【文章內容簡介】 EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數據輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線共4 條，ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A、B、C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A、B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。圖37 ADC0809通道選擇表數字量輸出及控制線共11 條，ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉換結束信號。當 EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE＝1，輸出轉換得到的數據；OE＝0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數字量輸出線。CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 74HC573芯片介紹芯片74HC573是8位三態(tài)鎖存器. 74HC573和74LS373原理一樣，主要用于數碼管、按鍵等等的控制。SL74HC573 跟 LS/AL573的管腳一樣。器件的輸入是和標準 CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。圖38 74HC573引腳圖如上圖所示，0D~7D為數據輸入端，0Q~7Q為數據輸出端，LE為鎖存控制端，OE為使能端。其內部原理圖和真值表如下：圖39 74HC573內部原理圖輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLLX不變HXXZ附：x：不用關心 z：高電阻圖310 74HC573真值表 溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測量，通過研究發(fā)現，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器， 通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100Ω,℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（200～650℃）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計（涵蓋國家和世界基準溫度）供計量和校準使用。其特性與應用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號可選擇，安裝方式多元化，可進行OEM定做，應用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設備的過程溫度測量與控制。本設計采用PT100溫度傳感器。圖41 PT100溫度傳感器其主要技術參數測溫元件K，E，J，T，PT100，Cu50測溫范圍50600℃1300℃精度等級ClassA：+（+%t）；CLassB；+（+%t）信號輸出：420 mADC二線制供電電壓：24Vdc，1236Vdc安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝應用領域：采用歐美鉑電阻元件，利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數關系的特性來進行測溫。 壓力傳感器的選擇壓力傳感器的工作原理，本質上是惠斯通電橋，這里采用的是最常見的電阻應變片式的壓力傳感器。它得到廣泛應用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來的誤差。膜片上的壓力使得電橋不平衡，從而產生一個差動的輸出信號，這種結構的基本特性之一是它的差動輸出電壓U與偏置電壓成正比關系，這種關系隱含壓力測量精度直接決定偏置電源的容限值，當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出同時，它也能提供一種溫度補償最通用的方法。本設計采用PT112型壓力傳感器，PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性可以應用于特殊的的工業(yè)，使其成為橡塑，化纖等機械設備中高溫流體壓力測量與控制的理想產品。圖42 PT112型壓力傳感器.其主要技術參數為：量 程：0～450Mpa綜合精度：%FS %FS %FS %FS輸 出 ： ；；4～20mA；0～5V；1～5V；0～10V工作溫度：10～200～450℃；供電電壓： 傳感器：10VDC(612VDC) 變送器：24VDC(9～36 V)負載阻抗：電流型最大800Ω 電壓型50KΩ以上絕緣電阻：大于2000MΩ 100VDC振動影響：對于20HZ1KHZ的機械振動，%FS密封等級：IP65信號引出：六芯鍍金進口接插件螺紋連接：1/220UNF M20* M22* G1/2 NTP1/4 M16* 其它螺紋可按用戶要求設計PT112引進美國最新傳感器技術和全套先進電路及元器件生產的高精度壓傳感器，高穩(wěn)定性壓力傳感器組件，經過高可靠的放大電路及溫度補償，性能更好。外盒采用全不銹鋼封焊結構，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質兼容性。該產品有多種接口形式和多種引線 方式，能夠最大限度滿足客戶的需要，適用于工業(yè)設備、水利、化工、 醫(yī)療、電力，空調、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。CR60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強腐蝕、易結晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測可導電的液體。特別適合測量酸堿溶液和鍋爐的水位。整機無任何可動或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價格比好。替代傳統(tǒng)的浮球式、投入式、差壓式等液位變送器在各種場合下應用有不可比擬的優(yōu)勢。圖43 CR60水位傳感器其性能指標：檢測范圍：～100m精 度： 、承壓范圍： ～32MPa環(huán)境溫度：20～85℃輸出信號：4～20mA、0～10 mA、0～20 mA、1～5V、0～5V、0～10V供電電源：負載電阻0～750Ω DC24V固定方式：螺紋安裝MM272，法蘭安裝DN2DNDN50。特殊規(guī)格可按要求定制現場顯示：模擬顯示0~100%或者直接顯示液位高度CR60系列電容式液位變送器可將各種液位參數的變化轉換成標準電流信號、遠傳至操作控制室，供二次儀表或計算機裝置進行集中顯示、報警或自動控制。其良好的結構及安裝方式，可適用于高壓、強腐蝕、易結晶、易堵塞、防冷結等特殊條件下液位的連續(xù)檢測，可廣泛應用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包、煤粉包等場所的液位測量。儀表特點：結構簡單，無任何可動或彈性元部件，因此可靠性極高，維護量極少。一般情況下，不必進行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強腐蝕性液體的測量；完善的過流、過壓、電源極性保護。