基于单片机的吸收式造波机控制系统硬件设计

图 ３所示 。
于 位置 反 馈 ） 使伺 服 电机 运动 平稳 ， 免 了丢步 现 ， 避
象 ，提 高 了伺 服 系统 的控 制精 度 。
２ 结束语
本文 研究 了基 于单 片机 的吸 收式 造波机 的硬 件 电路设 计 。根据 设 置 的波浪 参数 计 算造 波数 据 ，生 成造 波机 控制 信 号 ，发 送给 伺服 控 制器 ，控 制伺 服 电机 带动 造 波板 进行 造 波 ，而 伺服 电机 的编 码器 将
的转 速和转 向 ，实现 造波机 的运 动调 节数 字化 。控 制卡 接收 电机编 码器 的反馈 信号 ，实时 跟踪 造波 板 的运动 位置 ，构 成反 馈控制 系统 。波高 传感 器实 时 采集造 波板 前 的波高信 号 ，并 将该 信号 反馈 给计 算
图 ２ 波高传 感器 采集卡电路
１２ 控 制卡 的设 计 ．
停 止运 行 。如 图 ３ 示 。对于 伺 服 电机 的故 障报警 、 所 复位 、使能 、急停 、限位 等控 制功 能 ，计算 机通 过
输 出高低 电平 到 ７ ＨＣ３ ３ ４ ７ 锁存 器进 行 锁存 ，同样 从 该 锁存 器 出来 的信号 也需 要通 过Ｔ Ｐ １ 进行 光 电隔 Ｉ５２ 离后再 输 出到 伺服 驱动 器 中来 实现 相应 的 动作 。如
１１ 波 高采 集卡 的设计 ．
本 系统采用 的 波高传 感器是 自主研 发 的电容式
波高 传感 器 。 该传 感器 的输 出信 号是数 字量 ， Ｓ 为Ｒ 一
４２ ２ 电平 ， 经过 ＭＣ ４ ６ 换成 单片 机能 接受 的Ｔ Ｌ ３８转 Ｔ
电平 。 片机 ８ Ｃ ０ １ 过 串行 口Ｒ 单 ９ ２５通 ＸＤ引脚 接受该
关键词 ：吸收式造波机 ；单片机 ；硬件 中图分类号 ：Ｔ ３ Ｐ １ ２ 文献标识码 Ｂ 文章编号： ０ — １ ４ ２ １ ） ｌ １ ２ １ ９ ０ （ ０ ｏ 一０ １～０ ０ ３ ｏ ６
０ 引言
造 波机 是港 口工程 试验 中重要 的基 础设 施 ，用
机 ，提 取反射 波 以进行 吸 收式造 波 。造 波机控 制 系 １ Fra bibliotek訇 地
基于单 片机的吸收式造波机控制 系统硬件设计
Ｈａ ｄ ａ ｅ ｄ ｓｇｎ ｏ ｈ ｂｓ ｂｉ ｇ ｗａ ｅ ｍ ａ ｅ ｏｎ ｒ ｌ ｇ ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏｎ ｍ ｃ ｒ ｗ ｒ ｅ ｉ ｆ ｅａ ｏｒ ｎ ｖ ｋ ｒｃ ｔｏｌ ｎ ｙ ｔ ｍ ｂａ ｅ ｕ ｔ ｉ
、 ｌ
了允 许范 围 时 ，接触 式 行程 开 关 即限
位 传 感器 发 出信 号 ，此 信号 送 入控 制 卡 。 了提高 系统 的可靠 性 ， 强抗 干 为 增 扰 能 力 ，使控 制 系统 不 受外 部 电路 的 变 化 的影 响 ，需 要加 一 个光 电隔离 器
訇 似
Ｔ Ｐ １ ，把 单 片机 所需 的数 字 信号 和 Ｉ５ ２
张铁锋 ，王收军 ，陈广来
