【正文】 息做出相應(yīng)處理。溫度信號(hào)的輸出值 400mV 到 1700mv 可以近似線形的代表 0 到 100 度的溫度值。圖溫度信號(hào)處理電路用鉑電阻組成的電橋電路被廣泛的應(yīng)用在各種測(cè)溫電路中，但在這種檢測(cè)電路中，平衡電橋中以 及鉑電阻的阻值和溫度之間的非線性特性給最后的溫度測(cè)量來(lái)了一定的誤差，所以往往難以達(dá)到較高的指標(biāo)要求。 ② ADS1110 的 I2C地址 ADS1110 的 I2C 地址是 1001aaa，其中 aaa 是出廠時(shí)的默認(rèn)設(shè)置。在產(chǎn)生通信時(shí)，總線被激活，只有主機(jī)才能開(kāi)始一次通信。本課題選用采樣速率 8，輸 14 14 出碼位數(shù)為 16 位。 AT89S52 單 片 機(jī) 鍵盤輸入 壓力表 泄漏閥 溫度變送器 通信模塊 充氣閥 自檢閥 被測(cè)工件 A/D 液晶顯示 模擬調(diào)壓器 壓力變送器 壓縮氣源 A/D 12 12 3 系統(tǒng)的硬件電路 壓力信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 壓力變送器的選擇 壓力信號(hào)的采集是整個(gè)系統(tǒng)的核心，壓力變送器的精度是影響系統(tǒng)精度的主要因素所以應(yīng)選擇壓力變送器的主要依據(jù)就是高精度。這就大大限制了儀器的體積和靈活性。 串口通訊模塊的選擇 因?yàn)樾枰衔粰C(jī)進(jìn)行通 信，將側(cè)漏儀采集的數(shù)據(jù)輸出，所以本系統(tǒng)必須提供一個(gè)可以上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的接口，由于系列單片機(jī)本身就提供了標(biāo)準(zhǔn)串行接口。該系統(tǒng)加入液晶顯示和鍵盤輸模塊，使得輸入和輸出變得直觀且操作簡(jiǎn)單。本文重點(diǎn)以直接壓力為例來(lái)介紹氣體測(cè)漏的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。傳統(tǒng)的氣泡法仍是目前氣密性檢測(cè)的主要手段，檢測(cè)方式復(fù)雜、容易產(chǎn)生誤判、無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。在一般情 況下首選直接壓力法，在精度要求較高的場(chǎng)合才選用差壓法。 （ 3）日本 COSMOS 的公司 日本 COSMOS 的公司空氣測(cè)漏儀是對(duì)氣密部品成品進(jìn)行加壓或抽真空后，通過(guò)測(cè)出被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件之間的微小差壓來(lái)判斷是否有泄漏的自動(dòng)測(cè)試器。 測(cè)漏檢測(cè)的發(fā)展方向 目前氣壓法測(cè)漏儀，技術(shù)上還存在著許多問(wèn)題，仍需要不斷發(fā)展和完善。 關(guān)鍵詞 ： 測(cè)漏儀，單片機(jī)檢測(cè)，自動(dòng)化，人機(jī)界面 1 緒論 現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)檢測(cè)手段也提出了越來(lái)越高的要求。氣密性檢測(cè)作為檢測(cè)方式的一 種，在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面起著越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，給 出了各程序模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。而且他們的產(chǎn)品的性能也好一些，精度也要高一些。它生產(chǎn)的測(cè)漏儀能找到零件上導(dǎo)致泄漏的孔的位置，泄漏量使用范圍自 10N9 毫升至升 10000 升 /小時(shí) 。而且由壓力的下降值就可以計(jì)算泄漏量的大小。 第五章介紹了試驗(yàn)結(jié)果分析，提出了系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)以及發(fā)展方向。因此在我們對(duì)測(cè)量精度要求不高時(shí)我們還是應(yīng)該盡量 選擇直接壓力法，但當(dāng)我們對(duì)精度有較高要求時(shí)我們就應(yīng)該考慮采用差壓法。 圖 21 直壓式氣體測(cè)漏原理圖 本課題的主要工作 本課題將單片機(jī)控制應(yīng)用到傳統(tǒng)的直接壓力式氣體測(cè)漏儀中，加入了液晶顯示和鍵盤輸入等模塊，提高了檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化水平，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，并且方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，本科題要實(shí)現(xiàn)的功能如下用一種簡(jiǎn)單高效的方法來(lái)檢測(cè)被測(cè)工件的氣體泄漏特性高精度壓力檢測(cè)，可以最小檢測(cè)的壓力變化，檢測(cè)量程為 020BAR，壓力差檢測(cè) 精度為 %將每次檢測(cè)結(jié)果顯示并保存，通過(guò)通訊接口送上位機(jī)以便日后統(tǒng)計(jì)，分析零點(diǎn)漂移的克服。由于所要顯示的漢字較多，且為了便于操作人員觀察，本系統(tǒng)采用大連東顯公司生產(chǎn)的字符點(diǎn)陣型液晶來(lái)做系統(tǒng)的顯示模塊。自定義協(xié)議提高了系統(tǒng)的通信效率又能保證系統(tǒng)的正確傳輸。 