　第 1 期

唐金元 ,等 : 基于数字 PID 控制的吊放声纳液压绞车控制系统

　系统硬件设计

图

　系统硬件电路组成框图

2. 1 　电路原理

系统硬件主要由单片机控制电路、

拨码盘及读数电

路、

旋转拨码器及方向识别电路、

计数电路、

A/ D 和 D/

A 转换电路、

键盘控制电路、

液晶显示电路、

通信接口等

主要单元电路组成 ,其电路原理如图 2 所示。

图 2 中 ,单片机控制电路是整个系统核心 ,控制系

统工作 ;拨码盘及读数电路设定、

读出绞车放缆长度 ;旋

转编码器及方向识别电路、

计数电路实现对绞车缆长计

数功能 ;D/ A 转换电路实现数/ 模转换 ,向绞车系统电
液伺服阀输出模拟控制信号 ;键盘控制电路给系统输入
控制指令 ;液晶显示电路显示缆绳的收放长度和速度等
参数 ;通信接口接收系统处理机指令 ,与绞车系统实现
双向通信。

2. 2 　主要电路设计

系统硬件电路采用模块化结构思想进行设计 ,主要由单片机控制系统与复合可编程逻辑器件 ( CPLD)

两大部分组成。单片机控制电路、

A/ D 输入和 D/ A 输出电路等由 ADuC812 单片机控制系统实现 ;方向识

别电路、

计数电路、

拨码盘电路及控制逻辑电路等由高度集成的 EPM7128S 100 CPLD 芯片实现

[ 4 ]

。

2. 2. 1 　单片机控制系统

单片机系统既是协调各部件工作的控制器 ,又是数据处理、

系统管理及实现控制算法的处理器。采用

ADuC812 单片机 ,因该单片机是一个全集成的 12 位数据采集系统 ,集微控制器、

数据转换电路、

闪存于一

体 ,在其单个芯片内包含了高性能的自校准 8 通道 12 位 ADC ,2 通道 12 位 DAC 以及可编程的 8 位 MCU 。
片内 8k 字节的 Flash/ EE 程序存储器、

640 字节的闪速/ 电擦除数据存储器以及 265 字节数据 SRA M 支持

可编程。

　图

　旋转编码器产生的脉冲信号

通过 ADuC812 单片机系统 ,实现对各种数据的采集和处理 ,同时再

把有关数据回送给缆车控制盒 ,实现和缆车控制盒之间的半双工通信。

2. 2. 2 　旋转编码器及方向识别电路

绞车在正转和反转运动过程中 ,电缆存在“收”和“放”两种状态。因

旋转编码器具有传感器功能

[ 5 ]

,因此 ,考虑通过旋转编码器使控制系统

分辨出电缆的工作状态。根据功能要求 ,设计通过旋转编码器产生两相
位不同的脉冲信号 ,其对应绞车正转和反转产生的脉冲信号如图 3 所示 ;

旋转编码器方向识别电路及通过该电路后的脉冲信号如图 4 所示。

　方向识别电路

　输出信号

　图

　旋转编码器方向识别电路和输出信号