【導(dǎo)讀】研究工作及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；主要研究P,T,H三個(gè)參數(shù)的獲取方式。設(shè)計(jì)硬件方案；后具體到各個(gè)電路分別介紹，例如。處理器的選擇、信號(hào)的調(diào)制、A/D轉(zhuǎn)換等；最后介紹了傳感器的選擇；SF6氣體在線監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)中分下位機(jī)、上位機(jī)、Web方式分別設(shè)。上位機(jī)軟件在編寫(xiě)過(guò)程中要體現(xiàn)模塊化的思想。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中六氟化硫氣體密度監(jiān)控的意義·········1. 第2章SF6氣體監(jiān)測(cè)原理分析····················6

　　

【正文】 上諧波后，接至運(yùn)算放大器 TL084的正輸入極，TL084 接成射極電壓跟隨器的形式， 主要起信號(hào)的隔 離和功率放大作用， 在 TL084 的輸出端形成待采樣信號(hào)。 圖 32 信號(hào)調(diào)理電路圖 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 21 多路轉(zhuǎn)換電路 由于選用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片每次只能轉(zhuǎn)換一路信號(hào)， 3 路輸入信號(hào)經(jīng)調(diào)理后， 需要 經(jīng)過(guò)一個(gè)多路復(fù)用芯片控制其單路輸出。 這里選擇的是 Analog Devices 公司生產(chǎn)的 8 通道多路復(fù)用芯片 AD7501。具體電路如圖 33 所示。圖中， TA、 HA、 PA 分別表示經(jīng)運(yùn)放調(diào)理后的溫度、濕度、壓力信號(hào)， S0～ S7 為芯片的輸入端， EN 為使能信號(hào)， OUT為輸出端， 芯片通過(guò) A0、 A A2 三個(gè)引腳的電平及 EN 使能端選擇 S0～ S7 腳的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 其真值表如圖 34 所示： 圖 33 多路轉(zhuǎn)換電路圖 圖 34 AD7501 真值表 由圖中的真值表可以看出， 將使能端 EN 置 1， 當(dāng) CHH CHH CHH0 三根線電平分別為 000 時(shí)， S0 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通， TA 信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換， 當(dāng)三根線的電平為 001時(shí)， HA 信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 通過(guò)這種依次訪問(wèn)的方式 ， 通過(guò)一路 A/D 轉(zhuǎn)換芯片完成對(duì)三路信號(hào)的轉(zhuǎn)換工作。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 22 A/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 系統(tǒng) A/D 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選用的是美國(guó) AD 公司推出的一種 12 位帶并行微機(jī)接口的逐逼近型模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD1674。 該芯片內(nèi)部自帶采樣保持器 （ SHA）、 時(shí)鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存 /三態(tài)輸出緩沖器。其采樣頻率為 100kHz， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為10181。s，滿量程校準(zhǔn)誤差為 %， 內(nèi)有 +10V 基準(zhǔn)電源， 也可使用外部基準(zhǔn)源； 可選擇電壓輸入范圍為177。 5V， 177。 10V 或 0V～ 10V 和 0V～ 20V， 數(shù)據(jù)通過(guò) 8/12 位可選并行總線接口與微處理器連接，內(nèi)部帶有防靜電保護(hù)裝置（ ESD），放電耐壓值可達(dá) 4000V， 采用雙電源供電： 模擬部分為177。 12V/177。 