摘要：針對(duì)科研實(shí)驗(yàn)中對(duì)拉壓千斤頂加栽過程控制的需要，采用ATmega128單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的電動(dòng)泵站實(shí)行自動(dòng)控制。對(duì)力和位移的數(shù)據(jù)采集與處理及用步進(jìn)電機(jī)控制電動(dòng)泵站手柄的技術(shù)細(xì)節(jié)作了重點(diǎn)描述。通過單片機(jī)的A／D變換器對(duì)AMP放大模塊采集的電橋信號(hào)作量化處理，千斤頂?shù)牟倏厥直恢靡离妱?dòng)油泵閥門開啟的方向和大小作若干定位，單片機(jī)根據(jù)力或位移傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)手柄旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)探控位置。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)油泵；千斤頂；傳感器；AVR單片機(jī)；A／D變換；串口通信；VB編程

    分離式液壓千斤頂在生產(chǎn)建設(shè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等各類工程結(jié)構(gòu)加載工作中具有廣泛的用途。
    該設(shè)備一般由電動(dòng)高壓油泵+壓(拉)千斤頂組成，本文論及的加載系統(tǒng)規(guī)格如表1所示。

    油泵電機(jī)直接帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)，柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)油閥／排油閥工作，液壓油通過高壓油管進(jìn)入千斤頂。用戶可通過泵站上的手柄，人工轉(zhuǎn)動(dòng)泵內(nèi)卸荷閥處于不同位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加載／卸載、推力／拉力及加載速率和穩(wěn)壓作業(yè)。
    在對(duì)力和位移數(shù)值或穩(wěn)壓時(shí)間等精度要求較高的科研實(shí)驗(yàn)加載場合，顯然這種僅靠手工操作的方式難以勝任。給該設(shè)備增設(shè)電腦測(cè)控系統(tǒng)就成為一項(xiàng)與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)革新，也是提高此類設(shè)備性價(jià)比的最佳方案。

1 下位機(jī)
    由ATmega128構(gòu)成下位機(jī)控制核心(見圖1)，其主要是對(duì)各通道放大模塊傳入的工作信號(hào)進(jìn)行A／D變換，并根據(jù)上位機(jī)的指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制執(zhí)行系統(tǒng)的工作目的。

1．1 數(shù)據(jù)采集
    力和位移信號(hào)的測(cè)試由電阻應(yīng)變計(jì)組成的電橋傳感器完成，信號(hào)放大器采用AMP1型放大模塊。此兩者間的適當(dāng)匹配對(duì)單片機(jī)能否順利執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作至關(guān)重要。技術(shù)關(guān)鍵是對(duì)電橋平衡的調(diào)控。信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)后，若有少量的偏移電壓可通過軟件作些補(bǔ)償，若偏移量過大會(huì)造成此通道無法工作。因此有必要在放大模塊的前端，用電位器把偏移較大的模擬信號(hào)調(diào)整過來。調(diào)零電路如圖2所示。

1．2 設(shè)備控制
    油泵手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，以電動(dòng)替代手動(dòng)是設(shè)備控制的技術(shù)關(guān)鍵。把手柄板固定在轉(zhuǎn)軸上，板上布置若干位置電極點(diǎn)，用步進(jìn)電機(jī)加齒輪傳動(dòng)可以解決感知和移動(dòng)手柄位置的問題，如圖3所示。

    單片機(jī)Mega128的PWM、時(shí)鐘和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，通過光耦進(jìn)入L297，產(chǎn)生相序信號(hào)，經(jīng)由L298N的全橋驅(qū)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)按單片機(jī)控制帶動(dòng)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路圖如圖4所示。

1．3 A／D及串口通信
    在串口0初始化編程中，ICCAVR用代碼UCSROB=(1<<RXCIE0)|(1<<RXEN0)|(1<<TXEN0)，將其設(shè)定為允許發(fā)／收，并使能接收完成中斷，這樣當(dāng)A／D變換完成后，向串口0發(fā)送數(shù)據(jù)：


2 上位機(jī)編程
    上位機(jī)用VB編程。主要有窗體布局，數(shù)據(jù)通信和處理，穩(wěn)壓功能等。
2．1 窗體布局
    考慮到實(shí)際應(yīng)用的需要，在作上位機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)窗體界面布局盡量做到簡單、直觀，一目了然。在編程中特別突出參數(shù)標(biāo)定過程和測(cè)試數(shù)據(jù)與大型應(yīng)用軟件的無縫鏈接。如圖5所示。

2．2 數(shù)據(jù)通信和處理
    對(duì)通信控件MSComm設(shè)置：
   
    由于InByte()為動(dòng)態(tài)數(shù)組，其中InByte(0)=1和InByte(3)=2定為力和位移兩組數(shù)據(jù)編號(hào)。為防意外引起上／下位機(jī)數(shù)據(jù)不同步，對(duì)下位機(jī)發(fā)送到接收緩沖器的數(shù)據(jù)必須再確認(rèn)：
 
    這6個(gè)字節(jié)為兩組數(shù)據(jù)：

    對(duì)于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。若等于或大于上限值，手柄回到3#位(停／穩(wěn)壓)。為防傳感器數(shù)據(jù)在臨界點(diǎn)附近徘徊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)．編程時(shí)應(yīng)考慮跳出黏著。
    利用電腦系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓延時(shí)功能。
   
   

3 結(jié)束語
    AVR單片機(jī)的內(nèi)設(shè)10位ADC功能使得下位機(jī)的A／D變換電路設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡單易行。增加電橋調(diào)零電路后AMP1放大模塊才有較寬調(diào)節(jié)范圍。實(shí)際使用中由于各廠家液壓系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造及制作工藝的差別，按全自動(dòng)手柄板定位控制欠佳時(shí)，可由單片機(jī)I／O端口直接控制固態(tài)繼電器，繼而控制油泵電機(jī)。同樣可以獲取較好的工作效果。