【正文】 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的 A/D 。 若折點(diǎn)標(biāo)志位不為 1 時(shí)，接著判斷上限報(bào)警標(biāo)志位是否為 1，若為 1，更改上限報(bào)警內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 值并顯示，接著調(diào)用上傳上限報(bào)警子程序上傳上限報(bào)警值，最后清除相關(guān)標(biāo)志位和鍵盤數(shù)值，退出鍵盤處理子程序。接著計(jì)算各折線段溫度送顯示。 如圖 所示，首先進(jìn)行初始化，判斷是否折點(diǎn)標(biāo)志位是否為 1，若是，再判斷折點(diǎn)更改標(biāo)志位是否為 0，為 0 說明輸入的數(shù)值是溫度標(biāo)度變換折線化的折點(diǎn)對應(yīng)的溫度，把它存于折點(diǎn)溫度數(shù)組，若為 1 則把它存于折點(diǎn)毫伏電壓數(shù)組。 f a g 1 = 0 ，H i g h _ F l a g = 0 ，下 限 標(biāo) 志 位L o w _ F l a g = 1f a g 1 = 1 ， 上 限 標(biāo) 志位 H i g h _ F l a g = 1 ，L o w _ F l a g = 0更 改 報(bào) 警 值 標(biāo) 志f l a g 1 = 0 ？更 改 報(bào) 警 值 處 理 子 程 序返 回顯 示 上 限 報(bào) 警 值顯 示 下 限 報(bào) 警 值YN更 改 報(bào) 警 值 標(biāo) 志f l a g 1 = 0 ？NY 鍵盤輸入數(shù)值清0取消鍵處理子程序報(bào)警相關(guān)標(biāo)志位清0顯示0表取消成功返回 小數(shù)點(diǎn)標(biāo)志清0移位 圖 更改報(bào)警值處理子程序流程圖 圖 取消鍵處理子程序流程圖 如圖 所示，當(dāng)按下 Delete 鍵時(shí)，對鍵盤的輸入的數(shù)值清零，報(bào)警相關(guān)標(biāo)志位、小數(shù)點(diǎn)相關(guān)標(biāo)志位清零，只是在改變折點(diǎn)時(shí)只對數(shù)值清零，而不對標(biāo)志位清零，以免造成輸入的混亂。 如圖 所示，當(dāng)按下 HL 鍵時(shí)，更改報(bào)警值，首先判斷更改標(biāo)志位的值，若為 0，則使 High_Flag=1，當(dāng)按下數(shù)值并按下確認(rèn)鍵后就能更改上限報(bào)警值，使 flag1=1，準(zhǔn)備內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 下一次按下 HL 鍵能切換到更改下限報(bào)警值，使 Low_Flag=0。 如圖 所示，當(dāng)按下 TSpot 鍵時(shí)，首先循環(huán)顯示已有的折點(diǎn)的溫度和對應(yīng)的毫伏電壓。若小數(shù)點(diǎn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 標(biāo)志位不為 0，則原數(shù)值乘 10 和新輸入的數(shù)字相加得到處理后的數(shù)值，最后送顯示。 初 始 化鍵 盤 掃 描 處 理 子 程 序鍵 釋 放了 嗎 ？讀 取 鍵 值 并 設(shè) 置鍵 標(biāo) 志 位延 時(shí) 1 0 m s有 鍵 按 下嗎 ？鍵 標(biāo) 志 位為 1 ？鍵 鎖 標(biāo) 志 位為 1 ？是 鎖 鍵 盤按 下 嗎 ？有 鍵 按 下 嗎 ？鍵 鎖 標(biāo) 志 位 取 反進(jìn) 入 數(shù) 字 鍵 處 理子 程 序YNY是 數(shù) 字 鍵按 下 嗎 ？進(jìn) 入 更 改 報(bào) 警 值處 理 子 程 序是 取 消鍵 嗎 ？是E N T E R鍵 嗎 ？是 T s p o t鍵 嗎 ？是 H L鍵 ？進(jìn) 入 取 消 鍵處 理 子 程 序進(jìn) 入 確 認(rèn) 鍵處 理 子 程 序進(jìn) 入 更 改 折 點(diǎn)處 理 子 程 序NNYYY返 回YYYYNNNNNYYNN設(shè) 置 小 數(shù) 點(diǎn) 標(biāo) 志 位并 送 顯 示是 小 數(shù)點(diǎn) 鍵 按下 嗎 ？YNN 圖 溫度 鍵 盤掃描處理子程序流程圖 在數(shù)字鍵處理子程序中，主要是如何實(shí)現(xiàn)的 鍵盤輸入數(shù)字的 移動(dòng)方向。