【正文】 起始位出現(xiàn)，起始位經(jīng)確認(rèn)后，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位以及停止位。起止式異步協(xié)議的特點(diǎn)是一個(gè)字符接一個(gè)字符傳輸，并且傳送一個(gè)字符總是以起始位開始，字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求， 間間隔要求，因?yàn)檫@種格式是靠起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步的，故稱為起始式協(xié)議。同步傳輸時(shí)，一個(gè)信息幀中包含許多字符，每個(gè)信息幀用同步字符作為開始，一般將同步字符和空字符用同一個(gè)代碼。 (3)對于雙向連接，只需 3 條導(dǎo)線。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)與等 BELL 公司一起開發(fā)與 1969 年公布的通信協(xié)議。 通訊模塊的設(shè)計(jì) 串口通訊協(xié)議 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在開放系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)中定義了各層次的網(wǎng)絡(luò)參考模型，它們分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。 （ 8）顯示窗口寬度行已由硬件設(shè)置為 128 行。 （ 3）允許 MPU 隨時(shí)訪問顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作。本系統(tǒng)采用現(xiàn)有的液晶背光芯片 ELP60，該芯片可以驅(qū)動(dòng)液晶屏，足以滿足本系統(tǒng)的需要。單片機(jī)數(shù)據(jù)口 P0口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口連接，單片機(jī)的 RD， WR作為液晶顯示模塊的讀，寫控制信號，液晶顯示模塊 RST，掛在正負(fù) 5 上。如果 PC0 這一行上沒有鍵閉合，接著使線 PC1 為低電平，其余行線為高電平。所以溫度信號經(jīng)過處理后直接送入 ADS1110 中 , ADS1110 的輸出信號連入系統(tǒng)的虛擬 I2C總線上 和 。調(diào)整電位器 RP103 就可以調(diào)節(jié)整個(gè)放大器的放大倍數(shù)，本系統(tǒng)設(shè)定放大倍數(shù)為 50。本系統(tǒng)采用非平衡電橋結(jié)合模擬校正電路來實(shí)現(xiàn)對溫度信號的處理，硬件電路簡單可靠，同時(shí)又大大地提高了鉑電阻測溫的精度，并且考慮到轉(zhuǎn)換器存在一定的死區(qū)，用一個(gè)加法器將系統(tǒng)的輸出信號提高一個(gè)固定的電平。較高的電阻功耗較低，但會(huì)延長總線的轉(zhuǎn)換時(shí)間，限制總線速度阻值較低的電阻，允許總線 高速運(yùn)轉(zhuǎn)，但功耗較高。從 ADS1110 中讀取 多于三個(gè)字節(jié)的值是無效的，從第四個(gè)字節(jié)開始的所有字節(jié)將為 FFH。如果器件不在總線上，并且如果主機(jī)試圖對其尋址，它不會(huì)接收到應(yīng)答信號，因?yàn)樵摰刂诽帥]有器件將 SDA 線拉低。 在主機(jī)發(fā)送開始條件以后，它還會(huì)發(fā)送一個(gè)字節(jié)，表明它想與哪一個(gè)從機(jī)通信，該字節(jié)稱作地址字節(jié)。 I2C 總線是雙向的，線可用來發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)。主機(jī)和從機(jī)都能讀和寫，但從機(jī)只能依主機(jī)的方向工作。 表 31 最小碼和最大碼 采樣速率（ sps） 位數(shù) 最小值 最大值 8 16 32768 32767 16 15 16864 16383 32 14 8192 8191 使用需要熟悉輸出碼的計(jì)算方式。 本系統(tǒng)采用的是德國原裝高精度壓力變送器 DMP33LI。對單片機(jī)而言，系統(tǒng)要求檢測兩路模擬量的輸入，同時(shí)輸出兩路開關(guān)量，并提供了鍵盤輸入接口，液晶顯示輸出接口和通信接口。