【文章內(nèi)容簡介】 er supply design ......................................................................................30 Power supply design ............................................................31V125?? Singlechip microputer and minimum system design............................31 The minimum system ..............................................................................31Chapter 4 the software design ...............................................................................35 System software design thinking ....................................................................35 The initial, antifuzzy process ........................................................................36 Keyboard subroutines......................................................................................36 A/D subroutine ................................................................................................37 Liquid crystal display subroutine ....................................................................38Chapter 5 the simulation test...............................................................................40 PROTEUS software ........................................................................................40 PROTEUS circuit design ................................................................................41III Proteus design source file and target code generation.............................42 Proteus simulation ...................................................................................43 The simulation debugging summary...............................................................46Conclusion ................................................................................................................48Acknowledgements ..................................................................................................49References.................................................................................................................50Appendix 1 power supply module parameter table..............................................53Appendix 2 C language program ...........................................................................551第 1 章 緒論現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中為了檢查，監(jiān)督和控制某個(gè)生產(chǎn)過程或運(yùn)動(dòng)對象，并且使它們處于所選工況最佳狀態(tài)，就必須對一些參數(shù)的大小，方向和變化速度等進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對生產(chǎn)設(shè)備或者生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 概述在現(xiàn)代的自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分一般分為信息的獲得，信息的轉(zhuǎn)換，信息的處理和信息的輸出等幾個(gè)部分。一個(gè)完整的自動(dòng)檢測系統(tǒng)，首先應(yīng)該先獲得被測量的信息，并通過信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息轉(zhuǎn)換為電量，然而進(jìn)行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀信息輸出，或由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。自動(dòng)檢測系統(tǒng)的基本組成框圖如圖 11。傳 感 器顯 示 裝 置數(shù) 據(jù) 處 理 裝 置執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)信 號(hào) 處 理被 測 量圖 11 自動(dòng)檢測系統(tǒng)組成框圖傳感器是獲取信息的重要手段。