【正文】 分析，由測得的信號求出與研究對象有關(guān)信息的量值或給出其狀態(tài)的判別。 ? ? ? ? ? 圖 11 自動化檢測系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu) 顯示器 主機 打印機、繪圖機 測控通信接口 單片機 1 A/D 轉(zhuǎn)換 調(diào)節(jié)放大 傳感器1 傳感器2 傳感器m 單片機 2 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機 m A/D 轉(zhuǎn)換 調(diào)節(jié)放大 調(diào)節(jié)放大 傳感器1 傳感器2 傳感器m 傳感器1 傳感器2 傳感器m 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 4 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與檢測技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的，檢測技術(shù)達到的水平愈高，則科學(xué)技術(shù)上的成就就會愈為深廣。自動化檢測技術(shù)作為自動化科學(xué)的一個重要分支，作為專門研究檢測問題的一門實用型、綜合型的新興邊沿學(xué)科已經(jīng)形成。 單片機 單片機技術(shù)的發(fā)展 所謂單片機 (microcontroller)是指在一個集成芯片中，集成微處理器 (CPU)、存儲 器、基本的 I/O 接口以及定時 /計數(shù)、通信部件，即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。它己滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，可謂“無孔不入”。因此， MCS— 51 應(yīng)用非常廣泛，成為繼 MCS— 48 之后最重要的單片機品種。 從 8位單片機算起，它的發(fā)展歷史大致如 表 11 表 11 單片機發(fā)展歷史 年代 代表產(chǎn)品 特點 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具 70 年代中后期 MCS— 8048 采用 2~3μ m 半導(dǎo)體工藝， 8 位 CPU，尋址能力小于 4K 字節(jié) 仿真器 80 年代 8051 系列 6805 系列 Intel 的 96/98 系列 采用 2~3μ m 半導(dǎo)體工藝， 8 位或 16位 CPU，尋址能力小于 4K 字節(jié) 仿真器、匯編器、編程器 90 年代 Intel 的 8Xc196/29251/930； PhilipsP51XA； Motorola68399 系列； Siemens166/167 系列；日立的 SH3 系列 采用 ~ m半導(dǎo)體工藝， 8 位或 16 位或32 位的 CPU，或 32 位的內(nèi)部總線，芯片采用流水線結(jié)構(gòu)及寬總線結(jié)構(gòu)，尋址能力 16~32M字節(jié) 由 RTOS+Complier+ICE組成的開發(fā)平臺，其中： RTOS：即實時多任務(wù)操作系統(tǒng)； Compiler：基于嵌入式系統(tǒng)的工程語言編輯器； ICE：即實時在線仿真器 單片機技術(shù)的應(yīng)用 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、 智 能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強的生命力。單片機也廣泛地應(yīng)用于實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化技術(shù)的發(fā)展，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 6 它作為 機 電產(chǎn)品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。單片機的應(yīng)用使這種性能如虎添翼，如自動計費電度表、燃氣表中已有這方面的應(yīng)用。這些設(shè)備中使用了單片機機芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。 本論文研究的主要內(nèi)容 本文的主要工作是研究與設(shè)計一種基于 AT89S51 的 壓力容器 檢 測裝置 ，使之應(yīng)用于 壓力容器的檢測工作上 ，在實用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 （ 3）利用所選器件設(shè)計并實現(xiàn)基于單 片機的壓力容器檢測裝置的硬件部分。 課題研究的意義 基于單片機的壓力容器檢測裝置的在實際中的 應(yīng)用， 可以 及 時排除了帶缺陷運行的壓力容器的爆炸隱患，降低 惡性事故的發(fā)生 ，取得 重大的社會效益 。而常規(guī)檢驗就必須停產(chǎn)、清洗、介質(zhì)置換、拆除保溫和附屬設(shè)施等，從而導(dǎo)致整套裝置或整個企業(yè)長時間停產(chǎn)，損失巨大。首先通過 金屬電阻應(yīng)變片 將 被測容器的形變 轉(zhuǎn)換成電信號，為了提高 A/D 轉(zhuǎn)換精度，用測量放大器將該電 信號變換到 A/D 轉(zhuǎn)換電路的 最大輸入范圍內(nèi)，此放大后的信號經(jīng)低通濾波器濾波后輸入 A/D 轉(zhuǎn)換電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路的輸出數(shù)字信號進入單片機，經(jīng)單片機對信號進行簡單處理后 用 LCD 顯示出來。按傳感器的工作原理不同，傳感器大體上可分為物理型、化學(xué)型及生物型三大類。 化學(xué)傳感器是利用敏感材料與物質(zhì)間的電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機和有機化學(xué)成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器，如氣體傳感器、濕度傳感器和離子傳感器等。這種分類對傳感器的應(yīng)用很方便。如果根據(jù)使用目的的不同，又可分為計測用、監(jiān)視用、檢查用、診斷用、控制用和分析用傳感器等。 電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用歷史悠久，但目前仍是一種主要的測量手段，因為它具有以下獨特的優(yōu)點： （ 1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； （ 2）易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、遠距離測量和遙測； （ 3）靈敏度高，測量速度快，適合于靜態(tài)、動態(tài)測量； （ 4）可以測 量多種物理量，應(yīng)用廣泛。將式（ 2— 2）全微分，并用相對變化量來表示，則有 R l sR l s? ? ?△ △ △ △ ρρ (23) 式中，（△ l/l） =ε為電阻絲的軸向應(yīng)變，常用單位με（ 1με =1 106mm/mm）。 