15V， 數(shù)字部分為 +5V； 為適應(yīng)戶(hù)外工作環(huán)境的需要，裝置選擇了 AD1674A 型工業(yè)級(jí)芯片，工作溫度范圍在 40 0c～ 85 0c。具體電路如圖 35所示： 這里模擬信號(hào)選擇 0V～ 10V 單極輸入， 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò) 8數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)接口?？刂菩盘?hào)真值表如表 31所示： XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 23 表 31 AD1674 控制邏輯真值表 AD1674 的工作模式可分為全控（ FullControl）模式和獨(dú)立（ StandAlone）模式，而在這兩種模式下， 工作時(shí)序是相同的。 獨(dú)立模式主要用于具有專(zhuān)門(mén)輸入端系統(tǒng)， 因而不需要有全總線的接口能力。 而采用全控工作模式則有利于和 CPU 進(jìn)行總線連接。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)時(shí)，在 CE和 CS 有效之前， R/C 必須為低，如果 R/C 為高，則立即進(jìn)行讀操作，這樣會(huì) 造成系統(tǒng)總線的沖突。一旦轉(zhuǎn)換開(kāi)始， STS 立即為高，系統(tǒng)將不再執(zhí)行轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令， 直到這次轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。 而數(shù)據(jù)輸出緩沖器將比 STS提前 變低，且在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間內(nèi)不導(dǎo)通。 硬件看門(mén)狗電路 為增強(qiáng)裝置的抗干擾能力，硬件上，選用了 MAX706 做為電源監(jiān)控電路。 MAX706 是一組 CMOS 監(jiān)控電路， 能夠監(jiān)控電源電壓、 電池故障和微處理器的工作狀態(tài)， 并產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。 實(shí)際電路如圖 38所示。對(duì)于 MAX706 而言， 在上電期間只要 Vcc 大于 ， 就能保證輸出電壓不高于 的低電平。 在 Vcc 上升期間 RESET 維持低電平直到電源電壓升至復(fù)位門(mén)限（ 或 ）以上。在超過(guò)此門(mén)限后， 內(nèi)部定時(shí)器大約再維持200ms 后釋放 RESET， 使其返回高電平。無(wú)論何時(shí)只要電源電壓降低到復(fù)位門(mén)限以下 （即電源跌落）， RESET 引腳就會(huì)變低。 如果在已經(jīng)開(kāi)始的復(fù)位脈沖期間出現(xiàn)電源跌落， 復(fù)位脈沖至少再維持 140ms。 在掉電期間， 一旦電源電壓 Vcc 降到復(fù)位門(mén)限以下， 只要 Vcc 不比 還低， 就能使 RESET 維持電壓不高于 的低電平。如果在 內(nèi) WDI端沒(méi)有收到來(lái)自 MPU/MCU 的觸發(fā)信號(hào)（通稱(chēng)為“喂狗”），并且 WDI 處于非高阻態(tài)， 則 WDO輸出變低。 將 MR 端通過(guò)一跳線連接到 WDO 端，就可以使看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)產(chǎn)生復(fù)位脈沖。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 24 圖 38 看門(mén)狗電路圖 通信接口電路 裝置采用 RS485 與外部進(jìn)行通信， 由于 80C196 已自帶全雙工串行口， 只需在外圍擴(kuò)展一 RS485 硬件接口電路， 如圖 39所示。 SN65LBC184 是美國(guó) TI 公司生產(chǎn)的在SN5 176 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器它們帶有內(nèi)置高能量瞬變?cè)肼暠Ｗo(hù)裝置，這種設(shè)計(jì)特點(diǎn)顯著提高了抵抗數(shù)據(jù)同步傳輸電纜上的瞬變?cè)肼暤目煽啃裕? 這種可靠性超過(guò)了多數(shù)現(xiàn)有器件， 采用這類(lèi)電路可提供可靠的低成本的直連 （不帶絕緣變壓器）數(shù)據(jù)線接口。 不需要任何外部元件。 且 SN65LBC184 的工作溫度為－ 400c 至 85 0c， 足以滿足戶(hù)外惡劣環(huán)境的要求。 