【正文】 I 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 本文針對小型天然氣輸配站的天然氣壓力進行監(jiān)控設(shè)計自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件開發(fā)基于匯編語言 ,與硬件電路相對應(yīng) ,其主要功能模塊包括 :數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊、聲光報警模塊以及步進電動機驅(qū)動模塊。軟件設(shè)計中充分利用了匯編語言十分方便的控制功能特性 ,實現(xiàn)了系統(tǒng)被測壓力的實時監(jiān)測與自動調(diào)節(jié)。為了提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性 ,提出了各種硬件和軟件抗干擾措施 ,以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運行。 本系統(tǒng)能及時準確地獲取壓力數(shù)據(jù)及反映系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀況 ,實現(xiàn)系統(tǒng)壓力的自動 控制和無人值守 ,對小型天然氣輸配站的安全生產(chǎn)、組織管理都具有較為重要的意義。 關(guān)鍵詞 :天然氣輸配 ,數(shù)據(jù)采集 ,壓力傳感器 ,人機交互 ,步進電動機。 目錄 摘要 ................................................................................................................................. I 第一章 緒論 ............................................ II 第二章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的概念設(shè)計 ..................... II 第三章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ................... II 第四章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電 路設(shè)計 ................. IV 數(shù)據(jù)采集功能模塊 ................................. IV 數(shù)據(jù)顯示模塊 ...................................... V 聲光報警模塊 ..................................... VI 步進電機的驅(qū)動模塊 ............................... VI 電路圖 ........................................... VI 第五章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .................... VII Keil C51 的介紹 ................................. VII 軟件的介紹 .............................. VIII 程序設(shè)計流程圖 ................................... IX 源程序 ........................................... X 第六章 總結(jié) ......................................... XVIII 參考文獻 .......................................................... XIX 致 謝 ............................................................ XX 第一章 緒論 天然氣的開發(fā)利用離不開輸送、存儲及配氣。天然 氣開發(fā)利用導(dǎo)致了天然氣的輸配系統(tǒng)也日趨龐大與復(fù)雜 ,使得人們及時準確地掌握輸配系統(tǒng)的運行規(guī)律以及對天然氣進行計量、監(jiān)控都變得十分困難。 在中國科技人員的努力下 ,現(xiàn)已成功研制出實用、先進的大型天然氣輸配站計算機監(jiān)控系統(tǒng) ,能進行計量點分散計量、集中查詢與管理 ,實現(xiàn)對現(xiàn)場輸配情況的自動檢測和遠程監(jiān)控 ,能完成對天然氣輸配管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)仿真 ,達到天然氣輸配管網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化運行 ,提高了勞動生產(chǎn)率 ,保證系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性。 對大中型輸配站而言 ,此種系統(tǒng)從實用性、經(jīng)濟性的角 度來看是很值得推廣和應(yīng)用的 ,但對于小型的輸配站而言則是不經(jīng)濟的?，F(xiàn)在國內(nèi)大部分小型的輸配站都是采用傳統(tǒng)的人工方式來進行監(jiān)控與調(diào)度 ,效率低、管理落后 ,且存在系統(tǒng)監(jiān)控的不實時 ,不便于高效、優(yōu)質(zhì)、可靠地生產(chǎn)。在天然氣輸配過程中 ,及時準確地獲取壓力數(shù)據(jù)對安生產(chǎn)、組織管理都具有十分重要的意義。 第二章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的概念設(shè)計 本課題設(shè)計的天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)天然氣壓力儲氣罐進氣管道的流量使存氣罐中的壓力穩(wěn)定在 200Pa800Pa 之間，從而能使天然氣通過儲氣罐的出氣管穩(wěn)定的供給給用戶使用。在壓力 值大于上限值或者小于下線值時，系統(tǒng)能發(fā)出聲光報警并控制步進電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)自動監(jiān)控，同時也有人性化的人工手動控制。 第三章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計 此天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)來來源于生產(chǎn)實際，設(shè)計要求既滿足用戶要求又使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠。