【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)的分析處理，得到控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如進(jìn)行及時(shí)的聲光報(bào)警功能，選用一款好的微機(jī)成為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)槲C(jī)電路本身的性能有時(shí)候決定整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗。 方案一采用AT89C51的8位單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是在美國(guó)ATMEL公司于20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，它在單一的芯片內(nèi)集成了并行I/O口、異步串行口、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及其他一些功能。此單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器6]。該器件采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 方案二采用可編程邏輯器件PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及控制，PLC具有高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，豐富的I/O接口模塊，為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除了一些小型PLC以外，采用模塊式的結(jié)構(gòu)，靈活性好。系統(tǒng)安裝及維修方便。 方案決策二者均可達(dá)到本設(shè)計(jì)想要的功能，但從性價(jià)比上講，AT89C51單片機(jī)價(jià)格低廉，而PLC一般用在大型的控制系統(tǒng)中，價(jià)格不低廉，故不采用。因此，本設(shè)計(jì)選擇方案一。 溫度傳感器的選擇 方案一采用溫度傳感器DS18B20完成溫度測(cè)量，并將溫度測(cè)量值直接通過單總線電路輸出到AT89C51單片機(jī)處理，不需要A/D轉(zhuǎn)換電路。DSl8820主要特性7]如下：用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值；（1） 不需要外部組件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)—55℃～+125℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量；（2） —10℃～+85℃測(cè)量溫度的誤差在177?！妫唬?） 實(shí)際報(bào)警器的分辨率可單獨(dú)設(shè)定；（4） 保存在EEPROM中，即使斷電也能夠保存；（5） 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。 方案二采用ADC590溫度傳感器完成溫度測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到AT89C51單片機(jī)中。ADC590功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單。 決策方案溫度的采集是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)之一，在眾多的環(huán)境監(jiān)測(cè)中，ADC590由于成本低而用得較多，但后續(xù)電路復(fù)雜，輸出模擬信號(hào)較弱，需要進(jìn)行放大后再通過A/D轉(zhuǎn)換電路得到溫度值，不僅復(fù)雜，而且提高了系統(tǒng)的功耗，降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能。所以，本系統(tǒng)采用可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集。 壓力傳感器的選擇 方案一采用MPX115壓力傳感器完成壓力測(cè)量，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到AT89C51單片機(jī)中。MPX4115主要特性8]如下：（1）在0℃85℃%；（2）溫度補(bǔ)償是40℃~+125℃；（3）%VFSS 方案二 采用EPCOS生產(chǎn)的T5300數(shù)字壓力傳感器進(jìn)行壓力檢測(cè)，T5300數(shù)字壓力傳感器可將壓力測(cè)量量經(jīng)過單總線輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，不需要A/D轉(zhuǎn)換。T5300壓力傳感器的特點(diǎn)如下：（1）直接數(shù)字量輸出，無信號(hào)傳輸損失，無信號(hào)采集誤差。（2）5～3 0 V D C 激勵(lì)， 供電電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量零影響。（3）幾乎無零漂、高穩(wěn)定性、高分辨率。 決策方案 對(duì)于二者來說，T5300壓力傳感器比MPX4115都可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，但是T5300相對(duì)于MPX4115來說，價(jià)格要高出許多。因此采用方案一。 A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇 方案一采用8位8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的專業(yè)芯片，安置于A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度和壓力改變引起的信號(hào)傳遞在通過信號(hào)調(diào)理電路將其與ADC0809的INO和IN1進(jìn)行鏈接，這樣就形成了完整的模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，并輸入單片機(jī)。 方案二采用美國(guó)TI公司的1l通道12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543。TLC2543是采用CMOS技術(shù)制作的12位開關(guān)電容逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用SPI通信方式可以節(jié)省單片機(jī)I/O資源，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)源采用MAX675 5V芯片，它能提供精準(zhǔn)的5V參考電壓。 決策方案由于本文要求實(shí)現(xiàn)一般步驟的A/D轉(zhuǎn)換功能，選擇8位8通道的ADC0809即可。 顯示電路選擇 方案一顯示單元主要由LED數(shù)碼管及顯示驅(qū)動(dòng)單元組成。顯示電路采用8位LED數(shù)字顯示，顯示內(nèi)容主要包括當(dāng)前溫度及壓力。 方案二采用LCD液晶顯示器顯示鍋爐當(dāng)前的溫度和壓力。顯示電路采用液晶顯示模塊，體積小，功耗低，操作方便。使用液晶顯示模塊，可以對(duì)模式選擇位寫入命令，從而調(diào)節(jié)LCD的工作模式，分時(shí)進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)寫入。 決策方案從操作簡(jiǎn)潔性和方便性來講，LCD液晶顯示器要比數(shù)碼顯示器有優(yōu)勢(shì)，數(shù)碼顯示器組成的顯示電路需要接很多外圍設(shè)備，引腳越多，越容易出故障，故這里選擇用LCD液晶顯示器。有兩種液晶顯示器，一種是LCD1602，兩行顯示；一種是LCD12864，還可以用于顯示曲線；因?yàn)楸鞠到y(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)不是很多，只需顯示傳感器數(shù)據(jù)，故選用LCD1602液晶顯示器即可。 最終方案決策經(jīng)過上述分析選擇，最終確定各模塊方案如下：（1） 微控制器選用ATMEL的AT89C51；（2） 采用可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集；（3） 采用MPX4115壓力傳感器進(jìn)行壓力探測(cè)；（4） 選擇8位8通道的ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；（5） 采用LCD1602液晶顯示器顯示傳感器探測(cè)信號(hào)；硬件電路設(shè)計(jì)3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)模塊該鍋爐防爆系統(tǒng)是以89C51單片機(jī)為核心器件，此單片機(jī)模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的AT89C51單片機(jī)把水位和測(cè)溫模塊傳來的數(shù)據(jù)加以處理，送LCD顯示屏顯示。AT89C51是美國(guó)ATMEL生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片機(jī)芯片中，可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。1. AT89C51 主要功能列表9]如下：(1) 為一般控制應(yīng)用的8位單芯片。(2) 晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHZ）。(3) 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM為4 KB）。(4) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM為12 B）。(5) 32調(diào)雙向輸入輸出錢，且每條均可以單獨(dú)做I/O的控制。(6) 5個(gè)中斷向量源。(7) 2組獨(dú)立的16位定時(shí)器。(8) 單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令。2. AT89C51管腳排列及系統(tǒng)所用管腳介紹。管腳排列如圖2所示，下面介紹引腳的功能。圖2 AT89C51引腳排列圖（1） VCC（40）：＋5V。（2）GND（20）：接地。（3）P0口（39－32）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個(gè)TTL門電流。（4）P1口（1－8）：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個(gè)TTL門電流。（5）P2口（21－28）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個(gè)TTL門電流。（6）P3口（10－17）：P3口是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個(gè)TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口。（7）RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（8）ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過1個(gè)ALE脈沖。（9）PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這2次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 （10）EA/VPP（31）：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000H－FFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。（11）XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（12）XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯：電路將無法通信。他是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，C1和C2分別接單片機(jī)的C1和C2，晶振和瓷片電容是沒有正負(fù)的，兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地。如圖3。圖3 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)（一個(gè)一定時(shí)間的低電平）使程序從頭開始行；一般有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平；手動(dòng)復(fù)位，同過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，這時(shí)如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，不能正常工作。如