【文章內(nèi)容簡介】 三、系統(tǒng)設計 設計思路 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起來并實時顯示在 LED 上，當所測壓力大于 176kPa 時，放氣閥打開進行放氣，當所測壓力小于 64kPa 時，放氣閥關閉，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，本設計只能著重于整個系統(tǒng)中 的反饋回路即測量部分的設計。本智能化壓力測量儀基于 ICSl220 壓力傳感器，設計通過 proteus 進行軟件仿真；根據(jù)設計要求，硬件部分設計以壓力傳感器、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)設定給定值，對外輸出相應的控制信號等功能。 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)構框圖如 圖 所示 ： 圖 系統(tǒng)結(jié)構框圖 控制系統(tǒng)總體結(jié)構 完整的閉環(huán)過程控制系統(tǒng)結(jié)構如圖 ，根據(jù)要求及硬件條件，本設計只設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)構圖 四、硬件設計 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計了鍵盤顯示模塊，該設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計，本設計給鍵盤設置以下功能： 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)其他相應功能； STOP 鍵： 停止鍵用于關閉工作電路，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)標度變換的方法進行電壓與壓力 的線性化標度變換，同時進行校正。 設電壓轉(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雜性。該模塊關鍵是對 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) —— 應用、設計與整定（第 3版）．清華大學出版社， [4]金以慧．過程控制．清華大學出版社， 22 七、結(jié)束語 本課設是基于 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，我 學會了使用 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，從找元器件開始學起，討論并研究解決一個一個問題，我們從中學會了很多知識。該課設用到學過的單片機的知識，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。在此基礎上，需要對系統(tǒng)進行設計編程。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，需要在以后加以學習彌補。此次課設的硬件軟件都是我們自己設計，這更加鍛煉了我們對于整個系統(tǒng)的從設計到實現(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重不足。 此次的課程設計的順利完成，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