基于單片機(jī)的布袋除塵器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

IDesignofControlSystemofClothBagDusterBasedonSingleChipMicrocomputerAbstract:Morethan99.9%ofthedustremovalefficiencymakesthebagpulsedustremoveranefficientdustremover,whichhasbeensuccessfullyfavoredbythemarket.Atpresent,thebagpulsedustremoveriswidelyusedinthedustremovalfieldinvariousfactories.Asakindofefficientdustremovalequipment,withadvancedtechnologytooperatestableandreliableeconomiceffectshighmarketcompetitiveness.Theintelligentcontrolofdustremovalsystemisoftheutmostimportance.TheSTM32clothbagdustremovalcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputerisoneofthem.Accordingtotherelateddata,thecontrolsystemisdesignedasawhole,whichconsistsoffoursubsystemstocontrolamastersystem,whichcancontrolthesysteminvarioussituationsandsetupparametersaccordingtodifferentrequirements.The32-bitSTM32F107microcomputerisusedasthemainchiptocontrolvariousswitchingcircuits,detectioncircuitsandcommunicationequipment.ThesoftwarepartisdevelopedinClanguageonMNKplatform,whichmainlyprogramsthemainprogramandeachsubprogram.Keywords:bagtypepulsedustcollector;Dustremovalcontrol;STM32F107;Embeddedsystem第15頁(yè)共=NUMPAGES33-627頁(yè)1.緒論1.1課題背景及意義隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，大量的工業(yè)廢水被排放至環(huán)境中，然而其處理方式不當(dāng)，導(dǎo)致對(duì)空氣的污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。在我國(guó)北方地區(qū)，由于工業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)速度較快，導(dǎo)致大氣污染日益嚴(yán)重，人們呼吸到的空氣質(zhì)量越來(lái)越差，這不僅影響了人體健康，還威脅著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。特別是在江蘇、河北等重工業(yè)聚集區(qū)，常年籠罩著濃重的灰霾，這是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。。為了治理大氣污染問(wèn)題，當(dāng)?shù)卣扇×艘幌盗蟹e極措施，包括升級(jí)和優(yōu)化環(huán)保設(shè)備、加強(qiáng)污染治理、關(guān)閉煙氣排放不符合標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)等。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量有所改善。然而，盡管已經(jīng)采取了一系列措施，但大氣污染問(wèn)題仍未得到有效緩解，近年來(lái)，除北京外，北方地區(qū)仍然頻繁出現(xiàn)廣泛的霧霾現(xiàn)象。為了有效地治理大氣污染，需要通過(guò)優(yōu)化工業(yè)布局，強(qiáng)化綠化，強(qiáng)化居住區(qū)污染源管理，控制燃煤排放污染，強(qiáng)化除塵工藝完善，推行區(qū)域集中供暖供熱和強(qiáng)化交通運(yùn)輸工具廢氣處理等系列措施。通過(guò)這些措施可以很好地減少污染物排放量。與此同時(shí)，政府還出臺(tái)了《2021-2022年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)方案》及其他相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策措施，以期在2025年前將地級(jí)以上城市PM2.5濃度降低10%，使空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)達(dá)87.5%。布袋式除塵器是七十年代傳入國(guó)內(nèi)的干式濾塵設(shè)備。近幾年袋式除塵技術(shù)發(fā)展迅速，新的除塵器不僅擁有長(zhǎng)的工作壽命，除塵效率比傳統(tǒng)的更高，更具有高通用性，能適應(yīng)不同氣體的過(guò)濾。布袋除塵器的關(guān)鍵技術(shù)提升讓其在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳本，越來(lái)越多的工廠投入使用。1.2布袋脈沖除塵器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀雷納哈爾（T.V.Renauer）在1957年發(fā)明了一種名為布袋除塵器技術(shù)，該技術(shù)在袋濾效能方面實(shí)現(xiàn)了一次革命性的突破，為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了革命性的變革。從此布袋除塵器作為一種高效除塵設(shè)備迅速發(fā)展起來(lái)。1966年，北京農(nóng)藥一廠開(kāi)始引進(jìn)英國(guó)制造的馬克派爾型布袋脈沖除塵器，這一舉措標(biāo)志著中國(guó)正式開(kāi)始采用袋式除塵器技術(shù)。七十年代初期我國(guó)相繼研制出一些不同結(jié)構(gòu)類型和性能特點(diǎn)的除塵器。在1988年，我國(guó)成功試制出第一臺(tái)脈沖式布袋除塵器，該除塵器是基于富春江冶煉廠所擁有的煉銅煙氣處理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。雖然袋式除塵器已在市場(chǎng)上投入多年，但其發(fā)展歷程緩慢而復(fù)雜，其組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單樸素，僅由一些簡(jiǎn)陋的材料構(gòu)成。由于其造價(jià)低廉，使用時(shí)又很方便，所以至今仍被廣泛采用著。該物品的過(guò)濾袋采用了粗布、粗花尼和紗布等材料，經(jīng)過(guò)精心制作，形成了一排小方格的袋子。這種簡(jiǎn)易布袋除塵器雖然能夠達(dá)到很好的除塵效果，但其運(yùn)行成本較高，維護(hù)也不方便。早期的除塵器設(shè)計(jì)缺乏靈活性，在某些位置，特別是在排風(fēng)量較大的區(qū)域，甚至采用磚砌成的排風(fēng)管和簡(jiǎn)單掛袋的房子濾室來(lái)實(shí)現(xiàn)除塵效果。這樣做不僅耗費(fèi)大量的人力還浪費(fèi)許多時(shí)間，并且容易出現(xiàn)問(wèn)題。以往，對(duì)于簡(jiǎn)單的除塵清灰，一直采用人工敲打的方式，而手動(dòng)清灰則需要嚴(yán)格按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用電動(dòng)清灰器。由于清理粉塵顆粒的方式過(guò)于簡(jiǎn)單，有時(shí)會(huì)殘留一些微小的顆粒，因此需要按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行拆卸和處理，這增加了工作量。另外也容易出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象使灰塵進(jìn)入到空氣中影響工人身體健康。若不對(duì)濾袋進(jìn)行適當(dāng)處理，其堆積和破壞將導(dǎo)致其使用壽命縮短，經(jīng)濟(jì)消耗加速，從而無(wú)法滿足工作需求。隨著幾十年來(lái)科技的不斷進(jìn)步，除塵技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍，各種高效的除塵設(shè)備相繼問(wèn)世。從早期的機(jī)械除塵到現(xiàn)在的袋式除塵、濕式除塵以及靜電除塵，在這一過(guò)程中人們不斷地探索，使之不斷完善，并形成一個(gè)龐大而復(fù)雜的體系。各種除塵設(shè)備，如重力除塵器、慣性除塵器和干式電除塵器等，均可適用于不同的工作環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)對(duì)含塵氣體的高效去除。在眾多除塵技術(shù)中，布袋除塵器因其高效節(jié)能被廣泛應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的布袋除塵器，還有幾種創(chuàng)新的除塵方式可供選擇，包括振打、反吹和脈沖清灰。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)粉塵排放要求更嚴(yán)格，對(duì)除塵器本身結(jié)構(gòu)也提出更高要求。除塵器的整體結(jié)構(gòu)和過(guò)濾材料也經(jīng)歷了相應(yīng)的演變。布袋除塵器在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在化工、冶金、煤炭、電力以及石油行業(yè)中應(yīng)用廣泛。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，各類工廠的興建和廢氣排放量的急劇增加，對(duì)除塵設(shè)備的需求也隨之增加，因此，布袋式脈沖除塵器開(kāi)始蓬勃發(fā)展，尤其是脈沖除塵清灰技術(shù)的廣泛應(yīng)用，更是推動(dòng)了其跨越式的進(jìn)步。布袋除塵器在我國(guó)的使用范圍逐漸擴(kuò)大，并且已經(jīng)成為我國(guó)工業(yè)中不可或缺的重要部分之一。如今，隨著科技的不斷進(jìn)步，布袋除塵器的規(guī)格和類型變得越來(lái)越多樣化，自動(dòng)化水平也越來(lái)越高，以適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境。新型布袋式除塵器使用的是一種全新理念，將傳統(tǒng)的脈沖除塵改為袋式過(guò)濾，使得除塵效率大大提高，降低粉塵污染程度，減少能源浪費(fèi)。人機(jī)交互的新除塵方式實(shí)現(xiàn)了工作流程的簡(jiǎn)化和資源的高效利用，為工作帶來(lái)了更為便捷的體驗(yàn)。隨著人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，布袋式除塵器被廣泛地使用。