【正文】 后使用或判廢。在用壓力容器檢驗的重點是壓力容器在運行過程中受介質(zhì)、壓力和溫度等因素影響而產(chǎn)生的裂紋、腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞開裂及材料劣化等缺陷，因此除宏觀檢查外需采用多種無損檢測方法。圖中不同種類的被測信號由各種傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，這是任何檢測系統(tǒng)都必不可少的環(huán)節(jié)。而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是新材料、新結(jié)構(gòu)的傳感器研制成功，以及微型計算機(jī)的廣泛開發(fā)，給檢測技術(shù)帶來了變革性的影響，它們在檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性、可靠性和抗干擾性等方面發(fā)揮了 明 顯作用，大大豐富了檢測技術(shù)所包含的內(nèi)容，擴(kuò)大了檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時也提出了新的課題。微機(jī)自動化檢測作為自動化檢測技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展的高級形式便應(yīng)運而生。 1970 年微型計算機(jī)研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機(jī) (即單片微型計算機(jī) )。 盡管目前單片機(jī)的品種很多，但其中最具典型性的當(dāng)數(shù) Intel 公司的 MCS 一 51 系列單片機(jī)。直到現(xiàn)在MCS— 51 仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工 業(yè)條件下穩(wěn)定工作。將測量技術(shù)、自動控制 技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。最典型的機(jī) 電 產(chǎn)品機(jī)器人，每個關(guān)節(jié)或動作部位都是一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 (3)分布控制系統(tǒng)的前端控制器 在直接控制級的計算機(jī)分布控制系統(tǒng) (DCS)中，單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。許多工業(yè)儀表中的智能流量計，氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項技術(shù)。 (6)終端及外圍設(shè)備控制 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、商業(yè) POS(自動收款機(jī) )以及計算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化 UPS 等。 論文主要工作包括： （ 1） 簡述設(shè)計基于單片機(jī)的 壓力容器檢測裝置 的目的與意義，介紹了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對 壓力容器 以及 自動化檢測技術(shù) 的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了論述。首先規(guī)劃此基于單片機(jī)的壓力容器檢測裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)設(shè)計要求確定應(yīng)變式傳感器，測量放大器，低通濾波器等每一部分電路的具體結(jié)構(gòu)，最后根據(jù)規(guī)劃將各部分電路連接起來形成一個完整的硬件系統(tǒng)。 20xx 年初步統(tǒng)計全國有 9000 多萬臺壓力容器在生產(chǎn)中運行，其中容積在 20 立方米 以上的壓力容器約占 15%，主要是大型的儲罐、球罐、合成塔、反應(yīng)器等化工反應(yīng)和儲存裝置中的核心設(shè)備，是生產(chǎn)中的重要設(shè)備，也是危險性極高的設(shè)備，造價也十分昂貴。同時大型壓力容器的常規(guī)檢驗耗時耗物，花費巨大的人力、物力，有的大型壓力容器要花費上千萬元。 傳感器的選擇 傳感器的種類繁多、原理各異，檢測對象幾乎涉及各種參數(shù)，通常一種傳感器可以檢測多種參數(shù)，一種參數(shù)又可以用多種傳感器測量。 物理型傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能制成的傳感器，它又可以分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu) 型傳感器。 生物傳感器是利用材料的生物效應(yīng)構(gòu)成的傳感器，如酶傳感器、微生物傳感器、生理量（血液成分、血壓、心音、血蛋白、激素、筋肉強力等）傳感器 、組織傳感器、免信號采集電路 測量放大電路 低通濾波電路 A/D轉(zhuǎn)換 51單片機(jī) 液晶顯示 基于單片機(jī)的壓力容器檢測裝置設(shè)計 9 疫傳感器等。 （ 3）按應(yīng)用范圍分類。 物性型傳感器 物理型傳感器 結(jié)構(gòu)型傳感器 傳感器 化學(xué)型傳感器 生物型傳感器 這里我們選擇電阻應(yīng)變式傳感器。 工作原理 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻 — 應(yīng)變效應(yīng)，即當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值將相應(yīng)地發(fā)生變化。由于S=π R2=π d2/4，則△ S/S=2△ d/d，其中，△ d/d 為徑向應(yīng)變，由材料力學(xué)可知△ d/d=με，式中，μ為電阻絲材料的泊松比。所以（ 1+2μ） =~（彈性區(qū)）或（ 1+2μ）≈ 2（塑性區(qū)）。計算可得應(yīng)力值?。 ADC0809 是典型的 8 位 8 通道逐次型 A/D 轉(zhuǎn)換器， CMOS 工藝， ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如 圖 22 所示。 地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 三個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。 ADC0809 對輸入模擬量的要求主要有信號是單極性，電壓范圍 0～ 5V，若信號過小還需進(jìn)行放大。 ALE：地址鎖存允許信號。 D7～ D0：數(shù)據(jù)輸出線。 CLK：時鐘信號。在實際應(yīng)用中該狀態(tài)信號既可作為查詢狀態(tài)的標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。在本系統(tǒng)設(shè)計中，我們使用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位單片機(jī) — AT89S51 作為控制器件。 