本課題打算分四個模塊進行解決：壓力數(shù)據(jù)采集與 存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報警與步進電機驅(qū)動模塊、人工控制模塊。 系統(tǒng)硬件電路原理框圖如下： 系統(tǒng)硬件電路原理框圖 本系統(tǒng)中，通過擴散硅壓力傳感器將壓力非電量轉(zhuǎn)換為微 弱的電信號，通過信號放大電路，將微弱的電信號轉(zhuǎn)化為 A/D 能轉(zhuǎn)化的閾值，使輸入的模擬信號的電壓為 05V，壓力傳感器的量程為 01000MPa。然后將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送給 8051 單片機進行數(shù)據(jù)的處理；通過比較設(shè)定在 8051 單片機內(nèi)的上、下限壓力值參數(shù)，來決定是否應(yīng)啟動相應(yīng)的報警與控制程序。當(dāng)前壓力值超過設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)會進行聲光報警，并控制步進電機轉(zhuǎn)動使天然氣儲氣罐進氣管的閥口關(guān)小，從而達到自動調(diào)節(jié)儲氣罐中壓力的目的。整個過程中的壓力值變化會通過 LED 顯示屏顯示出來，便于記錄與生產(chǎn)管理。 軟件方面 ，我們使用匯編語言對 8051 單片機進行程序設(shè)計，用 Proteus 搭建仿真系統(tǒng)，用 Keil C51 進行程序匯編。分為壓力數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報警與步進電機驅(qū)動模塊、人工控制模塊、這四大模塊進行編寫。除了實現(xiàn)所要求的控制功能外，還要進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即將所采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)（ BCD 碼）進行顯示，符合人們所使用十進制數(shù)的習(xí)慣，同時還要將壓力值參數(shù)換成二進制數(shù)，便于 8051 單片機處理。 8051單片機 壓力傳感器 I/O 擴展芯片8155 AD 轉(zhuǎn)換電路 差動放大器 LED 顯示屏 聲光報警 步進電機的驅(qū)動 人工控制 第四章 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 根據(jù)總體方案設(shè)計，本監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路可劃為：數(shù)據(jù)采集功能模塊、數(shù)據(jù)顯示功能模塊、聲光報警模塊、步進電機驅(qū)動模塊以及電路圖五個部分。 數(shù)據(jù)采集功能模塊 壓力傳感器采用擴散硅壓力傳感器，在信號的調(diào)理電路中用儀表放大器，共模干擾、零漂、溫漂的抑制，保證采集數(shù)據(jù)的精度和可靠度。 模數(shù)轉(zhuǎn)換采用 ADC0809,將信號預(yù)處理電路傳送過來的調(diào)理信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換才傳送至 8051單片機中進行各種處理。 ADC0809 各腳功能如下： LSBMSB： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 IN0IN7： 8 位模擬量輸入引腳。 VCC： +5V工作電壓。 GND：地。 REF（ +）：參考電壓正端。 REF（ ）：參考電壓負端。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 （以上兩種信號用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時 為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù) 輸出鎖存器。 CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 A、B、 C：地址輸入線。 數(shù)據(jù)顯示模塊 顯示屏采用四位一體 LED 數(shù)碼管，由于 8051 單片機的 I/O 接口有限，為了節(jié)約 I/O 口，我們采用 8155 芯片對單片機的 I/O 口進行擴展，將 8051 單片機的P0 與 8155 的 AD 口做數(shù)據(jù)總線相連， 8155 的 A 口做 LED 數(shù)碼管的段選信號線， B口做 LED 數(shù)碼管的位選信號線。 8155 各引腳功能說明如下： RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。復(fù)位后， 3 個 I/O 口均為輸入方式。 AD0～ AD7：三態(tài)的地址 /數(shù)據(jù)總線。與單片機的低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線（ P0 口）相連。單片機與 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信 息都是通過這個總線口傳送的。 RD：讀選通信號，控制對 8155 的讀操作，低電平有效。 WR：寫選通信號，控制對 8155 的寫操作，低電平有效。 CE：片選信號線，低電平有效。 IO/M ： 8155 的 RAM 存儲器或 I/O 口選擇線。當(dāng) IO/M ＝ 0 時，則選擇 8155 的片內(nèi) RAM， AD0～ AD7 上地址為 8155 中 RAM 單元的地址（ 00H～ FFH）；當(dāng) IO/M ＝ 1時，選擇 8155 的 I/O 口， AD0～ AD7 上的地址為 8155 I/O 口的地址。 ALE：地址鎖存信號。 8155 內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在 ALE 的下降沿將單片 機 P0口輸出的低 8 位地址信息及 ， IO/ 的狀態(tài)都鎖存到 8155 內(nèi)部鎖存器。因此， P0口輸出的低 8 位地址信號不需外接鎖存器。 PA0～ PA7： 8 位通用 I/O 口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 PB0～ PB7： 8 位通用 I/O 口，功能同 A 口。 PC0～ PC5：有兩個作用，既可作為通用的 I/O 口，也可作為 PA 口和 PB 口的控制信號線，這些可通過程序控制。 TIMER IN：定時 /計數(shù)器脈沖輸入端。 TIMER OUT：定時 /計數(shù)器輸出端。 VCC：＋ 5V 電源。 聲光報警模塊 聲光報警電路采用 LM386 驅(qū)