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正文內(nèi)容

基于51單片機(jī)的壓力過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-09-13 21:35 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 三、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(jī),單片機(jī)進(jìn)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(shí)時(shí)顯示在 LED 上,當(dāng)所測壓力大于 176kPa 時(shí),放氣閥打開進(jìn)行放氣,當(dāng)所測壓力小于 64kPa 時(shí),放氣閥關(guān)閉,進(jìn)氣閥給氣缸充氣。此過程中若放氣或充氣 10S任沒達(dá)到正常的壓力范圍則進(jìn)行 1S 報(bào)警。當(dāng)然 A/D 轉(zhuǎn)換的啟停、壓力大小的判斷、 10S 延時(shí)都由單片機(jī)來控制。 由于硬件條件有限,本設(shè)計(jì)只能著重于整個(gè)系統(tǒng)中 的反饋回路即測量部分的設(shè)計(jì)。本智能化壓力測量儀基于 ICSl220 壓力傳感器,設(shè)計(jì)通過 proteus 進(jìn)行軟件仿真;根據(jù)設(shè)計(jì)要求,硬件部分設(shè)計(jì)以壓力傳感器、溫度補(bǔ)償電路、 A/D 軟換芯片、單片機(jī)、 LED 顯示電路、鍵盤等幾部分組成。軟件部分通過 C語言進(jìn)行編程,實(shí)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(jī)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(jì)只設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的檢測回路。 報(bào)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(jī)控制 被控對象參數(shù) 執(zhí)行器 電 源 模 塊 溫度補(bǔ)償 壓力傳感器 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 AT89S52 單片機(jī) 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(jì) 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(bǔ)償 模塊 溫度傳感器 9013 的作用是通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ菧y量值更加靠近真實(shí)值,以此來減小誤差。 圖 16 系統(tǒng)采用三極管 9013 進(jìn)行環(huán)境溫度的監(jiān)測,并對壓力檢測裝置進(jìn)行補(bǔ)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(shí)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(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)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(shí),由單片機(jī) WR端和 74LS373的 A3 端口選通 IN0,同時(shí)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(jìn)行處理 。 圖 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 電路 單片機(jī)處理模塊 AT89S52 單片機(jī)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(gè)部分。單片機(jī)系統(tǒng)含有 74LS373 用來使 P0 和 P2 口聯(lián)合輸 17 出地址進(jìn)行外部器件的尋址,另外還 包含 8279,用來擴(kuò)展單片機(jī)端口從而更方便的控制鍵盤和 LED 顯示器。 圖 單片機(jī)系統(tǒng) 電路圖 鍵盤顯示模塊 利用 8279 的獨(dú)特功能與特性設(shè)計(jì)了鍵盤顯示模塊,該設(shè)計(jì)主要通過兩個(gè)地址端口 0xFFEF 和 0xFFCF 對 8279 進(jìn)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(jìn)行譯碼來實(shí)現(xiàn),使其能夠隨時(shí)掃描鍵盤和顯示端口。鍵盤電路能夠很穩(wěn)定的實(shí)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(jì),本設(shè)計(jì)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(jìn)入工模 式,才能實(shí)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(shí)際情況不同而定,按下此鍵,可以進(jìn)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(diǎn),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(jìn)入正常顯示模式; 19 0— 9 鍵: 數(shù)字鍵盤包括小數(shù)點(diǎn)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(jì) 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(jìn)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(jī)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(gè)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(jìn)行電壓與壓力 的線性化標(biāo)度變換,同時(shí)進(jìn)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(jī)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(diǎn)掌握端口地址和命令格式。在程序中 對 8279 設(shè)置兩個(gè)地址端口,分別是 ODE 0xFFEF 以及 DAT 0xFFCF。通過這兩個(gè)端口對 8279 進(jìn)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(xiàn) [1]邵裕森、戴先中 .過程控制工程 .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [2]劉文定 .過程控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)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(jì)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(jī)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(yùn)算放大器進(jìn)行信號放大,送至 ADC0808,將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識別的數(shù)字信號,再經(jīng)過單片機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài),顯示需要的值。要實(shí)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(jìn)行單片機(jī)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(gè)一個(gè)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(jī)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(jìn)行設(shè)計(jì)編程。通過進(jìn)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(bǔ)。此次課設(shè)的硬件軟件都是我們自己設(shè)計(jì),這更加鍛煉了我們對于整個(gè)系統(tǒng)的從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的技能,提高了全面性思考問題的能力。通 過解決一個(gè)又一個(gè)的問題讓我意識到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要將理論與實(shí)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(jì)的順利完成,離不開我們大家的團(tuán)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(jī)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(kuò)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(gè)顯示緩沖 ,里面放的是實(shí)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
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