【正文】 稱流速壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 17 淬裝飾振蕩）雙是在高頻振蕩 的振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。 其電路如圖 所示。當發(fā)射機沒有按鍵按下時， PT2262 不接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當 17 腳為高電 平期間 三極管導通， 315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號， 信號從天線 L1 發(fā)射出去。 發(fā)射模塊是采用 PT2262 進行編碼。 無線模塊主要分為兩部分 ——發(fā)射 模塊和接收模塊。 ISD1760 的 SPI 模式電路如圖 所示 。另外， SET_PLAY， SET_REC， SET_ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的開始和結(jié)束地址。 ISD1760 作為從機，所有的操作都通過這個 SPI 協(xié)議來完成，包括定點播放語音等。 SPI 模式是主控單片機與 ISD1760 芯片進行 SPI 通信，從而實現(xiàn)單片機對 ISD1760 芯片的控制，鑒于本設(shè)計的語音播報必需有一定的智能功能，所以選擇了 ISD1760 芯片工作在 SPI 模式。音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價廉物美 可利用振蕩電阻來自定芯片的采樣頻率，從而決定芯片的錄放時間和錄放音質(zhì)，而芯片的采樣率可以通過外部振蕩電阻來調(diào)節(jié)， ISD1760 的采樣率調(diào)節(jié)表如 表 所示。有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式 ISD1760語音芯片的特點： 這些功能僅僅通過按鍵就可完成。鑒于兩種模式實現(xiàn)的功能一致，本設(shè)計中采用單片機輸出模擬按鍵信號實現(xiàn)對語音芯片的控制。 廣師天河學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 表 LCD12864 引腳功能 語音模塊 本設(shè)計語音模塊所采用的是 ISD1760芯片， ISD1760語音芯片是 Winboad（華邦公司）推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系 統(tǒng)功能。 圖 LCD12864 引腳圖 LCD12864 的每一個 引腳 都具有特定的功能，其中部分引腳具有第二功能， 通過單片機控制各引腳，選擇 LCD12864 所需要的工作方式 。第 7 引腳到第 14 引腳（ D0~D8）與單片機的 P2 口相接。 LCD12864 與單片機 AT89S52 之間的引腳如圖 所示，其中第 3 引腳為顯示字的對比度調(diào)整，通過調(diào)整可調(diào)電阻 R18 的阻值改變對比度 ， R18 的阻值越高，對比度就越高，所顯示的字就越清楚 。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都 要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 帶中文字庫的 LCD12864 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。 CLK 引腳與單片機的 ALE 引腳相接。其中 AD0~AD7 與單片機的 P1 口相接， AD0 為高位。因ADC0809 的內(nèi)部沒有時電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，而在本設(shè)計中， CLK 引腳接在單片機 AT89S52 的 ALE 引腳上，其頻率為 1MHz， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入，分別接電源和地 [7]。 D7～ D0 為數(shù)字量輸出線。 OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。通道選擇表如表 所示。本設(shè)計所選擇的是 IN0 通道，因此 A、 B、 C 地址選擇為 0、 0、 0。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。在本設(shè)計中，壓力傳感器輸出的模擬信號所選擇的輸入通道為 IN0。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù) 。它由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 圖 壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 流速壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 11 圖 壓力傳感器引腳接法圖 AD轉(zhuǎn)換 由于壓力傳感 器輸出的電壓是 0~5v 的模擬電壓信號，單片機無法對模擬信號直接進行處理，因此需要一個將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的器件，在本次設(shè)計中，采用的是ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。在本設(shè)計中采用的是一個阻值為 的電阻。該壓力傳感器的第 2 引腳為信號輸出腳，它與 AD 轉(zhuǎn)換模塊 AD0809 芯片的第 26 引腳（ IN0）相接。 本次設(shè)計所采用的壓力傳感器的測量范圍是 0—— 1000mm 水柱 ，壓力傳感器的輸出的信號是模擬信號， 電壓輸出 范圍為 0V～ 5V；線性度 為 %。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式壓力傳感器中不可缺少的幾個主要部分。 在本次設(shè)計中，壓力傳感器是采用電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變式傳感器是基于這樣一個工作原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，為了使壓力測量在任何溫度下都能保持準確，在傳感器中加上一個溫度補償電路，保持壓力測量的準確性。其電路原理圖如圖 所示。就可以得到通過流速模塊的流體流速。在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口。流速模塊的工作原理為：流體通過流速模塊，就會在流量計進出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。這個空間由儀表殼的內(nèi) 壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪上的小磁片每次垂直經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件就會產(chǎn)生一個脈沖信號， 通過固定的小容積來反復計量通過流量計的流體體積，再流速壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 9 將流體體積除以進水管的表面積就可以得到流體的流速。若測出單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運動速度。 流速模塊 本設(shè)計的流速傳感器是采用霍爾元件，如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預定位置有規(guī)律地布置在物體上，當裝在運動物 體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。 