在大中型鋼廠、鋁制廠和電廠中，布袋式除塵器的使用率顯著高于其他類型的除塵器，成為歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的主要設(shè)備之一。1.3論文設(shè)計(jì)主要內(nèi)容STM32F107單片機(jī)被應(yīng)用于本次除塵控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵器的精準(zhǔn)控制。本控制系統(tǒng)主要完成除塵清灰的自動(dòng)化控制，故障診斷及報(bào)警，電機(jī)變頻調(diào)速控制以及數(shù)據(jù)分析及實(shí)時(shí)監(jiān)控等多項(xiàng)功能，為電力系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。通過(guò)上位機(jī)可以隨時(shí)了解除塵器運(yùn)行狀況，從而及時(shí)地做出正確的決策并采取相應(yīng)措施，提高除塵效率，降低能耗。該控制系統(tǒng)具備高度的可編程性和可擴(kuò)展性，集成了多種功能，同時(shí)價(jià)格親民。本文首先簡(jiǎn)要說(shuō)明了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并給出硬件電路圖，最后根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。在軟件部分，我使用MDK-ARM軟件編程完成總系統(tǒng)程序與各子出現(xiàn)的編寫(xiě)工作；而在硬件部分，我們則完成了對(duì)各集成電路的繪畫(huà)，以及對(duì)硬件選擇功能的詳細(xì)介紹。在第一部分中，我們?cè)敿?xì)探討了本次設(shè)計(jì)的歷史背景以及國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀。在第二部分中，我們對(duì)工作流程進(jìn)行了深入分析，并對(duì)總體控制方案進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)各個(gè)控制方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。在第三部分中，我們對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳盡的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并對(duì)其電路進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)和深入的分析。在第四部分中，我們深入探討了軟件編寫(xiě)的歷史背景，詳細(xì)闡述了主程序和各子程序的軟件編程方法，并對(duì)它們的作用進(jìn)行了充分的說(shuō)明。2.過(guò)程分析及總體控制方案設(shè)計(jì)2.1脈沖式除塵器的基本原理2.1.1結(jié)構(gòu)組成概述袋式除塵器為箱體結(jié)構(gòu)，主要由桁架、中央箱體、上部箱體、卸灰桶、噴吹裝置、過(guò)濾袋、進(jìn)出口通風(fēng)管和單片機(jī)控制系統(tǒng)等8個(gè)部分構(gòu)成。目前，脈沖式除塵器已成為廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的一種高效粉塵廢氣處理設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在原有布袋除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，形成了一種全新的脈沖袋式除塵器。脈沖式除塵器問(wèn)世后，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用并持續(xù)改進(jìn)，其凈化氣體和清掃灰塵的能力得到了大力開(kāi)發(fā)，從而使其具備了除塵量大、占地面積小、凈化效率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修量小等優(yōu)點(diǎn)。脈沖式除塵器是以空氣為介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾和捕集粉塵的高效除塵器。超過(guò)99%的除塵效率得以實(shí)現(xiàn)。在我國(guó)已經(jīng)有很多單位和部門應(yīng)用于生產(chǎn)中。在工作運(yùn)行時(shí),灰塵氣體,包括通過(guò)進(jìn)氣道進(jìn)入灰塵轉(zhuǎn)儲(chǔ),卸灰桶底部容納著粗大的灰塵顆粒，它們隨著氣流向上流動(dòng)，最終進(jìn)入中、下箱體。其中，粉塵進(jìn)入濾袋，而灰塵則在過(guò)濾袋外表面堆積，過(guò)濾后的氣體則從上部箱體流入清潔氣體集合管（排風(fēng)管）中，經(jīng)風(fēng)扇吹出排到大氣中。2.1.2技術(shù)特點(diǎn)清灰量大，排放量少，工藝流程簡(jiǎn)單。該袋口采用嵌入式技術(shù)，具有出色的除塵效果。這款32個(gè)脈沖閥展現(xiàn)出了卓越的除塵能力，其操作速度之快令人驚嘆。該系統(tǒng)支持微型計(jì)算機(jī)控制，可輕松調(diào)節(jié)和調(diào)整各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。濾袋的使用壽命長(zhǎng)達(dá)2年以上可以進(jìn)行拆卸清理維修。2.1.3基本工作原理包括灰塵氣體在內(nèi)，通過(guò)灰斗(或下面寬敞的開(kāi)式成套設(shè)備)進(jìn)入過(guò)濾室，比較粗的粒子會(huì)落在卸灰室中?；覊m氣體通過(guò)過(guò)濾袋排放到過(guò)濾袋表面，灰塵會(huì)留在過(guò)濾袋表面，干凈的氣體通過(guò)口袋進(jìn)入到清潔器室，通過(guò)風(fēng)扇排放到大氣中。過(guò)濾袋表面的灰塵不斷堆積增加,設(shè)備受到的阻力會(huì)變大,當(dāng)它達(dá)到一定值時(shí),壓差控制器或者時(shí)間繼電器就會(huì)輸出控制信號(hào),程序控制器上電開(kāi)始運(yùn)行。每一個(gè)脈沖閥按照順序開(kāi)啟,吹出壓縮空氣，清除過(guò)濾器上的灰塵，灰塵就會(huì)進(jìn)入濾袋使之膨脹起來(lái)，在逆向吹風(fēng)的作用下，貼在過(guò)濾裝置表面的灰塵會(huì)迅速脫離過(guò)濾裝置，當(dāng)灰塵落在灰塵桶（或灰塵倉(cāng)庫(kù)）內(nèi)時(shí)，所有的灰塵都會(huì)通過(guò)裝卸閥門被排出過(guò)濾裝置，從而促使灰塵向外噴射，以使除塵器恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)除塵設(shè)備在正常運(yùn)行狀況下,含有灰塵在內(nèi)的氣體會(huì)通過(guò)空氣經(jīng)過(guò)卸灰桶,氣體進(jìn)入后會(huì)變得急速膨脹使部分粗糙顆?；覊m受慣性力的作用下自然掉落到卸灰桶中,剩余的大部分細(xì)微灰塵顆粒會(huì)隨著氣流的上升進(jìn)入到袋室中進(jìn)行過(guò)濾,過(guò)濾后，殘留的微粒將在過(guò)濾袋器的外部留下。經(jīng)過(guò)凈化處理后，純凈的氣體從過(guò)濾袋內(nèi)部流入上方的機(jī)柜中，最終通過(guò)閥門孔、換風(fēng)口排出到大氣中，達(dá)到除塵清灰的效果。伴隨著除塵過(guò)濾過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行，除塵器受到的阻力也會(huì)隨著增加，當(dāng)它的阻力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，清掃控制器就會(huì)下達(dá)灰塵清掃命令，進(jìn)行清灰卸回工作。第一步關(guān)閉提升閥門，將過(guò)濾氣流進(jìn)行切斷；第二部清灰控制器發(fā)送出清灰信號(hào)命令,脈沖閥收到命令后將高壓反向氣流注入到口袋里,隨著過(guò)濾口袋迅速鼓脹的同時(shí),產(chǎn)生強(qiáng)烈的抖動(dòng)會(huì)將口袋外側(cè)上的灰塵抖落到卸灰桶中,完成清灰工作。在上述過(guò)程運(yùn)行時(shí)，所有箱區(qū)一同進(jìn)行工作互不干擾。2.2影響因素影響除塵清灰效果的因素主要有以下幾點(diǎn)：(1)噴吹氣量：?jiǎn)斡捎谶^(guò)濾袋的使用壽命和設(shè)備的正常運(yùn)行會(huì)被高壓氣體量影響到，所以在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)脈沖閥噴射出的氣體量尤為重要。適當(dāng)選擇脈沖閥門的啟動(dòng)時(shí)間，不僅能夠促進(jìn)除塵效率的提高，而且能夠節(jié)約資源和增加儲(chǔ)氣泵的效率，同時(shí)能夠降低天然氣資源的浪費(fèi)。綜合各方面的因素，脈沖閥的應(yīng)選在20ms到200ms之間打開(kāi)。(2)脈沖氣體距離：當(dāng)同一噴嘴與花板距離不一樣時(shí)，產(chǎn)生的清灰效果也不同。有的過(guò)濾室內(nèi)含有過(guò)多的氣體，會(huì)造成很大的沖擊，破壞過(guò)濾器件造成不必要的浪費(fèi)。如果過(guò)濾袋內(nèi)含有的氣體少了，去除灰塵的效率就會(huì)降低，導(dǎo)致灰塵在空氣中積聚，從而妨礙氣體的流動(dòng)。所以必須要定期清理。整體的除塵效果將受到巨大的影響，這一點(diǎn)不容忽視。2.3系統(tǒng)整體控制方案本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是能夠基于單片機(jī)的袋式脈沖除塵器控制系統(tǒng)。系統(tǒng)要能完成A/D檢測(cè)、單片機(jī)處理、主重RS-485、手動(dòng)控制和周期控制等。系統(tǒng)擁有壓差控制、周期控制、手動(dòng)控制三種控制模式來(lái)實(shí)現(xiàn)除塵器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面是該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示，本次控制的核心處理單元選用了STM32F107單片機(jī)，該單元由電平信號(hào)模塊、溫度傳感模塊、氣壓測(cè)量模塊、TFT顯示模塊和預(yù)警模塊等多個(gè)組件構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種基于脈沖式電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，并對(duì)該驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)。STM32微控制器的最大容量為32個(gè)電磁閥，以滿足脈沖閥控制所需的數(shù)量限制。在此基礎(chǔ)上還加入了聲光報(bào)警電路，當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)處理，從而保證生產(chǎn)安全。借助STM32單片機(jī)與RS-485通訊接口的連接，現(xiàn)代化車間系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，為生產(chǎn)提供了更為便捷的方式。該控制器主要完成對(duì)脈沖除塵器工作過(guò)程中各參數(shù)的采集處理以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信息。