采用ADUC841的旋风预热器教研平台的方案设计

　　2.2信号采集放大电路

　　采用恒流源驱动，首先采用仪表放大器AD620放大传感器来的信号。四集成运放合一的LM324，组成常规正向电压放大和跟随电路，用于检测信号的放大、整形。由于ADUC841内集成有12-bit的ADC缺省与P1端口连接，故将放大整形后的检测信号直接连接到P1口即实现了模拟量检测信号的读入。在单片机内将所采集的检测信号变为数字量并做若干量纲变化后，从其TXD/RXD口输出。

　　其信号首先通过MAX232将TTL电平装换为RS232电平，继而通过系统串口与上位计算机间的串口相连。实现将所采集的各个传感器的信号上传到PC机，数字电源与模拟电源分别采用7805稳压并在输出电容处并有发光二极管作为电源指示用。

　　2．3可控硅控制电路

　　可控硅控制板由三部分组成：1.计数振荡生成电路；2.同步检测电路；3.可控硅控制电路。计数振荡生成电路采用16.384MHz的有源晶振作为计数脉冲振荡源，并用74LS14施密特触发器对其进行整形[7]，经计数器74LS90十分频和CD4020六十四分频后，得到频率为25.6kHz的振荡脉冲给CD4516的CP端进行计数[7]。

　　同步检测电路采用一个220V/15V的变压器得到15V的交流电，然后对其进行全波整流，再通过光电耦合器TIL113等组成的同步电路，得到与正弦信号的真实过零点同步的脉冲序列，作为可控硅的同步信号，送可预置计数器CD4516的预置端PE。

　　系统中采用两片CD4516级联组成的8位二进制加法计数器对频率为25.6kHz的振荡脉冲计数。由于计数脉冲频率为25.6kHz，因此理论上在180度应该有25600/(2*500)=256个计数脉冲；相位分辨率为180/256=0.7度。这样使可控硅全导通的数值对应为FFH(十进制数255)；使可控硅关断的数值对应为0。显然若希望可控硅从θ角开始导通，则计数器需要计θ*256/180取整个脉冲。

AT89C2052接收到上位机从串口传来的控制信号(0-255对应期望导通角),将其转化为一个八位二进制数后通过其P1口分送到两个CD4516的预置数端。正弦波过零点时，同步的脉冲为1输入到CD4516的预置端PE，将预置数值写入CD4516。正弦波过零点后，同步的脉冲为0，CD4516开始脉冲计数。当计数到达预设值时它的CO端输出负脉冲，经驱动器7407后送给光电耦合器MOC3020的脚2，来触发可控硅G极，导通可控硅来驱动电机。这样通过控制双向可控硅的导通角对风机的输入电压进行了控制，从而得到不同的电机转数进而得到预设的风量。
　3上位机管理系统

　　上位机管理系统由前段界面与后台数据库组成常规C/S系统。同时包含有通讯处理程序通过串口与单片机系统进行数据交互。

　　技术上主要使用VB的MsComm控件[10]将上位机的控制指令发往AT89c2051,同时将ADU841送来的检测数据信号读入。此处的难点是串口通讯程序与数据库存储程序之间的配合，经过多次测试后采用了环形链表缓冲区方案。即串口通讯程序在响应ComEvReceive事件[8]中将单片机传来数据的写入环形链表(节点同时标记时间戳)数据区尾部。同时定时器周期触发存储事件，通过ADO将环形链表数据区头部一定数量的节点数据写入到SQLServer2000数据库中的表，成功存入后清空其节点内容为串口程序写入新的上传数据腾出空间。见图4环形链表运行示意图。通过合理设置环形链表节点数、波特率和定时器事件间隔时间，使得在缓冲区内写入和读出清除两种操作的平均吞吐率保持一致即可。这样可以实现程序的高效运行，同时固定的缓冲储存区的方案较动态数组开辟空间方案更加稳定。

　　前端界面上用户可直接选择设置端口数据，显示感兴趣的信号数据并对风机等装置进行控制。为了数据检索显示方便数据库中分别建有不同测试信号的视图和常规处理存储过程。从而实现相关数据的显示、回放和分析。

　　空数据区准备数据写入

　　4相关教研成果

　　基于本教研平台，已开展了多批次的开放性试验。设计和正在进行的有：传感器数值显示和保护电路、串口改USB口通讯软硬件设计及实现，数据库数据常规统计存储过程实现等。同时亦有学生接合该平台进行研究来完成硕士论文，进行流量温度tpye2型模糊控制系统、基于ARM的旋风预热器触摸屏人机界面系统[5][6]设计工作等。同学们普遍反映通过参与该平台的相关开放性试验和研究，加深了对所学知识的理解，易于掌握所学技能。

　　5结论

　　本文作者创新点在：基于现场工程对象，经过简化革新设计自制出旋风预热器教研平台。整个系统涵盖数据采集，控制调速、数据存储分析等一个整套功能和流程，具有典型性和开放性。

　　实践结果表明，其上进行探索性的综合性开放试验，较之传统教学的验证性试验，能更好地培养了学生的综合能力和实践能力。同时由于模型的不明确性和复杂性，对于老师和研究生而言亦是一个很好的平台去开展基于空间复杂对象的控制策略研究。