【正文】 2J2T1AC1V+2AC3V4B R I D G E 2R 3 0 32 0 0R 3 0 21 0 0R 3 0 31 0 0U35V5V2 4 V2 4 V 圖 37 系統(tǒng)電源模塊的原理 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。穩(wěn)壓塊的輸入端滿(mǎn)足在電網(wǎng)電壓下降至最低時(shí)還至少比輸出端的電壓高。為+24V 電磁閥提供驅(qū)動(dòng)電壓、 12/+12V 電源為數(shù)據(jù)處理電路的運(yùn)算放大器供電電源、 +5V 主要 為單片機(jī)及所有外圍設(shè)備供電、 15V 電源為液晶提供驅(qū)動(dòng)電壓。本系統(tǒng)的信號(hào)處理電路和各種驅(qū)動(dòng)電路需要多組直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。其目的主要是為了保護(hù)三級(jí)管腳。電磁閥 6013 為微型電磁閥，直動(dòng)式常閉型。本系統(tǒng)只用一組轉(zhuǎn)換電路即可，芯片的 9 腳和 10 腳分別于單片機(jī)的 RXD，和 TXD 連接，信號(hào)滿(mǎn)足 TTL 電平信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)， 7 腳和 8 腳連接到 DB9 接口的 3 腳與 2 腳， DB9 的 5腳與系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)地連接。 由上述工作過(guò)程可看到，異步通信是按字符傳輸?shù)模總鬏斠粋€(gè)字符，就用起始位來(lái)通知收方，以此來(lái)重新核對(duì)收發(fā)雙方同步。傳送開(kāi)始后，接收設(shè)備不斷地檢測(cè)傳輸線(xiàn)，看是否有起始位到來(lái)。它的到來(lái)，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來(lái)了，要準(zhǔn)備接收。 異步通信協(xié)議主要是指起止式異步協(xié)議。 異步通信和同步通信的比較 : （ 1）異步通信簡(jiǎn)單，雙方時(shí)鐘可允許一定誤差。這樣，傳輸時(shí)，按每 n 位劃分為一個(gè)時(shí)間片， 發(fā)送端在一個(gè)時(shí)間片中發(fā)送一個(gè)字符，接收端則在一個(gè)時(shí)間片中接收一個(gè)字符。其中同步協(xié)議又分為 :面向字符的同步通信協(xié)議和面向比特的通信協(xié)議。而 USB 連接最長(zhǎng)可以達(dá) 16 英尺 (約 米 )。每一臺(tái) PC 都有一個(gè)或多個(gè) RS232 端口。 串口通信的物理層是指用來(lái)執(zhí)行這種通信的硬件，包括數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)通常使用的是 RS232 通信協(xié)議。接收時(shí)，物理層負(fù)責(zé)從串口的硬件緩沖區(qū)讀取或單片機(jī)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路層把物理層讀取來(lái)的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系拼裝成完整的命令，最后是應(yīng)用層來(lái)解釋執(zhí)行由數(shù)據(jù)鏈路層拼裝出來(lái)的命令，并做出響應(yīng) 。 （ 13）文本特征方式只能用在文本模式中此時(shí)文本區(qū)和圖形區(qū)都必須打開(kāi)。文本顯示區(qū)和圖形顯示區(qū)的起始地址 SAD 都對(duì)應(yīng)著顯示屏左上角位置的顯示位。顯示窗口長(zhǎng)度 (列 )CL 己由硬件設(shè)置為 40(字符數(shù) )，即列數(shù)據(jù)傳輸個(gè)數(shù)的最大值 (超出屏幕部分不顯示 )。 （ 6）復(fù)位信號(hào)將把行、列計(jì)數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關(guān)顯示。 （ 2）可以設(shè)置字符方式與圖形方式的合成顯示即字符顯示區(qū)的內(nèi)容和圖形顯示 區(qū)的內(nèi)容通過(guò)模式設(shè)置同時(shí)顯示在屏幕上、字符方式下的特征顯示以及可以像以那樣屏拷貝操作。其將通用的微處理器和存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。液晶接口的 1， 2 腳為背光電壓的輸入端。液晶的指令代碼入口地址為 8201H，此時(shí) CE 為低電平選通， C/D 為高電平，為控制命令字的讀寫(xiě)地址。