該控制器配備了一塊尺寸為4.3英寸的高清TFT顯示屏，其人性化的人機(jī)交互界面可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、機(jī)體運(yùn)行狀態(tài)顯示以及失控報(bào)警等多種功能。同時(shí)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和聲光報(bào)警功能，在發(fā)生異常情況時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。該控制器可通過(guò)監(jiān)測(cè)氣體進(jìn)口和出口的壓力，計(jì)算出壓力差值，并根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行噴吹，同時(shí)還能自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)除塵。在此基礎(chǔ)上，本文還對(duì)除塵器的主要組成部件——濾袋、脈沖反洗裝置、清灰機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供了兩種可供選擇的方案，一種是無(wú)倉(cāng)的普通結(jié)構(gòu)，另一種是分倉(cāng)的結(jié)構(gòu)。采用了高效過(guò)濾器與濾袋組合的組合式過(guò)濾裝置。該系統(tǒng)提供了三種控制模式，分別為周期性控制、壓差控制和手動(dòng)控制。具有定時(shí)、定壓、定量的功能，同時(shí)具備報(bào)警功能。在噴吹的過(guò)程中，各項(xiàng)參數(shù)均可進(jìn)行顯著的調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)脈沖清灰器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了脈沖式除塵與傳統(tǒng)布袋除塵相結(jié)合的新型高效節(jié)能環(huán)保技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型袋式除塵器。除塵器具備廣泛的應(yīng)用控制環(huán)境適應(yīng)性，操作靈活多變，且具備強(qiáng)大的編程和拓展能力。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念遵循以下準(zhǔn)則:（1）確保工作性能的穩(wěn)定性、安全性以及運(yùn)行的可靠性。（2）該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易操作、易于維護(hù)和高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特點(diǎn)。（3）為了確?，F(xiàn)場(chǎng)工業(yè)除塵系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須配備故障定位報(bào)警、事故急停、查詢調(diào)用和運(yùn)行數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以保障系統(tǒng)的安全性。（4）除塵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備手動(dòng)控制和智能除塵控制功能，能夠自動(dòng)識(shí)別并判斷除塵工作狀態(tài)，以滿足自身參數(shù)調(diào)整的要求，從而實(shí)現(xiàn)智能除塵清灰目的。結(jié)合上面所述，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示，一路輸出4—20mA直流電流信號(hào)，用來(lái)控制引風(fēng)機(jī)變頻器，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)；現(xiàn)代化車間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)兩路RS-485接口進(jìn)行通訊；除塵器的運(yùn)行阻力可以通過(guò)檢測(cè)兩路進(jìn)出口氣壓的檢測(cè)參數(shù)之差來(lái)確定；設(shè)有一條通道，用于監(jiān)測(cè)除塵主倉(cāng)室內(nèi)氣體的溫度變化。2.4除塵器各控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)為強(qiáng)化除塵系統(tǒng)的控制，將控制系統(tǒng)劃分為4個(gè)子控制系統(tǒng)來(lái)完成。即：通訊系統(tǒng)，清灰除塵控制系統(tǒng)，模擬量采集控制系統(tǒng)以及故障診斷報(bào)警系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示圖2.3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.4.1通訊系統(tǒng)為了為強(qiáng)化除塵控制器與主控室之間的聯(lián)系，我們使用了如圖2.4所示通信距離可達(dá)數(shù)公里的主、從雙RS-485通信接口。如圖2.4所示。通過(guò)該裝置與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從而完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間信息交互及數(shù)據(jù)處理。485實(shí)現(xiàn)了差分接收和平衡發(fā)送兩種工作模式，從而賦予了其抑制共模干擾功能，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，由于該接口在現(xiàn)場(chǎng)安裝方便且價(jià)格低廉，因此被廣泛運(yùn)用到了工業(yè)控制領(lǐng)域。該種通信方式能夠適應(yīng)除塵工作車間所處的惡劣環(huán)境，從而提高了數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)除塵工作過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外還能將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中。485接口通訊具備高度的兼容性和可擴(kuò)展性，其控制器不僅可作為主機(jī)對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行操控，還可充當(dāng)上位機(jī)對(duì)其他工作設(shè)備進(jìn)行控制。485通過(guò)與車間數(shù)字化控制系統(tǒng)的連接，除塵系統(tǒng)的控制得以實(shí)現(xiàn)。圖2.4RS-485接口該控制系統(tǒng)配備了一條RS-232通訊接口，可實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式，連接主控制板和TFT顯示屏。通過(guò)對(duì)串口通信過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)的解決方法進(jìn)行了分析和研究，給出一種有效可行的解決方案，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方式。該工作模式具備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力、高速的數(shù)據(jù)傳輸速度以及支持多種數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)和顯示屏模塊之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。2.4.2清灰除塵控制系統(tǒng)本除塵控制系統(tǒng)一共有三種控制方式，風(fēng)機(jī)控制、空壓機(jī)控制和卸灰閥控制。風(fēng)機(jī)控制：在葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，葉輪內(nèi)的各個(gè)部分的空氣也會(huì)被帶動(dòng)一同轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)，由于受到離心力的影響，在葉輪中央的空氣會(huì)被拋向葉輪的邊緣，在葉輪中央就會(huì)產(chǎn)生一種真空狀態(tài)，因此，外界的空氣會(huì)在壓力差的影響下，持續(xù)地流入，并補(bǔ)充到葉輪中央。在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于離心式葉輪葉片的流速遠(yuǎn)高于其周邊空間的流速，使其部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓力能。在動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的風(fēng)罩空間呈現(xiàn)正壓狀態(tài)，因此，風(fēng)機(jī)具有將氣體轉(zhuǎn)移到引論中的能力，并在引論中將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，接著，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，并為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱，最后，通過(guò)出口壓出?？諝鈮嚎s機(jī)的控制共分四個(gè)步驟。吸入過(guò)程：在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，主從轉(zhuǎn)子的凹槽內(nèi)的空隙旋轉(zhuǎn)到入口的時(shí)候，這個(gè)空隙很大，可以讓外面的空氣充滿，當(dāng)轉(zhuǎn)子的入口離開(kāi)了外殼的入口時(shí)，凹槽內(nèi)的空氣就會(huì)被壓縮在主從轉(zhuǎn)子和外殼之間，從而實(shí)現(xiàn)吸入。壓縮過(guò)程：當(dāng)吸氣末時(shí)，主次轉(zhuǎn)子尖齒和殼體之間的閉合體積隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的改變而減小，并作螺旋運(yùn)動(dòng)。壓縮氣體和噴油過(guò)程：在輸送的過(guò)程中，隨著體積的持續(xù)減小，空氣被持續(xù)壓縮，壓力上升，溫度上升，與此同時(shí)，由于氣壓差而形成的霧狀潤(rùn)滑被噴射到壓縮腔室，從而實(shí)現(xiàn)壓縮、降溫、密封、放潤(rùn)滑的效果。放氣程序：在轉(zhuǎn)子的閉合齒峰轉(zhuǎn)動(dòng)到與殼體的排氣孔會(huì)合時(shí)，由壓縮空氣開(kāi)始放氣，直至齒峰和齒溝處的接合面移動(dòng)到放氣端面上，齒溝處的間隙為0，放氣程序結(jié)束。卸灰閥控制：一、除塵卸灰閥通常用于氣力輸出系統(tǒng)中，對(duì)于壓力輸出系統(tǒng)或負(fù)壓輸出系統(tǒng)，除塵卸灰閥能夠均勻，連續(xù)地向輸料管送料。為了確保輸氣管道中的氣體和固體物質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，使得輸氣系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，還可以切斷脫氣機(jī)上下兩部分的空氣壓力，達(dá)到鎖氣的目的。