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智能風(fēng)淋室的PIC單片機(jī)控制系統(tǒng)

師公社， 陳超波

(西安工業(yè)大學(xué)  電信學(xué)院，西安710032)

摘要：本文在簡單分析工業(yè)用風(fēng)淋室凈化控制系統(tǒng)基本工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了一種基于PIC單片機(jī)技術(shù)的、具有通道門連動互鎖、系統(tǒng)參數(shù)LCD顯示、語音同步提示等功能的智能型風(fēng)淋室專用凈化控制系統(tǒng)。詳盡闡述了系統(tǒng)的硬件組成、工作原理及軟件在系統(tǒng)主要工作流程、可靠性等方面的設(shè)計與實現(xiàn)。最后，根據(jù)實際運(yùn)行情況對系統(tǒng)冗錯方面的技術(shù)提出了進(jìn)一步的完善意見，具有普遍意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)淋室；風(fēng)淋控制；通道門；潔凈區(qū)；PIC單片機(jī)

中圖號：TB494   文獻(xiàn)標(biāo)識碼：  A     文章編號：

PIC Microcontroller Based Intelligent Airshower Purification Control System

SHI Gong-she,  CHEN Chao-bo

(School of Electronic Information Engineering,Xi’anTechnological University,Xi’an710032,China)

Abstract： This paper presents intelligent airshower purification control system by simply analyzing basic principle and development status of industrial airshower purification control system. This system is based on PIC microcontroller and has function with equipment crossing gate linkage interlocking, system parameters LCD display, simultaneous voice suggested etc. It also explains system hardware, principle and software implementation on main workflow and reliability of system. Finally, according to actual operation, it further puts proposals on redundant fault of system, which has universal significance.

 Keywords: Airshower control, Access doors, Clean area, PIC microcontroller

本文所述的風(fēng)淋凈化系統(tǒng)是近年來在現(xiàn)代生物工程、精密電子、醫(yī)藥醫(yī)療、食品加工等領(lǐng)域中，要求生產(chǎn)潔凈廠房與自然環(huán)境嚴(yán)格隔離情況下出現(xiàn)的一種通道潔凈設(shè)備。風(fēng)淋凈化室作為系統(tǒng)構(gòu)成的主體，起到去除人員、工具、材料等表面的塵埃，殺滅流通細(xì)菌，又對風(fēng)淋凈化室兩側(cè)的潔凈區(qū)和自然區(qū)（非潔凈區(qū)）緩沖隔離的作用。

早期的風(fēng)淋凈化系統(tǒng)中，風(fēng)淋電機(jī)的起停多為手動控制，潔凈區(qū)與自然區(qū)通道門也不能自動互鎖，容易由于員工疏忽或貪圖方便不遵守風(fēng)淋凈化規(guī)程造成生產(chǎn)區(qū)環(huán)境污染。隨著微處理器、傳感器等制造及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前的風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)，不僅有完善可靠的潔凈區(qū)與自然區(qū)通道門的雙門電磁自動互鎖裝置，通道門是否可靠閉合的光檢測技術(shù)及通道門閉合異常情況下的聲光警示，紅外傳感的風(fēng)淋電機(jī)自動起停及風(fēng)淋過程精確定時控制，還引入了紫外光細(xì)菌殺滅，人性化的語音提示，系統(tǒng)節(jié)能降耗等新的設(shè)計理念。

由于近鄰復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，加上風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)自有的門鎖控制器件電磁動作、電機(jī)起停等因素的干擾，在由普通的微處理器構(gòu)成的風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性不易得到有效保障的情況下，一些風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)的設(shè)計采用了工業(yè)PLC控制技術(shù)^[1][2]，這類系統(tǒng)在滿足主要設(shè)計功能的同時，也一定程度上限制了系統(tǒng)對顯示、語音等技術(shù)的靈活應(yīng)用。