當(dāng)鎖鍵盤標(biāo)志位和鍵標(biāo)志位都為 1 時(shí)，判斷是否是小數(shù)點(diǎn)鍵按下，若是則設(shè)置小數(shù)點(diǎn)標(biāo)志位并送顯示，否則判斷是否是數(shù)字鍵，要是則調(diào)用數(shù)字鍵處理子程序，要不是則判斷是否是其它功能鍵按下，若是則進(jìn)入相對應(yīng)的功能鍵處理子程序，處理完后退出鍵盤處理子程序。 等待按鍵釋放后，判斷是否是鎖鍵盤鍵按下了，若是則對 鎖 鍵盤 標(biāo)志位 取反，退出循環(huán) 。 圖中 CAN 控制器的復(fù)位，初始化，以及定時(shí)器 T0、中斷的初始化都是為溫度傳感器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī) 節(jié)點(diǎn)通信做準(zhǔn)備。溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的主 程序 流程圖如圖 。在鍵盤鎖開鎖后，只采樣兩路信號(hào)后不顯示出來，因?yàn)榇藭r(shí)鍵盤已經(jīng)占據(jù)數(shù)碼管顯示。 溫度傳感器節(jié)點(diǎn) 軟件設(shè)計(jì) 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)主要是分時(shí)采集兩路溫度信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 及標(biāo)度 變換送顯示，并判斷是否超限 ，根據(jù)判斷顯示結(jié)果。通過編寫 各功能子 程序，實(shí)行模塊化編程，這樣能提高編程效率，便于閱讀和修改 ，本設(shè)計(jì)實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)。上位機(jī)部分的監(jiān)測界面使用 VB 語言編程。 軟件設(shè)計(jì)的 主要 功能 是鍵盤、通信和信號(hào)采集的編程及程序的調(diào)試。預(yù)置時(shí)間為 。 V C CS O/ C S/ W PV S SR S TS C KS IA T 8 9 5 2P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S T+ 5+ 57 4 l s 3 2x 5 0 4 5+R 1R 2R 31 K1 0 K1 0 KC 12 2 μ FC 20 . 1 μ FS 圖 看門狗及復(fù)位電路 圖 電路中，復(fù)位信號(hào)共有 3 個(gè)：上電復(fù)位 (C R2)，人工復(fù)位 (S、 R R2)和watchdog 復(fù)位 (C R3)，通過或門綜合后加到 單片機(jī) RST 端。 X5045 芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通 過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。 X5045 在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表 所示。 wd1＝ 1， wd0=0； 預(yù)置時(shí)間為 。 wd1＝ 0， wd0=0，預(yù)置時(shí)間為 。 看門狗及復(fù)位電路 看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過 X5045 的狀態(tài)寄 存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。 本設(shè)計(jì)通過 4*4 矩陣鍵盤的 8 個(gè)輸出口與 89C52 的 P2 口的 8 個(gè)輸入 /輸出口相接， 4根列線與 、 、 、 相連接， 4 位行線與 、 、 、 相連接 。所以設(shè)定更改折點(diǎn)值的Tspot 鍵。 在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場中，熱電偶由于各種原因造成損壞，必須更換熱 電 偶，同時(shí)也有可能在同一個(gè)測溫點(diǎn)要測量的溫度范圍也有可能發(fā)生變化，需要更換不同類型的熱電偶，所以在本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中 可以在線更改熱電偶的線性化轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)值， 在更改熱 電 偶的兩端折點(diǎn)時(shí)也就更改了熱電偶的測溫范圍，這樣，在要更換不同類型的熱電偶或更改熱電偶的測溫范圍時(shí)，就可以不用更換系統(tǒng)其它的部分，只要通過鍵盤更改折點(diǎn)就可以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 了。