膠粘劑的生產(chǎn)過程屬聚合反應(yīng)，采用控制反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物溫度的方法來進(jìn)行生產(chǎn)，而現(xiàn)在都是通過人工憑借溫度計進(jìn)行控制，生產(chǎn)現(xiàn)場沒有預(yù)警措施，這樣產(chǎn)品質(zhì)量很不穩(wěn)定，并且生產(chǎn)工人的安全也得不到保障。這些企業(yè)急需要既經(jīng)濟(jì)又可靠的控制器，但聚合反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜，影響溫度的因素也很多，需要分析大量的數(shù)據(jù)，為此我們開發(fā)了以LPC2132為控制核心的數(shù)據(jù)采集器。

        1系統(tǒng)分析

        根據(jù)工藝要求，反應(yīng)在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)物是通過電子稱計量后由真空泵打入反應(yīng)釜內(nèi)，整個生產(chǎn)包括升溫階段和恒溫階段，溫度始終按給定的溫度曲線變化。當(dāng)需要升溫時，在煉膠釜夾層內(nèi)通入蒸汽，從而使得煉膠釜內(nèi)溫度升高；反之通人冷卻水，使得煉膠釜內(nèi)溫度降低，因此，我們對原來的反應(yīng)釜做了一些改造，設(shè)置了兩個連續(xù)可調(diào)閥門分別來手動控制蒸汽和冷卻水的流量。溫度受諸多因素的影響，反應(yīng)在不同的階段會產(chǎn)生不同的中間產(chǎn)物，其中pH值反映了化學(xué)反應(yīng)的程度，我們主要對反應(yīng)釜內(nèi)的溫度、環(huán)境溫度和pH值幾個參數(shù)進(jìn)行了檢測，并設(shè)置了相應(yīng)的傳感器和變送器。

       2硬件結(jié)構(gòu)

       系統(tǒng)以PHILIPS公司的LPC2132為控制核心芯片，他具有64 kB片內(nèi)FLASH，16 kB片內(nèi)RAM，1個8路10位A／D轉(zhuǎn)換器，2個32位定時器／計數(shù)器(帶4路捕獲和4路比較通道)，PWM單元(6路輸出)。實(shí)時時鐘具有獨(dú)立的電源和時鐘源，在節(jié)電模式下極大地降低了功耗，因此沒有設(shè)置專門的時鐘芯片，系統(tǒng)整體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括復(fù)位電路，JTAG調(diào)試接口，鍵盤液晶，環(huán)境溫度，釜溫、pH值的檢測，通過JTAG接口既可以下載程序，又可以調(diào)試程序。

       2．1．1 反應(yīng)釜內(nèi)溫度檢測

       溫度檢測電路由K型(鎳鉻一鎳硅)熱電偶和數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片MAX6675組成，如圖2所示。K型熱電偶的測溫范圍為－200～1 300℃，MAX6675是一個集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A／D轉(zhuǎn)換器及SPI接口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

       2．2 pH值檢測

       pH值檢測采用成熟的工業(yè)級產(chǎn)品pH計，由pH發(fā)送器、高阻轉(zhuǎn)換器，當(dāng)被測物質(zhì)pH值發(fā)生變化時，由電極偶產(chǎn)生的對應(yīng)毫伏信號輸入到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)高阻放大器放大后再轉(zhuǎn)換成4～20 mA直流信號輸出，而LPC2132的內(nèi)部有10位A／D轉(zhuǎn)換，輸入電壓的范圍是0～3 V，因此需要一個I／V變換電路，電路如圖3所示，RCV420是精密電流環(huán)接收器芯片，他包含一個高級運(yùn)算放大器，一個片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個精密10 V電壓基準(zhǔn)，其總轉(zhuǎn)換精度為0．1％，共模抑制比CMR達(dá)86 dB，共模輸入范圍達(dá)士40 V，具有很高的性能價格比，電路中將4～20 mA輸入信號轉(zhuǎn)換成為0～3 V輸出信號。

       2．3 電源和復(fù)位電路

       220 V交流電經(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓幾個環(huán)節(jié)輸出5 V直流電源，再經(jīng)SPXlll7M－3．3將5 V電源穩(wěn)壓至3．3 V給系統(tǒng)芯片供電。

       由于ARM芯片的高速、低功耗和低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時鐘源的穩(wěn)定性和電源監(jiān)控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求，復(fù)位電路使用帶I2C存儲器的電源監(jiān)控芯片CATl025JI30，提高了系統(tǒng)的可靠性。

       2．4鍵盤和顯示電路 

       鍵盤采用HD7279鍵盤顯示專用芯片進(jìn)行鍵盤的設(shè)計。HD7279是一個具有串行接口的可連接多達(dá)64個鍵的鍵盤矩陣，內(nèi)部含有去抖動電路。當(dāng)有鍵盤按下時，鍵值自動保存在寄存器中，通過讀取該寄存器，就可獲得鍵盤鍵號，避免了傳統(tǒng)的鍵盤掃描、計算鍵值等軟件設(shè)計，方便程序編寫。HD7279與LPC2132的連接極其簡單，只要把下述4根線：CS，CLK，DATA和KEY連接到LPC2132的GPIO即可。

       顯示電路由SMG12864ZK圖形點(diǎn)陣顯示液晶模塊組成，見圖4，J9跳線選擇串／并行工作方式，該液晶模塊自帶字庫，主要用來實(shí)時顯示時間、報警參數(shù)(上、下限報警值)，pH值、環(huán)境溫度、釜內(nèi)溫度、設(shè)定溫度和升溫速率。

       2．7 串行接口電路

       采用RS 485總線標(biāo)準(zhǔn)的MAX485芯片，在工業(yè)控制中抗干擾能力強(qiáng)，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

       3軟件設(shè)計

       3．1主程序?qū)崿F(xiàn)

       軟件系統(tǒng)采用前后臺輪循調(diào)度的方式，軟件設(shè)計基于嵌入式C語言，采用自頂向下的逐步細(xì)化的結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計方法。LPC2132程序在編譯中將啟動代碼嵌入到芯片中，他可以實(shí)現(xiàn)向量表的定義、堆棧的初始化，中斷系統(tǒng)初始化、I／O初始化、外圍初始化、地址重映射等操作。系統(tǒng)啟動后轉(zhuǎn)入用戶的主程序，并執(zhí)行用戶的初始化程序，包括引腳配置初始化、SPI初始化、SD卡自動檢測、UART初始化、A／D初始化、定時器初始化、中斷初始化、鍵盤液晶初始化等，然后進(jìn)入主畫面顯示，等待按鍵，若為功能鍵，則進(jìn)入鍵處理程序并顯示對應(yīng)的子畫面。主程序框圖如圖6所示。

       4 結(jié) 語

       該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以LPC2132為控制核心，同時使用集成度高、功能全的芯片作為外圍擴(kuò)展，使得整個系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)存儲容量大、操作簡便，為現(xiàn)場生產(chǎn)人工控制和掌握膠粘劑生產(chǎn)過程的反應(yīng)機(jī)理提供了依據(jù)。

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