本章小結(jié) 本章介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。輸出碼是一個(gè)標(biāo)量值除電路削波以外，它與兩個(gè)模擬輸入端的壓差成比例。當(dāng)主機(jī)從從機(jī)中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線主機(jī)總是驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘線。 在主機(jī)完成與從機(jī)的通信后，它會(huì)發(fā)出一個(gè)停止條件。長(zhǎng)總線的電容高，需要較小的上拉電阻來(lái)補(bǔ)償，電阻不應(yīng)太小，如果電阻太小，總線驅(qū)動(dòng)器可能不能將總線拉 低。放大器輸出在經(jīng)過(guò)一個(gè)加法器電路輸出 : 2 22 reft VVV ?? (39) Vref2的值可以通過(guò)調(diào)整電位器 RP104 來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其目的是消除 A/D在零點(diǎn)采樣不精確所帶來(lái)的誤差。用同樣的方法檢查 PC1這一行上有無(wú)鍵閉合，以此類推，然后使行線 PC2 為低電平，其余的行線為高電平，檢查PC2 這一行上是否有鍵閉合。圖液晶與單片機(jī)的接口電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)核的系列單片機(jī) 是一種低電壓，高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的單片機(jī)可為您AT89S52 23 23 提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 （ 9）本模塊內(nèi)建 128 種字符見(jiàn)附錄，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設(shè)置一個(gè)區(qū)域作為外擴(kuò)的字符發(fā)生器 CGRAM。它適合數(shù)據(jù)傳輸速率在 020bit/s 范圍內(nèi)的通信。在整個(gè)系統(tǒng)中，由一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘控制發(fā)送端的發(fā)送和空字符用同一個(gè)代碼。經(jīng)過(guò)處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個(gè)并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗(yàn)后，無(wú)奇偶錯(cuò)才算正確的接收一個(gè)字 符。 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源電路是一個(gè)系統(tǒng)的核心，是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。穩(wěn)壓塊的輸入端滿足在電網(wǎng)電壓下降至最低時(shí)還至少比輸出端的電壓高。電磁閥 6013 為微型電磁閥，直動(dòng)式常閉型。它的到來(lái)，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來(lái)了，要準(zhǔn)備接收。其中同步協(xié)議又分為 :面向字符的同步通信協(xié)議和面向比特的通信協(xié)議。接收時(shí)，物理層負(fù)責(zé)從串口的硬件緩沖區(qū)讀取或單片機(jī)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路層把物理層讀取來(lái)的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系拼裝成完整的命令，最后是應(yīng)用層來(lái)解釋執(zhí)行由數(shù)據(jù)鏈路層拼裝出來(lái)的命令，并做出響應(yīng) 。 （ 6）復(fù)位信號(hào)將把行、列計(jì)數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關(guān)顯示。液晶的指令代碼入口地址為 8201H，此時(shí) CE 為低電平選通， C/D 為高電平，為控制命令字的讀寫地址。掃描式鍵盤需占用單片機(jī)較多的輸入輸出口線，使用可編程芯片來(lái)擴(kuò)展。 3 線制可以把導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖 32所示。這個(gè)字節(jié)被寫入配置寄存器中，對(duì) ADS1110 寫入多個(gè)字節(jié)到 ADS1110 無(wú)效， ADS1110 將忽略第一個(gè)字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對(duì)第一個(gè)字節(jié)做出應(yīng)答。 對(duì)于在 I2C總線上發(fā)送的每個(gè)字節(jié)，無(wú)論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個(gè)應(yīng)答位作為響應(yīng)。 SDA 傳送數(shù)據(jù)， SCL 是時(shí)鐘。滿足了系統(tǒng)的量程范圍與精度要求。