8 位單片機(jī) AT89S51 的主要特性是 ： ● 與 MCS— 51 指令兼容 ； ● 4K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 (ISP)Flash 閃爍存儲器 ； ● 壽命 :1000 寫 /擦循環(huán) ； ● — 的工作電壓范圍 ； ● 全靜態(tài)工作模式 :0Hz— 33Hz； ● 三級持續(xù)加密鎖 ； ● 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； ● 三級程序存儲器鎖定 ； ● 32 位可編程 I/O 線 ； ● 兩個 16 位定時器 /計 數(shù)器 ； ● 5 個中斷源 ； ● 全雙工串行 UART 通道 ； ● 低功耗的閑置和掉電模式 ； 基于單片機(jī)的壓力容器檢測裝置設(shè)計 13 ● 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) ； ● 看門狗 (WDT)及雙數(shù)據(jù)指針 ； ● 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ； ● 掉電標(biāo)志和快速編程特性 ； ● 靈活的在系統(tǒng)編程 ； 單片機(jī) AT89S51 各引腳定義如 圖 24 所示 ： 圖 24 AT89S51 引腳圖 引腳定義 見下 表 21： 表 21 AT89S51 引腳定義 引腳序列 引腳號 功能 1— 8 — P17 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口 9 RST 復(fù)位輸入口 10 RXD/ 串行接收口、 11 TXD/ 串行輸出口、 12 0INT / 外部中斷 0輸入口、 13 1INT / 外部中斷 1輸入口、 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 14 14 T0/ 定時計數(shù)器 0、 15 T1/ 定時計數(shù)器 16 WR/ 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通、 17 RD / 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通、 18— 19 XTAL2— XTAL1 時鐘振蕩器的輸入 /輸出端 20 GND 信號地 21— 28 — 8位雙向 I/O 口，可作存儲器的高8 位地址 29 PSEN 程序存儲允許輸出信號端 30 ALE/PROG 片外存儲器地址鎖存信號 31 EA /Vpp 外部取指使能信號 32— 39 — 數(shù)據(jù) /低 8位地址復(fù)用端口 40 VCC 正電源輸入 單片機(jī)部分設(shè)計主要包括 I/O 端口的分配以及軟件設(shè)計的流程。給出高電平讀取，給低電平禁止讀取。所以，單片機(jī) AT89S51 的定時器 /計數(shù)器既可以工作于定時方式，也可以工作于對外部事件計數(shù)方式，只要置位或者清零其控制寄存器 TMOD 的設(shè)置位即可實現(xiàn)工作方式的選擇。其值可用程序決定。 ③工作方式 2 設(shè)置 Ml=1， M0=0 時定時器 /計數(shù)器為方式 2，構(gòu)成自動重新裝入初值的 8 位定時器 /計數(shù)器。 /計數(shù)器方式控制寄存器 TCON 高 4 位用于控制定時器 /計數(shù)器 0、 1 的運行 ； 低 4 位用于控制外部中斷，與定時器 /計數(shù)器無關(guān)。在中斷屏蔽條件下， TF1 可作查詢測試用。 顯示器的選擇 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： （ 1） 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷 新亮點。 （ 4） 功耗低 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。這就是 LCD 顯示的基本原理。 ③ 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié) ?? 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個完整漢字。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W 為高電平時 可以讀入信號，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 16腳：背光源負(fù)極。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： R1 R1ACBDΔR2+ R2 ΔR4+ R4 ΔR3 R3ΔU o 圖 31 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ 31） ，則電橋輸出為 Ek?? (33) 常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K 值很小，約為 2，機(jī)械應(yīng)變度約為 — ，所以，電 阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 — 歐姆。 常 用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。 對于因溫度變化對橋接零點和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳 感器，必須進(jìn)行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當(dāng)?shù)难a償。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 LM317 特性簡介以及典型應(yīng)用電路如下： 特性：可調(diào)整輸出電壓低到 ；保證 輸出電流；典型線性調(diào)整率 %；典型負(fù)載調(diào)整率 %； 80dB 紋波抑制比；輸出短路保護(hù)；過流、過熱保護(hù)；調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會使所測電壓造成偏差。 能附加一些適應(yīng)特定要求的電路。 在此我們選擇 AD620 放大器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 RgVVi ininG ????)21)(( RgRVV inin ??? ?? 圖 34 AD620 的內(nèi)部等效圖 接口如下圖所示： 1 8 2 7 3 6 V０ 4 5 圖 35 AD620 的接口圖 電路的工作原理： A A2 工作在負(fù)反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。 在接口圖（ 35）中，通過改變可變電阻 R3 的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： 13KG R ??? （ 3