盡管 KeyLock 鍵能防止鍵盤誤操作，但當(dāng)按錯(cuò)鍵時(shí)就退出鍵盤處理，比較麻煩，所以最好有一個(gè) Delete 取消鍵，用于在各個(gè)鍵之間切換，而不 退出鍵盤處理。 KeyLock 鍵是鎖鍵盤的，由于鍵盤不是經(jīng)常使用，而使用時(shí)必須占用數(shù)碼管顯示按下的鍵，同時(shí)也能防止鍵盤誤操作，有必要設(shè)定鎖鍵盤鍵。 鍵盤的鍵值設(shè)置如圖 所示。 鍵盤設(shè)置 本設(shè)計(jì)中由于用到的鍵數(shù)較多，所以使用 4*4 的矩陣鍵盤，使用軟件去抖。 當(dāng)對時(shí)間要求嚴(yán)格時(shí)，可以使用中斷掃描法。定時(shí)掃描方式是 CPU 每隔一定時(shí)間（如10ms）對鍵盤掃描一遍。鍵盤與單片機(jī)的 I/O 口連接時(shí)，單片機(jī)通過對 I/O 口進(jìn)行掃描，而對鍵盤進(jìn)行掃描的方法又可分為程控掃描法、中斷掃描法和定時(shí)掃描法。 在鍵數(shù)較 少時(shí) ，可以 使用獨(dú)立式鍵盤，即每個(gè)按鍵接一根輸入線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。這種方法雖然沒有編碼鍵速度快，但它不需要專用的硬件來支持，因此得到了廣泛的應(yīng)用 [7]。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。 根據(jù)顯示的需要，使用 5 位 LED 數(shù)碼管串口靜態(tài)顯示電路，數(shù)碼管使用共陰極接法 ，電路 如圖 所示。 而且單片機(jī)不用如動(dòng)態(tài)顯示那樣不間斷的去掃描，因而節(jié)省了大量機(jī)時(shí)，使單片機(jī)能運(yùn)行其它的程序 [7]。 靜態(tài)顯示就是在單片機(jī)一次輸出模型后，就能保持顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 示模型為止。但它占用機(jī)市時(shí)長，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立即停止顯示。但由于人的視覺有暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺所有的器件都在顯示。 動(dòng)態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對顯示器件進(jìn)行掃描。 LED數(shù)碼管由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，能顯示出各種字符，常用的器件有 7 段或“米”字型數(shù)碼管。二極管顯示主要用于報(bào)警顯示。其它電路連接如圖所示。由于只使用片內(nèi)存儲(chǔ)器，所以 /EA 接高電平。 接串口顯示的輸入端， 作為顯示的時(shí)鐘輸入。 X5045 的 RST 與上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位相或后接 89C52 的 RST；電容 C R65 構(gòu)成上電復(fù)位電路； R6開關(guān) SW R65 構(gòu)成手動(dòng)復(fù)位電路；當(dāng)任何一個(gè)復(fù)位生效時(shí)，通過或門就能使單片機(jī)復(fù)位。 TLC0832 的 CH0 和 CH1 分別和 K 型熱電偶和 AD590 的放大電路連接。 硬件電路連接 下邊主要設(shè)計(jì) 分析 單片機(jī)的電路連接，具體的分析在后面相關(guān)小節(jié)。該信號(hào)可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作 。 X5045 是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM 三種功能于一身的可編程控制電路。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗 復(fù)位 系統(tǒng)也癱瘓。 