【正文】 數(shù)字 。 D0～ D7： 8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。 VEE： LCD 對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為 0～ 5V。 液晶顯示芯片 LM016L： LM016L 是 16 字 2 行的字符 型液晶。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則 74HC138 亦可充當(dāng)一個 8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。 CH0： 模擬輸入通道 0。 AT89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器 ， 引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是 該 反相放大器輸入 端 和輸出端， 這個放大器與作為反饋的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器。 因為電容兩端電壓不可突變， 在上電的瞬間，電容通過電阻充電，就在 復(fù)位 端出現(xiàn)一定時間的高 電平。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 接 口將輸出電流（ ILL） 。在 FLASH 編程和校驗時， P1接口作為低 8 位地址接收。 （ 3） 4K 字節(jié)可重復(fù) 擦寫 Flash 存儲器 （ 4） 三級 可 加密程序存儲器 （ 5） 128 8 字節(jié)內(nèi)部 隨機存儲器 （ 6） 32 個可編程 I/O 口線 （ 7） 兩組 16 位定時 、 計數(shù)器 （ 8） 六 個中斷源 （ 9） 可編程串行通道 （ 10） 低功耗的 掉電 和 閑置 模式 （ 11） 片內(nèi)部 振蕩器和時鐘電路 屆畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 38 頁 圖 3 AT89C51 引腳圖 單片機 AT89C51 引腳如圖 3所示， AT89C51 引腳功能說明： VCC：供電 。詳細闡明芯片的選擇比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計出具體的硬件電路。無線數(shù)據(jù)采集要將惡劣，復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下的采集量完整的采集，還要將采集到的數(shù)據(jù)傳送給遠端的控制室?，F(xiàn)在已利用集成電路技術(shù)，將變送電路做成小型模塊，安裝在鉑電阻或熱電阻的接線盒內(nèi)，直接安裝在現(xiàn)場，這樣可以最大限度地減少線路電阻的影響 ，從而獲得較高的精確度，安裝和使用十分方便。 正確地選擇、合理地使用傳感器，對 設(shè)計自動化系統(tǒng) 具 有重要意義。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器 ， 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。 當(dāng)壓力屆畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 38 頁 低于 5MPa 時，系統(tǒng)低壓報警，加壓電路開始加壓；當(dāng)壓力高于 20MPa 時，系統(tǒng)高壓報警，減壓電路開始減壓；當(dāng)溫度低于 30攝氏度時，系統(tǒng)低溫報警，加熱電路開始加熱；當(dāng)溫度 高于 50 攝氏度時，系統(tǒng)高溫報警，加熱電路停止加熱。 末站：是長輸管線的終點站。 輸油 泵 站是長輸管線的主要組成部分之一。 屆畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 38 頁 2 設(shè)計需求 系統(tǒng)的功能 需求 與技術(shù)指標 本次 畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)的功能 要求及技術(shù)指標 ： （ 1） 使用 5V DC 供電。 本文的主要研究內(nèi)容 本設(shè)計是一個輸油泵站自動控制系統(tǒng)，主要任務(wù)是長距離的輸油管線進行實時數(shù)據(jù)采集和控制。總體來說，國外原油管道的輸送工藝正朝著多元化和新型化的方向發(fā)展。 輸油管道用的 5000kW 及以下的加熱爐己形成標準系列，己在東北、華北輸油管道上廣泛應(yīng)用。因此，國內(nèi)各大輸油泵站 需要一種低成本、高效率的自動控制 系統(tǒng)，來解決實際生產(chǎn)問題。石油產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代文明發(fā)展的支柱，是國家的命脈所在，在國民經(jīng)濟中占有 非常 重要的地位，石油的質(zhì)量和產(chǎn)量關(guān)系著 國家生產(chǎn)部門的方方面面。此自動控制系統(tǒng)通過溫度感應(yīng)器和壓力感應(yīng) 器采集電位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過 A/D轉(zhuǎn)換模塊傳送給單片機 AT89C51系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。主管部門和監(jiān)控部門不能隨時掌握輸油泵站情況。由 LED 和蜂鳴器組成報警系統(tǒng)。其任務(wù)是 提供 油流一定的能 量 （包括壓力能、熱力能），以使油品保質(zhì)保量、安全經(jīng)濟的輸送到目的地。通過引進國外先進技術(shù)及自行設(shè)計改造等方式，使我國輸油管道自動化監(jiān)控技術(shù)逐步提高，縮短了與國外的差距。目前我國已掌握了國際上通用的常溫輸送、加熱輸送、加劑輸送、順序輸送、間歇輸送及密閉輸送等各種先進的管輸工藝。對現(xiàn)役管道定期進行安全檢測和完整性評價。 本 系統(tǒng)的研發(fā)主要包括了系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的設(shè)計。 （ 4） 實時數(shù)據(jù)顯示。 首站：是長輸管線的 起始站。 系統(tǒng)硬件組成分為以下幾個部分： A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、時鐘電路、 報警電路、跑馬燈電路 、加熱加壓電路 、數(shù)據(jù)采集電路 及核心控制電路。 單片機具有功能強，體積小，成本低，功耗小，配置靈活等特點，使其在工業(yè)控制、智能儀表、技術(shù)改造、通信系統(tǒng)、信號處理等領(lǐng)域以及家用電器、高級玩具、辦公自動化設(shè)備等方面均得到應(yīng)用。 AT89C51 提供以下標準功能： 4k字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 準 確性。正弦式壓力變送器由振弦、磁鐵、激振器、膜片及測頻電路組成，振弦式壓力傳感器依靠測量頻率來確定壓力，而頻率信號在傳輸過程中可以忽略導(dǎo)線電阻、電感、電容等的 影響，有較高的準確度，精度可達到 級，可作為高精度壓力傳感器來用 [2]。 由于移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信高帶寬、高可靠性、低延時、低成本和使用方便等特點被廣泛使用在長管道運輸中。本 設(shè)計的輸油泵站機泵控制 系統(tǒng)的中央處理電路采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn) 的單片機 AT89C51 來實現(xiàn)。