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短和開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5~10ms，中間狀態(tài)為穩(wěn)定地閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，為了保證 CPU對(duì)鍵盤(pán)的閉合做一次處理并且僅一次處理，在軟件中必須設(shè)置去抖 動(dòng)，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開(kāi)時(shí)讀鍵盤(pán)的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時(shí)，再作鍵輸入處理 . 液晶接口電路的設(shè)計(jì) 液晶模塊與單片機(jī)的接口電路如圖所示 : 22 22 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 8 9C 51P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07Y 10 11 2MC 10 2 3 0PC 10 13 0pR10210KC 10 34 .7 u FV C CV C CS 10 1R 10 11 0K溫度壓力信號(hào)溫度壓力信號(hào)數(shù)據(jù)線(xiàn)控制線(xiàn) 圖 35 液晶模塊與單片機(jī)的接口電路 單片機(jī)利用數(shù)據(jù)與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)形式來(lái)控制液晶模塊。 CPU 對(duì)鍵盤(pán)的掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式， CPU 在空閑時(shí)掃描鍵盤(pán)，也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一定的時(shí)間， CPU 對(duì)鍵盤(pán)掃描一次， CPU可以隨時(shí)響應(yīng)鍵盤(pán)輸入請(qǐng)求 。然后微機(jī)通過(guò)輸入口讀列線(xiàn)的狀態(tài)，如果 PA0~PA7 都為高電平，則 PC0 這一 行上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的列線(xiàn)狀態(tài)不全為高電平，則8155 21 21 為低電平的列線(xiàn)和 PC0 相交的鍵處于閉合狀態(tài) 。掃描式鍵盤(pán)需占用單片機(jī)較多的輸入輸出口線(xiàn)，使用可編程芯片來(lái)擴(kuò)展。 溫度處理信號(hào)與單片機(jī)的連接電路 由于 ADS1110 支持 I2C 總線(xiàn)協(xié)議，可以同時(shí)連接個(gè)從設(shè)備。溫度處理信號(hào)調(diào)試時(shí)，首先用 100? 的電阻替換Rt，通過(guò)調(diào)節(jié) RP104 使溫度信號(hào)的輸出值為 400mV，然后用 ? (100℃時(shí)鉑電阻的阻值 )的電阻替換 Rt，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 RP103 使溫度信號(hào)的輸出值為1700mV。正反饋電阻的加入起到了線(xiàn)性化的作用，降低了二次項(xiàng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響溫度在 0至 100 度之間，放大器的輸出 K與溫度的關(guān)系可以基本認(rèn)定為線(xiàn)性的。 3 線(xiàn)制可以把導(dǎo)線(xiàn)電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖 32所示。但是查表法來(lái)實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償大大的增加了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)精度的提高幫助有限。 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 溫度信號(hào)處理電路 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫“范圍的溫度測(cè)量中。 數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)都需要上拉電阻，因?yàn)榭偩€(xiàn)驅(qū)動(dòng)器是漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器，這些電阻的大小取決于總線(xiàn)的工作速度和總線(xiàn)電容阻值。這個(gè)字節(jié)被寫(xiě)入配置寄存器中，對(duì) ADS1110 寫(xiě)入多個(gè)字節(jié)到 ADS1110 無(wú)效， ADS1110 將忽略第一個(gè)字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對(duì)第一個(gè)字節(jié)做出應(yīng)答。