它所獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)的精度，在非電量檢測系統(tǒng)中占有重要的地位。壓力測量和溫度測量，即壓力計(jì)量學(xué)和溫度計(jì)量學(xué)是計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要分支，它在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中占有一定的地位。人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等許多方面都與力和溫度有著十分密切的關(guān)系。力、溫度作為重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、2最重要的工藝參數(shù)之一。隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷更新，力的測量范圍、溫度的測量范圍要求不斷擴(kuò)大，同時(shí)測量準(zhǔn)確性要求不斷提高。因此，檢測技術(shù)的研究是一個(gè)重要的研究課題。近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，傳感器在人們的工作和日常生活中應(yīng)用越來越普遍。工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、流量、轉(zhuǎn)速和開關(guān)量是常用的主要被控參數(shù)。壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。壓力的檢測或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行必不可少的條件。傳統(tǒng)工業(yè)中對壓力控制一般采用實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制繼電器開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且占用勞動(dòng)資源多，生產(chǎn)效益大大降低。實(shí)現(xiàn)智能化壓力檢測系統(tǒng)對工業(yè)過程的控制具有非常重要的意義。隨著工業(yè)領(lǐng)域越來越智能化，各種大型智能控制設(shè)備的普及，工廠對各種參數(shù)的采集監(jiān)視系統(tǒng)要去更加看重。采用電子式數(shù)顯壓力開關(guān)進(jìn)行控制，不僅具有控制方便，電子顯示屏直觀，精度高，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控壓力的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，極大的減少了員工勞動(dòng)的繁瑣，增加了生產(chǎn)效益。 分類目前國內(nèi)外此類產(chǎn)品的應(yīng)用大體上分為兩大類， “一種是機(jī)械式的壓力開關(guān)，見圖 12（a ） ，結(jié)構(gòu)上主要友彈簧，波紋管，杠桿等機(jī)械零件組成，壽命短，可靠性差，設(shè)定極為不便，一般在零點(diǎn)到滿度之間設(shè)定點(diǎn)都有 15%~30%的死區(qū)；一種是全電子式的 [1]。 ”見圖 12（b） ，其特點(diǎn)是有：3024681 0b a r 電源上限下限運(yùn)行智能壓力控制器設(shè)置開關(guān)圖 12(a) 機(jī)械式壓力開關(guān) 圖 12(b) 電子式壓力開關(guān) AD 和高速微處理器，全數(shù)字化設(shè)計(jì)。 位數(shù)碼管顯示當(dāng)前壓力或液位值。：Bar，PSI，Kpa。，并通過繼電器或光耦輸出給控制設(shè)備。 (單刀雙擲)開關(guān)量。，比機(jī)械壓力開關(guān)精度高，遲滯小，響應(yīng)快，穩(wěn)定可靠。調(diào)節(jié)無死區(qū)，可以在整個(gè)量程范圍內(nèi)任意設(shè)定繼電器動(dòng)作壓力點(diǎn)。，使用簡便，更加靈活。 防護(hù)等級(jí)：IP65 ，可以用在環(huán)境惡劣的場合。 電子式壓力開關(guān)原理數(shù)顯壓力開關(guān)通常稱為電子式壓力開關(guān)；數(shù)顯壓力控制器等；主要原理是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力高于或低于設(shè)定壓力值時(shí)，通過傳感器感應(yīng)內(nèi)部壓力，觸動(dòng)微動(dòng)開關(guān)斷開和接通；主要形式是通過連接導(dǎo)桿推動(dòng)。當(dāng)壓力降至或升至設(shè)定的4值時(shí)，其內(nèi)部微動(dòng)開關(guān)自動(dòng)切斷，達(dá)到控制被測壓力的目的。數(shù)顯壓力開關(guān)全為全電子結(jié)構(gòu)，前端采用帶隔離膜充油壓阻式壓力傳感器，由高精度的 A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)微處理器運(yùn)算處理，現(xiàn)場顯示，并輸出一路模擬量和兩路開關(guān)量壓力開關(guān)，采用的彈性元件有單圈彈簧管、膜片、膜盒及波紋管等。開關(guān)元件有磁性開關(guān)、水銀開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)等 [2]。 國外壓力檢測的現(xiàn)狀在國外壓力檢測和控制已經(jīng)較為成熟，精度相對較高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，目前我國，隨著我國工業(yè)不斷發(fā)展，智能化不斷提高，員工密度不斷減少，各種先進(jìn)傳感器和儀器設(shè)備將逐漸取代原有的老舊設(shè)備。每個(gè)工廠幾乎對壓力的監(jiān)測和控制已經(jīng)非常普遍，應(yīng)用非常廣泛。但是我國的傳感器控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展還落后于西方國家，致使我國先進(jìn)儀表設(shè)備還需大量進(jìn)口，造成了大量資金損失。目前使用的壓力開關(guān)存在如下問題：，在對壓力開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)多次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給定壓力低于設(shè)定值時(shí)，壓力開關(guān)認(rèn)不動(dòng)作，當(dāng)用物體敲擊時(shí)又恢復(fù)正常。