基于串行口通信的微机过程控制系统设计

《基于串行口通信的微机过程控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于串行口通信的微机过程控制系统设计赖申江（上海应用技术学院上海市200233LaiShen_jiang@163.com）摘要：本文介绍了基于串行通信微机过程控制系统的工作原理和实现方法，并给出了系统硬件原理图和部分应用软件。关键词：过程控制串行通信硬件软件引言与常规控制系统相比，微机过程控制系统由于其控制方式灵活，可靠性高，因而得到了广泛的应用。从系统结构层次考虑，构成微机过程控制系统有多种方式，但系统间信息传输不外乎并行和串行两种总线方式。文主介绍的微机过程控制系统，采用标准化总线，基于RS—232C串行接口标准实现主机和通道间

2、数据传输，能以很低的硬件成本，实现中小规模对象生产过程的计算机控制。实现方案微机过程控制系统由过程装置、测控通道及上位监控微机三部分组成。过程装置内可以是单独的对象，也可以是综合了液位、温度和流量等参数的复杂对象。测控通道是一个以89C52微处理器为核心的单片机系统。上位监控微机为工控机，如现场工作环境要求不高，也可用通用微机。用户通过微机进行系统组态和设定，对控制参数进行整定，实现多种常规控制，并能观察记录各种实时曲线及历史曲线。1、测控通道测控通道电气原理图如图1所示。输入通道有8路模拟量输入、8路数字量输入及1路脉冲计数（或频

3、率）输入，输出通道有4路模拟量输出及4路数字量输出。5图中，0～5V的标准信号接到芯片TLC1543的输入端，经A/D转换后送到单片机，单片机将实时信号通过串行口送至上位监控微机，同时也接收上位机发出的控制信号，并将控制量输出到D/A芯片TLC5620，经D/A转换、放大后再驱动执行机构。（如调节阀、变频器、可控调压装置等）。ADC芯片为TIC1543，它是具有串行控制及11路模拟量输入的10位AD转换器。TIC1543有三个输入，一个3态片选输出（CS），输入/输出时钟，地址输入和数据输出，它提供了一个与主机串行口直接的4线接口，

4、允许与主机间进行高速数据传输。此外，它还有一个片内多路复用器，它能选择11路模拟输入或三个内部自检电压。采样保持功能是自动的。A/D转换结束，EOC变高表示转换已经完成。D/A芯片为TLC5620，它是电压输出型DA转换器。系统复位及监控电路采用可编程X5045芯片来实现，它具有看门狗定时器、电压监控和EEPROM三种功能，这种组合降低了系统的成本并节省了电路板空间。芯片内部状态寄存器的WD1、WD0是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令WRSR修改这2个标志位，就能在200ms、600ms或1.4s中选择一个作为超时时间。当系统

5、故障时，在选定的超时时间（TimeoutInterval）之后，X5045的看门狗将以RESET信号作出响应。同时，利用X5045对低Vcc检测电路，可以保护系统使之免受低压的影响。当Vcc降到最小Vcc转换点以下时，系统复位，复位一直到Vcc返回规定值稳定为止。由于过程控制系统面向多种对象，为适应不同的量程并尽可能减少非线性误差，上位机应用软件可对各通道进行标定，标定结束后将标定值送至下位机并存放在X5045。X5045芯片内含512字节存储单元，它设计了多种保护方式防止误写。通过对状态寄存器的BL1、BL0位的设置，可以选择对不

6、同的存储区域进行写保护，从而确保测控通道的精度和数据安全。主机和通道间通信基于RS—232C串行通信实现数据传输，图中，单片机串口引脚TXD、RXD与芯片MAX202E相连接，MAX202E是RS232C收发器,它内部有电荷泵电压变换器,可将+5V电源变换成RS-232所需的±10V电压，因而只需用单一的+5V电源。数字量输入输出用74HC573和74HC574芯片作为数据锁存器。输出锁存的信号加在ULN2003A的输入端。ULN2003A芯片由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，

7、带负载能力强（输出电流大于500mA），这里用了4组，用来为输出继电器线圈提供驱动电流。系统上电先进行初始化工作，包括清RAM、设置堆栈指针、设置相关的寄存器及标志位，然后立即进入监控主程序。主程序的任务是定时采集通道数据并循环检测通信标志位，若有串行口中断，则解释微机发来的命令控制字、接收并输出控制信号。通道软件用C51编写，由于采用常用芯片和典型线路，本文不再进一步详细叙述。2、应用软件上位机应用软件在WINDOWS操作系统平台下用VB开发，软件设计的着重点是系统的通用性、实时性、可靠性和可操作性。从通用性考虑，希望能在测控通道

8、及串行通信的基础上，对不同的对象，不改动硬件，能实现具有多种调节规律的过程控制系统组态。为了实现这一功能，软件提供了一个灵活的操作界面，用户可以根据需要，自行设置对象、调节规律及参数，可以选择输入输出通道。由于不同的对象有不同的静态及