金屬材料在彈性變形范圍內(nèi)，泊松比μ =~，在塑性變形范圍內(nèi)μ≈ 。如果應(yīng)用測量電路和儀器測出應(yīng)變片的電阻值變化△ R，則根據(jù)式（ 2— 6），可得到被測試件的應(yīng)變值ε，而根據(jù)應(yīng)力 — 應(yīng)變關(guān)系 ? =Eε 式中， E— 試件材料彈性模量；? — 試件的應(yīng)力；ε — 試件的應(yīng)變。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器是可編程的 ADC0809。 D0 A D7 B C ALE VR(+) VR() OE 圖 22 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖中 8 路模擬量開關(guān)可選通 8個模擬通道， 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 芯片為 28 引腳雙列直插式封裝，其主要引腳的功能說明如下： IN7～ IN0：模擬量輸入通道。 ADDA 為低位地址， ADDC 為高位地址，用于對模擬通道進行選擇。在 START 上升沿時，所有內(nèi)部寄 存器清零， START 下 地址鎖存與譯碼 三態(tài)輸出 鎖存器 八位 A/D轉(zhuǎn)換器 八路模擬量開關(guān) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 12 降沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，當(dāng) OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；當(dāng) OE=1 輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。當(dāng) EOC=0 時，正在進行轉(zhuǎn)換；當(dāng) EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 單片機的選擇 隨著計算機技術(shù)與微電子技術(shù)的發(fā)展，智能儀表的功能逐步完善，工作的可靠性也進一步提高，而單片機卻是隨著功能的不斷增強，價格逐漸降低。下面簡單介紹一下該單片機的一些特性。 (3) 口控制單片機從 0809 讀取數(shù)據(jù)。 單片機 AT89S51 的定時器 /計數(shù)器組成的核心是一個 16 位加 1 計數(shù)器，其計數(shù)脈沖有兩個來源 ： 一是由外部事件提供的計數(shù)脈沖通過引腳 TX 端口送加 1 計數(shù)器 ； 另一個是由單片機內(nèi)部的時鐘脈沖經(jīng) 12 分頻后送加 1 計數(shù)器。 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 15 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 用來選擇定時器 /計數(shù)器 0、 1 的工作方式，低 4 位用于定時器 /計數(shù)器 0，高 4 位用于定時器計數(shù)器 1。 ②工作方式 1 設(shè)置 Ml=0， M0=1 時定時器 /計數(shù)器為方式 1，構(gòu)成 16 位定時器 /計數(shù)器。一般情況下 GATE=0。 （ 2） 定時器 /計數(shù)器 1 溢出中斷標(biāo)志 TF1，當(dāng)定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)溢出時由硬件自動置 TF1=1，在中斷允許的情況下，便向 CPU 發(fā)出定時器 /計數(shù)器 1 的中斷請求信號，CPU 響應(yīng)后 TF1 由硬件自動清零。 CPU 響應(yīng) 中 斷后由硬件自動清除 IE1。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 （ 3） 體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目 的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （ 2） 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法 有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。例如屏的第一行的亮暗由 RAM區(qū)的 000H—— 00FH的 16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H）=FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個點；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， ?? （ 00EH）=00H，（ 00FH） =00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8段亮線和 8條暗線組成的虛線。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖所示： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 18 圖 25 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： ● 顯示容量 :16 2個字符 ● 芯片工作電壓 :— ● 工作電流 :() ● 模塊最佳工作電壓 : ● 字符尺寸 : (W H)mm 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 24 所示 : 表 24 1602LCD 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 DO 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLA 背光源正極 第 1腳： VSS 為地電源。 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 19 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 第 15腳：背光源正極。 導(dǎo)體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。 直流電橋的特點是信 號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。其特點是：當(dāng)四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。 電源電路 設(shè)計電路時，選用 LM317 型號的芯片為核心來設(shè)計電源電路。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應(yīng)遠大于信號源內(nèi)阻。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 此類芯片一般由 3 個