Ｚ Ａ ｉ— ｎ ， Ｈ ＮＧＴｅｆ ｇ ＷＡＮ ｏ ４ ｎ ＣＨＥ ａ ｇｌｉ ｅ Ｇ Ｓｈ ｕ ｕ ， Ｎ Ｇｕ ｎ — ａ
（ 天津理工大学 机械工程学院 ，天津 ３ ０ １ ０１ ） ９
摘
要 ：介绍 了吸收式造波机控制系统的硬件 电路设计。系统的讲述了吸收式造波机控 制系统的伺服 控制系统、控制卡 、 水位采集卡的硬件结构组成。对造 波机如何采集传感器信号 ，控制伺 服电 机动作 ，实现 吸收式的造波进行 了具体的描述。
１ 控制系统 的硬件 电路设计
对 造波机 运动 的控制 实 际上 是通 过对伺 服 电机 的控 制来 实现 的 。本 系统 采 用 Ｉ Ｃ ２ Ｈ型工 控机 ， Ｐ ６０
信 号 ，然 后把 接 收 到 的数 字 量 通 过 Ｐ１口发 送 到 ７ ＨＣ ７ 锁 存器 进行 锁存 ， 计算 机通过 实 时的对 ４ ３３ 而
控制 卡主 要接 收限位 传感器 和编 码器脉 冲反馈
图 １控 制 系 统 结 构 图
信 号 。造 波板具 有一 定的 量程 ，当造波 板运 动超 出
收稿 日期 ：２ ０ —５０ ０ ９０ —８
作者简介：张铁锋 （９ ４一） １８ ，男 ，天津人 ，在读硕士研究生 ，研究方向为机 电控 制及应用 。 【１］ 第 ３ １０ ２卷 第１ 期 ２ １ —１ ００
该 锁存器 的检 测读 取到 相应 的数 字量 ，然后根 据工
控机 的计 算提 取反 射 波以进 行吸 收式 造波 。硬 件 电
路 如 图 ２所 示 。
计算造 波机 控制信 号 。通 过工 控机 计算 出造 波板 的
运动轨 迹 ，然后 通过 ８ Ｄ Ａ接 口ＤＡ ２ ０ 位 ／ Ｃ１ ３ 转换 成 控 制 造波板 运动 的信 号 ，传送 给驱 动器 来控 制 电机
统 的结构 如 图 １ 示 。 所
来 产生 不 同波长和 波高 的各种 形式 的 波浪 ，实现模 拟 自然 波浪 、 究海 浪对 港 口建筑 或船 舶影 响的 目 研
的 。吸收 式 造波机 具 有 消除 波浪 的二次 反 射功 能 ， 更能真 实的 模拟海 洋 波浪的 运动 。其 控 制 系统 的硬 件 部分 主要 包括 ：工控机 、Ｄ Ａ卡 、控 制卡 、采 集 ／ 卡 、伺 服驱 动器 、限位 传感 器与 水位传 感器 等 。
限 位 传感 器 发 出的信 号 隔 离开 。该 信 号 通过 Ｔ Ｐ １ ，经过 一 个六 位导 向 Ｉ５ ２后 器 ，最后 进入 ７ Ｈ ４ 锁 存器 进行 锁存 ，当计算 机 ４ Ｃ２ ４ 检 测 到该 锁存 器信 号时 切 断控制 信 号 ，使伺 服 电机
４ 控 制 系统 框
７ Ｈ ７ 锁 存器 ，将编 码器 将推 波 板实 时 的位移 变 ４ Ｃ３ ３ 化 量 传输 到工 控微 机 中进 行编 码器 脉 冲计数 ，以获 得 数 字化 位置 信 息 ，实 时跟 踪推 波板 的位 置 ，保 证 推 波板 快 速 、 确地 定位 。 用 双 闭环控 制方 式 ， 准 采 即 在 位 置反 馈 的 同时 ，也构 成 了速 度反 馈 （ 先级 次 优