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智能风淋室PIC单片机控制系统说明
文章来源:http://www.fenglinji.com/  2012年10月31日  点击数:3064

智能风淋室PIC单片机控制系统说明

摘要:在简单分析工业用风淋室pic单片机控制系统基本工作原理及发展现状的基础上,介绍了一种基于PIC单片机技术的、具有通道门连动互锁、系统参数LCD显示、语音同步提示等功能的智能型风淋净化控制系统。详尽阐述了系统的硬件组成、工作原理及软件在系统主要工作流程、可靠性等方面的设计与实现。最后,根据实际运行情况对系统冗错方面的技术提出了进一步的完善意见,具有普遍意义。

关键词:风淋控制;通道门;洁净区;PIC单片机

中图号:TB494  文献标识码: A    文章编号:

PIC Microcontroller Based Intelligent Airshower Purification Control System

SHI Gong-she, CHEN Chao-bo

(School of Electronic Information Engineering, Xi’anTechnological University,Xi’an710032,China)

Abstract:This paper presents intelligent airshower purification control system by simply analyzing basic principle and development status of industrial airshower purification control system. This system is based on PIC microcontroller and has function with equipment crossing gate linkage interlocking, system parameters LCD display, simultaneous voice suggested etc. It also explains system hardware, principle and software implementation on main workflow and reliability of system. Finally, according to actual operation, it further puts proposals on redundant fault of system, which has universal significance.

 Keywords: Airshower control,Access doors,Clean area, PIC microcontroller


本文所述的智能风淋室PIC单片机控制系统是近年来在现代生物工程、精密电子、医药医疗、食品加工等领域中,要求生产洁净厂房与自然环境严格隔离情况下出现的一种通道洁净设备。风淋净化室作为系统构成的主体,起到去除人员、工具、材料等表面的尘埃,杀灭流通细菌,又对风淋净化室两侧的洁净区和自然区(非洁净区)缓冲隔离的作用。

早期的风淋净化系统中,风淋电机的起停多为手动控制,洁净区与自然区通道门也不能自动互锁,容易由于员工疏忽或贪图方便不遵守风淋净化规程造成生产区环境污染。随着微处理器、传感器等制造及应用技术的发展,目前的风淋净化控制系统,不仅有完善可靠的洁净区与自然区通道门的双门电磁自动互锁装置,通道门是否可靠闭合的光检测技术及通道门闭合异常情况下的声光警示,红外传感的风淋电机自动起停及风淋过程精确定时控制,还引入了紫外光细菌杀灭,人性化的语音提示,系统节能降耗等新的设计理念。

由于近邻复杂的工业生产环境,加上风淋净化控制系统自有的门锁控制器件电磁动作、电机起停等因素的干扰,在由普通的微处理器构成的风淋净化控制系统运行可靠性不易得到有效保障的情况下,一些风淋净化控制系统的设计采用了工业PLC控制技术[1][2],这类系统在满足主要设计功能的同时,也一定程度上限制了系统对显示、语音等技术的灵活应用。

微芯(Microchip)公司的PIC系列单片机以其卓越的设计理念和丰富的资源特点,经过10余年的积极开拓,在电信、家用电器、工业控制、、仪器仪表、汽车电子等许多领域获得了极为广阔的发展前景[3]。以下阐述基于PIC单片机技术构成的智能风淋洁净控制系统的具体设计思想。

1         系统结构及工作原理

1.1    硬件构成

考虑系统的结构、功能、微处理器资源以及可能用于组成数据、管理、安保等目的的集散式系统的总线形式等综合因素,宜选择PIC系列的16F873A芯片。构成的智能风淋洁净控制系统如图1所示,包括含看门狗及复位电路的微处理器,通道门闭合状态检测及用于员工进出洁净生

红外感应检测SFH506-38

通道门控及闭合状态检测

风淋电机控制KONG控

运行控制



LCD显示

PCF8577C

3键输入

语音同步提示

WTV040-16P

参数存储

24C02

紫外光源控制

系统电源


5V

36V

8V

图1 系统结构框图

Fig.1 System configuration



产区并保障生产区域洁净的通道门开关联动互锁电磁控制,对应风淋电机起停控制的反射方式红外检测,系统工作模式、风淋定时时间、报警等参数选择及设定的键输入及LCD显示,系统参数存储,风淋洁净过程语音同步提示,紫外光细菌杀灭,电磁门控节能及系统电源等几大部分。红外感应检测部分采用一体化结构的芯片如Siemens的SFH506-38。考虑到系统运行对实时性要求并不很高,系统参数的加载或设定只在极少数情况下作用,故充分发挥PIC系列单片机丰富的