現(xiàn)將系統(tǒng)的總體工作情況描述如下： （ 1）首先打開氣源，氣體經(jīng)過過濾器以后變成了純凈的氣體，再經(jīng)過減壓閥以后就等到了一個(gè)相對穩(wěn)定的壓力輸出。所以本系的通訊模塊借鑒了 MODBUS 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中的 CRC 檢驗(yàn)碼的生成過程設(shè)計(jì)了一種自定義的通訊協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)例如以太網(wǎng)和其它設(shè)備之間可以通信。由于按鍵的數(shù)目較多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成行列式鍵盤，鍵值以掃描方式輸入單片機(jī)，并采用可編程芯片來擴(kuò)展系統(tǒng)的輸入輸出口線，這樣有效解決了單片機(jī)輸出口 線的不足。傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的總體精度，本系統(tǒng)選取的壓力傳感器為德國進(jìn)口的高精度壓力傳感器，其普遍應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中，把氣體，液體壓力轉(zhuǎn)換成正比高線性電信號輸出。當(dāng)放氣階段結(jié)束后，就完成了一個(gè)檢測過程。當(dāng)測量開始時(shí)，打開電磁閥、對被測件進(jìn)行充氣也就是充氣過程，充氣過程以設(shè)定的壓力向被測工件充氣，充氣階段結(jié)束后，關(guān)閉電磁閥，進(jìn)入平衡階段。同時(shí)在價(jià)格上也比直接壓力法高出了很多。最后提出了課題的主要研究內(nèi)容文章結(jié)構(gòu)。 第四章詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想將系統(tǒng)的軟件進(jìn)行功能塊的劃分，詳細(xì)的介紹了各個(gè)功能塊的具體實(shí)現(xiàn)，并給出了軟件流程圖 。其豐富的外設(shè)如鍵盤輸入和液晶顯示輸出簡化了操作人員的操作，便于觀察結(jié)果，不易產(chǎn)生誤判。如圖 12所示 : 壓力表 空氣源 水槽 被測物件 4 4 圖 12 流量測試法 (3)直接壓力測試法 (The leak detecting method by air pressure decay) 加正壓或負(fù)壓后關(guān)閉閥門，由壓力表或壓力傳感器、壓力開關(guān)等測出因被測物泄漏引起的壓力下降值。 （ 5）福田天津儀器儀表公司 福田天津儀器儀表研究所承接國內(nèi)外客戶有關(guān)空氣壓測試、控制等方面的各種開發(fā)項(xiàng)目，但自己開發(fā)的項(xiàng)目較少，主要引進(jìn) FUKUDA 公司的技術(shù)。 （ 1）法國 ATEQ 公司 法國 ATEQ 為世界制造氣密性測試儀器的先驅(qū)，涉及汽車、醫(yī)藥、家電、壓鑄、包裝、閥門、煤氣、電子、建筑、航空等領(lǐng)域。這種采用特殊氣體進(jìn)行泄漏檢測的方法雖然有較高的可靠性，但是需要采用價(jià)格昂貴的檢測儀器。當(dāng)前國外一些廠家在技術(shù)上較為成熟一些，例如，日本、法國、美國等在技術(shù)上具有較大的優(yōu)勢。 泄漏檢測也稱密封性檢測，屬性能指標(biāo)范疇，主要用于測試被測件的氣密性狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)主要包括 :主程序的實(shí)現(xiàn)、鍵值的輸出采集、液晶標(biāo)準(zhǔn)接口的讀寫、虛擬 I2C 總線的實(shí)現(xiàn)、零點(diǎn)漂移的克服以及自定義通訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。直壓式氣體測漏由于具有原理簡單、成本較低、方便實(shí)用、干凈無污染等優(yōu)點(diǎn)，在氣密性檢測領(lǐng)域受到廣泛的青睞。特別是在汽車行業(yè)，能否保證汽缸的氣密性，直接影響著汽車的性能。給出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖。氣密性檢測作為檢測方式的一種，在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面起著越來越重要的作用。其中最為常用的兩種方法就是直接壓力法和差壓法，它們都是以壓縮空氣來代替真實(shí)介質(zhì)，對被測工件充氣加壓或抽真空介質(zhì)為空氣，然后對其壓力或差壓與比較容器 2 2 之間進(jìn)行取樣分析，從而判斷工件是否泄漏，這種方法清潔、無污染，而且簡單易行，給實(shí)際生產(chǎn)生活帶來了極 大的方便，得到了一定的推廣。