CN106681384A

CN106681384A - 一种真空容器低气压智能调节控制装置

Info

Publication number: CN106681384A
Application number: CN201611213148.9A
Authority: CN
Inventors: 宋佳; 蔡国飙; 林家明; 高科
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: CN106681384B

Abstract

本发明公开一种真空容器低气压智能调节控制装置，包括主控模块、电压输出模块、电压采集模块、显示模块，由电源模块供电。其中，主控模块接收真空规检测的气压数据，判断与设定气压的差；若高于设定气压，则计算出气阀的期望开度控制量，作为控制信号向出气阀输出。电压输出模块用来将出气阀开度控制信号转化成模拟的电压信号，经放大器放大后，输出至出气阀。出气阀转动角度通过电压的形式发送给电压采集模块，转换为数字信号后发送给主控模块。显示模块用来接收主控单片机传送的出气阀转角数据以及真空容器内气压数据，进行实时显示。本发明的优点为：可通过编程修改单片机的智能控制系统参数使装置适用于其他低压控制系统，硬件通用性好。

Description

一种真空容器低气压智能调节控制装置

技术领域

本发明属于低气压控制技术领域，具体涉及一种真空容器低气压智能调节控制装置。

背景技术

随着低气压控制技术的不断发展，低气压应用的范围也在不断的扩大，对于低气压控制技术的要求也在不断提高。

在当前的技术条件下，主要采用手动调节阀门开闭的方式，依靠经验来控制真空容器内的气压。但是容器气压的调节受到如真空泵的抽速、低气压容器内壁出气、抽气管道的长度与粗细等因素的影响。凭借人的经验来调整气压，调整速度慢、控制精度不高且不方便，加上真空容器壁面出气等原因，使得真空度不能长期保持稳定。专利《真空控制系统》和专利《智能真空控制系统》中都设计了真空阀门控制装置，但是只实现了阀门的开关控制，阀门只有开关两个状态，无法达到很高的气压控制精度。虽然实现了阀门控制，但仍然需要人时刻观察气压并遥控阀门的开闭，且无法处理壁面出气带来的气压变化，因此不能够维持气压的长期稳定。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种真空容器低气压智能调节控制装置，针对以电动开度快速调节阀为主要执行机构的系统设计实现，可根据任务需求，结合模糊控制技术，智能调节控制参数，自动调节阀门开度，从而实现气压的自适应调节，能够保证真空容器内气压的精确控制，以及气压的长期稳定。

本发明真空容器低气压智能调节控制装置，包括控制盒、复合真空规、进气阀、真空泵与出气阀。

所述控制盒包括主控模块、DAC电压输出模块、ADC电压采集模块、显示模块与电源模块；其中，主控模块为主控单片机；复合真空规将检测到的实时气压数据传输给主控单片机；主控单片机判断当前气压与设定气压的差，如果当前气压高于设定气压，则计算出气阀的期望开度控制量，作为控制信号向出气阀输出；主控单片通过继电器控制真空泵、进气阀、出气阀的电源开闭；

所述DAC电压输出模块包括DAC数据处理单片机、DAC转换芯片与放大器，主控单片机数据通讯端口与电压输出端口；其中，数据通讯端口由数据处理单片机与主控单片机连接，接收主控单片机模块发出的出气阀开度控制信号后，发送至转换芯片；转换芯片将接受到出气阀开度控制信号转化成模拟的电压信号；转换芯片连接数据处理单片机，由数据处理单片机向转换芯片发送24位控制数据，控制转换芯片的输出；转换芯片产生的电压信号，经放大器放大后，通过电压输出口输出至出气阀，实现出气阀的开度控制；

ADC电压采集模块包括ADC数据通讯端口、ADC数据处理单片机、ADC转换芯片与电压检测端口；其中，数据通讯端口与主控单片机的通讯接口与连接，实现主控模块与ADC电压采集模块之间的通讯；出气阀的反馈信号端口发送与其转动角度成正比的电压信号给电压检测端口，电压检测端口采集到电压信号后转换为数字信号，数字信号发送给ADC数据处理单片机，ADC数据处理单片机将收到的数字信号转化为角度数值，通过通讯端口发送给主控单片机；ADC转换芯片用于接收出气阀发送的电压信号；

所述复合真空规安装于真空容器内，用于测量真空容器内的气压，并发送至主控单片机；所述显示模块与主控单片机相连，用来接收主控单片机传送的出气阀转角数据以及真空容器内气压数据，进行实时显示；电源模块用于控制盒的供电，由电源开关控制。