微芯（Microchip）公司的PIC系列單片機(jī)以其卓越的設(shè)計理念和豐富的資源特點(diǎn)，經(jīng)過10余年的積極開拓，在電信、家用電器、工業(yè)控制、、儀器儀表、汽車電子等許多領(lǐng)域獲得了極為廣闊的發(fā)展前景^[3]。以下闡述基于PIC單片機(jī)技術(shù)構(gòu)成的智能風(fēng)淋潔凈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計思想。

1         系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1     硬件構(gòu)成

考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、微處理器資源以及可能用于組成數(shù)據(jù)、管理、安保等目的的集散式系統(tǒng)的總線形式等綜合因素，宜選擇PIC系列的16F873A芯片。構(gòu)成的智能風(fēng)淋潔凈控制系統(tǒng)如圖1所示，包括含看門狗及復(fù)位電路的微處理器，通道門閉合狀態(tài)檢測及用于員工進(jìn)出潔凈生

產(chǎn)區(qū)并保障生產(chǎn)區(qū)域潔凈的通道門開關(guān)聯(lián)動互鎖電磁控制，對應(yīng)風(fēng)淋電機(jī)起停控制的反射方式紅外檢測，系統(tǒng)工作模式、風(fēng)淋定時時間、報警等參數(shù)選擇及設(shè)定的鍵輸入及LCD顯示，系統(tǒng)參數(shù)存儲,風(fēng)淋潔凈過程語音同步提示，紫外光細(xì)菌殺滅，電磁門控節(jié)能及系統(tǒng)電源等幾大部分。紅外感應(yīng)檢測部分采用一體化結(jié)構(gòu)的芯片如Siemens的SFH506-38。考慮到系統(tǒng)運(yùn)行對實時性要求并不很高，系統(tǒng)參數(shù)的加載或設(shè)定只在極少數(shù)情況下作用，故充分發(fā)揮PIC系列單片機(jī)豐富的

串行總線資源及編程優(yōu)勢,參數(shù)存儲選擇I²C形式的24C02。四位LCD數(shù)顯亦采用基于I²C形式的PCF8577C驅(qū)動^[4]，其中高兩位為系統(tǒng)工作模式及工作狀態(tài)顯示，低兩位為風(fēng)淋定時時間的顯示。語音同步提示部分采用OTP形式的WTV系列語音芯片中的WTV040-16P，該芯片為40S語音長度，串行方式下最大可128段尋址播放。系統(tǒng)電源部分在通道門電磁鎖控釋放狀態(tài)下通過36V輸出為8V經(jīng)二極管隔離的輸出端電容充得足夠的電壓。吸合控制發(fā)生后，首先通過電容放電使得電磁鎖控可靠吸合，然后由8V電源提供持續(xù)的節(jié)能保持電壓。

系統(tǒng)微處理器PIC16F873A具體資源分配如圖2所示。系統(tǒng)晶振4MHz。語音芯片WTV040-16P為單線串行控制方式，BUSY為放音狀態(tài)查詢端。

1.2      軟件控制

風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)一個有代表性的部分是系統(tǒng)有關(guān)通道門的管理及風(fēng)淋潔凈控制的過程，其控制流程如圖3所示。其中為表述方便約定，與外部自然區(qū)域（非潔凈區(qū)）相通的通道門為A門，與生產(chǎn)區(qū)域（潔凈區(qū)）相通的通道門為B門。在風(fēng)淋過程前A、B通道門自動雙鎖并在門的外側(cè)伴有紅色LED警示，防止此時有人意外進(jìn)出污染潔凈區(qū)域。紅外感應(yīng)風(fēng)淋為員工進(jìn)入風(fēng)淋潔凈室內(nèi)有效區(qū)域后，通過紅外感應(yīng)啟動風(fēng)淋電機(jī)進(jìn)行的正常風(fēng)淋潔凈過程，風(fēng)淋過程中除風(fēng)淋噴頭自身旋轉(zhuǎn)外，語音會自動提示被風(fēng)淋者前后轉(zhuǎn)體，以保證潔凈效果。如果進(jìn)入室內(nèi)一定時間內(nèi)不到有效區(qū)域接受風(fēng)淋潔凈過程，會有語音提示，這種情況下通道門鎖不會釋放。強(qiáng)制風(fēng)淋為員工回到外面后系統(tǒng)對受到污染的風(fēng)淋室環(huán)境進(jìn)行的自凈過程。其它技術(shù)不再贅述，請參考相關(guān)參考文獻(xiàn)。