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器是一種新型流量傳感器，可以用于多種數據散集系統(tǒng)，與XS型流量顯示儀配套組成流量計，用于測量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時流量和累積流量，并輸出信號控制相應設備。該傳感器廣泛用于電力、機械、輕工、冶金、石油、化工、造紙、科研及城市供水、供熱、供氣以及各種工業(yè)過程控制、能源管理和環(huán)境工程等領域。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器工作原理：“卡門渦街”原理，當流體流經傳感器本體內的三角柱時，柱體兩側交錯產生兩列有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產生交變應力；埋設在探頭體內的壓電元件受交變應力作用產生的交變電荷分別送給二個電荷轉換器，經檢測放大器信號處理，轉變?yōu)槊}沖信號或標準電流信號。圖44 LUGB－21/ZX流量傳感器LUGB－21/ZX渦街流量傳感器主要特點： 流量傳感器的感應元件不直接與被測介質接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高，流量傳感器內無可動部件，結構簡單牢固，因而壓損小，維護量小，使用壽命長，測量范圍度寬，可達15：20：1。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器主要技術參數：型號說明：LUGB21不帶現場顯示、LUGBZX帶現場顯示，可顯示瞬時流量和累積流量。測量介質：液體、氣體、過熱/飽和蒸汽。環(huán)境溫度：25—＋55℃，濕度：≤85%介質溫度：（1）普通型：40—＋130℃，10—＋250℃（2）高溫型：10—＋300℃，10—＋380℃　（3）防爆型：40—＋80℃精度等級：液體177。1%；氣體177。1%；蒸汽177。%輸出信號：（1）三線制電壓脈沖　低電平0—1V；高電平＞4V；占空比為50%（2）二線制電流信號4—20MA供電：24VDC 工作壓力：0—5．系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)總體設計上面的總體設計結構圖清晰的將整個鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的各個組成部分呈現了出來，其中包括A/D轉換模塊、單片機系統(tǒng)控制模塊、I/O擴展模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及報警模塊，各個模塊之間通過單片機連接在一起，共同實現了對鍋爐內部實時監(jiān)控的功能。下面將對各個模塊一一進行介紹。圖51 單片機的最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)“最小”就是指一個單片機能開始獨立工作所需的最基本的外部電路連接。具體是指Vcc 腳接電源，GND接地，接好晶振，連上RC復位電路，另外勿忘EA腳接高電平，這樣就搭建成了一個最小的系統(tǒng)。該模塊為整個系統(tǒng)的中心模塊，實現了對信息的接收和處理，并傳出指令，保證輸出電路的功能能夠得以正常實現，從而達到對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。其中，P0口連接排阻，通過排阻連接到驅動電路部分，使輸出端口擴展到16位。P1口連接到AD0809芯片上，用以接收從A/D轉換器那里采集到的信號。P2口一部分連接到按鍵電路，用以接收外部的中斷信號，另一部分連接到AD0809芯片的地址鎖存器與譯碼器端口，在ALE為高電平時，用以選擇IN0~IN7模擬量的輸入端口。XX2連接的是時鐘電路的外圍電路，由于該芯片內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，所以無需在外部添加時鐘振蕩器，內部時鐘通過XX2和石英晶體、電容相連，就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 A/D轉換模塊前文已經詳細介紹了逐次逼近式A/D轉換原理，現在在此基礎上具體設計本系統(tǒng)中的A/D轉換電路。 圖52 ADC0809連接圖 在ADC0809接線圖中，IN0~IN7接傳感器的輸出端，ref()接地，ref（+）結5V的電源，msb21~msb28接單片機的P1口，用于將數字信號輸出，EOC是轉換結束信號輸出引腳，A、B、C是地址鎖存器與譯碼器的地址輸入端，連接到單片機的P2口，用于單片機控制模擬信號的選通輸入。ALE連接RD，單片機工作的時候始終讓ALE處于高電平，這樣才能使鎖存器正常工作。START端是數模轉換的啟動信號輸入端，它連接到單片機的中斷口，用以控制數模轉換的發(fā)生。 驅動電路模塊圖53 驅動電路模塊接線圖該模塊是由74HC573芯片構成，它實現了端口的擴展功能，其內部是一個功率放大電路，提高了電路的功率，從而滿足了負載的額定功率使得負載可以正常工作，從而可以響應微弱的輸入信號。在這里，該芯片D1~D8口接的是單片機的P0口，1Q~8Q分別接的是a~h、WE1~WE6端口，分別對應的是顯示電路的數碼管的管腳和放大電路的輸入端。單片機應用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅動電路簡單、易于實現且價格低廉，因此，得到廣泛應用。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數碼管用于數字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。由于本系統(tǒng)中沒有顯示字符，故而選擇數碼管就可以滿足要求了。本系統(tǒng)選用數碼管來顯示鍋爐的運行是否正常。數碼管，簡稱LED(Light Emitting Diode)，LED有七段和八段之分，也有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示塊與發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時。發(fā)光二極管點亮，相應段被顯示。同樣共陽板LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連在一起，通常此公共陽極接正電壓。當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。兩個顯示塊都有SP顯示段，用于顯示小數點。圖54 LED顯示模塊結構顯示電路分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示是指數碼管顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定導通或恒定截止。這種顯示方式的各位數碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數碼管的段選線相應并聯在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管，并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一位數碼管，并送出相應的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各