所以，在氣體運(yùn)輸系統(tǒng)中，除灰和排灰閥門是一個(gè)常見(jiàn)的重要組成部分。二、當(dāng)上料倉(cāng)內(nèi)的材料依靠自身重量墜落時(shí)，填充于刀片間的間隙，并隨著刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)從下面排出時(shí)。這樣，就能實(shí)現(xiàn)排灰閥門的定量和連續(xù)排灰。三、除灰排灰閥門可用于集散系統(tǒng)，是當(dāng)前我國(guó)最先進(jìn)的排灰裝置。四、耐溫性：能輸送溫度達(dá)到280℃的材料，兩個(gè)軸承和葉輪之間有一定的隔斷作用，從而避免了超細(xì)粉末與軸承的接觸。耐熱型脫料機(jī)，其輸送溫度可達(dá)到500℃以上，其聯(lián)接方式為鏈輪式。減速裝置與排灰閥之間有一段距離。五、除塵卸灰閥的構(gòu)造包括轉(zhuǎn)子葉輪、電動(dòng)機(jī)、殼體、減速器和密封件等部件，這些部件均帶有數(shù)片葉片，共同構(gòu)成了其完整的結(jié)構(gòu)。2.4.3模擬量采集控制系統(tǒng)系統(tǒng)主要對(duì)0-5V電壓信號(hào),4-20mA電流信號(hào)進(jìn)行采集。該控制系統(tǒng)主要檢測(cè)并采集了下列5個(gè)模擬量的數(shù)據(jù)，即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，除塵器含塵氣體進(jìn)出口壓力，脈沖噴吹氣體壓力，氣體煙霧濃度和含塵氣體溫度。在進(jìn)行除塵清灰的過(guò)程中，必須對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確測(cè)量，以確保除塵效果的最大化。其中，含塵氣體流量和濃度是最為關(guān)鍵的兩項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，這兩個(gè)值對(duì)除塵器運(yùn)行情況有直接的影響。測(cè)定含塵氣體進(jìn)出口壓力，是比較易懂的工作。一般除塵器引風(fēng)機(jī)在含塵氣體出口，但是含塵氣體出口因吸風(fēng)而產(chǎn)生負(fù)壓差，這時(shí)含塵氣體進(jìn)口壓力比出口大。從氣體流動(dòng)原理來(lái)看，含塵氣體從進(jìn)口向出口流動(dòng)，同時(shí)進(jìn)口壓力減出口壓力就是除塵器運(yùn)行阻力壓差值。準(zhǔn)確地檢測(cè)這兩種壓力，對(duì)除塵器運(yùn)行參數(shù)選擇具有重要意義。為了保證除塵效率和系統(tǒng)穩(wěn)定工作，本文介紹了一種基于單片機(jī)的除塵器入口壓力及出口壓力的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)進(jìn)口壓力與出口壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示。所生產(chǎn)的系列傳感器是本控制系統(tǒng)中用于檢測(cè)進(jìn)出口壓力的傳感器，其誤差可以控制在以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力的高精度測(cè)量。該除塵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程包括：主芯片發(fā)送出采集信號(hào),芯片再接收到傳感器測(cè)得的電壓信號(hào)并把模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)最后把數(shù)字信號(hào)傳送給主芯片。通過(guò)串口，主芯片將所采集的參數(shù)傳輸至上位端和控制器屏幕，以便進(jìn)行后續(xù)處理。由于采樣點(diǎn)是固定不變的，所以需要不斷地調(diào)整采樣間隔以適應(yīng)不同工況下的需求。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)采集的頻率較高且總量較大，因此在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送這些數(shù)據(jù)之前，需要進(jìn)行一系列的排序、檢錯(cuò)和整理等操作。數(shù)據(jù)讀取時(shí)采用鏈表存儲(chǔ)方式，并根據(jù)不同情況設(shè)置不同的索引值。數(shù)據(jù)的獲取，接收，發(fā)送以及保存操作都依賴于合適的數(shù)據(jù)接收算法來(lái)完成，這些算法決定著數(shù)據(jù)獲取的速度以及準(zhǔn)確性。針對(duì)以上問(wèn)題本文提出了一種基于鏈表技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸方法。鏈表是一種常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的操作非常方便，只需改變鏈域的指針即可輕松地插入、移動(dòng)或刪除鏈表。如果需要將數(shù)據(jù)從一個(gè)子表中取出來(lái)并重新寫(xiě)入另一節(jié)點(diǎn)上的話，就必須修改該節(jié)點(diǎn)或整個(gè)鏈表的存儲(chǔ)方式，這也給系統(tǒng)帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。頻繁的數(shù)據(jù)寫(xiě)入和更新，以及鏈表的過(guò)度使用，可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，從而對(duì)整個(gè)程序的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。盡管使用數(shù)組結(jié)構(gòu)可以規(guī)避此類問(wèn)題，但它并不適用于需要長(zhǎng)度變化的情況。本文提出一種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于解決上述問(wèn)題。通過(guò)采用混合型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以避免緩存區(qū)域所需的內(nèi)存空間，從而在接收一組數(shù)據(jù)時(shí)，程序先向預(yù)先打開(kāi)的內(nèi)存應(yīng)用一片空間將接收到的數(shù)據(jù)投入其中，然后對(duì)數(shù)據(jù)包執(zhí)行排序、整理以及檢測(cè)等操作，以達(dá)到更高效的數(shù)據(jù)處理。2.4.4故障診斷報(bào)警系統(tǒng)在除塵器的操作過(guò)程中，我們需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，并建立故障診斷和報(bào)警系統(tǒng)，以便及時(shí)預(yù)警和排除故障，從而確保除塵器的安全運(yùn)行。通過(guò)使用故障診斷報(bào)警系統(tǒng)對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行診斷與監(jiān)測(cè)可以有效提高除塵器運(yùn)行的可靠性與安全性，降低除塵器的維護(hù)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)了其使用壽命。故障診斷報(bào)警系統(tǒng)涵蓋了故障檢測(cè)、故障定位和故障分析等多個(gè)方面，為故障規(guī)模判斷及故障源信息提供信息及告警，并在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)。（1）故障檢測(cè)本控制系統(tǒng)采用設(shè)計(jì)好的電磁閥開(kāi)路檢測(cè)電路對(duì)各電磁閥脈沖動(dòng)作下的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)生異?，F(xiàn)象，主控制板上的單片機(jī)將收到對(duì)應(yīng)檢測(cè)信號(hào)；電磁閥在打開(kāi)狀態(tài)下，單片機(jī)接收到打開(kāi)指令，控制電磁閥閉合。在脈沖噴吹壓力測(cè)試中，如果測(cè)試壓力為太高或者太低，將收到對(duì)應(yīng)信號(hào)；在溫度檢測(cè)過(guò)程中，該系統(tǒng)設(shè)置溫度上下限，溫度高于上下限則單片機(jī)收到預(yù)警信號(hào)；濕度檢測(cè)會(huì)在報(bào)警時(shí)間內(nèi)發(fā)送報(bào)警信號(hào)給工作人員。同時(shí)，實(shí)時(shí)采集并處理有煙霧濃度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、關(guān)入出口壓差等檢測(cè)信息，以及空壓機(jī)異常、卸灰閥上電異常、引風(fēng)機(jī)等故障信息。（2）故障定位把檢測(cè)到的信息與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，以便在出現(xiàn)異常情況時(shí)，能夠直接準(zhǔn)確地定位故障源；對(duì)于不合格信號(hào)，利用小波分析技術(shù)，提取特征量，并通過(guò)模式識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)故障診斷。在出現(xiàn)故障的情況下，需要對(duì)多個(gè)故障源進(jìn)行綜合分析和判斷，以確定故障源位置最有可能發(fā)生的位置。（3）故障分析故障定位之后，會(huì)詳細(xì)地處理各類故障，以便清楚其規(guī)模，類別，出現(xiàn)時(shí)間以及產(chǎn)生原因等，為排除故障提供強(qiáng)有力的指引。從故障診斷系統(tǒng)來(lái)看，控制系統(tǒng)在接收到故障報(bào)警信息時(shí)，會(huì)依據(jù)故障原因不同而呈現(xiàn)多類警示信息以供操作人員自行決定是否進(jìn)行處理。當(dāng)故障發(fā)生小時(shí)，可選擇忽略，當(dāng)故障發(fā)生大時(shí)，控制系統(tǒng)可選擇確認(rèn)并進(jìn)入調(diào)試檢修模的狀態(tài)，除塵系統(tǒng)繼續(xù)工作。本文主要研究了除塵設(shè)備常見(jiàn)故障及其產(chǎn)生的原因，以及如何有效診斷出這些故障問(wèn)題，提出相應(yīng)的維修方案和措施。除塵器工作時(shí)，每個(gè)報(bào)警信息均是有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)，表明除塵器工作參數(shù)存在某種程度的不合格品，可將每個(gè)報(bào)警信息進(jìn)行分類，將故障原因及故障時(shí)間保存到上位機(jī)，制作成趨勢(shì)圖以便能夠非常直觀地翻閱調(diào)閱，根據(jù)這些趨勢(shì)圖對(duì)除塵器控制參數(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)調(diào)整，以達(dá)到除塵清灰控制最優(yōu)化。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)指的是一種元器件數(shù)量最少的系統(tǒng)，其主要由復(fù)位電路、晶振電路和電源電路組成，以確保單片機(jī)能構(gòu)正常運(yùn)行。