基于PIC單片機(jī)的LNG加氣機(jī)控制器設(shè)計(jì)

高振帥+高世佳

摘 要：站在液化天然氣（LNG）加氣機(jī)存在的設(shè)計(jì)需要立場上，能夠完成相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文主要依據(jù)加氣機(jī)控制體系的具體需要，對(duì)存在的諸多功能，例如I/V專換、鍵盤操作等，筆者依據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)制定出切實(shí)可行的方案。參考提出的方案，對(duì)當(dāng)前相關(guān)硬件電路及其軟件程序做好科學(xué)的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)也制訂了相應(yīng)的硬件測試，并對(duì)該控制系統(tǒng)提出的設(shè)計(jì)做出了較好的驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：LNG；加氣機(jī)控制；單片機(jī)

隨著當(dāng)前不同地區(qū)呈現(xiàn)出來的霧霾天氣來看，人們對(duì)保護(hù)環(huán)境引起了高度重視，而致使環(huán)境出現(xiàn)污染情況的主要因素是由于汽車排放出來的大量尾氣占據(jù)了大部分比例。為了可以更好的處理該問題，人們?cè)诎l(fā)展的道路上開始尋找新型的環(huán)保型燃料，這個(gè)時(shí)候就需要將天然氣當(dāng)作無公害環(huán)保型燃料逐漸滲透到人們的眼中。而加氣機(jī)在加氣站中扮演著重要的角色，同時(shí)也是計(jì)量工具中不可或缺的一部分，其具有的控制系統(tǒng)作為加氣機(jī)的核心環(huán)節(jié)。基于此，本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析，提出合理化建議，提供給相關(guān)人士，供以借鑒。

1 LNG加氣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)機(jī)圖。

液化天然氣力加氣機(jī)主要包含了質(zhì)量流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、電磁閥、鍵盤、電源部件、顯小部分和控制系統(tǒng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們可以通過鍵盤設(shè)定密度和單價(jià)值，點(diǎn)擊預(yù)冷鍵，預(yù)冷閥門打開，預(yù)冷結(jié)束信號(hào)由采集的PT100信號(hào)控制和流量計(jì)溫度共同判斷，當(dāng)測雖溫度均小-1444攝氏度的時(shí)候，關(guān)閉預(yù)冷閥，遇冷完成。點(diǎn)擊加液鍵，加液閥門接通，加液完成狀態(tài)由流量計(jì)采集信號(hào)連續(xù)20次。小于0.01或壓力采集信號(hào)大于1.02Mpa確認(rèn)，滿足條件斷開加液閥門。在加液過程中顯示模塊能顯小加液的單價(jià)、體積和總價(jià)信息。

根據(jù)以上系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能，本拄制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)部分：以單片機(jī)為核心的前端傳感器數(shù)據(jù)采集電路、MAX485接口電路、鍵盤與顯示模塊接口電路、輸出閥接口電路以及時(shí)鐘、存諸電路。系統(tǒng)主要完成前端信號(hào)采集與判斷，當(dāng)滿足設(shè)置條件時(shí)，通過鍵盤模塊進(jìn)行預(yù)冷與加液控制，同時(shí)將加液信息進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)，通過串口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，本文重點(diǎn)論述該控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。

1.1 微控制器電路設(shè)計(jì)

選取的微控制器主要由某公司生產(chǎn)的，通過該單片機(jī)實(shí)現(xiàn)外接傳感器輸入信號(hào)采集，人機(jī)交互，負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

1.2 人機(jī)交互接口電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)中機(jī)交互部分選抒的是兩個(gè)獨(dú)立的鍵盤模塊和顯示模塊，在和控制板通訊時(shí)選用傳輸線接收器MC3487和驅(qū)動(dòng)器MCS486解決電平轉(zhuǎn)換與長距離通信問題。

鍵盤作為人機(jī)交互的輸入設(shè)備，足控制系統(tǒng)外圍電路的重要組成部分。本課題選用的集成鍵盤模塊有16個(gè)按健和一塊液晶顯示條。它只要通過6根線與單片機(jī)連接就可以實(shí)現(xiàn)各種輸入控制操作。所使用的鍵盤模塊一共有6根線，分別為由HC165才空制鍵盤按健的時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)線、串行數(shù)據(jù)鎖存線，和由CD4094芯片擰制鍵盤顯示部分的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和鎖存線。這樣我們就需要兩個(gè)MC3486芯片，其接收電路如2所示。

因?yàn)長CD呈現(xiàn)出來的部分主要是加氣機(jī)系統(tǒng)的輸出設(shè)備，而MC3487芯片具有四個(gè)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器，并且無論哪一個(gè)驅(qū)動(dòng)器都能夠和TTL兼容的進(jìn)行輸入緩沖工作。

2 軟件總體設(shè)計(jì)

對(duì)于LNG加氣機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)來說，在某種意義上和硬件設(shè)計(jì)都起到了不可或缺的作用，而軟件具備的性能會(huì)對(duì)加氣系統(tǒng)是否存在可靠性帶來直接的影響。