前面的兩個(gè)字節(jié)是輸出寄存器的內(nèi)容，第三個(gè)字節(jié)是配置寄存器的內(nèi)容，并不總是需要從 ADS1110 中讀取三個(gè)字節(jié)，如果只需要 輸出寄存器的內(nèi)容則只需讀兩個(gè)字節(jié)。主機(jī)也可發(fā)出另一個(gè)開(kāi)始條件，在總線(xiàn)處于激活狀態(tài)時(shí)，若發(fā)出一個(gè)開(kāi)始條件則要求一個(gè)重復(fù)的開(kāi)始條件。 在一個(gè)應(yīng)答周期期間，不作應(yīng)答，只是保持 SDA 線(xiàn)為高電平。 對(duì)于在 I2C總線(xiàn)上發(fā)送的每個(gè)字節(jié)，無(wú)論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個(gè)應(yīng)答位作為響應(yīng)。始條件是當(dāng)時(shí)鐘線(xiàn)為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)從高到低的跳變停止條件則是當(dāng) 時(shí)鐘線(xiàn)為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)從低到高的跳變。多數(shù)時(shí)候總線(xiàn)是空閑的，不發(fā)生通信，而且兩條線(xiàn)均為高電平。線(xiàn)上的脈沖以時(shí)鐘將位一位一位地移入接收器的移位寄存器中。 SDA 傳送數(shù)據(jù)， SCL 是時(shí)鐘?？偩€(xiàn)上的通信通常發(fā)生在兩個(gè)器 件之間，其中一個(gè)作為主機(jī)，另一個(gè)從機(jī)。 DDinin V VVP G A1 ）（）（最小碼）（輸出碼 ?????? (31)對(duì)最小碼的最小輸出碼、可編程增益放大器的增益設(shè)置、 V+與 V的正負(fù)輸入電壓以及 VDD 而言，輸出碼由以下表達(dá)式計(jì)算出。在單周期轉(zhuǎn)換方式中，在一次轉(zhuǎn)換之后自動(dòng)掉電，在空閑期間極大地減少了電流消耗。滿(mǎn)足了系統(tǒng)的量程范圍與精度要求。而且壓力量程必須滿(mǎn)足 2/20mA 的系統(tǒng)量程范圍。本文在直接壓力法的基礎(chǔ)上結(jié)合了單片機(jī)控制技術(shù)大連理仁大學(xué)碩士學(xué)位論文提出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖，并根據(jù)原理框圖分析了傳感器、人機(jī)界面和串口 通訊等關(guān)鍵技術(shù)的選取原則。 系統(tǒng)的總體框圖 泄露模擬接口 顯 示 單 片 機(jī) 溫度變送器 壓力變送器 自檢閥 充氣閥 過(guò)濾器 排氣閥 被測(cè)件 氣源 減壓閥 11 11 圖 24 系統(tǒng)總框圖 圖 24給出 的只是系統(tǒng)的一個(gè)工作模型，圖描述的是系統(tǒng)的實(shí)際原理框圖。進(jìn)入測(cè)試菜單以后，當(dāng)接受到啟動(dòng)檢測(cè)的信號(hào)時(shí)就打開(kāi)充氣閥和自檢閥對(duì)工件進(jìn)行充氣，充氣時(shí) 間結(jié)束系統(tǒng)進(jìn)入平衡等待時(shí)間，平衡階段結(jié)束系統(tǒng)開(kāi)始采集壓力傳感器和溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)進(jìn)入檢測(cè)階段，檢測(cè)階段結(jié)束后系統(tǒng)將檢測(cè)的結(jié)果顯示到液晶上并保留結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)打開(kāi)排氣閥將檢測(cè)氣體排出。 10 10 圖 23 系統(tǒng)總體工作模式型示意圖 圖 23所示為基于直接壓力法的氣體測(cè)漏系統(tǒng)的總體工作模型示意圖。另外傳統(tǒng)的直壓法測(cè)漏儀將壓力變送器選擇在被測(cè)件與自檢閥之間，控制器一般選擇微機(jī)。若采用 MODBUS 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議必將引起資源的浪費(fèi)，降低通訊效率。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用 的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。 支持串行通訊的工業(yè)協(xié)議主要是協(xié)議，協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。由于具有與、系列相適配的接口，并有專(zhuān)用的指令集，可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面卷動(dòng)、光標(biāo)、 9 9 閃爍、位操作等，足以滿(mǎn)足本系統(tǒng)文本顯示或圖形顯示的功能，此外，該液晶可管理的顯示緩沖區(qū)，并可外接字符發(fā)生器，可同時(shí)顯示行漢字字符，是該系統(tǒng)的理想顯示模塊。 