該系統(tǒng)由一塊芯片組成，可獨(dú)立使用也可以與其它器件結(jié)合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于其資源完全開(kāi)放，只需與其他模塊板或用戶電路相結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)功能；該界面的設(shè)計(jì)具有高度的靈活性和易用性，非常適合進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。3.1.1單片機(jī)的選擇在當(dāng)前市場(chǎng)上，控制儀表領(lǐng)域的單片機(jī)種類繁多，它們的性能各不相同，因此在后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的選擇具有至關(guān)重要的作用。本課題針對(duì)某公司的除塵控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析。由于本次設(shè)計(jì)算法的復(fù)雜性，需要采集和控制大量的模擬量和動(dòng)作點(diǎn)，因此對(duì)于核心處理器的數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求。該控制器工作于環(huán)境惡劣、難度大的除塵現(xiàn)場(chǎng)，要求芯片具有可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。所以用普通單片機(jī)進(jìn)行控制不切實(shí)際，也是無(wú)法滿足當(dāng)前市場(chǎng)需求的。因此，我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中選用了STM32F107單片機(jī)作為核心處理單元，以確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。這款微控制器的構(gòu)造簡(jiǎn)潔明了，且具備出色的可靠性，能夠處理72MHz的頻率信號(hào)。內(nèi)存包括64KB到256KB閃存和20KB到64KB嵌入式SRAM。系統(tǒng)可以在低功耗狀態(tài)下正常運(yùn)行并提供豐富的外圍接口以實(shí)現(xiàn)各種功能。采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三種封裝。其中，在設(shè)計(jì)中充分考慮了系統(tǒng)低功耗問(wèn)題，并使用了最新的硬件技術(shù)來(lái)降低功耗，從而使其成為一款性能優(yōu)異的芯片。在72MHz的時(shí)鐘頻率下，STM32以36mA的功耗和0.5mA/MHz的功耗表現(xiàn)，成為市場(chǎng)上功耗最低的32位產(chǎn)品。同時(shí)也具有較低的價(jià)格，適合于低端用戶使用。STM32單片機(jī)程序的模塊化設(shè)計(jì)使得其接口相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)具備多種功能，從而實(shí)現(xiàn)了高速工作。3.1.2I/O端口配置在控制系統(tǒng)中，該芯片所使用的引腳數(shù)量高達(dá)個(gè)，因此在配置引腳時(shí)，需要提前計(jì)算好各種引腳的數(shù)量和相應(yīng)功能，以最大限度地利用所有引腳，避免使用引腳時(shí)造成浪費(fèi)。PCB的布局對(duì)于引腳的配置具有至關(guān)重要的影響，因?yàn)椴季值膬?yōu)劣直接關(guān)系到硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)就應(yīng)該考慮如何將這些引腳合理地分配到電路板上，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。在PCB的布局中，一個(gè)精心設(shè)計(jì)的引腳布局可以讓我們的工作事半功倍，從而提高效率和質(zhì)量。采用電源作為單片機(jī)部分，獨(dú)立的端口控制個(gè)電磁閥輸出控制，外接芯片控制兩路和單向。該設(shè)備配備了個(gè)串口、個(gè)總線、通信接口、下載電路、兩個(gè)信號(hào)接收端口以及6個(gè)獨(dú)立的按鍵。將未使用的端口設(shè)置為接地后的推挽輸出電阻，用來(lái)確保電路的穩(wěn)定性。3.2電源設(shè)計(jì)在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)功率尤為重要，直接影響著系統(tǒng)整體穩(wěn)定性與可靠性。為了滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，必須對(duì)電源模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保其能夠滿足系統(tǒng)的電力需求。在系統(tǒng)中，存在大量的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，其中個(gè)脈沖電磁閥直接由模擬電源控制回路控制，因此需要使用較高的驅(qū)動(dòng)功率，而這些功率是由經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電源模塊提供的。為了降低系統(tǒng)的功耗，還需要對(duì)系統(tǒng)電源模塊采用合理的控制策略。為了滿足單片機(jī)模擬控制回路和數(shù)字控制回路的電力需求，必須設(shè)計(jì)組電源回路，以確保整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。另外，由于電磁閥驅(qū)動(dòng)芯片的功耗大，導(dǎo)致其使用壽命短，不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。因此，本設(shè)計(jì)以功率驅(qū)動(dòng)，以80V～220V/ACTOP246YN輸入為核心開(kāi)關(guān)電源。同時(shí)對(duì)控制電路進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使其可以通過(guò)簡(jiǎn)單地修改外圍器件就能實(shí)現(xiàn)各種功能。電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和MCU電源電路分別采用24V/DC（37W）和3.3V/DC（4W）的雙輸出方案。為了滿足大功率需求，在控制電路中還添加了一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路和過(guò)壓保護(hù)電路，確保了系統(tǒng)能夠正常工作。TOP246YN芯片以其價(jià)格親民、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，成為制造體積小、功率低的工業(yè)電源的理想選擇。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，本系統(tǒng)具有很高的可靠性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要。設(shè)計(jì)中變壓器的大小很小，可輸出40W的功率和多路電壓。該開(kāi)關(guān)電源具有高功率密度、高集成度和低體積重量等特點(diǎn)。交流（AC）的輸入電壓范圍為85V-265V之間，且處于一般電壓范圍之內(nèi)。具有良好的功率因數(shù)，使系統(tǒng)工作在高效率狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)電能高效利用的目標(biāo)，綜合效率高達(dá)98%，遠(yuǎn)超過(guò)局部電壓電源效率。此外，由于采用了先進(jìn)的低壓濾波技術(shù)，使其具有高功率因數(shù)，低諧波含量等特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。當(dāng)輸入過(guò)電壓（OV）并停機(jī)時(shí)，電網(wǎng)中的浪涌沖擊將得到有效的保護(hù)。并能抑制由于開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的電流諧波污染。利用欠壓（UV）檢測(cè)技術(shù)，可以有效避免在斷電后由于電壓輸出不佳而導(dǎo)致控制回路受損的情況。該設(shè)備還具備自動(dòng)恢復(fù)熱滯斷故障的功能，并配備了帶有熔斷器的1A/AC輸入端子保護(hù)系統(tǒng)。本文提出了一種新型的交流輸電系統(tǒng)——直流輸電技術(shù)。利用共模電感對(duì)線路上的共模干擾進(jìn)行濾波，以降低輸入電壓的干擾程度，從而實(shí)現(xiàn)AC輸入的優(yōu)化。在電源電路中設(shè)置有過(guò)流保護(hù)電路以避免過(guò)流過(guò)壓時(shí)發(fā)生短路或燒壞元器件。利用整流橋技術(shù)，將AC電流轉(zhuǎn)化為直流電，實(shí)現(xiàn)了電能的高效轉(zhuǎn)換。再利用電阻分壓電路把整流后的直流電源供給負(fù)載使用。通過(guò)變壓器輸出12V/4W、24V/37W直流電。為了最大程度地減少電壓波動(dòng)對(duì)后續(xù)設(shè)備的干擾，必須嚴(yán)格控制電壓輸出的紋波比，使其保持在5%的范圍內(nèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法是可行和有效的，并提出一種新型低壓線性穩(wěn)壓管作為高壓輸入源的方案。為了滿足單片機(jī)電路的需求，主回路采用24V的驅(qū)動(dòng)電磁閥，其輸出的12V電壓經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓塊的轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)化為3.3V。為了保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的保護(hù)，其中最重要的就是高壓隔離和低壓供電兩個(gè)環(huán)節(jié)。L4978低壓線性穩(wěn)壓模塊的線性度表現(xiàn)出色，足以滿足后續(xù)電路對(duì)電源1電壓高精度的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將整個(gè)電路板組裝到一塊導(dǎo)熱基板上，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。輸出電流0.5A時(shí)散熱功率3.5W，工作時(shí)散熱很大。在此情況下，如果沒(méi)有有效的辦法來(lái)提高系統(tǒng)溫度，就會(huì)使元器件產(chǎn)生過(guò)熱而損壞，甚至導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)失靈。因此，在PCB板等器件上安裝熱傳導(dǎo)裝置，可以確保熱量能夠及時(shí)傳遞，從而減少對(duì)其產(chǎn)生的不良影響。本文介紹了一種利用硅泡沫作為散熱元件的設(shè)計(jì)方案。我所采用的方案是使用一種散熱片，該散熱片涂有導(dǎo)熱硅酮以提高散熱效果。圖3.1系統(tǒng)3.3V圖3.25V供電電路圖3.3通訊接口設(shè)計(jì)該系統(tǒng)所采用的接口為主/從雙，其工作模式為半雙工。該發(fā)送器擁有32個(gè)接收點(diǎn)，僅需一個(gè)發(fā)送端的通信接口即可將數(shù)據(jù)傳輸至接收端，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)還設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可靠的光隔離器以防止外部干擾。