基于PIC单片机的LNG加气机控制器设计

高振帅+高世佳

摘 要：站在液化天然气（LNG）加气机存在的设计需要立场上，能够完成相应的系统设计。本文主要依据加气机控制体系的具体需要，对存在的诸多功能，例如I/V专换、键盘操作等，笔者依据多年经验制定出切实可行的方案。参考提出的方案，对当前相关硬件电路及其软件程序做好科学的设计，与此同时也制订了相应的硬件测试，并对该控制系统提出的设计做出了较好的验证。

关键词：LNG；加气机控制；单片机

随着当前不同地区呈现出来的雾霾天气来看，人们对保护环境引起了高度重视，而致使环境出现污染情况的主要因素是由于汽车排放出来的大量尾气占据了大部分比例。为了可以更好的处理该问题，人们在发展的道路上开始寻找新型的环保型燃料，这个时候就需要将天然气当作无公害环保型燃料逐渐渗透到人们的眼中。而加气机在加气站中扮演着重要的角色，同时也是计量工具中不可或缺的一部分，其具有的控制系统作为加气机的核心环节。基于此，本文主要从以下几个方面进行分析，提出合理化建议，提供给相关人士，供以借鉴。

1 LNG加气机控制系统的硬件设计

根据设计要求，图1为系统总体设计机图。

液化天然气力加气机主要包含了质量流量计、压力变送器、温度变送器、电磁阀、键盘、电源部件、显小部分和控制系统。

根据设计要求我们可以通过键盘设定密度和单价值，点击预冷键，预冷阀门打开，预冷结束信号由采集的PT100信号控制和流量计温度共同判断，当测虽温度均小-1444摄氏度的时候，关闭预冷阀，遇冷完成。点击加液键，加液阀门接通，加液完成状态由流量计采集信号连续20次。小于0.01或压力采集信号大于1.02Mpa确认，满足条件断开加液阀门。在加液过程中显示模块能显小加液的单价、体积和总价信息。

根据以上系统要完成的设计功能，本拄制系统的硬件设计主要包含以下几个部分：以单片机为核心的前端传感器数据采集电路、MAX485接口电路、键盘与显示模块接口电路、输出阀接口电路以及时钟、存诸电路。系统主要完成前端信号采集与判断，当满足设置条件时，通过键盘模块进行预冷与加液控制，同时将加液信息进行显示与存储，通过串口与计算机进行数据传递，本文重点论述该控制系统的硬件电路设计。

1.1 微控制器电路设计

选取的微控制器主要由某公司生产的，通过该单片机实现外接传感器输入信号采集，人机交互，负责与上位机进行数据传递。

1.2 人机交互接口电路设计

本文设计中机交互部分选抒的是两个独立的键盘模块和显示模块，在和控制板通讯时选用传输线接收器MC3487和驱动器MCS486解决电平转换与长距离通信问题。

键盘作为人机交互的输入设备，足控制系统外围电路的重要组成部分。本课题选用的集成键盘模块有16个按健和一块液晶显示条。它只要通过6根线与单片机连接就可以实现各种输入控制操作。所使用的键盘模块一共有6根线，分别为由HC165才空制键盘按健的时钟线、数据线、串行数据锁存线，和由CD4094芯片拧制键盘显示部分的时钟、数据和锁存线。这样我们就需要两个MC3486芯片，其接收电路如2所示。

因为LCD呈现出来的部分主要是加气机系统的输出设备，而MC3487芯片具有四个相关的驱动器，并且无论哪一个驱动器都能够和TTL兼容的进行输入缓冲工作。

2 软件总体设计

对于LNG加气机控制系统进行设计来说，在某种意义上和硬件设计都起到了不可或缺的作用，而软件具备的性能会对加气系统是否存在可靠性带来直接的影响。

在该设计中，相关人员使用的是模块化设计方式，为软件系统实现升级及其检修工作带来益处。通常情况下，系统软件具有的功能包含诸多部分，例如串行通信、人机交互等。在该设计中存在以下两种核心部分：一种是人机交互部分；另一种是数据处理模块部分。

3 系统软件的调试

3.1 显示模块的调试

通常使用到加液信息呈现出来的部分是某家公司专门设计的产品，通过3×6位笔段式呈现出来。通常情况下，驱动电压是5V，并且存在3个接口能够和外部进行连接，分为以下几个接口：第一个是串行数据输入；第二个是串行时鐘输入；第三是串行数据锁存信号。

就显示模块程序设计提出的设想而言，可以理解为是依据相关程序提前将单价及其加液量做好科学的设计，并制定出来切实可行的算法可以在加液量不断提升的过程中，能够对显示出来的总价进行计算。

3.2 键盘模块的调试

键盘的作用是人机进行交互的主要设备，同时也是对外围电路进行控制不可或缺的环节。该课题主要选择的是一个集成键盘模块，并且该键盘模块由以下两个部分一起构成：一部分是一块液晶显示条；另一部分是16个按键。该键盘仅仅需要6根线就可以和单片机进行连接，进而可以对不同种类的控制进行恰当的操作。

相关人员在对键盘程序进行调整的时候依据的设计思路为，当相关系统具有的液晶条呈现出来的数字都是0的情况下，停止2秒以后就都呈现出来1，那么这个时候相关人员可以采取按键的方法将呈现出来的内容进行改变，例如依据K1以后呈现出01，然后得到的相关数值呈现出大幅度的提升。

键盘模块调试成功后，就可以将键盘与显示部分组合起来，通过键盘来控制显示。该部分的浪部分的软件上电后键盘液晶部分显示的都是0，停止2秒以后就都呈现出1的状态，这个时候相关人员可以依据K2、K3、K4对单价进行设计了，当单价得到设置以后就可以在相关模块中呈现出单价的数值。相关人员可以通过K5、K6将加气系统启动，显示模块开始的时候是从0的位置进行计费的，等到设定加气量以后停止了，依据键K8当作急停键，当相关人员按下以后显示模块就不会出现计费的情况。

结束语

通过以上内容的论述，可以得知：本文主要站在LNG加气机的具体需要下，对PLC中存在的加气机控制系统的相关电路及其软件程序进行了深入探讨，并对制定出的计量方案进行了研究，从而实现了相应的设计。从实际运作得到的结果可以看出，起到了预设的作用，实现了设计的需要。然而因为在该设计中将原型机设计完成以后，在具体使用的时候依然存在不足之处。本文主要对相关硬件电路设计及其软件程序进行论述以后，相关人员采取PIC单片机使用到加气机控制属于一种新的尝试，这样可以促使PLC单片机可以得到大力的推广，对推动LNG加气机行业的发展有着重要的意义。

参考文献

[1]赵传伟，徐钰琨.基于PIC单片机的发动机监控系统[J].科技资讯，2009（21）.

[2]包向前，马东会.PIC单片机在汽车性能检测设备中的应用[J].汽车工艺与材料，2005（05）.

[3]丁晨，李荣正.行进电动小汽车的自动控制[J].上海工程技术大学学报，2004（01）.endprint