基于C8051F020的智能气动泵控制系统的设计

　　3.系统的硬件设计

　　系统的硬件设计采用模块式结构，结构紧凑，有利于调试和维护。系统硬件电路设计包括四大部分：单片机核心控制模块、气体流量检测模块、液晶显示模块、控制执行模块和通信模块。

　　3.1单片机核心控制模块

　　单片机核心控制模块的设计主要包括C8051F020单片机的最小系统、键盘及液晶显示电路的设计。其中，AIN0.0和AIN0.1作为气体流量采样的输入端；P0.0和P0.1为通信提供输入/输出信号；P1口作为键盘引出端；P6口和P5口的部分引脚作为液晶的数据口和控制口；P2.4和P2.5分别作为可执行机构1和2的控制信号输出端。CGM12864B点阵液晶显示屏是由2片带控制器的列驱动电路KS0108和1片行驱动电路KS0107组成主要的硬件电路。显示方面由1片128×64像素的液晶片组成。KS0108将显示区分为左右半屏，整个屏从上到下64行分为8页，每页8行。其液晶显示电路如图2所示。

图2 液晶显示电路图

　　3.2气体流量检测模块

　　该模块主要由气体流量传感器、整形放大电路、多路开关和A/D转换器转换电路等组成。主要完成将传感器检测到的与气体流量相对应的模拟量作整形放大，变成C8051F020单片机能接收的数字量。

　　被测气体在规定的流量、压力范围内通过流量计时，其瞬时容积流量Qi为

Qi=N/ξi (1)

　　式中，N为1s内输出的脉冲数；ξi为流量计系数。

　　检测气体流量时，CPU内部定时器/计数器CTC1不断采样流量计输出的脉冲数，并通过硬件中断每秒对测得的流量运算一次，求得被测气体的瞬时容积流量Qi和累计容积流量Qv。

　　3.3 控制执行模块

　　控制执行模块主要作用是对外部辅助设备进行控制，如空气压缩机。本系统的外部电路接口，通过一个三极管电路，可以方便的与外部电路连接，单片机控制外部继电器电路图如图3所示。

图3 继电器电路图

　　3.4通信模块

　　为实现单片机与上位机之间长距离有效数据通信，通信模块采用MAX485芯片，利用RS485标准设计，配置P0口的P0.0和P0.1为TX0和RX0引脚，与MAX485的RO和DI相连，由于微机串口利用RS232标准，单片机串口输出为TTL标准，必须实现标准信号间的转换。电路设计如图4所示。

图4 RS485通信电路图

　　3.5.气体流量控制

　　在气体流量测量的基础上，给定值和实际测得的瞬时流量进行比较后算出偏差，然后对气体流量进行调节。由于气体流量系统的精确数学模型很难获得，而模糊控制算法具有人的智能思维、适应性好、鲁棒性强等特点，正适用于这类系统。因此，采用模糊控制算法对气体流量进行自动控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框图如图5所示。

图5 模糊控制器框图