采用平衡雙絞線作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，雖然信號(hào)傳輸距離可達(dá)，但它的信號(hào)傳輸距離與傳輸速率呈反比關(guān)系。在雙絞線的情況下，傳輸速率僅能達(dá)到。此外，若使用光電隔離模塊，該信號(hào)的傳輸速率也會(huì)受到光電隔離裝置速度的影響。另外，由于光隔離器本身是非線性元件，它的輸入電壓不一定等于輸出電壓，所以對(duì)光纖長(zhǎng)度有很高的限制，這使得數(shù)據(jù)傳輸存在很大局限性。因此，在選擇傳輸距離和隔離器件時(shí)，必須充分考慮系統(tǒng)的要求，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。一般情況下，為了避免主電源電路與通信芯片間信號(hào)串?dāng)_，采用光電隔離芯片或光耦合器對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電隔離，但光耦合器往往不能滿足速度的要求，因此系統(tǒng)選擇光電隔離芯片實(shí)現(xiàn)了的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達(dá)到了通信速率標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)分析比較，提出在不改變?cè)到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)前提下，采用光電隔離芯片作為傳輸介質(zhì)。在信號(hào)光電隔離狀態(tài)下，芯片應(yīng)選擇與主電源系統(tǒng)不共址隔離電源，系統(tǒng)應(yīng)選擇電源隔離芯片向芯片供電。圖3.2RS-485通訊接口電路3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)12C總線協(xié)議E2PROM與單片機(jī)的外設(shè)接口直接相連，傳輸數(shù)據(jù)速度快，只需兩個(gè)交換端口，很大程度節(jié)省端口資源。E2PROM具有數(shù)據(jù)斷電保護(hù)、多次可擦寫(xiě)，抗干擾能力強(qiáng)和安全完整等優(yōu)點(diǎn)。綜合系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量可選擇24C02（2K位）作為存儲(chǔ)芯片。圖3.3E2PROM電路圖本系統(tǒng)選用存儲(chǔ)器，直接與單片機(jī)個(gè)總線接口連接。在系統(tǒng)選擇幾塊存儲(chǔ)器一起作用時(shí)，系統(tǒng)硬件接口就會(huì)不足，這時(shí)模擬總線協(xié)議就能夠解決好這個(gè)問(wèn)題。3.5A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.5.1傳感器選型壓力傳感器就是能感覺(jué)壓力信號(hào)并按一定規(guī)律把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可輸出電信號(hào)的器件或設(shè)備。是指用單晶硅材料產(chǎn)生壓阻效應(yīng)，采用集成電路技術(shù)做成的一種傳感器。單晶硅材料在受力時(shí)電阻率會(huì)發(fā)生改變，利用測(cè)量電路可獲得與受力改變成比例的電信號(hào)輸出。壓力電阻傳感器用于測(cè)量和控制壓力、張力、壓差等物理量，這些物理量可以通過(guò)動(dòng)作改變（例如液位，加速度，重量，應(yīng)變，流量，真空度等）。MPX2010系列傳感器該傳感器可測(cè)0-10KPa的壓力范圍，具有體積小、重量輕和承受過(guò)載能力強(qiáng)等有點(diǎn)。它的溫度誤差帶在-45~125（℃），3（V）的工作電壓，最大工作電壓可達(dá)。且供電電壓應(yīng)用范圍大，差分信號(hào)輸出范圍為。它與電阻和運(yùn)算放大器一起組成了放大電路，此電路應(yīng)具有輸入阻抗高、高差模增益和較高的共模抑制比?？筛鶕?jù)具體設(shè)計(jì)需求來(lái)選擇放大器。圖3.4MPX2010傳感器工作原理如圖所示傳感器共有個(gè)引腳。號(hào)引腳接地，號(hào)引腳接恒壓源，號(hào)引腳輸出差分信號(hào)。輸出電壓范圍為，屬于微弱信號(hào)，需要放大處理。處理完的信號(hào)經(jīng)芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后，成為入口和出口的電壓。因此可將氣壓采集模塊分成型氣壓傳感器、氣壓信號(hào)采集放大電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路個(gè)部分。3.5.2信號(hào)放大電路為了更好得到放大信號(hào)我們選取LMC358運(yùn)算放大器作為放大芯片。lm358是一種經(jīng)典的運(yùn)算放大器，它具有高增益、低功耗、成本低、低噪聲、低失調(diào)電流、工作電壓范圍廣和溫度范圍寬等優(yōu)勢(shì)。它可以廣泛應(yīng)用于傳感器放大、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。該放大器可在低至3.0V或高達(dá)32V的電源電壓下工作。圖3.5LMC358原理圖該芯片內(nèi)部構(gòu)造如圖所示，引腳和引腳是比較器的輸出。引腳和引腳6為反相輸入。引腳和引腳是同相輸入。引腳是端子。引腳是。為了有效地抑制零點(diǎn)漂移，我們采用差分信號(hào)對(duì)氣壓傳感器收集到的信號(hào)進(jìn)行放大處理。差分信號(hào)電路具有負(fù)反饋性和對(duì)稱性，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)起到了穩(wěn)定作用，確保了除塵器入口和出口氣壓檢測(cè)的穩(wěn)定性及其精確性。3.5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換為了綜合考慮成本、能耗和抗干擾力等多方面性能，我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中采用了ADS8341這款16位逐次高精度比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)經(jīng)過(guò)放大處理的信號(hào)進(jìn)行了模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。并將其作為數(shù)據(jù)采集卡的核心器件使用在整個(gè)系統(tǒng)中。該芯片表現(xiàn)出卓越的動(dòng)態(tài)性能，其信號(hào)輸入采集處理方式包括四種獨(dú)立通道輸入和兩種差分通道輸入。在保證精度要求下，采用了較低的時(shí)鐘抖動(dòng)和較大的增益帶寬比。系統(tǒng)的共振抑制能力達(dá)到了驚人的高度。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，采用了雙冗余容錯(cuò)技術(shù)，即在同一時(shí)鐘周期內(nèi)檢測(cè)出不同故障情況下的輸出電平值，并將其切換至相同狀態(tài)。該芯片的供電范圍為2.7V-5V，在高速采樣頻率下，其處理能力超過(guò)100KHz；功耗僅8mW、工作電壓5V、采樣頻率100KHz時(shí)。設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路時(shí)對(duì)基準(zhǔn)電壓的要求非常重要，它決定了氣壓量程的精確度及系統(tǒng)的信號(hào)測(cè)量范圍和分辨率。圖3.6參考電壓如圖所示為并聯(lián)型參考電壓，擁有兩個(gè)輸出端子和，工作原理和穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理相似，但其穩(wěn)壓性能遠(yuǎn)大于穩(wěn)壓二極管。并聯(lián)型電路中外部電阻與負(fù)載直接并聯(lián)?；鶞?zhǔn)電壓相當(dāng)于壓控電流源，通過(guò)內(nèi)部電流調(diào)整可使外置電阻的電壓差和電源電壓保持穩(wěn)定。并聯(lián)型基準(zhǔn)電壓有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：輸入電壓范圍廣、電源的電流與負(fù)載大小不相關(guān)。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī)，會(huì)由設(shè)定好的程序獲取需要的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，在顯示屏上顯示出來(lái)。有端口，可以直接與單片機(jī)的總線端接口相連，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。由于的采樣頻率大于，故硬件總線技術(shù)可以用來(lái)保證正常通訊。3.6D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)在除塵器的運(yùn)行過(guò)程中，變頻器會(huì)根據(jù)不同的運(yùn)行工況對(duì)輸出的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于變頻器是一種非線性負(fù)載，所以要對(duì)其進(jìn)行精確地控制很困難。為了控制變頻器的輸出，系統(tǒng)選用了德州儀器公司所生產(chǎn)的DAC7611芯片作為控制器。作為一款12位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的串行傳輸。通過(guò)軟件編程對(duì)采樣值進(jìn)行處理，然后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。該芯片內(nèi)置了一套完整的系統(tǒng)，包括參考電壓、串并聯(lián)寄存器、DAC寄存器以及終端輸出放大模塊，從而實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。在控制器內(nèi)部還設(shè)置有數(shù)字時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。該系統(tǒng)具有高精度輸出和簡(jiǎn)單易操作的特點(diǎn)，適用于對(duì)除塵器風(fēng)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。由于采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)，該芯片具有體積小、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片所需的電源將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，其輸出范圍為。圖3.7D/A輸出電路圖然而，如果直接由變頻器控制，模擬電壓信號(hào)可能會(huì)受到環(huán)境干擾的影響，并且在控制距離較長(zhǎng)的情況下，壓降也會(huì)對(duì)輸出產(chǎn)生影響。在實(shí)際應(yīng)用中，由于環(huán)境溫度變化大以及濕度較大，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真嚴(yán)重。