基于单片机的多参数控制仪的设计

摘 要：随着科学技术的发展，工业生产线中对设备的要求也越来越高，单片机的多参数控制仪的出现无疑为其做出巨大的贡献。该控制仪是由控制器、单片机以及多路并联分时控制电路组成的一种基于单片机的多参数控制仪。下面本文就以控制仪在试验装置中的系统为例，来分析系统的多路并联分时控制电路的原理及设计方法，并给出设计的选取，为基于单片机的多参数控制的设计和应用提供参考。

关键词：单片机；多参数；控制仪；多路并联分时控制电路

中图分类号：TP368.1

随着现代工业的发展，在工业自动化生产线中，要求控制仪具备精度高、耗能低、可调范围宽以及数字显示直观等特点。基于单片机的控制方式具有机器操作容易、使用简便的性能。于是很多单位便采用了单片机的控制方式，进行了多参数控制仪的研究。该控制仪由控制器、单片机以及多路并联分时控制电路组成，下面本文就从它的设计原理、电路设计方法及实例来分析如何提出多路并联分时控制电路、多路信号控制等电力控制方法。

1 多参数控制仪的设计分析

在目前工程控制中，主要使用PLC可编程多参数控制、电路实现多参数控制以及单片机多参数控制等控制方法。但是，由于PLC可编程多参数控制参数多，更适用于大型的工业自动化系统，电路实现多参数控制方法调试不方便而不容易实现所需控制。因此，对于一般小型系统的控制，基于单片机的多参数控制的方法使用更为广泛、方便，尤其是顺序并联电路控制。

1.1 控制仪的设计指标：（1）控制对象：单路、双路、多路并联式控制或串联式控制。（2）控制信号：方波信号、电压信号。（3）控制时间：0.01s-100min。（4）定时器：高精度的数字式控制器。

1.2 高精度数字式控制器。基于单片机的多参数控制仪的组成有单片机控制器，分析了在控制部分时单片机的定时器运作方式，如图1所示。

1.3 控制仪的功能。为了实现多路分时控制，采用多路并联分时控制电路以单片机MCS-51为例来设计基于单片机的多参数控制仪，根据分析研究，该控制仪所需具备的功能有：（1）多路并联性：多个任务能通过各自的终端达到并联分时控制，以实现可以同时使用一个系统来完成任务。（2）独立性：在整个控制仪系统运行的过程中，当多个任务能同时使用一个CPU完成任务的同时，还能保证各自之间运行操作的独立性，即互不影响，各自完成任务。（3）迅速性：当工作时间开始控制仪给出任务后，系统能够在允许的时间迅速接收到任务，并给出及时的响应和处理。（4）广泛性：能够广泛应用于各个领域，如电力、水力、温度的控制，甚至家用电器、汽车等工业制造的运用中。如基于单片机的控制仪投入到相机的使用，针对仪器使用现场干扰强烈的特点，该控制仪以51单片机为核心来控制主机通讯，实现了相机的远程控制。

2 多参数控制仪的运用

由于多参数控制仪的运用领域广泛，其在不同的地方，原理和功能也不尽相同，本文以动加载试验装置系统为例进行分析说明基于单片机的多参数控制仪的原理及设计方法，如图2所示。（1）多路信号控制系统组成：电源、多路控制器、单片机定时器。（2）控制原理：根据控制工作方式需求，其控制对象可以是单路式、双路式或多路并联式，控制时间在0.01s-100min之间任意确定。控制器为高精度数字式控制器，在输入信号时，也根据实际要求选用，一种为可利用电压信号输入控制，一种为可利用计算及自动程序输出信号。当设定了控制工作时间后，各路工作状态自动关闭，一旦输入信号，就会在控制信号的作用下4路同时接收到信号并开始分别有序工作。（3）运行过程：根据如图2所示设计多路并联控制电路，当接收到控制信号时，第1路充气系统开始工作，当所设定的工作时间t1、t2结束后，第1路工作系统便会自然关闭，第2路稳压控制系统开始工作，当设定的时间t3、t4结束后，第2路系统便会自然关闭，以此顺序，第3路减压系统会接着工作，然后在一定的压强下，第4路稳压系统才会工作，时间结束后，系统自动关闭，停止工作。

通过对动加载试验装置系统工作的研究得出，基于单片机的多参数控制的控制仪操作简单，功能齐全，将其扩展到不同的领域也显得更有意义。

3 多参数控制仪的现状及发展

目前，我国在多参数控制仪的设计虽然有诸多研究，但还尚未成熟，存在以下问题：（1）多参数的建模技术：通过研究可以用敏感度分析技术来控制相互受影响的设计变量，但对于大部分的多参数工程，还存在着复杂的交叉耦合的问题无法解决，导致不能很好地设计变量间的耦合性。（2）多参数的变量多：由于通常参数提取不唯一，导致难以确定模型间的空间对应关系，而降低了优化的效率。（3）设计变量离散：由于参数多、变量离散，导致近似模型的精度降低，以致优化结果的可靠性难以保证。

虽然在多参数控制仪的发展领域还有很多亟需解决的问题，但只要从控制仪的原理加以改进，基于单片机的多参数控制仪将会被应用在各个领域。目前主流的多参数优化策略有敏感度分析、空间缩减技术以及空间映射技术。在设计基于单片机的所参数控制仪时，可通过这些技术对其不足进行改正。

4 结束语

综上所述，基于单片机的多参数控制仪，它具备新颖的电路设计，特别的结构以及齐全的功能；而且具备精度高、功耗低、可调范围宽数字显示直观、时间设定操作简单以及控制时间可调范围宽等特点。在实际的工业设计中，其设计技术指标、稳定性、控制精度、独立性以及迅速性，均满足了现代工业对设备需求的不同使用要求。当然，为增加其控制通道数，扩展其使用功能，该控制仪可以根据工程的需求进行二次开发，在提高自动化设备工作效率、降低控制系统成本等方面发挥巨大作用。因此，研究基于单片机的多参数控制仪是极其有意义的。

参考文献：

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作者简介：路士兵（1978-），男，河北南宫人，教师，讲师，硕士学位，研究方向：计算机软件工程。

作者单位：公安海警学院 电子技术系，浙江宁波 315801