為便于操作人員對(duì)該儀器操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了鍵盤(pán)輸入模塊。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域和當(dāng)今的工業(yè)線(xiàn)程應(yīng)用中，位機(jī)仍然是主流機(jī)型。 檢 測(cè)控制模塊 本系統(tǒng)主要采集氣體壓力，壓力傳感器主要針對(duì)氣體介質(zhì)，因此，為了提高系統(tǒng)的精度應(yīng)盡量選取高精度的壓力傳感器。 （ 2）人機(jī)界面選擇模塊 傳統(tǒng)的檢測(cè)手段都是由人來(lái)做判斷，容易產(chǎn) 生誤判。當(dāng)測(cè)量階段結(jié)束后將被測(cè)件內(nèi)的 氣體放掉，這階段為放氣階段。由于溫度的變化，也會(huì)導(dǎo)致壓力的變化在平衡階段，電磁閥關(guān)閉，電磁閥打開(kāi)。測(cè)量主要分為四個(gè)過(guò)程，即充氣過(guò)程、平衡過(guò)程、測(cè)量過(guò)程和放氣過(guò)程。都是由充氣、平衡、測(cè)量和放氣四個(gè)過(guò)程組成。 從以上比較不難看出，差壓法的精度遠(yuǎn)高于直接壓力法，但由于差壓法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還必須有一個(gè)全密封的標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)配合使用，給測(cè)量帶來(lái)了很大的不便。而且檢出時(shí)間長(zhǎng)，受溫度影響和變形影響大，對(duì)于不同的測(cè)試壓 力要求，要采用適用壓力范圍不同的傳感器。具有方便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。 本章小結(jié) 本章概述了氣體測(cè)漏技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和目前的發(fā)展方向。給出了詳細(xì)的電路圖解，并對(duì)其中的相關(guān)技術(shù)給出了詳細(xì)的介紹 。 本文分為六部分 : 第一章緒論，首先闡述了提出本課題的背景，然后介紹了氣體測(cè)漏技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后介紹了本課題的主要特色 。 上述檢測(cè)方法的測(cè)試性能對(duì)比見(jiàn)表 11: 表 11各種檢測(cè)方法的性能對(duì)比 序號(hào)測(cè)試方法 自動(dòng)化 檢測(cè)能力 可靠性 壽命 適用性 經(jīng)濟(jì)性 氣泡檢測(cè)法 不好 好 不好 好 特好 不太好 流量檢測(cè)法 好 不好 好 好 好 好 直壓式檢測(cè)法 好 不太好 好 特好 不太好 好 差壓式檢測(cè)法 好 好 好 特好 特好 好 氦元素檢測(cè)法 好 特好 好 不太好 不太好 不好 論文主要內(nèi)容與本文結(jié)構(gòu) 本課題“基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究”是對(duì)傳統(tǒng)氣體測(cè)漏方法的一種改進(jìn)和新的嘗試，其特色主要在以下幾點(diǎn) : 一是加入了單片機(jī)作為控制核心。如圖 13所示： 圖 13 壓力檢測(cè)法 (4)差壓測(cè)試法 (The leak detecting method by air pressure difference) 對(duì)被測(cè)件和標(biāo)準(zhǔn)件同時(shí)充入壓縮氣體，由高精度的差壓傳感器測(cè)出被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件之間的壓力差。如圖 11 所示 : 圖 11 氣泡檢測(cè)法 (2)流量測(cè)試法 (The leak detecting method by air flow meter) 當(dāng)氣源對(duì)被測(cè)件充氣完畢后，如果被測(cè)件有泄漏，整個(gè)密封系統(tǒng)就會(huì)有氣體的流動(dòng)，泄漏量與流量相同，用微小流量測(cè)試儀就可以測(cè)出泄漏量。下面對(duì)這幾種檢測(cè)原理分別作簡(jiǎn)單介紹。它研制、生產(chǎn)及銷(xiāo)售 ALT 系列泄漏檢測(cè)儀、檢測(cè)專(zhuān)機(jī)及自動(dòng)化泄漏檢測(cè)線(xiàn)。 （ 2）美國(guó) USON 的公司 美國(guó) USON也生產(chǎn)很多種類(lèi)型的測(cè)漏儀，它的 4000系列提供了多種檢測(cè)模式，同時(shí)考慮到了測(cè)漏性能、泄漏量、以及針對(duì)實(shí)際中不同被測(cè)物的容積及泄漏大小提供了相應(yīng)的產(chǎn)品而且其操作界面非常友好、對(duì)操作者要求不高，其 4000 系列 3 3 還具有較快的測(cè)試速度和較高的靈敏度