機(jī)Mega128的PWM、時鐘和正反轉(zhuǎn)信號，通過光耦進(jìn)入L297，產(chǎn)生相序信號，經(jīng)由L298N的全橋驅(qū)動，使得步進(jìn)電機(jī)按單片機(jī)控制帶動齒輪一起轉(zhuǎn)動。驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)電路圖如圖4所示。

　　1．3 A／D及串口通信

　　在串口0初始化編程中，ICCAVR用代碼UCSROB=(1<

　　2 上位機(jī)編程

　　上位機(jī)用VB編程。主要有窗體布局，數(shù)據(jù)通信和處理，穩(wěn)壓功能等。

　　2．1 窗體布局

　　考慮到實(shí)際應(yīng)用的需要，在作上位機(jī)設(shè)計(jì)時，系統(tǒng)窗體界面布局盡量做到簡單、直觀，一目了然。在編程中特別突出參數(shù)標(biāo)定過程和測試數(shù)據(jù)與大型應(yīng)用軟件的無縫鏈接。如圖5所示。

　　2．2 數(shù)據(jù)通信和處理

　　對通信控件MSComm設(shè)置：

　　由于InByte()為動態(tài)數(shù)組，其中InByte(0)=1和InByte(3)=2定為力和位移兩組數(shù)據(jù)編號。為防意外引起上／下位機(jī)數(shù)據(jù)不同步，對下位機(jī)發(fā)送到接收緩沖器的數(shù)據(jù)必須再確認(rèn)：

　　這6個字節(jié)為兩組數(shù)據(jù)：

　　對于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。若等于或大于上限值，手柄回到3#位(停／穩(wěn)壓)。為防傳感器數(shù)據(jù)在臨界點(diǎn)附近徘徊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)．編程時應(yīng)考慮跳出黏著。

　　利用電腦系統(tǒng)時鐘實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓延時功能。

　　3 結(jié)束語

　　AVR單片機(jī)的內(nèi)設(shè)10位ADC功能使得下位機(jī)的A／D變換電路設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡單易行。增加電橋調(diào)零電路后AMP1放大模塊才有較寬調(diào)節(jié)范圍。實(shí)際使用中由于各廠家液壓系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造及制作工藝的差別，按全自動手柄板定位控制欠佳時，可由單片機(jī)I／O端口直接控制固態(tài)繼電器，繼而控制油泵電機(jī)。同樣可以獲取較好的工作效果。