當(dāng) P0 接口的管腳第 1 次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P2 接 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口 接 輸出地址的高 8位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 P1接 口：由于 P1接口有外部輸入的功能，所以與壓力傳感器相連進行外部輸入，壓力值通過 A/D 轉(zhuǎn)換器進行輸出在 LCD顯示當(dāng)前壓力值 。 10MHz 時，約 1ms； 1MHz 時，約 l0ms。 作用有兩個：其一 是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用(C1， C2 大， f變小 )。 DI： 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為“1” 、 “1” 時，只對 CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。 圖 7 單片機與 ADC0832 鏈接圖 屆畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 38 頁 跑馬燈電路設(shè)計 74HC138 譯碼器 74HC138 是 高速 CMOS 器件， 74HC138 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。 A、 B、C三個信號由單片機的 、 和 來提供，而 、 和 口的值是通過程序設(shè)置初始值后，通過 、 和 的值加 1和循環(huán)可以實現(xiàn) LED 燈的循環(huán)點亮。 LM016L 主要技術(shù)參數(shù)： （ 1） 顯示容量： 162 個字符 。 MCU 要寫入指令時，使 RS 為低電平 ； MCU 要寫入數(shù)據(jù)時，使 RS 為高電平 。 屆畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 38 頁 溫度傳感器電路設(shè)計 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 DSl820 數(shù)字溫度計提供 9位 (二進制 )溫度讀數(shù) ， 指示器件的溫度 。 3接口 :電源。 圖 15 調(diào)節(jié)溫度按鈕圖 顯示模塊程序設(shè)計 顯示模塊程序 流程 顯示模塊 流程圖，如圖 16所示： 屆畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 38 頁 圖 16 顯示模塊流程圖 顯示模塊說明及仿真 LCD 上顯示系統(tǒng)當(dāng)前的壓力值和溫度值。 ARESPCB 設(shè)計。 proteus 仿真結(jié)果 在系統(tǒng)正常運行條件下 ，跑馬燈模擬油路運輸狀態(tài)， 傳感器實時采集數(shù)據(jù)， LCD顯示當(dāng)前壓力和溫度值，儲油罐儲存原油。如圖 23 所示。 本文設(shè)計的 輸油 泵站機泵控制 系統(tǒng) 具有成本較低、 智能化水平高、管理 效率高、可實現(xiàn) 對輸油泵進行自動控制的 特點。實現(xiàn)對 輸油泵站機泵自動控制功能 。如圖 21所示。 （ 2） 交互的裝置模型包括 :LED 和 LCD 顯示 ,RS232 終端 ,通用鍵盤 。它除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及 電路仿真的功能外， 它的電路 是可以仿真 交互的，可視化的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，還可以 看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，可以測量仿真的波形及記錄仿真數(shù)據(jù)。 按照功能分析以及課題的技術(shù)指標，可設(shè)計出整個系統(tǒng)的總流 程圖，如圖 12： 圖 12 主程 序流程 圖 系統(tǒng)初始化 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 LCD顯示 單片機數(shù)據(jù)接收并處理 開始 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù) 讀取溫度、壓力值 報警、加溫加壓 Y 屆畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 38 頁 傳感器程序 設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖，如圖 13所示： 圖 13 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 傳感器說明及仿真 壓力傳感器 ： 系統(tǒng)可以通過按鈕調(diào)節(jié)壓力 值。 這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件 。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊 。 （ 5） 字符尺寸： (W H)mm 圖 10 LM016L 引腳 圖 LM016L 引腳如圖 10 所示， LM016L 引腳功能說明 ： VSS： 電源或地 VDD：電源正極， ～ ，通常使用 5V 電壓 。在這里采用字符式液晶顯示器 LM016L 來實現(xiàn)顯示電路的功能。利用這種 特性，僅需 4 個 74HC138 芯片和 1個反相器，即可 實現(xiàn)并行擴展，組合成為一個 132（ 5 線到 32線）譯碼器。從第 4個脈沖下沉開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。當(dāng)要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時， 先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 .其主要功能特性： （ 1） 8 位分辨率； （ 2） 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 （ 3） 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； （ 4） 輸入輸出電平 與 TTL/CMOS 相兼容； （ 5） 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； （ 6） 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS ； （ 7） 功耗僅為 15mW； （ 8） 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 引腳說明 圖 6 ADC0832 引腳圖 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 引腳如圖 6所示， ADC0832 引腳功能說明： CS： 片選 使能，低電平芯片使能。 圖 4 系統(tǒng) 復(fù)位電路圖 時鐘電路 系統(tǒng) 時鐘電路是計算機的心 臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 系統(tǒng) 采用上電復(fù)位方式，在 RST 復(fù)位端接一個電阻 R1 至VCC 和一個電容至 GND，就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。當(dāng) P3接 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P1 接 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 接 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上