隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和芯片成本的不斷降低，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)、各類工業(yè)自動化控制、家電產(chǎn)品已經(jīng)屢見不鮮。對于一些控制過程簡單、輸入輸出節(jié)點(diǎn)不多，模擬量輸入輸出精度要求不高的場所，如果用plc又感覺大材小用且成本難以控制。這時(shí)候如果采用單片機(jī)控制顯然具備明顯的優(yōu)勢。不同的控制系統(tǒng)要求不同控制邏輯來實(shí)現(xiàn)，但其硬件構(gòu)成基本類似，只是軟件構(gòu)成區(qū)別較大而已。因此，按照一般的控制要求構(gòu)建出通用的控制板，在根據(jù)不同的控制要求編寫控制軟件是完全可行的。實(shí)際上現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域的plc就是基于這一理論誕生出來的。只是其控制精度更高、配套產(chǎn)品更成熟化、軟件編寫平臺更人性化而已。
1、通用控制板的硬件構(gòu)成
本文所講述的通用控制板選用atmel公司生產(chǎn)的作為主控芯片，該芯片具有簡便易學(xué)，開發(fā)成本低廉的特點(diǎn)，同時(shí)由于現(xiàn)在大都采用c語言編程，其編程方式簡便易學(xué)。atmega16 單片機(jī)功能強(qiáng)大、性價(jià)比高。具備32個(gè)真正意義的雙向i/o，具有大電流(灌電流)10～40 ma,可直接驅(qū)動可控硅scr或繼電**，節(jié)省了外圍驅(qū)動**件。atmega16avr單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較**，具有8路10位a/d，i/o口可用作a/d轉(zhuǎn)換，可組成廉價(jià)的a/d轉(zhuǎn)換**。同時(shí)串口通信、看門狗電路、e2rom等一應(yīng)俱全。目前，avr已被廣泛用于空調(diào)控制板、打印機(jī)控制板、智能****、智能手電筒、led控制屏、醫(yī)療設(shè)備、gps等系統(tǒng)中。
通用控制板設(shè)置8路開關(guān)量輸入、4路模擬量輸入；8路開關(guān)量輸出，每路開關(guān)量輸出均采用繼電**輸出（常開、常閉各一組）；一路紅外接收電路。具備485通信和232通信端口，可以實(shí)現(xiàn)控制板與pc以及控制板與控制板之間的通信和數(shù)據(jù)交換，以便實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制和遠(yuǎn)程多板聯(lián)控。以下簡要敘述各功能模塊的構(gòu)成。
開關(guān)量輸入電路模塊采用光耦pc817實(shí)現(xiàn)輸入端與控制板的隔離，同時(shí)為了能直觀的觀察開關(guān)量的輸入狀態(tài)，在輸入端設(shè)置了led指示（輸入端低電平是點(diǎn)亮），輸入端采用+12v**立電源驅(qū)動，以減少輸入電路對單片機(jī)的干擾。對該電源的要求是+12v穩(wěn)壓、輸出電流大于1a。
模擬量輸入使用atmega16的pa0～pa3四個(gè)引腳，**大輸入電壓5v，為簡化電路ad轉(zhuǎn)換所需的基準(zhǔn)電源直接采用單片機(jī)的+5v電源，為保護(hù)單片機(jī)輸入端不會因模擬輸入端電壓過高而損壞， pa0～pa3設(shè)置了5.1v的穩(wěn)壓管及相應(yīng)的限流電阻組成的保護(hù)電路。為便于與不同傳感**相連接，輸入端設(shè)置了接地和上拉電阻跳線。實(shí)際應(yīng)用是可根據(jù)需要設(shè)置跳線。
開關(guān)量輸出采用pc817光耦隔離控制板與輸出端，由單片機(jī)的pc0～pc7驅(qū)動相應(yīng)的光耦，再由光耦驅(qū)動9013的基**，9012的集電**驅(qū)動輸出繼電**。輸出端電源采用+12v**立電源驅(qū)動，減少輸出電路對單片機(jī)的干擾。輸出電源要求+12v穩(wěn)壓、輸出電流大于1a。輸入電源與輸出電源可以采用同一組電源。