從檢測性質(zhì)的本身來看，發(fā)展方向主要在于如何縮短測量時(shí)間，提高測量精度，降低產(chǎn)品價(jià)格，再就是如何確定泄漏的位置。 國內(nèi)外研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用 隨著測漏技術(shù)的發(fā)展，氣體測漏儀的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。它由耐高壓的差壓傳感器， 高性能的氣動(dòng)閥等構(gòu)成真空回路，功能齊全，性能可靠，能適應(yīng)各種不同條件下的測試。氣泡法是指將被測件密封后放入水中，然后觀察氣泡的產(chǎn)生情況來判斷泄漏量的大小的方法。 (5)氦氣測量方法 (The leak detecting method by helium mass measurement) 將混有氦元素的壓縮氣體充入被測件，且將被測件放入密封容器，通過氦元素檢測裝置測量密封容器里氦元素的含量來分析被測件泄漏量的大小。提出了本課題的總體設(shè)計(jì)構(gòu)想，最后給出了整個(gè)系統(tǒng)的整體工作模型和框圖 。常用的氣體測漏方法還有流量法、直接壓力法、差壓 法、和氦元素法。因分解能力高，即使測量時(shí)間短也可高效的檢出，因此，通過足夠長時(shí)間的加壓穩(wěn)定，對由氣體溫度和變形等引起的誤差將減少。圖給出了測量的四個(gè)階段被測件內(nèi)的壓力變化。系統(tǒng)進(jìn)入測量階段，如果有氣體從被測工件中泄漏出去，必將引起壓力下降。 （ 3）串口及上位機(jī)通訊模塊 由于每次測量系統(tǒng)都記錄了大量的數(shù)據(jù)，如壓力值，檢測結(jié)果等，這些數(shù)據(jù)都需要通過通訊接口送入上位機(jī)保存以方便日后的分析處理，本模塊通過單片機(jī)減壓閥 電磁閥 1 電磁閥 2 被測件 壓力傳感器 8 8 的標(biāo)準(zhǔn)接口將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到上位機(jī)。并具有全雙工串行口線，可以方便的與外界進(jìn)行通訊，滿足本系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)要求。所以只需外擴(kuò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片如 MAX232 就可以實(shí)現(xiàn)串行通訊的功能。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器，液晶顯示，并將壓力變送器的位置擇在充氣閥和自檢閥之間，對外只提供了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口。系統(tǒng)的充氣時(shí)間，平衡時(shí)間和測量時(shí)間均由測試程序設(shè)定。要求對系統(tǒng)的微小壓力變化就能檢測出來。片內(nèi)可編程的增益放大器 PGA。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器 ADS1110 使用 ① I2C接口 通過一個(gè)內(nèi)部集成電路 I2C 接口通信。為了在總線上傳送位數(shù)據(jù)，須在為 SCL 低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)線至該位的電平為低則表明該位為 “0”，為高則表明該位為 “1”。為了開始通信，主機(jī)在總線上形成一個(gè)開始條件，通常只有在時(shí)鐘線為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)線才允許改變狀態(tài)。從機(jī)將 SDA 線拉低以對該字節(jié)進(jìn)行應(yīng)答，然后主機(jī)發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘脈沖以對該應(yīng)答位定時(shí)。 ADS1110有 8 種不同的類型，每種類型都有一個(gè)不同的 I2C 地址。因?yàn)楸旧頉]有集成接口電路，因此需要用其接口來模擬實(shí)現(xiàn)接口電路，這里選用和兩個(gè)引腳來模擬總線的兩個(gè)引腳： 作為數(shù)據(jù)腳，它的作用是由主機(jī)和從機(jī)來驅(qū)動(dòng)它以傳送數(shù)據(jù) 。