串行总线资源及编程优势,参数存储选择I2C形式的24C02。四位LCD数显亦采用基于I2C形式的PCF8577C驱动[4],其中高两位为系统工作模式及工作状态显示,低两位为风淋定时时间的显示。语音同步提示部分采用OTP形式的WTV系列语音芯片中的WTV040-16P,该芯片为40S语音长度,串行方式下最大可128段寻址播放。系统电源部分在通道门电磁锁控释放状态下通过36V输出为8V经二极管隔离的输出端电容充得足够的电压。吸合控制发生后,首先通过电容放电使得电磁锁控可靠吸合,然后由8V电源提供持续的节能保持电压。

图2     微处理器资源分配图

Fig2 Microprocessor resourceallocation plan

系统微处理器PIC16F873A具体资源分配如图2所示。系统晶振4MHz。语音芯片WTV040-16P为单线串行控制方式,BUSY为放音状态查询端。

1.2     软件控制

风淋净化控制系统一个有代表性的部分是系统有关通道门的管理及风淋洁净控制的过程,其控制流程如图3所示。其中为表述方便约定,与外部自然区域(非洁净区)相通的通道门为A门,与生产区域(洁净区)相通的通道门为B门。在风淋过程前A、B通道门自动双锁并在门的外侧伴有红色LED警示,防止此时有人意外进出污染洁净区域。红外感应风淋为员工进入风淋洁净室内有效区域后,通过红外感应启动风淋电机进行的正常风淋洁净过程,风淋过程中除风淋喷头自身旋转外,语音会自动提示被风淋者前后转体,以保证洁净效果。如果进入室内一定时间内不到有效区域接受风淋洁净过程,会有语音提示,这种情况下通道门锁不会释放。强制风淋为员工回到外面后系统对受到污染的风淋室环境进行的自净过程。其它技术不再赘述,请参考相关参考文献。

1.3     可靠性设计

为了保障系统在复杂环境下可靠运行,除了正常利用微处理器内部的看门狗以便系统在意外死机情况下及时复位重启外,考虑到系统参数正确与否对系统能否正常可靠的运行起着至关重要的作用,在此采取了如下措施:首先,在微处理器的数据存储区内划出两个大小相同的系统主、辅参数存储区。系统上电参数加载时,从外部数据存储芯片24C02中连续读取两次系统参数并分别放至上述划出的主、辅参数存储区内,数据读取过程完成后系统立即进行主、辅参数存储区数据比较,如有异常重复系统参数加载过程。正常工作模式情况下为了兼顾系统程序运行速度与可靠性两个方面,虽然不用频繁的进行外部系统参数加载,但是在每个工作程序运行周期伊始首先进行主、辅参数存储区数据的比较,发现异常及时进行系统参数重新加载。出于同样的考虑,在系统参数设定修改完毕后,除了对24C02的写入进行正常的系统参数保存外,立即将刚写入24C02内的系统参数再反读回内存的辅助参数区,并同样进行主、辅参数存储区数据的比较,异常情况下则要求重复对24C02的写入过程,防止系统参数在存储过程中出现意外。

2         

MAIN

门状态读入

A门开

Y

B门开

N

Y

门开延时及

声音警示

N

员工进出判断

A门进

红外检测

定时风淋

AB门解锁

A门出

AB门双锁

强制风淋

返回MAIN

B门进、出

图3 通道门及风淋控制流程图

Fig.3Access doors and Airshower control flowchart

结论

基于PIC单片机技术的智能型风淋净化控制系统,秉承了PIC单片机系统结构简练、运行快捷、环境适应能力强、技术保密性好等工业控制单片机的固有特性。由于采用了通道门连动互锁、系统参数LCD显示、语音同步提示、细菌杀灭、节能降耗等一些新的设计技术及思想,因此系统具有直观便利、操作可靠、亲和性好等优点。

由于上述系统是基于通道门的开关检测对员工的进出做出推理判断的,系统实际运行发现,当有员工只是开关通道门而并不实际进出风淋洁净室时,虽然不会造成对洁净区域污染的直接后果,但仍会使得系统对员工的真实流向判断出错。因而软件中还应该考虑建立一种正常的红外感应风淋洁净过程与强制风淋自净过程之间的相互转换关系,在此基础上,最好通过在通道门口设置两个对射方式的红外光检测装置并将其输出信号送至微处理器的方式,根据其被人体遮挡的先后顺序最终由系统对员工的流向做出正确可靠的判断。


参考文献

[1]何金龙.风淋室控制系统[J].福建电脑,2003(4):22

[2]张静.智能型风淋室控制系统的设计与研制[J].洁净与空调技术,2004(4):52

[3]李学海. PIC单片机原理[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004

[4]林宗,薛昭武.一种带I2C总线的LCD驱动电路[M].福州大学学报(自然科学版) 1998,26(2):65

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