在应用本发明真空容器低气压智能调节控制装置时，第一步按下控制盒电源开关2打开控制电；第二步通过控制盒上的参数减按钮和参数加按钮设置目标气压，设置值会显示在显示屏上；或者通过控制计算机向控制盒发送指令，直接设定目标气压，设置值会显示在显示屏和控制计算机上；第三步启动复合真空规、进气阀、真空泵、出气阀的电源，控制系统开始工作，控制真空容器内的气压达到设定值。

本发明的优点在于：

1、本发明真空容器低气压智能调节控制装置，该装置具有安全、可靠、高效、成本低等特点，可以通过编程修改单片机的智能控制系统参数使装置适用于其他低压控制系统，硬件通用性好。

2、本发明真空容器低气压智能调节控制装置，使用两个真空薄膜规构成复合规，可实现真空容器内气压的实时监测和显示；

3、本发明真空容器低气压智能调节控制装置，可实现真空容器内气压的自适应实时、精确调节控制，气压可控范围为1～10⁵Pa，气压控制具有一定的精度和稳定度；

4、本发明真空容器低气压智能调节控制装置，可通过控制盒上的控制按钮自行设定目标气压，也可以通过另外连接计算机远程向控制盒发送指令来设定目标气压。

附图说明

图1为本发明真空容器低气压智能调节控制装置整体结构框图。

图中

1-控制盒 2-复合真空规 3-进气阀

4-真空泵 5-出气阀 101-主控模块

102-DAC电压输出模块 103-ADC电压采集模块 104-LCD显示模块

105-电源模块

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明真空容器低气压智能调节控制装置，如图1所示，包括控制盒1、复合真空规2、进气阀3、真空泵4与出气阀5。

所述控制盒1包括主控模块101、DAC电压输出模块102、ADC电压采集模块103、LCD显示模块104与电源模块105。

其中，主控模块101、DAC电压输出模块102、ADC电压采集模块103与电源模块105集合在控制盒101的盒体内，LCD显示模块104采用LCD显示屏，安装于控制盒101盒体外壁上；同时，控制盒101外壁上还安装有控制盒电源开关与目标气压设定按钮。上述主控模块101通过电源模块105独立供电；DAC电压输出模块由电源模块105提供的12V直流电供电。主控芯片与ADC电压采集模块103由电源模块105提供的5V直流电供电。

上述主控模块101为采用型号为STC89C52RC主控芯片的STC主控单片机。复合真空规2通过数据线与主控单片机通过通讯接口P3^0与P3^1连接，将复合真空规2检测到的实时气压数据传输给主控单片机；主控单片机判断当前气压与设定气压的差，如果当前气压高于设定气压，则利用模糊PID算法计算出气阀5的期望开度控制量，作为控制信号。主控单片机通过通讯接口P3^0与P3^1利用继电器控制真空泵4、进气阀3、出气阀5的电源开闭。由此，通过主控单片机可控制真空泵4开启，使真空泵4对容器抽真空，使容器内气压降低；如果当前气压低于设定气压，且超过了一定范围，主控单片机则控制进气阀3电源打开，使气体进入容器，进而增大容器内气压。如果当前气压等于设定气压，或当前气压低于设定气压且在一定范围内，主控单片机控制进气阀3、真空泵4和出气阀5关闭，气压控制过程结束，等待容器内气压变化至超出预设范围或设定目标气压发生改变时，再进行下一轮控制。

所述DAC电压输出模块102用来将主控模块101输出的控制信号转化成模拟的电压信号，放大后输出给出气阀5，进而由出气阀5的电机驱动板驱动出气阀5转动。DAC电压输出模块102具有DAC数据处理单片机、DAC转换芯片与放大器，主控单片机数据通讯端口与电压输出端口。其中，DAC数据处理单片机型号为STC15W408AS；数据通讯端口由DAC数据处理单片机的通讯接口P3^0与P3^1引出，分别与主控单片机的通讯接口P3^1与P3^0连接，实现主控模块101与DAC电压输出模块102之间的数据通讯。DAC数据处理单片机接收主控单片机模块发出的出气阀开度控制信号后，发送至DAC转换芯片；。DAC转换芯片型号为DAC8562，用来将接受到出气阀开度控制信号转化成模拟的电压信号。DAC转换芯片中DAC通讯接口Din接DAC数据处理单片机的通讯接口P3^1，片选信号端SYNC接DAC数据处理单片机的片选信号接口P2^0。DAC数据处理单片机通过通讯接口Din每次向DAC转换芯片发送24位控制数据，控制DAC转换芯片的输出。DAC转换芯片产生的电压信号，经放大器放大后，通过电压输出口VoutA输出；电压输出口VoutA与出气阀5的输入口I+通过数据线连接，将放大后的控制电压输出至出气阀5，出气阀5依据电压大小调节自身开度。

