【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計思路 壓力傳感器（ 1210— 030G— 3S）測量氣缸中的 壓力（ 0~207kPa）輸出電流信號（ 75~150mA），經(jīng) A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換（結(jié)果為 00000000~11111111 即 0~255）后給單片機，單片機進行算法處理將傳感器的輸出信號和測量的壓力對應(yīng)起來并實時顯示在 LED 上，當(dāng)所測壓力大于 176kPa 時，放氣閥打開進行放氣，當(dāng)所測壓力小于 64kPa 時，放氣閥關(guān)閉，進氣閥給氣缸充氣。此過程中若放氣或充氣 10S任沒達到正常的壓力范圍則進行 1S 報警。當(dāng)然 A/D 轉(zhuǎn)換的啟停、壓力大小的判斷、 10S 延時都由單片機來控制。 由于硬件條件有限，本設(shè)計只能著重于整個系統(tǒng)中 的反饋回路即測量部分的設(shè)計。本智能化壓力測量儀基于 ICSl220 壓力傳感器，設(shè)計通過 proteus 進行軟件仿真；根據(jù)設(shè)計要求，硬件部分設(shè)計以壓力傳感器、溫度補償電路、 A/D 軟換芯片、單片機、 LED 顯示電路、鍵盤等幾部分組成。軟件部分通過 C語言進行編程，實現(xiàn)壓力測量，壓力信號修正，測量數(shù)據(jù)的顯示，以及外圍的鍵盤控制，其中，外圍鍵盤能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)定給定值，對外輸出相應(yīng)的控制信號等功能。 14 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件主要由四幾大模塊組成：信號采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機處理模塊、鍵盤控制顯示模塊。結(jié)構(gòu)框圖如 圖 所示 ： 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 完整的閉環(huán)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 ，根據(jù)要求及硬件條件，本設(shè)計只設(shè)計以單片機為核心的檢測回路。 報警 鍵盤輸入 顯示 A/D 轉(zhuǎn)換 I/V 轉(zhuǎn)換 傳感器壓力采集 單片機控制 被控對象參數(shù) 執(zhí)行器 電 源 模 塊 溫度補償 壓力傳感器 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 AT89S52 單片機 LED 顯示 鍵盤控制 信號輸出 15 圖 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 四、硬件設(shè)計 氣壓傳感器 MPX4115模塊 氣壓傳感器 MPX4115 的主要作用就是感知系統(tǒng)的氣壓的變化，并將這種氣壓值轉(zhuǎn)變成電流信號，傳到 I/V 轉(zhuǎn)換器中。 圖 氣壓傳感器 MPX4115 電路 溫度傳感器 9013 補償 模塊 溫度傳感器 9013 的作用是通過溫度補償?shù)姆椒ㄊ菧y量值更加靠近真實值，以此來減小誤差。 圖 16 系統(tǒng)采用三極管 9013 進行環(huán)境溫度的監(jiān)測，并對壓力檢測裝置進行補償。利用三極管 9013 作為溫度傳感器，主要依據(jù)三極管的 PN 結(jié)對溫度比較敏感來實現(xiàn)，連接電路如圖 。 三極管 9013 基極和集電極短接，利用基極與發(fā)射結(jié)之間的PN結(jié)隨溫度變化的特性，輸出相應(yīng)的電壓信號 Ube, 工作溫度 55℃ ~ +150℃，變化率為 ℃ ,因此根據(jù)△ Ube 的變化將電路接入傳感器參考電壓端，即可實現(xiàn)溫度補償。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊 傳感器電壓由通道 0送入 AD轉(zhuǎn)換器，當(dāng)啟動轉(zhuǎn)換時，由單片機 WR端和 74LS373的 A3 端口選通 IN0，同時啟動轉(zhuǎn)換，通過檢測 EOC 端口信號來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，如果結(jié)束，由 RD和 74LS373 的 A3端口控制，從地址 0XFFF0 端口讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行處理 。 圖 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 電路 單片機處理模塊 AT89S52 單片機主要功能分為：電壓值讀取、電壓值校正、給定值輸入、鍵盤控制、顯示部分幾個部分。單片機系統(tǒng)含有 74LS373 用來使 P0 和 P2 口聯(lián)合輸 17 出地址進行外部器件的尋址，另外還 包含 8279,用來擴展單片機端口從而更方便的控制鍵盤和 LED 顯示器。 圖 單片機系統(tǒng) 電路圖 鍵盤顯示模塊 利用 8279 的獨特功能與特性設(shè)計了鍵盤顯示模塊，該設(shè)計主要通過兩個地址端口 0xFFEF 和 0xFFCF 對 8279 進行讀寫。其中數(shù)碼管位選和矩陣鍵盤掃描部分，由 74LS138 譯碼器對 8279 輸出的掃描信號進行譯碼來實現(xiàn)，使其能夠隨時掃描鍵盤和顯示端口。鍵盤電路能夠很穩(wěn)定的實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，包括啟動、停止，輸入給定值等。數(shù)碼管選用六位的數(shù)碼管，能夠充分顯示數(shù)據(jù)的精度。