因此，經(jīng)過(guò)電阻轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為微電流，并利用雙運(yùn)放對(duì)微電流進(jìn)行放大，從而獲得直流信號(hào)增益效果，具體表現(xiàn)如圖所示。由于采用了兩級(jí)降壓式濾波電路對(duì)輸入的直流電壓和交流電流分別濾除高頻噪聲和低頻紋波。通過(guò)輸出標(biāo)準(zhǔn)的420mA模擬電流信號(hào)，并將其應(yīng)用于變頻器的控制中，電路的輸出端成功提升了模擬信號(hào)的抗干擾能力，同時(shí)也擴(kuò)大了信號(hào)的輸出范圍。3.7開(kāi)關(guān)量控制設(shè)計(jì)3.7.1電平信號(hào)輸入設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩路電平信號(hào)進(jìn)行輸入處理來(lái)監(jiān)測(cè)外部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。見(jiàn)圖3.8,在輸入電路前INO上設(shè)置一個(gè)后置限流電阻和一個(gè)穩(wěn)壓二極管在電平信號(hào)開(kāi)通光隔時(shí)將運(yùn)算放大器負(fù)輸入端的低電壓提升為高電壓且負(fù)輸入端電壓將高于正輸入端從而使得運(yùn)算放大器的輸出端出現(xiàn)電壓翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，單片機(jī)檢測(cè)是否有電壓信號(hào)輸入。該電平檢測(cè)處理電路多采用LM2901型放大比較器進(jìn)行比較，當(dāng)無(wú)檢測(cè)電平信號(hào)進(jìn)入時(shí)單片機(jī)的輸入端顯示為高電平，當(dāng)有檢測(cè)電平信號(hào)進(jìn)入則單片機(jī)的輸入端為低電平。圖3.8電平輸入信號(hào)處理電路圖3.7.2電平信號(hào)輸出設(shè)計(jì)如圖3.8所示，在高電平時(shí)截止，在低電平時(shí)三極管接通，輸出信號(hào)在高電平?？刂破髟谳敵鲭娖叫盘?hào)達(dá)到的情況下充當(dāng)主控機(jī)；當(dāng)有控制器接收到該電平信號(hào)時(shí)，則該控制器充當(dāng)從控機(jī)。該電路設(shè)計(jì)中選用了經(jīng)典三極管光隔控制輸出電路，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，只三極管配合光耦隔離器即可對(duì)外部設(shè)備開(kāi)關(guān)電平信號(hào)進(jìn)行控制。該電路的端部留有電平傳輸端口，可通過(guò)該端口向其他機(jī)械設(shè)備傳輸信號(hào)，利于系統(tǒng)擴(kuò)展，有力地提高除塵器控制系統(tǒng)可編程能力及擴(kuò)展能力。圖3.9電平輸出電路圖3.7.3電磁閥控制設(shè)計(jì)為了優(yōu)化單片機(jī)口引腳資源的利用，本除塵控制系統(tǒng)采用了四個(gè)八路輸出和路引腳的鎖存器芯片進(jìn)行控制，以最大限度地提高了端口的驅(qū)動(dòng)能力和系統(tǒng)的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)32個(gè)電磁閥的精準(zhǔn)控制。利用的2-4線譯碼器對(duì)鎖存器的鎖存端進(jìn)行控制，通過(guò)兩個(gè)口來(lái)控制4個(gè)鎖存器的位置。在需要切換時(shí)，只需將對(duì)應(yīng)的鎖存端的數(shù)據(jù)從寄存器中讀取并通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)即可。這樣一來(lái)，單片機(jī)的口資源得到了有效的節(jié)約，PCB板的走線也得到了顯著的減少，同時(shí)板的使用空間也得到了有效的節(jié)約。根據(jù)圖3.10所示，32個(gè)電磁閥在控制過(guò)程中，其驅(qū)動(dòng)功率約為，因此采用中等功率的三極管對(duì)電磁閥進(jìn)行控制。該三極管具有高電流承受能力，其輸出功率可達(dá)，耗散功率可達(dá)，同時(shí)允許電流高達(dá)，極限工作電壓達(dá)到，完全符合電磁閥的驅(qū)動(dòng)和設(shè)計(jì)要求。由于三級(jí)管的體積較大，主控制線路板的可用空間受到限制，因此需要將32個(gè)電磁閥的控制電路以一組8個(gè)的形式制成立式插板結(jié)構(gòu)，共計(jì)4個(gè)電磁閥，以驅(qū)動(dòng)插板。將其安裝到機(jī)箱上并通過(guò)螺絲固定即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的組裝工作。用戶可以根據(jù)除塵設(shè)備脈沖閥的數(shù)量，自主調(diào)整插板數(shù)量，同時(shí)最大限度地利用板子的空間，使其更具觀賞性和實(shí)用性。圖3.10電磁閥輸出控制電路3.8電磁閥開(kāi)路檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖3.11顯示了電磁閥開(kāi)路檢測(cè)電路對(duì)電磁閥工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。圖中點(diǎn)是電磁閥供電口，也就是電壓比較器的參考電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥，因?yàn)檫@里外接電磁閥的功率大小是不一樣的，所以在關(guān)閉過(guò)程中電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流將通過(guò)阻值不一樣的和,跳線帽可選擇穿過(guò)電阻和。A1與兩點(diǎn)電位相差較大，當(dāng)斷開(kāi)A點(diǎn)電磁閥未通電時(shí),點(diǎn)將比點(diǎn)低；的輸出電平較低，這時(shí)光耦二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，單片機(jī)引腳感應(yīng)高電平。電磁閥關(guān)斷供電后，通過(guò)電阻R2或者R1電流將增加，則電阻R2和R1分得電壓將增加,B點(diǎn)電位將降低,2個(gè)10K分得電阻電壓也將降低，因此B點(diǎn)電位將低于C點(diǎn)電位；在比較器中的輸出信號(hào)將是高電平且光隔將被開(kāi)啟，單片機(jī)口檢測(cè)到低電平。因此，就可以分別檢測(cè)到32個(gè)電磁閥的電路工作是否正常，檢測(cè)到開(kāi)路不工作時(shí)，外接喇叭的繼電器閉合，發(fā)出報(bào)警鈴聲，從而提醒工人及時(shí)檢查維修。圖3.11電磁閥開(kāi)路檢測(cè)電路3.9.獨(dú)立按鈕設(shè)計(jì)如圖3.12所示，該控制器設(shè)計(jì)有6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的按鈕。各個(gè)按鈕表示為S1向上、S2向下、S3向左、S4向右、S5設(shè)置和S6確定。6個(gè)按鈕均設(shè)計(jì)于顯示面板，顯示面板和主控板通過(guò)排線進(jìn)行連接和通信。單片機(jī)的I/O端口接在按鈕電路上，按鈕被按下時(shí)拉取低電平信號(hào)源，單片機(jī)發(fā)現(xiàn)低電平立即作出相應(yīng)動(dòng)作。本實(shí)用新型通過(guò)按鈕式操作，將這6個(gè)按鈕結(jié)合在一起，能夠更加簡(jiǎn)單便捷地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，起動(dòng)和停止控制操作。圖3.12鍵盤原理圖4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)操作流程當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)，主界面將首先進(jìn)入啟動(dòng)流程10秒鐘，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)進(jìn)入密碼輸入界面。此處設(shè)系統(tǒng)默認(rèn)密碼是111111。若輸入密碼錯(cuò)誤，則繼續(xù)駐留在該界面的密碼輸入中，待密碼輸入無(wú)誤時(shí)再進(jìn)入定時(shí)，壓差及手動(dòng)模式的選擇界面。圖4.1系統(tǒng)操作流程圖在選定模式后，進(jìn)入智能模式（包括定時(shí)和壓差），并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以檢測(cè)和分析各種數(shù)據(jù)參數(shù)，包括但不限于脈沖閥數(shù)、脈沖噴吹方式、脈沖噴吹時(shí)間、噴吹氣壓以及噴吹周期等。通過(guò)設(shè)定各參數(shù)的數(shù)值范圍來(lái)保證整個(gè)設(shè)備能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。在所有參數(shù)均正常的情況下，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)并開(kāi)始除塵工作。如果檢測(cè)到參數(shù)數(shù)據(jù)異常，則進(jìn)入手動(dòng)控制模式，需要工人進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試和檢修。檢修完成后，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)并進(jìn)行智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)以上的過(guò)程，使用戶能很容易地掌握和操作除塵器。當(dāng)除塵器控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其界面將呈現(xiàn)警示信息，若故障程度不算嚴(yán)重，則可忽略該警示信息。此時(shí)，只需按下設(shè)置復(fù)位鍵，即可屏蔽該警示信息，從而確保除塵系統(tǒng)持續(xù)正常運(yùn)行；在出現(xiàn)嚴(yán)重故障的情況下，一旦按下確認(rèn)鍵，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)手動(dòng)控制程序，以便進(jìn)行必要的調(diào)試和檢修。如果在操作過(guò)程中突然斷電或者突然出現(xiàn)其他情況的話，系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)重啟或重新開(kāi)機(jī)，此時(shí)要關(guān)閉所有電源。在某些情況下，系統(tǒng)可能會(huì)遭遇突發(fā)狀況，此時(shí)我們可以直接按下緊急停止控制按鈕。圖4.1為系統(tǒng)操作流程圖。在Keil4MDK中，我們使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了程序。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該方法可以有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示出被測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。