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智能風淋室的PIC單片機控制系統
師公社， 陳超波
(西安工業大學 電信學院，西安710032)
摘要：本文在簡單分析工業用風淋室凈化控制系統基本工作原理及發展現狀的基礎上，介紹了一種基于PIC單片機技術的、具有通道門連動互鎖、系統參數LCD顯示、語音同步提示等功能的智能型風淋室專用凈化控制系統。詳盡闡述了系統的硬件組成、工作原理及軟件在系統主要工作流程、可靠性等方面的設計與實現。最后，根據實際運行情況對系統冗錯方面的技術提出了進一步的完善意見，具有普遍意義。
關鍵詞：風淋室；風淋控制；通道門；潔凈區；PIC單片機
中圖號：TB494 文獻標識碼： 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
本文所述的風淋凈化系統是近年來在現代生物工程、精密電子、醫藥醫療、食品加工等領域中，要求生產潔凈廠房與自然環境嚴格隔離情況下出現的一種通道潔凈設備。風淋凈化室作為系統構成的主體，起到去除人員、工具、材料等表面的塵埃，殺滅流通細菌，又對風淋凈化室兩側的潔凈區和自然區（非潔凈區）緩沖隔離的作用。
早期的風淋凈化系統中，風淋電機的起停多為手動控制，潔凈區與自然區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淋凈化規程造成生產區環境污染。隨著微處理器、傳感器等制造及應用技術的發展，目前的風淋凈化控制系統，不僅有完善可靠的潔凈區與自然區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及通道門閉合異常情況下的聲光警示，紅外傳感的風淋電機自動起停及風淋過程精確定時控制，還引入了紫外光細菌殺滅，人性化的語音提示，系統節能降耗等新的設計理念。
由于近鄰復雜的工業生產環境，加上風淋凈化控制系統自有的門鎖控制器件電磁動作、電機起停等因素的干擾，在由普通的微處理器構成的風淋凈化控制系統運行可靠性不易得到有效保障的情況下，一些風淋凈化控制系統的設計采用了工業PLC控制技術[1][2]，這類系統在滿足主要設計功能的同時，也一定程度上限制了系統對顯示、語音等技術的靈活應用。
微芯（Microchip）公司的PIC系列單片機以其卓越的設計理念和豐富的資源特點，經過10余年的積極開拓，在電信、家用電器、工業控制、、儀器儀表、汽車電子等許多領域獲得了極為廣闊的發展前景[3]。以下闡述基于PIC單片機技術構成的智能風淋潔凈控制系統的具體設計思想。
1 系統結構及工作原理
1.1 硬件構成
考慮系統的結構、功能、微處理器資源以及可能用于組成數據、管理、安保等目的的集散式系統的總線形式等綜合因素，宜選擇PIC系列的16F873A芯片。構成的智能風淋潔凈控制系統如圖1所示，包括含看門狗及復位電路的微處理器，通道門閉合狀態檢測及用于員工進出潔凈生
產區并保障生產區域潔凈的通道門開關聯動互鎖電磁控制，對應風淋電機起停控制的反射方式紅外檢測，系統工作模式、風淋定時時間、報警等參數選擇及設定的鍵輸入及LCD顯示，系統參數存儲,風淋潔凈過程語音同步提示，紫外光細菌殺滅，電磁門控節能及系統電源等幾大部分。紅外感應檢測部分采用一體化結構的芯片如Siemens的SFH506-38。考慮到系統運行對實時性要求并不很高，系統參數的加載或設定只在極少數情況下作用，故充分發揮PIC系列單片機豐富的
串行總線資源及編程優勢,參數存儲選擇I2C形式的24C02。四位LCD數顯亦采用基于I2C形式的PCF8577C驅動[4]，其中高兩位為系統工作模式及工作狀態顯示，低兩位為風淋定時時間的顯示。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。系統電源部分在通道門電磁鎖控釋放狀態下通過36V輸出為8V經二極管隔離的輸出端電容充得足夠的電壓。吸合控制發生后，首先通過電容放電使得電磁鎖控可靠吸合，然后由8V電源提供持續的節能保持電壓。