進(jìn)入測(cè)試菜單以后，當(dāng)接受到啟動(dòng)檢測(cè)的信號(hào)時(shí)就打開(kāi)充氣閥和自檢閥對(duì)工件進(jìn)行充氣，充氣時(shí) 間結(jié)束系統(tǒng)進(jìn)入平衡等待時(shí)間，平衡階段結(jié)束系統(tǒng)開(kāi)始采集壓力傳感器和溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)進(jìn)入檢測(cè)階段，檢測(cè)階段結(jié)束后系統(tǒng)將檢測(cè)的結(jié)果顯示到液晶上并保留結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)打開(kāi)排氣閥將檢測(cè)氣體排出。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用 的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域和當(dāng)今的工業(yè)線程應(yīng)用中，位機(jī)仍然是主流機(jī)型。由于溫度的變化，也會(huì)導(dǎo)致壓力的變化在平衡階段，電磁閥關(guān)閉，電磁閥打開(kāi)。而且檢出時(shí)間長(zhǎng)，受溫度影響和變形影響大，對(duì)于不同的測(cè)試壓 力要求，要采用適用壓力范圍不同的傳感器。 本文分為六部分 : 第一章緒論，首先闡述了提出本課題的背景，然后介紹了氣體測(cè)漏技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后介紹了本課題的主要特色 。下面對(duì)這幾種檢測(cè)原理分別作簡(jiǎn)單介紹。從控制方法上來(lái)看，控制手段越來(lái)越多，如單片機(jī)控制、控制、計(jì)算機(jī)控制等等，測(cè)漏儀的操作界面也越來(lái)越人性化，而且操作越來(lái)越方便。由于泄漏造成被測(cè)件內(nèi)氣體質(zhì)量減少，這樣必然引起被測(cè)件內(nèi)氣體的一些參數(shù)發(fā)生變化。克服了傳統(tǒng)方法易受主觀因素的影響等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣密性檢測(cè)的自動(dòng)化。利用高精度 A/D 對(duì)壓力和溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò) LCD 即時(shí)顯示采集的壓差數(shù)據(jù)，并提供了通訊接口，便 于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析。這種方法雖然不需要操作人員較高的技術(shù)，且不需要配備特殊設(shè)備，且還能準(zhǔn)確找出泄漏位置，但是由于人的主觀性因素的影響很容易產(chǎn)生誤判，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化效率很低，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏的定量的判斷浸水后需對(duì)工件做表面處理，防腐，烘干等處理，這樣就加大了測(cè)量所需的費(fèi)用很多對(duì)氣密性有 要求的產(chǎn)品，不能夠采用氣泡法進(jìn)行測(cè)量，因此，迫切需要一種更好的方法來(lái)代替它，利用氣體的性質(zhì)來(lái)檢測(cè)氣密性的方法，就是現(xiàn)在常用的干式檢漏法?？紤]提高測(cè)量精度的時(shí)候，主要分析如何克服外界環(huán)境的干擾主要是溫度，如何使被測(cè)件內(nèi)部的氣流快速趨于穩(wěn)定。但在測(cè) 漏儀的原理方面，主要應(yīng)分為濕式和干式其中濕式檢測(cè)法主要是指氣泡法，干式檢測(cè)法主要包括下面提到流量測(cè)試法、直接壓力測(cè)試法、差壓測(cè)試法、氦氣測(cè)量方法等。 三是將直接壓力測(cè)試法與差壓測(cè)試法集中到一種控制器中供用戶自由選擇，方便了 不同用戶的不同需求。同時(shí)它們之間存在著較大差別，對(duì)于直接壓力法，隨著壓力升高，分解能力降低。在被測(cè)工件中流通的氣體為壓縮氣體，通過(guò)電磁閥時(shí)會(huì)膨脹，冷卻，然后再次被壓縮，升溫。 在滿足系統(tǒng)要求的前提下，元器件的選取應(yīng)盡量滿足高性價(jià)比、 高可靠性且通用等原則。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。 （ 2）單片機(jī)上電以后首先選擇不同的測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試程序的選擇主要依據(jù)減壓閥輸出壓力的設(shè)定和不同被測(cè)件的參數(shù)不同。供電電源為 VDC12~36V，典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闅怏w控制系統(tǒng)，過(guò)程控制系統(tǒng)。 一條 I2C 總線由兩條線路組成 :SDA 數(shù)據(jù)線和 SCL 時(shí)鐘線。主機(jī)以地址字節(jié)發(fā)送一個(gè)地址，并且還發(fā)出一位以表明是對(duì)從機(jī)讀出還是寫入。為了做到這一點(diǎn)，要對(duì) ADS1110 尋址以進(jìn)行寫操作，并對(duì) ADS1110 寫入一個(gè)字節(jié)。線制可以把導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖 32所示： 17 17 圖 32 溫度采集電路 測(cè)溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路， 3 線制連接。 鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 由于需要的按鍵數(shù)目較多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成行列式鍵盤，鍵值以掃描的形式輸入單片機(jī)四。