上述出气阀5转动的角度通过电压的形式发送给ADC电压采集模块103；ADC电压采集模块103将采集到的电压信号转换为数字信号，发送给主控模块101中的主控芯片处理，构成反馈回路。ADC电压采集模块103具有数据通讯端口、ADC数据处理单片机、ADC转换芯片与电压检测端口。其中，ADC数据处理单片机型号为STC11F04E；数据通讯端口由ADC数据处理单片机的通讯接口P3^0与P3^1引出，与主控单片机的通讯接口与连接，实现主控模块与ADC电压采集模块之间的通讯。出气阀5的反馈信号端口发送与其转动角度成正比的电压信号给电压检测端口，电压检测端口采集到电压信号后转换为数字信号，数字信号发送给ADC数据处理单片机，ADC数据处理单片机将收到的数字信号转化为角度数值，通过通讯端口发送给主控单片机。所述ADC转换芯片型号为ADC0832，其中DO引脚是分别为数据输入与数据输出引脚，分别与ADC数据处理单片机的通讯端口P1^3、P1^2连接；CH0、CH1引脚为电压信号输入引脚，与出气阀5的反馈信号端口O+连接，用于接收出气阀5发送的电压信号。

所述复合真空规2安装于真空容器内，用于测量真空容器内的气压，其数据通讯端口与主控单片机的数据通讯端口连接，向主控单片机发送真空容器内气压数据。由于可控气压的范围较大(1～100,000Pa)，复合真空规具有两个复合真空规，来进行真空容器内气压的实时监测。一个复合真空规检测高气压，一个检测低气压。真空规选用薄膜规，薄膜规又称为薄膜电容规，在不同压力下金属膜片受力不同会有不同尺度的变形，使得金属膜片和电极之间的电容变化，通过测量电容的变化量，即可知道金属膜片上气压的变化。

所述LCD显示模块104中，D0～D7引脚是LCD的数据输入引脚，分别与主控单片机的双向I/O端口P00～P07连接，LCDEN引脚是LCD显示模块的使能引脚，与主控单片机的定时器输出端口T0连接。RS引脚为输入指令/数据选择引脚，与主控单片机的定时器输出端口T1连接。LCD显示模块104用来接收主控单片机传送的出气阀6转角数据以及真空容器内气压数据，进行实时显示。

所述控制盒101外壁上的电源开关与主控单片机的GND端连接；本发明中各个模块共地连接。所述控制盒101外壁上的气压设定按钮包括参数加按钮(SET+)和参数减按钮(SET-)，用于设定目标气压；该目标气压也可通过控制计算机向控制盒发送指令直接设定，并显示在显示模块和控制计算机上。其中，SET+按钮一端与主控单片机的外部中断端口P3^4连接，另一端接地，用于增大目标气压。SET-按钮一端与主控单片机的外部中断端口P3^5连接，另一端接地，用于减小目标气压。

Claims

1.真空容器低气压智能调节控制装置，其特征在于：包括控制盒、复合真空规、进气阀、真空泵与出气阀；

所述控制盒包括主控模块、DAC电压输出模块、ADC电压采集模块、显示模块与电源模块；

其中，主控模块为主控单片机；复合真空规将检测到的实时气压数据传输给主控单片机；主控单片机判断当前气压与设定气压的差，如果当前气压高于设定气压，则计算出气阀的期望开度控制量，作为控制信号向出气阀输出；主控单片通过继电器控制真空泵、进气阀、出气阀的电源开闭；

所述复合真空规安装于真空容器内，用于测量真空容器内的气压，并发送至主控单片机；

所述显示模块与主控单片机相连，用来接收主控单片机传送的出气阀转角数据以及真空容器内气压数据，进行实时显示；

电源模块用于控制盒的供电，由电源开关控制。

2.如权利要求1所述真空容器低气压智能调节控制装置，其特征在于：控制盒外壁上设计有气压设定按钮，包括参数加按钮和参数减按钮，用于设定目标气压。

3.如权利要求1所述真空容器低气压智能调节控制装置，其特征在于：主控模块通过电源模块独立供电；其中，电压输出模块由电源模块提供的12V直流电供电；主控芯片与电压采集模块由电源模块提供的5V直流电供电。