系統微處理器PIC16F873A具體資源分配如圖2所示。系統晶振4MHz。語音芯片WTV040-16P為單線串行控制方式，BUSY為放音狀態查詢端。
1.2 軟件控制
風淋凈化控制系統一個有代表性的部分是系統有關通道門的管理及風淋潔凈控制的過程，其控制流程如圖3所示。其中為表述方便約定，與外部自然區域（非潔凈區）相通的通道門為A門，與生產區域（潔凈區）相通的通道門為B門。在風淋過程前A、B通道門自動雙鎖并在門的外側伴有紅色LED警示，防止此時有人意外進出污染潔凈區域。紅外感應風淋為員工進入風淋潔凈室內有效區域后，通過紅外感應啟動風淋電機進行的正常風淋潔凈過程，風淋過程中除風淋噴頭自身旋轉外，語音會自動提示被風淋者前后轉體，以保證潔凈效果。如果進入室內一定時間內不到有效區域接受風淋潔凈過程，會有語音提示，這種情況下通道門鎖不會釋放。強制風淋為員工回到外面后系統對受到污染的風淋室環境進行的自凈過程。其它技術不再贅述，請參考相關參考文獻。
1.3 可靠性設計
為了保障系統在復雜環境下可靠運行，除了正常利用微處理器內部的看門狗以便系統在意外死機情況下及時復位重啟外，考慮到系統參數正確與否對系統能否正常可靠的運行起著至關重要的作用，在此采取了如下措施：首先，在微處理器的數據存儲區內劃出兩個大小相同的系統主、輔參數存儲區。系統上電參數加載時，從外部數據存儲芯片24C02中連續讀取兩次系統參數并分別放至上述劃出的主、輔參數存儲區內，數據讀取過程完成后系統立即進行主、輔參數存儲區數據比較，如有異常重復系統參數加載過程。正常工作模式情況下為了兼顧系統程序運行速度與可靠性兩個方面，雖然不用頻繁的進行外部系統參數加載，但是在每個工作程序運行周期伊始首先進行主、輔參數存儲區數據的比較，發現異常及時進行系統參數重新加載。出于同樣的考慮，在系統參數設定修改完畢后，除了對24C02的寫入進行正常的系統參數保存外，立即將剛寫入24C02內的系統參數再反讀回內存的輔助參數區，并同樣進行主、輔參數存儲區數據的比較，異常情況下則要求重復對24C02的寫入過程，防止系統參數在存儲過程中出現意外。
2 結論
基于PIC單片機技術的智能型風淋凈化控制系統，秉承了PIC單片機系統結構簡練、運行快捷、環境適應能力強、技術保密性好等工業控制單片機的固有特性。由于采用了通道門連動互鎖、系統參數LCD顯示、語音同步提示、細菌殺滅、節能降耗等一些新的設計技術及思想，因此系統具有直觀便利、操作可靠、親和性好等優點。
由于上述系統是基于通道門的開關檢測對員工的進出做出推理判斷的，系統實際運行發現，當有員工只是開關通道門而并不實際進出風淋潔凈室時，雖然不會造成對潔凈區域污染的直接后果，但仍會使得系統對員工的真實流向判斷出錯。因而軟件中還應該考慮建立一種正常的紅外感應風淋潔凈過程與強制風淋自凈過程之間的相互轉換關系，在此基礎上，最好通過在通道門口設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，根據其被人體遮擋的先后順序最終由系統對員工的流向做出正確可靠的判斷。
參考文獻
[1] 何金龍. 風淋室控制系統[J].福建電腦， 2003（4）:22
[2] 張靜.智能型風淋室控制系統的設計與研制[J].潔凈與空調技術,2004（4）:52
[3] 李學海. PIC單片機原理[M].北京：北京航空航天大學出版社,2004
[4] 林宗，薛昭武. 一種帶I2C總線的LCD驅動電路[M].福州大學學報(自然科學版) 1998,26(2):65
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