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膠粘劑是生產竹膠合板的重要材料，我國南方許多中小竹膠合板企業自行生產膠粘劑。 膠粘劑的生產過程屬聚合反應，采用控制反應釜內反應物溫度的方法來進行生產，而現在都是通過人工憑借溫度計進行控制，生產現場沒有預警措施，這樣產品質量很不穩定，并且生產工人的安全也得不到保障。這些企業急需要既經濟又可靠的控制器，但聚合反應機理非常復雜，影響溫度的因素也很多，需要分析大量的數據，為此我們開發了以LPC2132為控制核心的數據采集器。
1系統分析
根據工藝要求，反應在反應釜內進行，反應物是通過電子稱計量后由真空泵打入反應釜內，整個生產包括升溫階段和恒溫階段，溫度始終按給定的溫度曲線變化。當需要升溫時，在煉膠釜夾層內通入蒸汽，從而使得煉膠釜內溫度升高；反之通人冷卻水，使得煉膠釜內溫度降低，因此，我們對原來的反應釜做了一些改造，設置了兩個連續可調閥門分別來手動控制蒸汽和冷卻水的流量。溫度受諸多因素的影響，反應在不同的階段會產生不同的中間產物，其中pH值反映了化學反應的程度，我們主要對反應釜內的溫度、環境溫度和pH值幾個參數進行了檢測，并設置了相應的傳感器和變送器。
2硬件結構
系統以PHILIPS公司的LPC2132為控制核心芯片，他具有64 kB片內FLASH，16 kB片內RAM，1個8路10位A／D轉換器，2個32位定時器／計數器(帶4路捕獲和4路比較通道)，PWM單元(6路輸出)。實時時鐘具有獨立的電源和時鐘源，在節電模式下極大地降低了功耗，因此沒有設置專門的時鐘芯片，系統整體電路結構如圖1所示，包括復位電路，JTAG調試接口，鍵盤液晶，環境溫度，釜溫、pH值的檢測，通過JTAG接口既可以下載程序，又可以調試程序。
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2．1 溫度檢測 2．1．1 反應釜內溫度檢測
溫度檢測電路由K型(鎳鉻一鎳硅)熱電偶和數字轉換芯片MAX6675組成，如圖2所示。K型熱電偶的測溫范圍為－200～1 300℃，MAX6675是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、A／D轉換器及SPI接口的熱電偶放大器與數字轉換器。
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2．1．2 環境溫度的檢測
采用DS18B20數字集成溫度傳感器來檢測環境溫度，DS18B20檢測的溫度范圍為－55～125℃。 2．2 pH值檢測
pH值檢測采用成熟的工業級產品pH計，由pH發送器、高阻轉換器，當被測物質pH值發生變化時，由電極偶產生的對應毫伏信號輸入到轉換器，經高阻放大器放大后再轉換成4～20 mA直流信號輸出，而LPC2132的內部有10位A／D轉換，輸入電壓的范圍是0～3 V，因此需要一個I／V變換電路，電路如圖3所示，RCV420是精密電流環接收器芯片，他包含一個高級運算放大器，一個片內精密電阻網絡和一個精密10 V電壓基準，其總轉換精度為0．1％，共模抑制比CMR達86 dB，共模輸入范圍達士40 V，具有很高的性能價格比，電路中將4～20 mA輸入信號轉換成為0～3 V輸出信號。
2．3 電源和復位電路
220 V交流電經變壓、整流、濾波、穩壓幾個環節輸出5 V直流電源，再經SPXlll7M－3．3將5 V電源穩壓至3．3 V給系統芯片供電。
由于ARM芯片的高速、低功耗和低工作電壓導致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態響應性能、時鐘源的穩定性和電源監控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求，復位電路使用帶I2C存儲器的電源監控芯片CATl025JI30，提高了系統的可靠性。