KPa，這已經(jīng)能夠滿足設(shè)計(jì)的要求， TLC0832 采用單 5V供電， 輸入范圍為 0～ 5V， 能分時(shí)采集兩路單端輸入信號(hào)或一路差分輸入信號(hào)，并且 TLC0832 還 具有 抗干擾性較好 等優(yōu)點(diǎn) ， 選用 TCL0832作為本設(shè)計(jì)的 A/D 采樣芯片。 A/D 芯片的選擇 本設(shè)計(jì)采集的溫度范圍為 0℃ ~400℃，壓力范圍為 0 ~30KPa，若使用分辨率為 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0832，最大不可調(diào)誤差為 177。 AT89C52 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，它是 8 位 CPU，具有 256 個(gè)字節(jié)片內(nèi) RAM 和 8K 片內(nèi) ROM，一個(gè)全雙工串行口， 3 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源和 2 個(gè)中斷優(yōu)先級， 32 根 I/O 口 [6]。 溫度節(jié)點(diǎn)和壓力節(jié)點(diǎn)中的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊的硬件部分基本是 一樣的，所以本章一起介紹 。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的測壓范圍為 0~30KPa，輸出的電壓范圍為 20mV~56mV，所 以放大倍數(shù)為 )2056(5 0 0 0 ???A vd （ ） 這樣在壓力節(jié)點(diǎn)采樣時(shí)，采樣來的 二進(jìn)制值是在 0~0xFF 之間，在軟件編程中，通過 0x00~0xFF 和 0~30KPa 之間的線形關(guān)系來求解壓力值。從而放大電路總的放大倍數(shù) )1(*)(*))()2(( 834621121 RRRRRRRWRRA v d WW ????? （ ） 代入阻值，可得 )1 0 01(*))(2 0 01( 31 WW RRA v d ???? （ ） 為使差動(dòng)放大電路的參數(shù)保持對稱，應(yīng)使兩個(gè)差分對基極對地的電阻一致，以免靜態(tài)基流流過這兩個(gè)電阻時(shí)，在運(yùn)放輸入端產(chǎn)生附加的偏差電壓，所以 A4 的正極接的電阻應(yīng)等于 RW3和 R8的并聯(lián)電阻。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 04 08 06 02 0輸 出 / m v壓 力 / K p a5 6理 論 曲 線實(shí) 際 曲 線M P X 5 3 D P1 02 03 0 4 0 5 0 圖 MPX53DP 壓力 輸出電壓曲線圖 放大電路 放大電路如圖 所示： 圖 MPX53DP 放大電路圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 放大電路用了 4 個(gè)放大器，前邊的 A A A3 及附屬的電阻組成了三運(yùn)放差分放大電路，在前邊的 AD590 溫度傳感器的放大電路中就用的三運(yùn)放差分放大電路，放大電路的分析可參照第 二 章 AD590 放大電路部分。 在一定范圍內(nèi)不用進(jìn)行補(bǔ)償。 圖 是 MPX53DP 壓力傳感器的壓力 輸出電壓曲線圖 ， MPX53DP 的測壓范圍為 0~50 KPa，對應(yīng)輸出的電壓為 20mV~80mV，靈敏度為 mV / KPa。這樣測得不平衡電橋的輸出電壓，就測出了膜片受到的壓力差的大小。 4 個(gè)電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)的電壓。膜片的四周用圓環(huán)（硅杯）固定，膜片的兩邊有兩個(gè)壓力腔，一 個(gè)是與被測系統(tǒng)相連接的高壓腔，另一個(gè)是低壓腔，一般與大氣相通。 因此，它是一種目前比較理想 的壓力傳感器。 壓力傳感器及其測溫原理 本設(shè)計(jì)采用的是 美國 MOTOROLA 公司的 MPX53DP 擴(kuò)散型壓阻式 壓力傳感器， 輸入信號(hào)為差壓信號(hào)，正端接待測壓力，負(fù)端與大氣相通。每隔一定時(shí)間把采樣值送 CAN總線接口與 CAN總線通信，最終送上位機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)線性放大的目的。相當(dāng)于 0℃時(shí)， AD590 在 1K 負(fù)載 上產(chǎn)生的電壓