在進(jìn)行主程序循環(huán)之前，該軟件控制系統(tǒng)程序會(huì)對(duì)I/O端口配置、系統(tǒng)時(shí)鐘、看門狗、串口、定時(shí)器、中斷和E2PROM等子函數(shù)程序模塊進(jìn)行初始化處理，以完成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取。在編寫(xiě)程序時(shí)，使用了大量的標(biāo)識(shí)位，從而顯著提升了程序的可讀性。軟件運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)兩種方式操作。系統(tǒng)的主程序通過(guò)循環(huán)檢測(cè)上、下、左、右、設(shè)置和確定鍵的狀態(tài)，以確定每個(gè)按鍵按下的次數(shù)和順序，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)界面的切換，以及系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的選擇和設(shè)置。軟件運(yùn)行過(guò)程中可以自動(dòng)判斷是否進(jìn)入正常運(yùn)行模式。該程序的設(shè)計(jì)在最大程度上減少了延時(shí)子函數(shù)的使用，從而提高了系統(tǒng)效率，并最大限度地利用了單片機(jī)的運(yùn)算空間。本系統(tǒng)還增加了一個(gè)手動(dòng)控制按鈕的功能，實(shí)現(xiàn)了用戶自己設(shè)定開(kāi)關(guān)量的目的。在該控制系統(tǒng)中，大量的中斷和子程序被嵌套在指令中，這不僅提高了單片機(jī)的使用效率，同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。前面在我們?cè)O(shè)置了六個(gè)獨(dú)立按鍵標(biāo)志位。分別是復(fù)位設(shè)置鍵、確定鍵和上下左右鍵?？梢酝ㄟ^(guò)按下相對(duì)應(yīng)的按鈕進(jìn)入到子函數(shù)中，切換標(biāo)志位來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵的控制。系統(tǒng)主程序框圖如圖4.2所示。圖4.2系統(tǒng)主程序框圖4.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和庫(kù)的使用4.2.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境MDK-ARM軟件完美支持ARM9、Cortex-M、ARM7、Cortex-R4系列器件，擁有uVision4IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，仿真環(huán)境和調(diào)試器。MDK-ARM專門為了微控制器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，易學(xué)易用，功能強(qiáng)大，完全滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。該軟件可以自動(dòng)進(jìn)行匯編語(yǔ)言代碼的編寫(xiě)，為開(kāi)發(fā)者節(jié)約了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間，減輕了開(kāi)發(fā)工作人員的工作量。該軟件開(kāi)發(fā)采用了包含單片機(jī)外設(shè)性能特征的C語(yǔ)言固件函數(shù)庫(kù)進(jìn)行編輯。讓我們?cè)谑褂脦?kù)函數(shù)進(jìn)行程序編輯時(shí)，更加輕松方便的使用所有外設(shè)。下圖4.3為軟件編程界面。圖4.3軟件編程界面4.2.2庫(kù)的使用圖4.4庫(kù)函數(shù)強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)能給我們開(kāi)發(fā)程序時(shí)提供便利并縮短資料查找工作所需時(shí)間。本程序編寫(xiě)時(shí)使用了STM32單片機(jī)提供的數(shù)據(jù)庫(kù)，編寫(xiě)程序數(shù)據(jù)庫(kù)和調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)。較好地促進(jìn)了程序的開(kāi)發(fā)效率、縮短開(kāi)發(fā)周期、便于后期調(diào)試與糾錯(cuò)。圖4.4是本系統(tǒng)中用到的庫(kù)函數(shù)。合理地對(duì)它們進(jìn)行分類能使我們很容易地在程序編寫(xiě)過(guò)程中應(yīng)用和選擇它們。4.2.3標(biāo)志位的應(yīng)用圖4.5標(biāo)志位的設(shè)定圖4.6標(biāo)志位的使用為了提高程序編寫(xiě)的易用性，我們?cè)诒鞠到y(tǒng)的軟件程序中使用了24個(gè)標(biāo)志位，這些標(biāo)志位被稱為布爾型變量，其中只有FALSE和TRUE這兩種值。當(dāng)程序設(shè)計(jì)完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)標(biāo)志位的數(shù)值并顯示出來(lái)，以便于使用者能夠快速地了解到程序所做的工作內(nèi)容以及結(jié)果。若在第一階段軟件程序運(yùn)行之前需要先運(yùn)行第二階段程序，則1應(yīng)以2為基礎(chǔ)，同時(shí)在第二階段軟件程序運(yùn)行時(shí)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位為TRUE。在接下來(lái)的第一段程序運(yùn)行之前，可以將該標(biāo)志位是否為TRUE變量作為判斷條件。如果是TRUE，則運(yùn)行第一段程序；如果標(biāo)志位為FALSE，則不運(yùn)行第一段程序。這樣就能有效防止因操作錯(cuò)誤而導(dǎo)致程序出錯(cuò)或造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況發(fā)生。主程序由8個(gè)子程序構(gòu)成，系統(tǒng)以循環(huán)掃描的方式運(yùn)行，如下圖4.6所示。當(dāng)某一時(shí)間間隔內(nèi)，某個(gè)子進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行前，會(huì)依次讀取下一個(gè)子進(jìn)程的標(biāo)志位。當(dāng)TRUE被指定為某個(gè)特定的標(biāo)志位時(shí)，該子程序?qū)⒈粏?dòng)。當(dāng)出現(xiàn)故障或異常時(shí)，可根據(jù)其對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位進(jìn)行相應(yīng)處理。圖4.5、圖4.6分別是標(biāo)志位設(shè)置及標(biāo)志位使用。4.3軟件程序編寫(xiě)4.3.1系統(tǒng)程序初始化在系統(tǒng)軟件開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，各個(gè)模塊的初始化設(shè)置是必不可少的，這不僅可以提高系統(tǒng)的調(diào)理能力和穩(wěn)定性，還可以顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和準(zhǔn)確性。此外，還可避免軟件系統(tǒng)中各個(gè)模塊設(shè)置遺漏的情況，同時(shí)在后續(xù)程序編寫(xiě)中調(diào)用初始化函數(shù)中的子函數(shù)，以確保系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。RCC_Configuration();//初始化時(shí)鐘IWDG_Configuration();//初始化獨(dú)立看門狗GPIO_Configuration();//初始化I/O口Tim1_Config();//配置定時(shí)器1Tim2_Config();//配置定時(shí)器2Tim3_Config();//配置定時(shí)器3SysTick_Config(7200);//配置嘀嗒定時(shí)器USART1_Configuration();//初始化串口USART1e2prom_Conf();//寫(xiě)狀態(tài)寄存器NVIC_Configuration();//初始化系統(tǒng)中斷系統(tǒng)初始化設(shè)為時(shí)鐘初始化、獨(dú)立看門狗、定時(shí)器組態(tài)、I/O端口組態(tài)及初始化系統(tǒng)中斷。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘配置完成后,庫(kù)函數(shù)可被調(diào)用，操作更方便。獨(dú)立看門狗設(shè)置程序初始化開(kāi)始階段的中斷時(shí)間是。在系統(tǒng)程序初始化階段，配置讀取的操作,內(nèi)儲(chǔ)存上次操作階段的各項(xiàng)設(shè)置，從而可自動(dòng)配置系統(tǒng)，無(wú)需人重新配置系統(tǒng)。4.3.2按鈕子程序該控制系統(tǒng)對(duì)硬件的操作主要通過(guò)上、下、左、右、確定和設(shè)定六個(gè)按鈕的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用延時(shí)消抖方式消除檢測(cè)按鈕的判斷影響，具體做法為按鈕被按下時(shí)施加延時(shí)20ms。以設(shè)定鍵為例，在發(fā)現(xiàn)設(shè)定鍵被按下時(shí)，程序首先消抖20ms,消抖完成后將復(fù)位設(shè)定鍵標(biāo)志設(shè)定為狀態(tài)，表明發(fā)現(xiàn)電平信號(hào)正確。unsignedcharkey_switch_status(void)//按鍵掃描函數(shù){unsignedcharv;If(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_4)==0)//復(fù)位按鍵按下{delay_ms(20);延時(shí)。消抖if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_4)==0){SetBuzzer(5);//彩屏自帶蜂鳴器響}}/*其他按鍵掃描程序同上，略去*/return(v);}4.3.3顯示屏顯示程序該系統(tǒng)單片機(jī)與顯示屏之間通信時(shí)用到了RS-458串口通訊方式，在相互通訊的系統(tǒng)軟件設(shè)置中運(yùn)用了特殊握手命令函數(shù)。STM32F107單片機(jī)有三個(gè)USART串口，并且支持RS232線協(xié)議，并且傳輸速率比較高。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了MAX3232芯片來(lái)轉(zhuǎn)化電平，3.3V電源供電。本系統(tǒng)使用金鵬公司研發(fā)制作的金鵬終端開(kāi)發(fā)軟件對(duì)系統(tǒng)操作界面進(jìn)行程序編制，能夠?qū)⒕庉嫼蟮恼掌p松地生成坐標(biāo)代碼。下面是顯示屏顯示的基本操作函數(shù)。voidSetHandShake(void)//握手命令{SendBeginCMD();//發(fā)送幀頭命令SendChar(0x00);SendEndCmd();//發(fā)送幀尾命令}開(kāi)機(jī)界面顯示程序：voidyunxing();//運(yùn)行界面{//設(shè)置視圖背景SetBcolor(32);GUI_CleanScreen();//圖片顯示/