【正文】 下 地址鎖存與譯碼 三態(tài)輸出 鎖存器 八位 A/D轉(zhuǎn)換器 八路模擬量開關(guān) 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 12 降沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應保持低電平。當 EOC=0 時，正在進行轉(zhuǎn)換；當 EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。下面簡單介紹一下該單片機的一些特性。 單片機 AT89S51 的定時器 /計數(shù)器組成的核心是一個 16 位加 1 計數(shù)器，其計數(shù)脈沖有兩個來源 ： 一是由外部事件提供的計數(shù)脈沖通過引腳 TX 端口送加 1 計數(shù)器 ； 另一個是由單片機內(nèi)部的時鐘脈沖經(jīng) 12 分頻后送加 1 計數(shù)器。 ②工作方式 1 設(shè)置 Ml=0， M0=1 時定時器 /計數(shù)器為方式 1，構(gòu)成 16 位定時器 /計數(shù)器。 （ 2） 定時器 /計數(shù)器 1 溢出中斷標志 TF1，當定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)溢出時由硬件自動置 TF1=1，在中斷允許的情況下，便向 CPU 發(fā)出定時器 /計數(shù)器 1 的中斷請求信號，CPU 響應后 TF1 由硬件自動清零。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應用。 （ 2） 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法 有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 19 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關(guān)。 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 電源電路 設(shè)計電路時，選用 LM317 型號的芯片為核心來設(shè)計電源電路。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應遠大于信號源內(nèi)阻。 此類芯片一般由 3 個運算放大器組成，其中 A1， A2 接成射級跟隨器形式，組成輸入阻抗高的差動輸入級，在兩個跟隨器之間的附加電阻 RG具有提高共模抑制比的作用，A3 為雙端輸入，單端輸出的輸出級，以適應接地負載的需要，放大器的增益由電阻 RG設(shè)定，典型儀器放大器的增益設(shè)置范圍從 1 到 1000。即 Rg 兩端的電壓分別為 Vin+、 Vin。 抗共模電壓干擾能力強。 典型應用電路參考如下： 圖 33 LM317 典型應用電路 其輸出電壓計算公式如下： 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 23 2)121( RIadjRRVrefVou t ????? )121( RRVrefVou t ??? )121( RRVou t ???（ 34） 一般情況下電流 Iadj 很小，忽略后可得： （ 35） 即： （ 36） 最大輸出電流為 ，輸出電壓范圍為 ～ 37V； 2 腳之間為 基準電壓；為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R1 應小于 240 歐姆；改變 R2 阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值；二極管 D D2 用于保護 LM317。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。所以測量電路應當能精確測量出很小 的 電 阻變化，在電阻應變傳感器中 常用的是橋式測量電路。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。 第 6腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 17 可以分為靜態(tài)驅(qū)動（ Static）、單純矩陣驅(qū)動（ Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（ Active Matrix）三種。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 （ 3） 定時器 /計數(shù)器 1 運行控制位 TR0 和溢出中斷標志 TF0 功能與 TR1， TF1 相仿。 ④工作方式 3 設(shè)置 M1=1， M0=1 時定時器 /計數(shù)器 0 處于方式 3，同時被分為兩個 8 位定時器 /計數(shù)器，定時器 /計數(shù)器 1 在此方式無實用意義。 TCON 寄存器用于控 制定時器 /計數(shù)器的啟停和中斷請求。按照 上邊 的總體設(shè)計方案，具體單片機引腳分配如下 : (1)由單片機 引腳發(fā)射 一個上升沿脈 沖信號 給 ADC0809 使其清零，之后再給一個下降沿脈 沖信號 使其開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 Vref：參考電壓。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。另外， 模擬量輸入在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中其值不應變化，因此對變化速度快的模擬量，在輸入前應增加采樣保持電路。 IN7 通過彈性敏感元件的作用，將位移、力、力矩、壓力、加速度等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應變，因此可以將應變片由測量應變擴展到測量上述能引起應變的各種參量，從而形成各種電阻應變式傳感器。將前面關(guān)系代入式（ 2— 3），可得 △ R/R=（ 1+2μ）ε +△ρ /ρ (24) 其應變靈敏系數(shù)為 //RRK ??△ △ ρ ρ（ 1+2 μ ） +ε ε (25) 從式（ 2— 5）看出，應變靈敏系數(shù) K 受兩個因素的影響：一是受力后由于材料的幾何尺寸變化引起的，即（ 1+2μ）項；另一因素是受力作用后由于材料的電阻率ρ發(fā)生變化而引起的，即（△ρ /ρ） /ε。它的基本原理是將被測非電量轉(zhuǎn)換成與之有確定對應關(guān)系的電阻值，再通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。 （ 2）按輸入信息分類。所以傳感器的分類方法至今尚無統(tǒng)一規(guī)定，主要按工作原理、輸入信息和應用范圍來分類。就南京市而言， 20xx 年全市普查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)中約有兩萬多臺壓力容器在使用，其中容積在 20 立方米 以上的壓力容器約有 3000 多臺，這些壓力容器都是重要的設(shè)備，也是重大的危險源。 （ 2） 根據(jù)設(shè)計要求選取適當?shù)钠骷斫M成此基于單片機的 壓力容器檢測裝置。