圖 39 SN65LBC184 將 RO、 DI引腳直接與單片機(jī)的 RXD、 TXD 引腳相連， DE 為 RS485 接受 /發(fā)送使能控制端， 將其與 80C1 96 的高速輸出部件 引腳相接， 由單片機(jī)在規(guī)定的時(shí)間通過(guò) 引腳輸出高、 低電平信號(hào)， 以控制 RS485 總線處于發(fā)送 /接受狀態(tài) 。 液晶顯示接口電路 裝置的人機(jī)界面采用 TS12864A3 型圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。 該液晶采用 128 64點(diǎn)陣格式， ＋ 5伏單電源驅(qū)動(dòng)， 工作溫度－ 20 0c～＋ 70 0c， 滿足一般戶(hù)外工作環(huán)境的要求。 與單片機(jī)接口采用總線連接方式， 分別通過(guò)兩個(gè)鎖存器 74ALS273 來(lái)區(qū)分 D0～ D7總線上的數(shù)據(jù)信 號(hào)和控制信號(hào)。其接口電路如圖 310 所示，當(dāng) CLK1 有效時(shí)， D0～ D7總線與液晶模塊的數(shù)據(jù)總線 DB0～ DB7 連通， 數(shù)據(jù)被讀入到液晶模塊自帶的 ram，當(dāng) CLK2 有效時(shí)， D0～ D7 總線與 DI、 R/W 等控制信號(hào)相連， D0～ D7總線上的信號(hào)按位通過(guò)控制線對(duì)液晶模塊的讀寫(xiě)狀態(tài)進(jìn)行控制。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 25 圖 310 滑動(dòng)變阻器控制背光的液晶顯示接口電路 傳統(tǒng)的液晶顯示的溫度補(bǔ)償和背光的調(diào)節(jié)都是用的可調(diào)電阻， 一般是 10K 歐的。在改進(jìn)的顯示電路中， 我們用數(shù)字電位器代替原有的可調(diào)電阻， 改進(jìn)后的電路具有多檔位自 動(dòng)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。 信號(hào)控制的數(shù)字電位器與機(jī)械電位器相比： （ 1） 調(diào)節(jié)更精確 （ 2） 不受以外影響：振動(dòng)、污染等 （ 3） 滑動(dòng)端位置易于由單片機(jī)或邏輯電路控制 （ 4） 易于裝配 具有適于燈光、 語(yǔ)言音量調(diào)節(jié)的對(duì)數(shù)電阻遞變特性型號(hào) X9313 是一個(gè)包含 31 個(gè)電阻單元的電阻陣列。 在每個(gè)單元之間和二個(gè)端點(diǎn)都有可以被滑動(dòng)單元訪問(wèn)的抽頭點(diǎn)。 滑動(dòng)單元的位置由 cs、 U/D 和 INC 三個(gè)輸入端控制。 滑動(dòng)端的位置可以被貯存在一個(gè)非易失性存貯器中， 因而在下一次上電工作時(shí)可以被重新調(diào)入。 X93 13 的分辨率 等于最大的電阻值被 31 除。 例如 X9313W（ 10K?）的每個(gè)抽頭間的阻值為 323?。 X9313W 有 8個(gè)引腳。 其中的 U/D 和 INC 接鎖存器 74ALS273 的輸出， 由 51 單片機(jī)控制。 原理圖如下 311： 圖 31 1 數(shù)字電位器控制背光的液晶顯示接口電路 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 26 第 4 章 SF6 氣體在線監(jiān)測(cè)裝置軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) SF6 氣體在線監(jiān)測(cè)裝置軟件系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)文中第二章所談到的 SF6 氣體的壓力、溫度、濕度等參數(shù)在線監(jiān)測(cè) 的關(guān)鍵， 并負(fù)責(zé)將所得到的數(shù)據(jù)上傳到上層機(jī)中。 其主要功能如下 : 信息采集：能夠?qū)毫?、溫度、濕度三?lèi)模擬量進(jìn)行采集，并據(jù)此對(duì) SF6 氣體狀態(tài) 做出判斷。 越限報(bào)警：當(dāng)壓力、溫度、濕度的數(shù)值超過(guò)了規(guī)定的警戒值，該系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 報(bào)警。 量值顯示：可以顯示相對(duì)濕度、 200c 濕度、實(shí)事濕度、 200c 壓力等眾多數(shù)值。 遠(yuǎn)方查詢(xún)： 該系統(tǒng)不僅可以用于現(xiàn)場(chǎng)， 還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端查詢(xún)。 