串口通信電路采用max485和max232實(shí)現(xiàn)485通信和rs232通信，由于atmega16只有一個(gè)硬件串口通信，所以對于同一個(gè)控制板485通信和232通信不能同時(shí)使用，而是采用撥碼開關(guān)進(jìn)行切換。
單片機(jī)電源采用+5v穩(wěn)壓**立電源，輸出電流要求大于1a，在電路設(shè)計(jì)是應(yīng)做好電源的濾波。
2、pcb的布線要點(diǎn)
在進(jìn)行控制板的pcb布線時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：(1)輸入輸出應(yīng)該分布在控制板的兩邊，電源的輸入端點(diǎn)和通信端口分布在控制板的另外兩邊；(2)電源走線應(yīng)適當(dāng)加寬，靠近芯片的電源輸入端點(diǎn)應(yīng)增設(shè)濾波電容；(3)單片機(jī)的編程端口盡量靠近芯片；(4)單片機(jī)晶振走線盡量縮短；輸入端與單片機(jī)、輸出端與單片機(jī)之間應(yīng)采用加寬的地線隔離；(5)pcb采用雙面覆銅板，對于單片機(jī)部分的pcb空白部位采用覆銅接地，以增強(qiáng)單片機(jī)的屏蔽。
3、軟件開發(fā)
本控制板的程序采用icc軟件編寫，編寫完成后通過單片機(jī)的編程端口寫入單片機(jī)。編程工作主要涉及端口定義、功能模塊的初始化（通信初始化、ad轉(zhuǎn)換初始化、輸入輸出初始化等），先按照avr的編程要求編寫各功能模塊。在具體應(yīng)用時(shí)再根據(jù)不同的要求修改各功能模塊。如果想使用上位機(jī)控制還需要編寫相應(yīng)的上位機(jī)控制軟件，上位機(jī)控制軟件可采用vb或vc編寫，編寫時(shí)一定要注意控制板的波特率的設(shè)定值，上位機(jī)的波特率與控制板的波特率一定要一致，否則無法正常通信。
控制板通信模塊軟件的編寫一定要考慮通信數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，無論采用rs485還是采用rs232通信，在實(shí)際通信過程中總是難以避免外界的干擾，因而對通信數(shù)據(jù)正確的校驗(yàn)就顯得尤為重要。通常比較簡單有效的校驗(yàn)辦法是采用幀頭、幀尾特征碼校驗(yàn)的方法進(jìn)行校驗(yàn)，即通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為aa bb +（實(shí)際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)）+aa bb，其中幀頭的aa bb和幀尾的aa bb為固定數(shù)據(jù)，接收方在收到數(shù)據(jù)后首先檢查幀頭和幀尾數(shù)據(jù)的正確性，以此判定傳輸數(shù)據(jù)是否正確。
4、實(shí)際應(yīng)用
該通用控制板筆者已經(jīng)成功應(yīng)用于排風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)自動控制。在排風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中采用了兩個(gè)通用控制板，通過rs485實(shí)現(xiàn)兩控制板之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)際傳輸距離為80米。在空調(diào)控制中使用一個(gè)控制板完全代替損壞的空調(diào)控制主板，用三個(gè)模擬量輸入端口采集空調(diào)的室內(nèi)溫度、室內(nèi)盤管溫度、室外盤管溫度�？照{(diào)壓縮機(jī)控制接觸器、室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇高中低檔、室外機(jī)風(fēng)扇、四通閥等由開關(guān)量輸出繼電器控制。在廢水處理系統(tǒng)自動控制中，用開關(guān)量輸入端點(diǎn)與水位傳感器連接，輸出端點(diǎn)控制水泵的接觸器、加藥泵等實(shí)現(xiàn)廢水的自動處理。
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