基于單片機的多參數控制儀的設計

摘 要：隨著科學技術的發展，工業生產線中對設備的要求也越來越高，單片機的多參數控制儀的出現無疑為其做出巨大的貢獻。該控制儀是由控制器、單片機以及多路并聯分時控制電路組成的一種基于單片機的多參數控制儀。下面本文就以控制儀在試驗裝置中的系統為例，來分析系統的多路并聯分時控制電路的原理及設計方法，并給出設計的選取，為基于單片機的多參數控制的設計和應用提供參考。

關鍵詞：單片機；多參數；控制儀；多路并聯分時控制電路

中圖分類號：TP368.1

隨著現代工業的發展，在工業自動化生產線中，要求控制儀具備精度高、耗能低、可調范圍寬以及數字顯示直觀等特點?；趩纹瑱C的控制方式具有機器操作容易、使用簡便的性能。于是很多單位便采用了單片機的控制方式，進行了多參數控制儀的研究。該控制儀由控制器、單片機以及多路并聯分時控制電路組成，下面本文就從它的設計原理、電路設計方法及實例來分析如何提出多路并聯分時控制電路、多路信號控制等電力控制方法。

1 多參數控制儀的設計分析

在目前工程控制中，主要使用PLC可編程多參數控制、電路實現多參數控制以及單片機多參數控制等控制方法。但是，由于PLC可編程多參數控制參數多，更適用于大型的工業自動化系統，電路實現多參數控制方法調試不方便而不容易實現所需控制。因此，對于一般小型系統的控制，基于單片機的多參數控制的方法使用更為廣泛、方便，尤其是順序并聯電路控制。

1.1 控制儀的設計指標：（1）控制對象：單路、雙路、多路并聯式控制或串聯式控制。（2）控制信號：方波信號、電壓信號。（3）控制時間：0.01s-100min。（4）定時器：高精度的數字式控制器。

1.2 高精度數字式控制器?；趩纹瑱C的多參數控制儀的組成有單片機控制器，分析了在控制部分時單片機的定時器運作方式，如圖1所示。

1.3 控制儀的功能。為了實現多路分時控制，采用多路并聯分時控制電路以單片機MCS-51為例來設計基于單片機的多參數控制儀，根據分析研究，該控制儀所需具備的功能有：（1）多路并聯性：多個任務能通過各自的終端達到并聯分時控制，以實現可以同時使用一個系統來完成任務。（2）獨立性：在整個控制儀系統運行的過程中，當多個任務能同時使用一個CPU完成任務的同時，還能保證各自之間運行操作的獨立性，即互不影響，各自完成任務。（3）迅速性：當工作時間開始控制儀給出任務后，系統能夠在允許的時間迅速接收到任務，并給出及時的響應和處理。（4）廣泛性：能夠廣泛應用于各個領域，如電力、水力、溫度的控制，甚至家用電器、汽車等工業制造的運用中。如基于單片機的控制儀投入到相機的使用，針對儀器使用現場干擾強烈的特點，該控制儀以51單片機為核心來控制主機通訊，實現了相機的遠程控制。

2 多參數控制儀的運用

由于多參數控制儀的運用領域廣泛，其在不同的地方，原理和功能也不盡相同，本文以動加載試驗裝置系統為例進行分析說明基于單片機的多參數控制儀的原理及設計方法，如圖2所示。（1）多路信號控制系統組成：電源、多路控制器、單片機定時器。（2）控制原理：根據控制工作方式需求，其控制對象可以是單路式、雙路式或多路并聯式，控制時間在0.01s-100min之間任意確定?？刂破鳛楦呔葦底质娇刂破?，在輸入信號時，也根據實際要求選用，一種為可利用電壓信號輸入控制，一種為可利用計算及自動程序輸出信號。當設定了控制工作時間后，各路工作狀態自動關閉，一旦輸入信號，就會在控制信號的作用下4路同時接收到信號并開始分別有序工作。（3）運行過程：根據如圖2所示設計多路并聯控制電路，當接收到控制信號時，第1路充氣系統開始工作，當所設定的工作時間t1、t2結束后，第1路工作系統便會自然關閉，第2路穩壓控制系統開始工作，當設定的時間t3、t4結束后，第2路系統便會自然關閉，以此順序，第3路減壓系統會接著工作，然后在一定的壓強下，第4路穩壓系統才會工作，時間結束后，系統自動關閉，停止工作。

通過對動加載試驗裝置系統工作的研究得出，基于單片機的多參數控制的控制儀操作簡單，功能齊全，將其擴展到不同的領域也顯得更有意義。

3 多參數控制儀的現狀及發展

目前，我國在多參數控制儀的設計雖然有諸多研究，但還尚未成熟，存在以下問題：（1）多參數的建模技術：通過研究可以用敏感度分析技術來控制相互受影響的設計變量，但對于大部分的多參數工程，還存在著復雜的交叉耦合的問題無法解決，導致不能很好地設計變量間的耦合性。（2）多參數的變量多：由于通常參數提取不唯一，導致難以確定模型間的空間對應關系，而降低了優化的效率。（3）設計變量離散：由于參數多、變量離散，導致近似模型的精度降低，以致優化結果的可靠性難以保證。

雖然在多參數控制儀的發展領域還有很多亟需解決的問題，但只要從控制儀的原理加以改進，基于單片機的多參數控制儀將會被應用在各個領域。目前主流的多參數優化策略有敏感度分析、空間縮減技術以及空間映射技術。在設計基于單片機的所參數控制儀時，可通過這些技術對其不足進行改正。

4 結束語

綜上所述，基于單片機的多參數控制儀，它具備新穎的電路設計，特別的結構以及齊全的功能；而且具備精度高、功耗低、可調范圍寬數字顯示直觀、時間設定操作簡單以及控制時間可調范圍寬等特點。在實際的工業設計中，其設計技術指標、穩定性、控制精度、獨立性以及迅速性，均滿足了現代工業對設備需求的不同使用要求。當然，為增加其控制通道數，擴展其使用功能，該控制儀可以根據工程的需求進行二次開發，在提高自動化設備工作效率、降低控制系統成本等方面發揮巨大作用。因此，研究基于單片機的多參數控制儀是極其有意義的。

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作者簡介：路士兵（1978-），男，河北南宮人，教師，講師，碩士學位，研究方向：計算機軟件工程。

作者單位：公安海警學院 電子技術系，浙江寧波 315801