在該設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員使用的是模塊化設(shè)計(jì)方式，為軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)及其檢修工作帶來益處。通常情況下，系統(tǒng)軟件具有的功能包含諸多部分，例如串行通信、人機(jī)交互等。在該設(shè)計(jì)中存在以下兩種核心部分：一種是人機(jī)交互部分；另一種是數(shù)據(jù)處理模塊部分。

3 系統(tǒng)軟件的調(diào)試

3.1 顯示模塊的調(diào)試

通常使用到加液信息呈現(xiàn)出來的部分是某家公司專門設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，通過3×6位筆段式呈現(xiàn)出來。通常情況下，驅(qū)動(dòng)電壓是5V，并且存在3個(gè)接口能夠和外部進(jìn)行連接，分為以下幾個(gè)接口：第一個(gè)是串行數(shù)據(jù)輸入；第二個(gè)是串行時(shí)鐘輸入；第三是串行數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)。

就顯示模塊程序設(shè)計(jì)提出的設(shè)想而言，可以理解為是依據(jù)相關(guān)程序提前將單價(jià)及其加液量做好科學(xué)的設(shè)計(jì)，并制定出來切實(shí)可行的算法可以在加液量不斷提升的過程中，能夠?qū)︼@示出來的總價(jià)進(jìn)行計(jì)算。

3.2 鍵盤模塊的調(diào)試

鍵盤的作用是人機(jī)進(jìn)行交互的主要設(shè)備，同時(shí)也是對(duì)外圍電路進(jìn)行控制不可或缺的環(huán)節(jié)。該課題主要選擇的是一個(gè)集成鍵盤模塊，并且該鍵盤模塊由以下兩個(gè)部分一起構(gòu)成：一部分是一塊液晶顯示條；另一部分是16個(gè)按鍵。該鍵盤僅僅需要6根線就可以和單片機(jī)進(jìn)行連接，進(jìn)而可以對(duì)不同種類的控制進(jìn)行恰當(dāng)?shù)牟僮鳌?/p>

相關(guān)人員在對(duì)鍵盤程序進(jìn)行調(diào)整的時(shí)候依據(jù)的設(shè)計(jì)思路為，當(dāng)相關(guān)系統(tǒng)具有的液晶條呈現(xiàn)出來的數(shù)字都是0的情況下，停止2秒以后就都呈現(xiàn)出來1，那么這個(gè)時(shí)候相關(guān)人員可以采取按鍵的方法將呈現(xiàn)出來的內(nèi)容進(jìn)行改變，例如依據(jù)K1以后呈現(xiàn)出01，然后得到的相關(guān)數(shù)值呈現(xiàn)出大幅度的提升。

鍵盤模塊調(diào)試成功后，就可以將鍵盤與顯示部分組合起來，通過鍵盤來控制顯示。該部分的浪部分的軟件上電后鍵盤液晶部分顯示的都是0，停止2秒以后就都呈現(xiàn)出1的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候相關(guān)人員可以依據(jù)K2、K3、K4對(duì)單價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)了，當(dāng)單價(jià)得到設(shè)置以后就可以在相關(guān)模塊中呈現(xiàn)出單價(jià)的數(shù)值。相關(guān)人員可以通過K5、K6將加氣系統(tǒng)啟動(dòng)，顯示模塊開始的時(shí)候是從0的位置進(jìn)行計(jì)費(fèi)的，等到設(shè)定加氣量以后停止了，依據(jù)鍵K8當(dāng)作急停鍵，當(dāng)相關(guān)人員按下以后顯示模塊就不會(huì)出現(xiàn)計(jì)費(fèi)的情況。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：本文主要站在LNG加氣機(jī)的具體需要下，對(duì)PLC中存在的加氣機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)電路及其軟件程序進(jìn)行了深入探討，并對(duì)制定出的計(jì)量方案進(jìn)行了研究，從而實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。從實(shí)際運(yùn)作得到的結(jié)果可以看出，起到了預(yù)設(shè)的作用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的需要。然而因?yàn)樵谠撛O(shè)計(jì)中將原型機(jī)設(shè)計(jì)完成以后，在具體使用的時(shí)候依然存在不足之處。本文主要對(duì)相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)及其軟件程序進(jìn)行論述以后，相關(guān)人員采取PIC單片機(jī)使用到加氣機(jī)控制屬于一種新的嘗試，這樣可以促使PLC單片機(jī)可以得到大力的推廣，對(duì)推動(dòng)LNG加氣機(jī)行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]趙傳偉，徐鈺琨.基于PIC單片機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].科技資訊，2009（21）.

[2]包向前，馬東會(huì).PIC單片機(jī)在汽車性能檢測設(shè)備中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2005（05）.

[3]丁晨，李榮正.行進(jìn)電動(dòng)小汽車的自動(dòng)控制[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（01）.endprint