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機控制。 (2)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元 大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實時性要好。且單片機廣泛地應用于各種儀器儀表，使儀器儀表智 能化提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。 MCS— 51 是在 MCS— 48 的基礎(chǔ)上于 80 年代初發(fā)展起來的，雖然它仍然是 8位的單片機，但其功能有很大的增強?！拔C自動化檢測技術(shù)”就是使用微機及相關(guān)設(shè)備來實現(xiàn)自動化檢測儀器、自動化檢測系統(tǒng)的技術(shù)。傳感器輸出的電信號經(jīng)調(diào)節(jié)放大 (包括交直流放大、整流濾波和線性化處理 )后，變成 0~5V 直流電壓信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送單片 機進 行初步數(shù)據(jù)處理。為了確保壓力容器安全運行，各國對壓力容器均采用運行期間的定期檢驗制度。 壓力容器的檢驗 壓力容器檢驗的目的就是防止壓力容器失效事故，特別是危害最嚴重的破裂事故發(fā)生，因此在某種程度上可以說，壓力容器檢驗的實質(zhì)就是失效的預測和預防。如果設(shè)備內(nèi)盛裝的是易燃或有毒介質(zhì)，一旦突然發(fā)生爆炸，將會造成惡性的連鎖反應，后果不堪設(shè)想。貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。本文的主要工作是研究與設(shè)計一種基于 AT89S51 的壓力容器檢測裝置，使之應用于在役壓力容器的檢測工作，在實際中具有非常廣闊的應用前景。首先通過金屬電阻應變片將被測容器的形變轉(zhuǎn)換成電信號，然后用測量放大器將該電信號變換到 A/D 轉(zhuǎn)換電路的最大輸入范圍內(nèi)，此放大后的信號經(jīng)低通濾波器濾波后輸入 A/D 轉(zhuǎn)換電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路 輸出 的 數(shù)字信號進入單片機，經(jīng)單片機對信號進行簡單處理后用 LCD顯示出來。按材 料分類，分為鋼制壓力容器、鐵 制壓力容器和非金屬壓力容器等。運行溫度和壓力變化范圍相當廣泛，從 100℃ 以下的低溫到 1000℃以上的高溫；從真空到 100MPa 以上的超高壓，有時運行條件甚至達到苛刻的地步，如合成氨的操作壓力 10~100MPa，高壓聚乙烯裝置的操作壓力為 100~350MPa。安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗的任務是保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量。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。而科學技術(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，擴大了檢測技術(shù)的應用范圍，同時也提出了新的課題。 1970 年微型計算機研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機 (即單片微型計算機 )。直到現(xiàn)在MCS— 51 仍不失為單片機中的主流機型。將測量技術(shù)、自動控制 技術(shù)和單片機技術(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。 (3)分布控制系統(tǒng)的前端控制器 在直接控制級的計算機分布控制系統(tǒng) (DCS)中，單片機作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進行數(shù)據(jù)采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應協(xié)調(diào)工作。 (6)終端及外圍設(shè)備控制 計算機網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、商業(yè) POS(自動收款機 )以及計算機外圍設(shè)備如打印機、通信終端和智能化 UPS 等。首先規(guī)劃此基于單片機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)。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。 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。 （ 3）按應用范圍分類。 工作原理 電阻應變片的工作原理是基于金屬導體的電阻 — 應變效應，即當金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將相應地發(fā)生變化。所以（ 1+2μ） =~（彈性區(qū)）或（ 1+2μ）≈ 2（塑性區(qū)）。 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 三個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。 ALE：地址鎖存允許信號。 CLK：時鐘信號。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 — AT89S51 作為控制器件。給出高電平讀取，給低電平禁止讀取。其值可用程序決定。 /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)。 顯示器的選擇 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。 （ 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。這就是 LCD 顯示的基本原理。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 第 16腳：背光源負極。 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 當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，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。 常 用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片，本設(shè)計中采用的是電阻絲應變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。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。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。 能附加一些適應特定要求的電路。 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