仿真圖如下： 18 圖 鍵盤顯示電路 鍵盤顯示采用人性化設(shè)計，本設(shè)計給鍵盤設(shè)置以下功能： START 鍵： 該鍵用于啟動電路工作，只有按下此鍵，電路才能進入工模 式，才能實現(xiàn)其他相應(yīng)功能； STOP 鍵： 停止鍵用于關(guān)閉工作電路，按下之后電路停止工作； DISSET 鍵： 用于查詢輸入的給定值；按下之后顯示系統(tǒng)的給定值； SET 鍵： 該鍵用于設(shè)定給定值，對于控制電路，給定值會隨實際情況不同而定，按下此鍵，可以進入給定值輸入模式，數(shù)值范圍為 15KP115KP，五位有效值，還有一位小數(shù)點，可以根據(jù)要求人為設(shè)定； ENTER 鍵： 清除鍵用于退出給定值輸入模式和顯示給定值模式，按下之后，進入正常顯示模式； 19 0— 9 鍵： 數(shù)字鍵盤包括小數(shù)點主要用于數(shù)據(jù)輸入，此系統(tǒng)只用于輸入給定值 . 五 、 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件流程圖 系統(tǒng)軟件采用 C 語言，利用 keil C 軟件進行編程，具體的軟件模塊分為：壓力信號采集模塊、壓力數(shù)據(jù)校正模塊、鍵盤控制和顯示模塊。系統(tǒng)的整體流程圖為： 圖 系統(tǒng)軟件流程圖 20 軟件模塊分 析 壓力采集模塊流程 傳感器直接輸出電壓信號，電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，單片機通過地址端口讀取該數(shù)據(jù)，流程圖為： 圖 采集流程圖 程序設(shè)定 0xFFF0 為 ADC0808 的端口地址，首先通過端口地址選擇模擬通道0，并啟動轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC 輸出一個高電平，通過查詢 EOC 端口，然后從地址 0xFFF0 端口度出數(shù)據(jù)。 線性化原理： 采用線性參數(shù)標(biāo)度變換的方法進行電壓與壓力 的線性化標(biāo)度變換，同時進行校正。 設(shè)電壓轉(zhuǎn)換值用 X 表示， KPA 用 P 表示，則根據(jù)此公式即可求出 線性化后的顯示值，即程序中的 Y值；線性化公式如下： 21 鍵盤顯示模塊 鍵盤和顯示電路采用 8279 方案，該方案可大大節(jié)省單片機資源，通過該方案可以很大程度的減少控制和顯示的復(fù)雜性。該模塊關(guān)鍵是對 8279 芯片的掌握，重點掌握端口地址和命令格式。在程序中 對 8279 設(shè)置兩個地址端口，分別是 ODE 0xFFEF 以及 DAT 0xFFCF。通過這兩個端口對 8279 進行命令操作和數(shù)據(jù)傳輸。該模塊的流程結(jié)構(gòu)為 ： 圖 鍵盤和顯示流程框 圖 六、 參考文獻 [1]邵裕森、戴先中 .過程控制工程 .北京：機械工業(yè)出版社， [2]劉文定 .過程控制系統(tǒng)的ＭＡＴＬＡＢ仿真．機械工業(yè)出版社， [3]蕭德云譯．過程控制系統(tǒng) —— 應(yīng)用、設(shè)計與整定（第 3版）．清華大學(xué)出版社， [4]金以慧．過程控制．清華大學(xué)出版社， 22 七、結(jié)束語 本課設(shè)是基于 AT89S52 單片機的測量與顯示，通過壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過運算放大器進行信號放大，送至 ADC0808，將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(shù)字信號，再經(jīng)過單片機轉(zhuǎn)換成 LED 顯示器可以識別的信息，顯示輸出。在顯示的過程中通過鍵盤，向計算機系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，亦可通過使用鍵盤，讓單片機系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)，顯示需要的值。要實現(xiàn)壓力的顯示需硬件與軟件的配合，最終調(diào)試出來的。 本次課設(shè)，我 學(xué)會了使用 proteus 軟件進行單片機系統(tǒng)仿真，我們組內(nèi)成員通過儀器討論，分工合作，從找元器件開始學(xué)起，討論并研究解決一個一個問題，我們從中學(xué)會了很多知識。該課設(shè)用到學(xué)過的單片機的知識，有些芯片我們之前沒接觸過，通過查閱資料，熟悉芯片管腳以及芯片引腳功能。在此基礎(chǔ)上，需要對系統(tǒng)進行設(shè)計編程。通過進一步的交流，讓我明白了，編程不難，難的是總體的編程思想，這正是我所欠缺的，需要在以后加以學(xué)習(xí)彌補。此次課設(shè)的硬件軟件都是我們自己設(shè)計，這更加鍛煉了我們對于整個系統(tǒng)的從設(shè)計到實現(xiàn)的技能，提高了全面性思考問題的能力。通 過解決一個又一個的問題讓我意識到系統(tǒng)的設(shè)計需要將理論與實踐相結(jié)合，軟件硬件相結(jié)合，我深刻體會到自身能力的嚴(yán)重不足。 此次的課程設(shè)計的順利完成，離不開我們大家的團結(jié)合作和共同努力，在此感謝大家的辛苦付出，更要對我們的組長，也感謝老師給我們這次寶貴的鍛煉機會。 23 附錄一 仿真原理圖 24 附錄二 仿真程序 程序一 : include include include //用 74ls 系列芯片 用于 擴展 i/o 口 define uchar unsigned char define uint unsigned int char data disbuf[6]={16,16,16,16,16,16}。//disbuf[]是一個顯示緩沖 ,里面放的是實際要顯示的數(shù)值 . unsigned char code SEG[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}。//共陰級 數(shù)碼管 編碼表 unsigned char code key__table[]={0xee,0xde,0xbe,0x7e, 0xed,0xdd,0xbd,0x7d, 0xeb,0xdb,0xbb,0x7b, 0xe7,0xd7,0xb7,0x77}。// 按鍵值 編碼表 uchar xdata ORDER _at_ 0xFF82。 //8279 命令口地址