1.3      可靠性設(shè)計

為了保障系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下可靠運(yùn)行，除了正常利用微處理器內(nèi)部的看門狗以便系統(tǒng)在意外死機(jī)情況下及時復(fù)位重啟外，考慮到系統(tǒng)參數(shù)正確與否對系統(tǒng)能否正常可靠的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，在此采取了如下措施：首先，在微處理器的數(shù)據(jù)存儲區(qū)內(nèi)劃出兩個大小相同的系統(tǒng)主、輔參數(shù)存儲區(qū)。系統(tǒng)上電參數(shù)加載時，從外部數(shù)據(jù)存儲芯片24C02中連續(xù)讀取兩次系統(tǒng)參數(shù)并分別放至上述劃出的主、輔參數(shù)存儲區(qū)內(nèi)，數(shù)據(jù)讀取過程完成后系統(tǒng)立即進(jìn)行主、輔參數(shù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)比較，如有異常重復(fù)系統(tǒng)參數(shù)加載過程。正常工作模式情況下為了兼顧系統(tǒng)程序運(yùn)行速度與可靠性兩個方面，雖然不用頻繁的進(jìn)行外部系統(tǒng)參數(shù)加載，但是在每個工作程序運(yùn)行周期伊始首先進(jìn)行主、輔參數(shù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)異常及時進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)重新加載。出于同樣的考慮，在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定修改完畢后，除了對24C02的寫入進(jìn)行正常的系統(tǒng)參數(shù)保存外，立即將剛寫入24C02內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)再反讀回內(nèi)存的輔助參數(shù)區(qū)，并同樣進(jìn)行主、輔參數(shù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)的比較，異常情況下則要求重復(fù)對24C02的寫入過程，防止系統(tǒng)參數(shù)在存儲過程中出現(xiàn)意外。

2         結(jié)論

基于PIC單片機(jī)技術(shù)的智能型風(fēng)淋凈化控制系統(tǒng)，秉承了PIC單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡練、運(yùn)行快捷、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、技術(shù)保密性好等工業(yè)控制單片機(jī)的固有特性。由于采用了通道門連動互鎖、系統(tǒng)參數(shù)LCD顯示、語音同步提示、細(xì)菌殺滅、節(jié)能降耗等一些新的設(shè)計技術(shù)及思想，因此系統(tǒng)具有直觀便利、操作可靠、親和性好等優(yōu)點(diǎn)。

由于上述系統(tǒng)是基于通道門的開關(guān)檢測對員工的進(jìn)出做出推理判斷的，系統(tǒng)實際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有員工只是開關(guān)通道門而并不實際進(jìn)出風(fēng)淋潔凈室時，雖然不會造成對潔凈區(qū)域污染的直接后果，但仍會使得系統(tǒng)對員工的真實流向判斷出錯。因而軟件中還應(yīng)該考慮建立一種正常的紅外感應(yīng)風(fēng)淋潔凈過程與強(qiáng)制風(fēng)淋自凈過程之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，最好通過在通道門口設(shè)置兩個對射方式的紅外光檢測裝置并將其輸出信號送至微處理器的方式，根據(jù)其被人體遮擋的先后順序最終由系統(tǒng)對員工的流向做出正確可靠的判斷。

參考文獻(xiàn)

[1] 何金龍. 風(fēng)淋室控制系統(tǒng)[J].福建電腦， 2003（4）:22

[2] 張靜.智能型風(fēng)淋室控制系統(tǒng)的設(shè)計與研制[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2004（4）:52

[3] 李學(xué)海. PIC單片機(jī)原理[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2004

[4] 林宗，薛昭武. 一種帶I²C總線的LCD驅(qū)動電路[M].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 1998,26(2):65

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