液晶模塊就相當(dāng)于單片的外部存儲(chǔ)器一樣，單片機(jī)可以方便的控 制數(shù)據(jù)與指令的輸入輸出。 （ 5）對(duì)模塊的操作都要進(jìn)行狀態(tài)字的判別。 串口通信數(shù)據(jù)量少，不需要很復(fù)雜的語(yǔ)法和語(yǔ)意表達(dá)，在端對(duì)端的情況下，路由選擇的問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，因此僅僅選擇實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 串行通信的連接層 (即數(shù)據(jù)鏈路 層 )是一種低級(jí)的通信協(xié)議，該協(xié)議利用發(fā)送和接收特殊的控制字符以確保信息可靠地發(fā)送和接收，串行通信協(xié)議分異步協(xié)議 26 26 和同步協(xié)議。 起 /止位的作用 : 起始位實(shí)際上是作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)附加進(jìn)來(lái)的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，告訴收方傳送開(kāi)始。系統(tǒng)輸出與電磁閥的接口電路。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓塊后產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓精度高，但是只能穩(wěn)定一路電壓。一個(gè)字符接收完畢，接收設(shè)備有繼續(xù)測(cè)試傳輸線，監(jiān)視 “0”電平的到來(lái)和下一個(gè)字符的開(kāi)始，直到全部數(shù)據(jù)傳送完畢。接收端當(dāng)然是應(yīng)該能識(shí)別同步字符的，當(dāng)檢測(cè)到有一串?dāng)?shù)位和同步字符相匹配時(shí)，就認(rèn)為開(kāi)始一個(gè)信息幀，于是，把此后的數(shù)位作為實(shí)際傳輸信息來(lái)處理。 RS232 幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)RS232 應(yīng)用范圍廣泛。 （ 10）顯示緩沖區(qū)可分為文本顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)和 CGRAM 區(qū)。有個(gè)引腳，外部雙向輸入輸出端口，同時(shí)內(nèi)含外中斷口，位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，全雙工串行通信口，讀寫口線，可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過(guò)程稱為對(duì)鍵盤的一次掃描。通 過(guò)加法器電路以后，即使溫度為 0℃ 也能保證 A/D的輸入電壓為一較高的固定值。上拉電阻的典型值一般為 1k~10k ，本課題采用 10k 上拉電阻 。在發(fā)出停止條件后，總線再次空閑。絕不會(huì)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗荒苡米髦鳈C(jī)，在中只是一個(gè)輸入端。輸出碼限定在一定數(shù)目范圍內(nèi)，該范圍取決于代表輸出碼所需要的位數(shù)，而的代表輸出碼所需要的位數(shù)又取決于數(shù)據(jù)速率，如表所示。對(duì)直壓法和差壓法進(jìn)行分析差壓法測(cè)量精度高但差壓法測(cè)量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、差壓傳感器成本高直壓法測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是測(cè)量過(guò)程容易受到外界的干擾而影響系統(tǒng)的精度。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體工 作模型 傳統(tǒng)的直壓法測(cè)漏儀一般不檢測(cè)溫度信號(hào)，利用的是平衡階段溫度信號(hào)和壓力信號(hào)基本平衡，這就大大地限制了系統(tǒng)的精度，本系統(tǒng)將溫度信號(hào)也采集到了系統(tǒng)中，不但提高了系統(tǒng)的精度，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量提供了有效的依據(jù)。該模塊有內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片，提供了與單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)連接電路，使得控制液晶的顯示就如同控制外部存儲(chǔ)器的讀寫一樣簡(jiǎn)便。 系統(tǒng)功能塊的劃分 對(duì)以上功能進(jìn)行分析，可以將系統(tǒng)分成以下三個(gè)功能塊： （ 1）檢測(cè)控制模塊 該部分為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制各個(gè)閥門的開(kāi)關(guān)進(jìn)而完成直接壓力測(cè)漏，同時(shí)利用傳感器將系統(tǒng)各個(gè)階段的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，再由單片機(jī)通過(guò) A/D 接口來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，送單片機(jī)進(jìn)一步判斷其泄漏量，進(jìn)而完成一次完整的檢測(cè)。對(duì)于直接壓力法和差壓法，它們的測(cè)量過(guò)程基本相似。