【正文】 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)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(chǔ)氣罐進(jìn)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(chǔ)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(shí)，系統(tǒng)能發(fā)出聲光報(bào)警并控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，同時(shí)也有人性化的人工手動(dòng)控制。 2 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng) 總體方案設(shè)計(jì) 此天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)來來源于生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)要求既滿足用戶要求又使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠。 本課 題打算分四個(gè)模塊進(jìn)行解決：壓力數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊 、數(shù)據(jù)顯示模塊、 聲光報(bào)警與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(kuò)散硅壓力傳感器將壓力非電量轉(zhuǎn)換為微弱的電信號(hào)，通過信號(hào)放大電路，將微弱的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為 A/D 能轉(zhuǎn)化的閾值 ，使輸 8051單片機(jī) 壓力傳感器 I/O 擴(kuò)展芯片8155 AD 轉(zhuǎn)換電路 差動(dòng)放大器 LED 顯示屏 聲光報(bào)警 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 人工控制 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 入的模擬信號(hào)的電壓為 05V，壓力傳感器的量程為 01000MPa。然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳送給 8051 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；通過比較設(shè)定在 8051 單片機(jī)內(nèi)的上、下限壓力值參數(shù)，來決定是否應(yīng)啟動(dòng)相 應(yīng)的報(bào)警與控制程序。當(dāng)前壓力值超過設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，并 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使天然氣儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣管的閥口關(guān)小，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐中壓力的目的。整個(gè)過程中的壓力值變化會(huì)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(duì) 8051單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)， 用 Proteus搭建仿真系統(tǒng)，用 Keil C51 進(jìn)行程序匯編。分為 壓力數(shù)據(jù)采集與存 儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報(bào)警與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人工控制模塊、這四大模塊進(jìn)行編寫。 除了實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能外，還要進(jìn)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(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）進(jìn)行顯示，符合人們所使用十進(jìn)制數(shù)的習(xí)慣 ，同時(shí)還要將壓力值參數(shù)換成二進(jìn)制數(shù)，便于 8051 單片機(jī)處理。 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件 電路 設(shè)計(jì) 根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，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(bào)警模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 以及電路圖五個(gè)部分。 數(shù)據(jù)采集功能模塊 壓力傳感器采用擴(kuò)散硅壓力傳感器，在信號(hào)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(hào)預(yù)處理電路傳送過來 的調(diào)理信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才傳送至 8051 單片機(jī)中進(jìn)行各種處理。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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(fù)端。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)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(shí)鐘信號(hào)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(jī)的 I/O 接口有限，為了節(jié)約 I/O 口，我們采用 8155 芯片對(duì)單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展，將 8051單片機(jī)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(hào)線， B 口做 LED 數(shù)碼管 的位選信號(hào)線。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8155 各引腳功能說明如下： RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。復(fù)位后， 3 個(gè) 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(jī)的低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線（ P0 口）相連。單片機(jī)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(gè)總線口傳送的。 RD：讀選通信號(hào)，控制對(duì) 8155 的讀操作，低電平有效。 WR：寫選通信號(hào)，控制對(duì) 8155 的寫操作，低電平有效。 CE：片選信號(hào)線，低電平有效。 IO/M ： 8155 的 RAM 存儲(chǔ)器或 I/O 口選擇線。當(dāng) IO/M ＝ 0 時(shí)，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(shí)，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(hào)。 8155 內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在 ALE 的下降沿將單片機(jī) 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(hào)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(gè)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(hào)線，這些可通過程序控制。 TIMER IN：定時(shí) /計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。 TIMER OUT：定時(shí) /計(jì)數(shù)器輸出端。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VCC：＋ 5V 電源。 聲光報(bào)警模塊 聲光報(bào)警電路采用 LM386 驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器與發(fā)光二極管，從某一 I/O 單調(diào)輸出一信號(hào)控制 LM386 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警，避免采用音樂報(bào)警以防止外界各種鈴聲信號(hào)的干擾，同時(shí)便于晚上能對(duì)報(bào)警地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的定位。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊 此處步進(jìn)電機(jī)采用三 相六拍的驅(qū)動(dòng)方式，步進(jìn)電機(jī)的主要功能是根據(jù)存儲(chǔ)罐中的壓力狀況，來進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的控制。當(dāng)存儲(chǔ)罐中的壓力低于設(shè)計(jì)的下限值時(shí)，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，控制閥門開大；當(dāng)存儲(chǔ)罐中的壓力高于設(shè)計(jì)的上限值時(shí)，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，控制閥門關(guān)小 ，使得存氣罐中的壓力處于正常壓力的范圍之內(nèi)。 電路圖 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是測(cè)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員不僅要能夠從事硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)還必須掌握測(cè)控軟建的設(shè)計(jì)，通常，軟件設(shè)計(jì)是先畫出軟件的流程圖，然 后根據(jù)流程圖用匯編語言或者高級(jí)語言進(jìn)行編程。 本課題的程序打算分為數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、聲光報(bào)警與電機(jī)驅(qū)動(dòng)、人工手動(dòng)四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。在程序的編寫中我們應(yīng)該按照這設(shè)計(jì)的四大模塊 由上至下的進(jìn)行編寫，一一實(shí)現(xiàn)控制的要求。 程序的編譯器我們選擇 Keil C51 軟件 ,電路仿真我們選擇 Proteus 軟件進(jìn)行仿真電路的搭建。 Keil C51 的介紹 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境主要由菜單欄、工具欄、源文件編輯窗口、工湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 程窗口和輸出窗口五部分組成。工具欄為一組快捷工具圖標(biāo)，主要包括基本文件工具欄、建造工具 欄和調(diào)試工具欄，基本文件工具欄包括新建、打開、拷貝、粘貼等基本操作。建造工具欄主要包括文件編譯、目標(biāo)文件編譯連接、所有目標(biāo)文件編譯連接、目標(biāo)選項(xiàng)和一個(gè)目標(biāo)選擇窗口。調(diào)試工具欄位于最后，主要包括一些仿真調(diào)試源程序的基本操作，如單步、復(fù)位、全速運(yùn)行等。在工具欄下面，默認(rèn)有三個(gè)窗