圖 復位電路 當 RST 保持兩個機器周期以上的高電平時單片機自動復位，其復位的方式有兩種： 上電復位：上電瞬間，電容充電電流最大， 電容相當于短路， RST 端為高電平，自動復位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，RST 端為低電平，程序正常運行。同時采用一個點觸型按鍵與電容相并，這種復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作 [4]。 其電路如圖 所示。 直流穩(wěn)壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電，一般由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成。打開電源開關(guān)如果電源正常工 作則 LED 電源指示燈亮，如果電源電路不正常工作，則 LED 電源指示燈不會亮。其電路如圖 所示。采用 12M 晶振，則單片機的機器周期 T=為 1us，頻率為 12MHz，既單片機每執(zhí)行一條指令的時間為 1us。 圖 主控制 AT89S52 芯片和引腳接法圖 流速壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 7 晶振電路 晶振電路以外部方式為單片機提 供時鐘信號。在本設(shè)計中采用了一個 10K的排阻。其與語音模塊之間的引腳連接如圖 。第 15引腳（ PSB）接到單片機的 。其與 LCD12864之間的引腳接線如圖 ，其中 LCD12864的數(shù)據(jù)引腳 D0~D7（ 7引腳到 14引腳）與單片機的 P2口相接， D0為低位。其與流速模塊之間的接線如圖 ，流速模塊的數(shù)據(jù)輸出引腳接到 AT89S52的 。 AD0809的第 10腳（ CLK）與單片機的 30腳（ ALE）相接， 6腳（ START）和 22腳（ ALE）與單片機的 ， 7腳（ EOC）接到單片機的 ， 9腳（ OE）接到單片機的 。再通過算法將壓力信號轉(zhuǎn)換成 實際的壓力數(shù)值。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 提供 了 高靈活、超有效的解決方案 [3]。同時 AT89S52單片機 具有8K在 系統(tǒng)可編程 的 Flash 存儲器 。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖 所示。綜合各個方面，采用方案三是最理想的選擇。 方案總結(jié) 由于設(shè)計是屬于測量管道的流體流速，因此采用方案一用超聲波測流速會有較大的誤差，而在管道中加上一個轉(zhuǎn)輪，在本設(shè)計中不會對流體流速產(chǎn)生大的影響。采用LCD12864可以 實現(xiàn)中文字符的顯示，對于觀察數(shù)據(jù)有很好的幫助，而且相對功耗比較小。 以 AT89S52單片機和霍爾傳感器再加上 LCD12864液晶顯示的設(shè)計 優(yōu)點： 51單片機具有高效能，資源占用率低等特點。而且數(shù)碼管的功耗較大，不適合長久性的數(shù)據(jù)采集。 缺點：測量流速時必需在流體中加上一個帶小磁片的轉(zhuǎn)輪，流體的流動會推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，而每當小磁片 通過霍爾元件時就會產(chǎn)生一個脈沖信號，通過計算脈沖信號的頻率就可以測出水流的流速。所以在測量小流量的流體流速或流速較慢的流體流速時， AT89S52單片機就會出現(xiàn)很大的誤差。 方案比較 以 AT89S52單片機和超聲波測速儀的設(shè)計 優(yōu)點：采用超聲波測速測量流速數(shù)據(jù)方便，它的原理是發(fā)射一束超聲波，在遇到流體時，超聲波會發(fā)生多普勒頻移 現(xiàn)象，并有部分超聲波會放射回接收端，通過計算發(fā)射出的超聲波和接收到的超聲波之間的頻率差就可以計算出流速，因此不會影響水流的流動。第二種方案是采用 AT89S52單片機和霍爾傳感器再加上數(shù)碼管顯示。也提高了整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性和整體功耗。因此 , 該設(shè)計采用單片機作為控制器，通過傳感器對壓力和流速數(shù)據(jù)進行采集，再利用 液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù) 。 因此具有高效、高性能的測試方法和測試設(shè)備是井下環(huán)境數(shù)據(jù)分析所必備的，計算機 雖然 功能強大 , 可以幫助我們解決這一難題 , 但由于計算機 太過 笨重 , 攜帶不方便 , 對現(xiàn)場工況條件要求較高 , 抗干擾能力較差 , 通常無法勝任于條件惡劣的環(huán)境。把各種傳廣師天河學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 感器與計算機連接起來 。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合高精度、高性能的數(shù)據(jù)采集儀的應(yīng)用，使得多路數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化，大量的數(shù)據(jù)采集和分析由計算機自動完成，提高了測量精度。例如：通過對油井內(nèi)部的原油壓力和流速數(shù)據(jù)進行采集和分析，這對于提高油井的產(chǎn)量有十分重要的意義；通過礦井井壁壓力、礦井周圍水流流速等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，將有利于建立 礦難預警機制，減少礦難造成的損失。這其中有很多地方需要對各種數(shù)據(jù)進行采集，如 壓力、流速、 液位、溫度 、 頻率等。 在礦業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各種行業(yè)，尤其是在對信息實時性能要求較高或者惡劣的數(shù)據(jù)采集環(huán)境中更突出其應(yīng)用的必要性。它是連接計算機與外部物理世界的橋梁?？傊E不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟效益就越大。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采 集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。以及現(xiàn)代科學技術(shù)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 AT89S52 目 錄 1 引言 ......................................................................................................................................... 1 課題的目的和意義 ...................................................................................................... 1 課題背景 ...................................................................................................................... 1 2 設(shè)計方案與選取 ..................................................................................................................... 3 方案比較 ..................................................................................................................... 3 以 AT89S52 單片機和超聲波測速儀的設(shè)計 ....................................