2.2信號采集放大電路

　　采用恒流源驅動，首先采用儀表放大器AD620放大傳感器來的信號。四集成運放合一的LM324，組成常規(guī)正向電壓放大和跟隨電路，用于檢測信號的放大、整形。由于ADUC841內集成有12-bit的ADC缺省與P1端口連接，故將放大整形后的檢測信號直接連接到P1口即實現(xiàn)了模擬量檢測信號的讀入。在單片機內將所采集的檢測信號變?yōu)閿?shù)字量并做若干量綱變化后，從其TXD/RXD口輸出。

　　其信號首先通過MAX232將TTL電平裝換為RS232電平，繼而通過系統(tǒng)串口與上位計算機間的串口相連。實現(xiàn)將所采集的各個傳感器的信號上傳到PC機，數(shù)字電源與模擬電源分別采用7805穩(wěn)壓并在輸出電容處并有發(fā)光二極管作為電源指示用。

　　2．3可控硅控制電路

　　可控硅控制板由三部分組成：1.計數(shù)振蕩生成電路；2.同步檢測電路；3.可控硅控制電路。計數(shù)振蕩生成電路采用16.384MHz的有源晶振作為計數(shù)脈沖振蕩源，并用74LS14施密特觸發(fā)器對其進行整形[7]，經(jīng)計數(shù)器74LS90十分頻和CD4020六十四分頻后，得到頻率為25.6kHz的振蕩脈沖給CD4516的CP端進行計數(shù)[7]。

　　同步檢測電路采用一個220V/15V的變壓器得到15V的交流電，然后對其進行全波整流，再通過光電耦合器TIL113等組成的同步電路，得到與正弦信號的真實過零點同步的脈沖序列，作為可控硅的同步信號，送可預置計數(shù)器CD4516的預置端PE。

　　系統(tǒng)中采用兩片CD4516級聯(lián)組成的8位二進制加法計數(shù)器對頻率為25.6kHz的振蕩脈沖計數(shù)。由于計數(shù)脈沖頻率為25.6kHz，因此理論上在180度應該有25600/(2*500)=256個計數(shù)脈沖；相位分辨率為180/256=0.7度。這樣使可控硅全導通的數(shù)值對應為FFH(十進制數(shù)255)；使可控硅關斷的數(shù)值對應為0。顯然若希望可控硅從θ角開始導通，則計數(shù)器需要計θ*256/180取整個脈沖。

AT89C2052接收到上位機從串口傳來的控制信號(0-255對應期望導通角),將其轉化為一個八位二進制數(shù)后通過其P1口分送到兩個CD4516的預置數(shù)端。正弦波過零點時，同步的脈沖為1輸入到CD4516的預置端PE，將預置數(shù)值寫入CD4516。正弦波過零點后，同步的脈沖為0，CD4516開始脈沖計數(shù)。當計數(shù)到達預設值時它的CO端輸出負脈沖，經(jīng)驅動器7407后送給光電耦合器MOC3020的腳2，來觸發(fā)可控硅G極，導通可控硅來驅動電機。這樣通過控制雙向可控硅的導通角對風機的輸入電壓進行了控制，從而得到不同的電機轉數(shù)進而得到預設的風量。
　3上位機管理系統(tǒng)

　　上位機管理系統(tǒng)由前段界面與后臺數(shù)據(jù)庫組成常規(guī)C/S系統(tǒng)。同時包含有通訊處理程序通過串口與單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。

　　技術上主要使用VB的MsComm控件[10]將上位機的控制指令發(fā)往AT89c2051,同時將ADU841送來的檢測數(shù)據(jù)信號讀入。此處的難點是串口通訊程序與數(shù)據(jù)庫存儲程序之間的配合，經(jīng)過多次測試后采用了環(huán)形鏈表緩沖區(qū)方案。即串口通訊程序在響應ComEvReceive事件[8]中將單片機傳來數(shù)據(jù)的寫入環(huán)形鏈表(節(jié)點同時標記時間戳)數(shù)據(jù)區(qū)尾部。同時定時器周期觸發(fā)存儲事件，通過ADO將環(huán)形鏈表數(shù)據(jù)區(qū)頭部一定數(shù)量的節(jié)點數(shù)據(jù)寫入到SQLServer2000數(shù)據(jù)庫中的表，成功存入后清空其節(jié)點內容為串口程序寫入新的上傳數(shù)據(jù)騰出空間。見圖4環(huán)形鏈表運行示意圖。通過合理設置環(huán)形鏈表節(jié)點數(shù)、波特率和定時器事件間隔時間，使得在緩沖區(qū)內寫入和讀出清除兩種操作的平均吞吐率保持一致即可。這樣可以實現(xiàn)程序的高效運行，同時固定的緩沖儲存區(qū)的方案較動態(tài)數(shù)組開辟空間方案更加穩(wěn)定。

　　前端界面上用戶可直接選擇設置端口數(shù)據(jù)，顯示感興趣的信號數(shù)據(jù)并對風機等裝置進行控制。為了數(shù)據(jù)檢索顯示方便數(shù)據(jù)庫中分別建有不同測試信號的視圖和常規(guī)處理存儲過程。從而實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的顯示、回放和分析。

　　空數(shù)據(jù)區(qū)準備數(shù)據(jù)寫入

　　4相關教研成果

　　基于本教研平臺，已開展了多批次的開放性試驗。設計和正在進行的有：傳感器數(shù)值顯示和保護電路、串口改USB口通訊軟硬件設計及實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)常規(guī)統(tǒng)計存儲過程實現(xiàn)等。同時亦有學生接合該平臺進行研究來完成碩士論文，進行流量溫度tpye2型模糊控制系統(tǒng)、基于ARM的旋風預熱器觸摸屏人機界面系統(tǒng)[5][6]設計工作等。同學們普遍反映通過參與該平臺的相關開放性試驗和研究，加深了對所學知識的理解，易于掌握所學技能。

　　5結論

　　本文作者創(chuàng)新點在：基于現(xiàn)場工程對象，經(jīng)過簡化革新設計自制出旋風預熱器教研平臺。整個系統(tǒng)涵蓋數(shù)據(jù)采集，控制調速、數(shù)據(jù)存儲分析等一個整套功能和流程，具有典型性和開放性。

　　實踐結果表明，其上進行探索性的綜合性開放試驗，較之傳統(tǒng)教學的驗證性試驗，能更好地培養(yǎng)了學生的綜合能力和實踐能力。同時由于模型的不明確性和復雜性，對于老師和研究生而言亦是一個很好的平臺去開展基于空間復雜對象的控制策略研究。