，用戶反映：曾多次發(fā)生當(dāng)管線內(nèi)壓力產(chǎn)生輕微波動(dòng)時(shí)造成誤動(dòng)作。、校準(zhǔn)難，在校驗(yàn)時(shí)反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能確定設(shè)定值。隨著節(jié)能降耗、低碳經(jīng)濟(jì)、民生產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，調(diào)整結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)型已成為國家的長期國策，并帶動(dòng)了風(fēng)電、核電、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、高鐵和軌道交通等一批新興產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，這些行業(yè)的發(fā)展為儀器儀表行業(yè)帶來了新的機(jī)遇和市場。我國儀器儀表行業(yè)也已經(jīng)真正跨入數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。此次方案設(shè)計(jì)研制的數(shù)碼壓力開關(guān)就是在電子式壓力開關(guān)的基礎(chǔ)上用按鈕來設(shè)定零點(diǎn)到滿度之間的報(bào)警點(diǎn)任意調(diào)整，設(shè)計(jì)方便且不存在死區(qū)，同時(shí)采5用高集成度儀用放大器和高集成度控制芯片設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)電子式壓力開關(guān)有許多有點(diǎn)，但也不乏數(shù)碼顯示內(nèi)容太少，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用成本較為低廉的微型片構(gòu)建出一個(gè)集壓力采集，信號(hào)放大，AD 轉(zhuǎn)換，液晶顯示，繼電器動(dòng)作的一款性價(jià)比較高的壓力開關(guān)。6第 2 章 方案設(shè)計(jì)通過對數(shù)顯開關(guān)的了解以及結(jié)合設(shè)計(jì)的要求，構(gòu)建一個(gè)理想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖來實(shí)現(xiàn)儀器的參數(shù)指標(biāo)，并對其中的核心部分進(jìn)行篩選和理論性分析。 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)壓力開關(guān)的工作原理，我得出以下設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 21 傳感器測量的實(shí)際值與鍵盤設(shè)定的給定值經(jīng)過控制器的處理后，將結(jié)果經(jīng)控制器輸出到繼電器及報(bào)警裝置 [3]。液晶顯示壓力值 給定壓力值控制器 鍵盤輸入繼電器輸出及報(bào)警傳感器壓力測定圖 21 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 控制器方案確定控制器是整個(gè)方案設(shè)計(jì)的核心，這里我選擇了 51 單片機(jī)，ARM 以及DSP 進(jìn)行了比較：一般 51 單片機(jī)是 8 位的；ARM 是 32 位的；DSP 有 16 位的，也有更高的。所有說從運(yùn)算能力上看，C51 最弱，DSP 最強(qiáng)，ARM 居中。結(jié)構(gòu)差別較大，單片機(jī)最簡單。單片機(jī)一般芯片面積非常小，工7作頻率很低（一般是 10 多 MHz，有的是 24MHz） ，所以功耗低。DSP 則頻率很高(高的達(dá)到 300MHz 以上)，所以功耗大。ARM 芯片面積也很小，ARM是集成程度高，面積小，功耗也比較小。頻率大約在（幾十到 200MHz 之間）[4]。單片機(jī)主要應(yīng)用于不需要太多計(jì)算量的控制類系統(tǒng)。一般配有豐富的外圍模塊。DSP 則主要應(yīng)用于需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算的高端系統(tǒng)，例如圖像處理，加密解密，導(dǎo)航系統(tǒng)等，外圍模塊一般較少。ARM 是 C51 和 DSP 之間的一個(gè)折衷。C51 的性能遠(yuǎn)不如 ARM 和 DSP，但仍然占據(jù)重要的一席之地，原因就是性能價(jià)格比。因?yàn)樗墒炝?，太小了，太便宜了。而在一些需要?fù)雜計(jì)算的領(lǐng)域，DSP 也不可或缺。ARM 的成功就是他找到了一個(gè)折衷點(diǎn)，并且建立了一個(gè)非常靈活的商業(yè)模型。本次課題要求對壓力的實(shí)時(shí)采集傳輸數(shù)據(jù)，控制器必須要有實(shí)時(shí)接收和處理數(shù)據(jù)的能力，選擇性價(jià)比較高的單片機(jī)，在運(yùn)行處理數(shù)據(jù)能力，一般可以達(dá)到每秒執(zhí)行 1 百萬條 8 位數(shù)的指令。配合高精度的 AD 采集模塊，完全可以做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算。所以結(jié)合實(shí)際課題指標(biāo)和成本的問題，選擇更為經(jīng)濟(jì)適用的 51 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)壓力開關(guān)的設(shè)計(jì)。 壓力傳感器選擇 壓力檢測的類型力傳感器是一種能將力、壓力等物理量變?yōu)榭蓽y量的電信號(hào)（電壓、電流）的器件或者裝置 [5]。其轉(zhuǎn)換的基本原理如圖 22試 件 的 機(jī) 械 形 變 轉(zhuǎn) 換 電 路傳 感 器 敏 感 元 件 的相 應(yīng) 參 數(shù) 發(fā) 生 變 化下 一 級(jí) 處 理力 ， 壓 力8圖 22 力學(xué)量傳感器原理框圖力學(xué)量的獲得，一般不通過直接測量敏感元件，而是將敏感元件與剛性試件通過特定的工藝結(jié)合在一起，力學(xué)量變化先引起試件在彈性范圍內(nèi)的幾何形變，進(jìn)而引起敏感元件相應(yīng)的參數(shù)變化（如應(yīng)變片的電阻值、壓電元件表面產(chǎn)生的電荷的多少等） ，并且這種變化與待測的力、壓力應(yīng)呈線性關(guān)系，