4. 1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件主要算法 濕度計(jì)算算法 ? 相對(duì)濕度計(jì)算 ： RH? ?Vout ? Vs 取 Vout 單位為 mV， Vs 為 5V，則 RH? ? Vout ? 等式兩邊同乘以 1024 1024?RH? 40?Vout ? 39424， 計(jì)算畢， 右移 4 位， 則得 64 RH。 ? 實(shí)時(shí)濕度計(jì)算 ： 取 P 和 P 的單位為 kPa，將實(shí)時(shí)溫度飽和水氣壓 P （ ）以表格的形式存入存儲(chǔ)器中， 計(jì)算時(shí)根據(jù)所測(cè)溫度實(shí)時(shí)查表。計(jì)算分子第一項(xiàng)時(shí)先乘以1024， 計(jì)算后右移 10 位； 再與查表數(shù)據(jù)做乘法后除以 SF6 氣體實(shí)時(shí)壓力 。 ???XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 27 ??? 200c濕度計(jì)算 ： 采用前文中所應(yīng)用的濕度修正公式 ， 則 ∵計(jì)算中 P20= P20℃壓力， 200c和 23 0c飽和水氣壓分別為 ， 上式可定點(diǎn)計(jì)算出 ppm20℃ 壓力溫度的測(cè)量 相對(duì)前面介紹的微水含量監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法， 壓力和溫度的監(jiān)測(cè)顯得比較簡(jiǎn)單。 市面上滿足監(jiān)測(cè)要求的壓力傳感器和壓力變送器很多。為了精確測(cè)量和易于開(kāi)發(fā)，本監(jiān)測(cè)裝置選用壓力變送器； 考慮到監(jiān)測(cè)裝置在被監(jiān)測(cè)對(duì)象抽真空時(shí)所測(cè)壓力的真實(shí)性， 應(yīng)選用能測(cè)真空的絕 對(duì)壓力變送器； 因?yàn)橐话銐毫ψ兯推髂艹惺艿淖畲髩毫κ瞧漕~定最大測(cè)量值的 2 倍， SF6 開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕對(duì)壓力一般不超過(guò) 8 個(gè)大氣壓， 故選擇測(cè)量范圍為 0～ 1 Mpa 的絕對(duì)壓力變送器。 為滿足以上所描述的要求， 本監(jiān)測(cè)裝置選用 Senex 公司生產(chǎn)壓力變送器， 型號(hào)為DG1300BZB3 1/AA/CD20。該型號(hào)變送器測(cè)量范圍為 0～ 1MPa，等比例線形輸出 4～20mA。所以 P(MPa) ? （ I(mA) ? 4） /16 溫度測(cè)量采用 AD590 溫度傳感器， 電流輸出型，每 1μ A 電流為 1K 氏溫度， 公 式表示為 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 28 T(K) ? I(μ A)或者 T(℃ ) ? I(μ A) ? 通過(guò)前面對(duì)氣體參數(shù)傳感部分的介紹可以看出， 硬件電路的前向模擬通道部分還是比較容易實(shí)現(xiàn)的。 4. 2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)軟件方案 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)軟件流程框圖如圖 41所示。裝 置上電之后， CPU系統(tǒng)自動(dòng)從 EPROM程序存儲(chǔ)器中 讀入程序到內(nèi)部 RAM中運(yùn)行， CPU系統(tǒng)的程序指針 自動(dòng)指向主程序入口處開(kāi)始往下執(zhí)行程序。主程序首 先完成硬件和軟件的初始化， 包括變量和數(shù)組初始化、 CPU上電初始化、系統(tǒng)初始 化還包括上電自檢程序， 通常有 EPROM 存儲(chǔ)器自檢、 RAM存儲(chǔ)器自檢、 AD 通道自檢等。若上電自檢正常則進(jìn)入通訊中斷初始化、 顯示掃描中斷初始化。然后進(jìn)入主循環(huán)程序，這是一 個(gè)不斷循環(huán)的程序模塊， 程序功能包括處理通信請(qǐng)求、 處理鍵盤(pán)操作、讀 A/D轉(zhuǎn)換值、進(jìn)行有關(guān)氣體參數(shù) 的計(jì)算、更新液晶、 更新通信顯示等。 圖４－１軟件框圖 4. 3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上層 機(jī)就地管理軟件設(shè)計(jì) 上層機(jī)就地管理軟件負(fù)責(zé) SF6氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的就地管理， 采用 Visual