【正文】 0 1fUK QC? ??0 fQU C??式（ ） 式（ ） 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 23 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 下圖為軟件設(shè)計(jì)流程圖 圖 41 軟件設(shè)計(jì)流程圖 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是水泵開(kāi)關(guān)的 控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法， 通過(guò)控制水泵的開(kāi)關(guān)來(lái)控制鍋爐水位的增減，由傳感器的測(cè)量反饋來(lái)進(jìn)行控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)。 前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取 壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng) 。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過(guò)導(dǎo)光管進(jìn)入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過(guò) LED 的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)警。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基 極電流，從而得到這樣一簇曲線。圖中，Ф1 是光源發(fā)出的光信號(hào)， Ф2 是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是 x1 或者 x2，它們能夠分 別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào) I。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 16 ③ 光生伏特效應(yīng)利用光勢(shì)壘效應(yīng)光勢(shì)壘效應(yīng) 指在光的照射下物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。 光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。 傳感器的種類很多 ， 有溫度傳感器 、 加速度傳感器 、 光學(xué)傳感器 、 壓力傳感器等 。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì) 60 年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在 電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來(lái)用。 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片 本次設(shè)計(jì) 的 A／ D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件是由 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。LSB ／ 2 所需要的時(shí)間，通常為幾十納秒至幾微秒。因此各支路的電流不僅決定于輸入數(shù)字量的值 (0或 1)，還決定于 “ 權(quán) ” ，各支路的電流如下： 式（ ） 因此，總電流為 Iou 70 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 ( 2 4 )2 r e f io u t iiVI I I I I I I I I DR ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 該總電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器后有 : 708 0 22 r e f io u t o u t iiVV R I D E N?? ? ? ? ? ? ? ?? 其中 70 8 0, 2 (2 6)2ref i iiVE N D???? 由式（ ）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于 D／ A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來(lái)說(shuō)是等效的。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí) ，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。如果入射光照 強(qiáng) 度變化，光生電子 及 空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過(guò)外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng) 。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)， 確定單片機(jī)是否工作， 也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳 ， Pin1Pin8 為 輸入輸出腳 , Pin21Pin28 為 輸入輸出腳， 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 Pin10Pin17 為 輸入輸出腳。根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)關(guān)水泵 ,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位 ,需要關(guān)閉閥門(mén)。 核心芯片 8051 單片機(jī) 計(jì)算機(jī)芯片 MCS51 是一個(gè)電腦晶片 ,英特爾公司生產(chǎn)系列。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏 三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。 系統(tǒng)硬件總體方案 系統(tǒng)采用高亮二級(jí)管和光敏三極管對(duì)液位進(jìn)行控制。對(duì)液位壓力測(cè)量使用電陶瓷傳感器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。而我們現(xiàn)在要把鍋爐水位控制系統(tǒng)能夠很好地全面的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中這還需要大家的努力。并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。把這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要開(kāi)啟補(bǔ)水泵，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液面的控制 ， 從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制液面的目的。在我過(guò)上海沿海等地生產(chǎn)鍋爐水位控制所需要的器材的實(shí)力比較雄厚，生產(chǎn)廠商能夠讓理論產(chǎn)物和實(shí)際產(chǎn)物能夠很好地結(jié)合，生產(chǎn)多高效實(shí)際合理的工業(yè)設(shè)備。使用單片機(jī)控制不僅具有體積小、安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用前景廣、具有很高的性價(jià)比。并通過(guò)四對(duì)傳感器分別安裝在鍋爐四個(gè)不同位置來(lái)測(cè)量鍋爐液位。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開(kāi)水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開(kāi)水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意 ，加水電磁閥可能出故障。它是在 MCS48 系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的 8位單片機(jī)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 大圖 \ B a c k up of B A C K U P ~ 1 4. D D BD r a w n B y :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 D108 05 1 圖 8051 引腳圖 上圖是 8051 的引腳配置， 40個(gè)引腳中，正電源 一根， 地線 一 根，石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8位共 32 個(gè) I/O 口， P3 與 中斷口線 P3 口線 復(fù)用 。 在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中， P0 口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入 /輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口 ,P2 口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高八位地址總線口， P1口為輸入 /輸出口。 而且 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。 光敏二極管 的作用 就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開(kāi)水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可 能出故障。就 8 位 D／ A 轉(zhuǎn)換器而言，每一數(shù)字輸入位所代表的輸出模擬量是其相鄰的 2倍，這樣就組成二進(jìn)制數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換器。 ④ 非線性誤差。ADC0809 是 8位 8通路逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓在 (O～ 5)V，最大不可調(diào)誤差小 177。 在微型機(jī)系統(tǒng)中， LED 常用的顯示方法有兩種。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。本設(shè)計(jì)主要采用的是電容式傳感器、光電式傳感器和壓電式傳感器來(lái)對(duì)液位、溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè) ， 在把檢測(cè)的電信號(hào)通過(guò) ADC0809 入到單片機(jī)進(jìn)行分析 ,在由 LED 進(jìn)行顯 示和鍵盤(pán)控制 、 實(shí)行對(duì)液位、溫度和壓力的報(bào)警。 液位傳感器的主要組成光敏三級(jí)管就是屬于模擬式光電傳感器。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的是自發(fā)電式有源器件。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來(lái)越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 18 圖 光敏三極管的伏安特性 ③ 光電特性 在光敏電阻兩極間電壓固定不變時(shí)，光照度與亮電流間的關(guān)系稱為光電特性，光敏電阻的光電特性呈非線性，如圖 所示： 圖 某型號(hào)光敏電阻的光電特性 （ a）光照 /電阻特性 （ b）光照 /電流特性 ④ 溫度特性 溫度特性 溫度↑，暗電阻和靈敏度↓ ⑤ 頻率特性 光敏晶體管受調(diào)制光照射時(shí)，相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的 關(guān)系稱為頻率特性。由于有導(dǎo)光管保護(hù)而不受光路污染，從而達(dá)到高精度、高靈敏度。 對(duì)于壓電陶瓷，通常取它的極化方向?yàn)?Z軸。 采用的是 電荷放大電路。 因此軟件程序較簡(jiǎn)單，整個(gè)軟件部分分為以下幾個(gè)部分。Cf 越小則放大器的靈敏度越高。圖 畫(huà)出了壓電傳感器完整的等效電路 圖 壓電傳感器的等效電路 ② 基本測(cè)量電路 壓電傳感器 的測(cè)量電路要求前級(jí)輸入端需要有足夠高的阻抗 要 ?？闺姶鸥蓴_能力也很強(qiáng) ,諸多優(yōu)點(diǎn)讓我選擇它作為鍋爐爐膛內(nèi)的溫度檢測(cè)元件 ,下圖為光電耦合器傳輸隔離示意圖 : 圖 傳輸隔離電路圖 壓電式傳感器的設(shè)計(jì) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 1 9 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 2 2\ B a c k up of 1 1. S c h D r a w n B y : U1 U?O P T O I S O 1 R?R E S 2 + V C C 2+ V C C 1 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 20 對(duì) 鍋爐 壓力進(jìn)行測(cè)量 ,采用的是壓電式傳感器來(lái)對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè) , 可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效 應(yīng)。 由 上節(jié)了解到了光電式傳感器 ,光電式溫度傳感器是利 用導(dǎo)光管為感溫器件，能使所接受的信息比較真實(shí)地輻射出來(lái)。 ② 伏安特性 光敏三極管在不同照度下的伏安特性，就象普通三極管在不同基極電流下的輸出特性一樣，如