3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于調(diào)試和維護(hù)。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括四大部分：單片機(jī)核心控制模塊、氣體流量檢測模塊、液晶顯示模塊、控制執(zhí)行模塊和通信模塊。

　　3.1單片機(jī)核心控制模塊

　　單片機(jī)核心控制模塊的設(shè)計(jì)主要包括C8051F020單片機(jī)的最小系統(tǒng)、鍵盤及液晶顯示電路的設(shè)計(jì)。其中，AIN0.0和AIN0.1作為氣體流量采樣的輸入端；P0.0和P0.1為通信提供輸入/輸出信號；P1口作為鍵盤引出端；P6口和P5口的部分引腳作為液晶的數(shù)據(jù)口和控制口；P2.4和P2.5分別作為可執(zhí)行機(jī)構(gòu)1和2的控制信號輸出端。CGM12864B點(diǎn)陣液晶顯示屏是由2片帶控制器的列驅(qū)動(dòng)電路KS0108和1片行驅(qū)動(dòng)電路KS0107組成主要的硬件電路。顯示方面由1片128×64像素的液晶片組成。KS0108將顯示區(qū)分為左右半屏，整個(gè)屏從上到下64行分為8頁，每頁8行。其液晶顯示電路如圖2所示。

圖2 液晶顯示電路圖

　　3.2氣體流量檢測模塊

　　該模塊主要由氣體流量傳感器、整形放大電路、多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電路等組成。主要完成將傳感器檢測到的與氣體流量相對應(yīng)的模擬量作整形放大，變成C8051F020單片機(jī)能接收的數(shù)字量。

　　被測氣體在規(guī)定的流量、壓力范圍內(nèi)通過流量計(jì)時(shí)，其瞬時(shí)容積流量Qi為

Qi=N/ξi (1)

　　式中，N為1s內(nèi)輸出的脈沖數(shù)；ξi為流量計(jì)系數(shù)。

　　檢測氣體流量時(shí)，CPU內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器CTC1不斷采樣流量計(jì)輸出的脈沖數(shù)，并通過硬件中斷每秒對測得的流量運(yùn)算一次，求得被測氣體的瞬時(shí)容積流量Qi和累計(jì)容積流量Qv。

　　3.3 控制執(zhí)行模塊

　　控制執(zhí)行模塊主要作用是對外部輔助設(shè)備進(jìn)行控制，如空氣壓縮機(jī)。本系統(tǒng)的外部電路接口，通過一個(gè)三極管電路，可以方便的與外部電路連接，單片機(jī)控制外部繼電器電路圖如圖3所示。

圖3 繼電器電路圖

　　3.4通信模塊

　　為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間長距離有效數(shù)據(jù)通信，通信模塊采用MAX485芯片，利用RS485標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，配置P0口的P0.0和P0.1為TX0和RX0引腳，與MAX485的RO和DI相連，由于微機(jī)串口利用RS232標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)串口輸出為TTL標(biāo)準(zhǔn)，必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)信號間的轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 RS485通信電路圖

　　3.5.氣體流量控制

　　在氣體流量測量的基礎(chǔ)上，給定值和實(shí)際測得的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較后算出偏差，然后對氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于氣體流量系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型很難獲得，而模糊控制算法具有人的智能思維、適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，正適用于這類系統(tǒng)。因此，采用模糊控制算法對氣體流量進(jìn)行自動(dòng)控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框圖如圖5所示。

圖5 模糊控制器框圖