必須使用硬件補(bǔ)償或軟件查表等方法來對系統(tǒng)的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)電橋兩端的輸出電壓分別為 V+和 V，導(dǎo)線電阻為 r，則 : rRtR rRtVVcc 2117 2 ?????? (34) rRR rRVV cc 2100116 2100 ?? ???? 18 18 (35) 當(dāng) R116=R117=10kR100=100 時(shí)， 放大器的輸入電壓為 : rRR RRtVVVV ccin 2100116 100_ ??????? ? (36) 由公式 (36)可以知道系統(tǒng) 3 線制連接可以基本消除導(dǎo)線電阻對測溫電路的影響。 此測溫電路共需要兩組精密電源為其供電， TL431 就是能同時(shí)提供兩組穩(wěn)定電壓輸出的穩(wěn)壓管， 12V 電源流經(jīng)限流電阻 R126 后在 TL431 的 1 腳產(chǎn)生 的 19 19 穩(wěn)壓輸出，再流經(jīng)限流電阻 R114 和 R115 后在 2腳產(chǎn)生一個(gè) 的穩(wěn)壓輸出。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路。 CPU 對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。單片機(jī) P2 口的最高位 與 81C55 的使能端連接，高電平為不使能。從早期的發(fā)光二極管顯示到液晶顯示，從段碼式到點(diǎn)陣式再到圖形點(diǎn)陣式，其性能不斷提升，而成本卻日趨降低。 （ 7）顯示指令完整地恢復(fù)顯示屏上原有的畫面內(nèi)容。 （ 11）光標(biāo)可在 字符方式下啟用，此時(shí)光標(biāo)與所在位的字符通過邏輯“或”顯示。這樣采用分層處理的方法還有個(gè)好處是底層模塊獨(dú)立于高層消息處理，最大限度地降低軟件對硬件的依賴性，有利于軟件的重用和移植。 (2)在微控制器中，接口芯片使得一個(gè) 5V 串口轉(zhuǎn)換成 RS232 變得非常容易。在同步傳輸過程中，一個(gè)字符可以對應(yīng) 58位。 （ 2）異步通信只適 用于點(diǎn)對點(diǎn)，同步通信可用于對多。這樣就為通信雙方提供了何時(shí)開始收發(fā)，何時(shí)結(jié)束的標(biāo)志。但由于要在每個(gè)字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位，使得傳輸效率變低了，只有約80%。當(dāng)控制信號 PB0 為低電平時(shí)，三級管截止，電磁閥關(guān)閉。所以本系統(tǒng)采用多組三端穩(wěn)壓構(gòu)成穩(wěn)壓電路輸出。 29 29 Q1N P NQ2N P ND 2 0 1I N 4 1 4 8D 2 0 2I N 4 1 4 8V C C V C C12L I N E I NK 3 0 1J1K 3 0 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)。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。其目的主要是為了保護(hù)三級管腳。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，信號滿足 TTL 電平信號標(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)字信號地連接。傳送開始后，接收設(shè)備不斷地檢測傳輸線，看是否有起始位到來。 異步通信協(xié)議主要是指起止式異步協(xié)議。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。而 USB 連接最長可以達(dá) 16 英尺 (約 米 )。 串口通信的物理層是指用來執(zhí)行這種通信的硬件，包括數(shù)據(jù)線和控制線通常使用的是 RS232 通信協(xié)議。 （ 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。顯示窗口長度 (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 )。 （ 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)容通過模式設(shè)置同時(shí)顯示在屏幕上、字符方式