【導讀】種可能引起爆炸或中毒等危害性較大事故的特種設備。壓力容器的爆炸事故除受物理或。檢驗把關，則可大大地減少或杜絕這類事故發(fā)生，保證容器的安全運行。測工作，在實際中具有非常廣闊的應用前景。本文詳細闡述了基于單片機的壓力容器檢。測裝置的硬件組成、軟件設計及相關的接口電路設計。此壓力容器檢測裝置主要由金屬。電阻應變片、測量放大器、A/D轉換器、單片機、LCD顯示組成。首先通過金屬電阻應。轉換電路輸出的數(shù)字信號進入單片機，經單片機對信號進行簡單處理后用LCD顯示出來。

　　

【正文】 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 ③ 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根據在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加 1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié) ?? 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個完整漢字。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖所示： 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 18 圖 25 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 主要技術參數(shù)： ● 顯示容量 :16 2個字符 ● 芯片工作電壓 :— ● 工作電流 :() ● 模塊最佳工作電壓 : ● 字符尺寸 : (W H)mm 1602LCD 采用標準的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 24 所示 : 表 24 1602LCD 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據 4 RS 數(shù)據 /命令選擇 12 D5 數(shù)據 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據 7 DO 數(shù)據 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據 16 BLA 背光源正極 第 1腳： VSS 為地電源。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3腳： VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 基于單片機的壓力容器檢測裝置設計 19 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS為低電平 R/W 為高電平時 可以讀入信號，當 RS為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據。 第 6腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8 位雙向數(shù)據線。 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負極。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 20 )( 43 421 1 RR RRR RE ????3 壓力容器檢測裝置硬件部分的設計 電阻應變式傳感器 電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片是電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。 導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉換為△ R/R 后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉換電路把應變片的△ R/R 變化轉換成電壓或電流變化。其轉換電路常用測量電橋。 直流電橋的特點是信 號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： R1 R1ACBDΔR2+ R2 ΔR4+ R4 ΔR3 R3ΔU o 圖 31 傳感器結構原理圖 當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。 當忽略電源的內阻時，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? 基于單片機的壓力容器檢測裝置設計 21 ))(( 43214231 RRRR RRRRE ?? ?? ? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo ?????????? ??????ERR??? 3421 RR ? = （ 31） 當滿足條件 R1R3=R2R4 時，即 （ 32） ou =0，即電橋平衡。式（ 32）稱平衡條件。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ 31） ，則電橋輸出為 Ek?? (33) 常規(guī)的電阻應變片 K 值很小，約為 2，機械應變度約為 — ，所以，電 阻應變片的電阻變化范圍為 — 歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小 的 電 阻變化，在電阻應變傳感器中 常用的是橋式測量電路。 RLR3R1R2R4U o 圖 32 橋式測量電路 橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 E，另一個對角線為輸出電壓 U0。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 常 用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片，本設計中采用的是電阻絲應變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 22 電阻應變片也會有誤差，產生的因素很多，因此測量時必須要注意。其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： 電阻絲溫度系數(shù)引起的。 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 對于因溫度變化對橋接零點和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應變片，也會因應變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳 感器，必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關于應變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內使用。 測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值： R1＝ R2＝ R3＝ R4，其變化值 Δ R1＝ Δ R2＝ Δ R3＝ Δ R4 時，其橋路輸 出電壓 Uout＝ KEε 。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。 電源電路 設計電路時，選用 LM317 型號的芯片為核心來設計電源電路。 LM317 特性簡介以及典型應用電路如下： 特性：可調整輸出電壓低到 ；保證 輸出電流；典型線性調整率 %；典型負載調整率 %； 80dB 紋波抑制比；輸出短路保護；過流、過熱保護；調整管安全工作區(qū)保護。 典型應用電路參考如下： 圖 33 LM317 典型應用電路 其輸出電壓計算公式如下： 基于單片機的壓力容器檢測裝置設計 23 2)121( RIadjRRVrefVou t ????? )121( RRVrefVou t ??? )121( RRVou t ???（ 34） 一般情況下電流 Iadj 很小，忽略后可得： （ 35） 即： （ 36） 最大輸出電流為 ，輸出電壓范圍為 ～ 37V； 2 腳之間為 基準電壓；為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R1 應小于 240 歐姆；改變 R2 阻值即可調整穩(wěn)壓電壓值；二極管 D D2 用于保護 LM317。 測量放大電路 經由傳感器或敏感元件轉換后輸出的信號一般電平較低；經由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行 A/D 轉換。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應遠大于信號源內阻。否則，放大器的負載效應會使所測電壓造成偏差。 抗共模電壓干擾能力強。 在預定的頻帶寬度內有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 能附加一些適應特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調整、方便準確的量程切換、極性自動變換等。 因此放大電路采用儀器放大器，如： AD620， INA114 等。 此類芯片一般由 3 個運算放大器組成，其中 A1， A2 接成射級跟隨器形式，組成輸入阻抗高的差動輸入級，在兩個跟隨器之間的附加電阻 RG具有提高共模抑制比的作用，A3 為雙端輸入，單端輸出的輸出級，以適應接地負載的需要，放大器的增益由電阻 RG設定，典型儀器放大器的增益設置范圍從 1 到 1000。 在此我們選擇 AD620 放大器，其內部結構如下圖所示： 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 24 RgVVi ininG ????)21)(( RgRVV inin ??? ?? 圖 34 AD620 的內部等效圖 接口如下圖所示： 1 8 2 7 3 6 V０ 4 5 圖 35 AD620 的接口圖 電路的工作原理： A A2 工作在負反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。即 Rg 兩端的電壓分別為 Vin+、 Vin。因此 （ 37） 設圖（ 34）中電阻 R1=R2=R，則 A A2 兩輸出端的電壓差 U12 為 )( 2112 RgRRiU G ??? （ 38） 將式（ 38）代入式（ 37）得 Rg Rg Vin V+ Vin+ V0 V Ref R3 12V ＋ 12V 基于單片機的壓力容器檢測裝置設計 25 ))(21(12 ?? ?????? ininO VVRgRUV )(?? ?? ininOV VV UA )21( RgR??? 放大器的增益 Av 為 （ 39） 可見，僅需調整一個電阻 Rg，就能方便的調整放大器的增益。由于整個電路對稱，調整時不會造成共模抑制比的降低。 在接口圖（ 35）中，通過改變可變電阻 R3 的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： 13KG R ??? （ 3