2．4鍵盤和顯示電路
鍵盤采用HD7279鍵盤顯示專用芯片進行鍵盤的設計。HD7279是一個具有串行接口的可連接多達64個鍵的鍵盤矩陣，內部含有去抖動電路。當有鍵盤按下時，鍵值自動保存在寄存器中，通過讀取該寄存器，就可獲得鍵盤鍵號，避免了傳統的鍵盤掃描、計算鍵值等軟件設計，方便程序編寫。HD7279與LPC2132的連接極其簡單，只要把下述4根線：CS，CLK，DATA和KEY連接到LPC2132的GPIO即可。
顯示電路由SMG12864ZK圖形點陣顯示液晶模塊組成，見圖4，J9跳線選擇串／并行工作方式，該液晶模塊自帶字庫，主要用來實時顯示時間、報警參數(上、下限報警值)，pH值、環境溫度、釜內溫度、設定溫度和升溫速率。
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2．5 SD卡讀寫接口電路
為了保存大量的數據我們采用了大容量的閃存卡SD卡，他是一種大容量、性價比高、體積小、訪問接口簡單的存儲卡。采用LPC2132系列微控器制的SPI接口訪問SD卡，硬件接口電路如圖5所示。
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2．6報警接口電路
當釜內的溫度和升溫速率越限時必須報警，提示操作工人注意。我們采用LPC2132的脈寬調制PWM控制蜂鳴器發出報警聲。 2．7 串行接口電路
采用RS 485總線標準的MAX485芯片，在工業控制中抗干擾能力強，并能實現遠距離傳輸。
3軟件設計
3．1主程序實現
軟件系統采用前后臺輪循調度的方式，軟件設計基于嵌入式C語言，采用自頂向下的逐步細化的結構化模塊設計方法。LPC2132程序在編譯中將啟動代碼嵌入到芯片中，他可以實現向量表的定義、堆棧的初始化，中斷系統初始化、I／O初始化、外圍初始化、地址重映射等操作。系統啟動后轉入用戶的主程序，并執行用戶的初始化程序，包括引腳配置初始化、SPI初始化、SD卡自動檢測、UART初始化、A／D初始化、定時器初始化、中斷初始化、鍵盤液晶初始化等，然后進入主畫面顯示，等待按鍵，若為功能鍵，則進入鍵處理程序并顯示對應的子畫面。主程序框圖如圖6所示。
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3．2 SD卡讀寫模塊的實現
系統中應用SD卡來存取大量的實驗數據，在應用中可以將SD卡中的數據通過串口發送至上位機，也可以將SD卡取下通過讀卡器將數據轉存到電腦中。
為了提高開發效率，我們采用了ZLG／FS，他是面向嵌入式系統的與FATl2，FATl6和FAT32高度兼容的小型文件系統，SD卡在該系統上使用前先在PC機上格式化成FAT文件格式，ZLG／FS提供了相應的文件操作的API函數，應用程序調用他們對文件和目錄進行相應的操作。數據在SD卡上以文件的形式存放，數據的格式由如下定義的結構所示。
3．3其他軟件模塊
膠粘劑生產開始后，按鍵啟動進入溫度，pH采樣程序，在LPC2132內部RAM開辟緩沖區存放實時數據，有關數據在液晶屏上顯示出來，同時啟動了報警處理模塊。
參數設置模塊可以設置時鐘、設置溫度曲線、設置報警上下限等。
文件系統查詢模塊可以對文件及目錄進行查詢、數據的上傳等。
系統測試模塊可以對檢測電路、鍵盤顯示、SD卡進行自檢。 4 結 語
該數據采集系統以LPC2132為控制核心，同時使用集成度高、功能全的芯片作為外圍擴展，使得整個系統體積小、結構緊湊、工作穩定、抗干擾能力強、數據存儲容量大、操作簡便，為現場生產人工控制和掌握膠粘劑生產過程的反應機理提供了依據。
66821730(技術支持)
