基于AVR單片機的實驗加載閉環控制系統

摘要：針對科研實驗中對拉壓千斤頂加栽過程控制的需要，采用ATmega128單片機控制步進電機進而實現對執行系統的電動泵站實行自動控制。對力和位移的數據采集與處理及用步進電機控制電動泵站手柄的技術細節作了重點描述。通過單片機的A／D變換器對AMP放大模塊采集的電橋信號作量化處理，千斤頂的操控手柄位置依電動油泵閥門開啟的方向和大小作若干定位，單片機根據力或位移傳感器信號，實時控制步進電機驅動手柄旋轉到相應探控位置。
關鍵詞：電動油泵；千斤頂；傳感器；AVR單片機；A／D變換；串口通信；VB編程

分離式液壓千斤頂在生產建設、科學實驗等各類工程結構加載工作中具有廣泛的用途。
該設備一般由電動高壓油泵+壓(拉)千斤頂組成，本文論及的加載系統規格如表1所示。

油泵電機直接帶動泵軸旋轉，柱塞作往復運動，進油閥／排油閥工作，液壓油通過高壓油管進入千斤頂。用戶可通過泵站上的手柄，人工轉動泵內卸荷閥處于不同位置，實現系統的加載／卸載、推力／拉力及加載速率和穩壓作業。
在對力和位移數值或穩壓時間等精度要求較高的科研實驗加載場合，顯然這種僅靠手工操作的方式難以勝任。給該設備增設電腦測控系統就成為一項與時俱進的技術革新，也是提高此類設備性價比的最佳方案。

1 下位機
由ATmega128構成下位機控制核心(見圖1)，其主要是對各通道放大模塊傳入的工作信號進行A／D變換，并根據上位機的指令驅動步進電機，達到控制執行系統的工作目的。

1．1 數據采集
力和位移信號的測試由電阻應變計組成的電橋傳感器完成，信號放大器采用AMP1型放大模塊。此兩者間的適當匹配對單片機能否順利執行數據采集工作至關重要。技術關鍵是對電橋平衡的調控。信號進入單片機后，若有少量的偏移電壓可通過軟件作些補償，若偏移量過大會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調整過來。調零電路如圖2所示。