【正文】 I2C總線上發(fā)送的每個字節(jié)，無論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個應(yīng)答位作為響應(yīng)。 I2C 總線上的每個器件都有一個獨特的 7 位地址以做出響應(yīng)。始條件是當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線從高到低的跳變停止條件則是當 時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變。為了開始通信，主機在總線上形成一個開始條件，通常只有在時鐘線為低電平時，數(shù)據(jù)線才允許改變狀態(tài)。多數(shù)時候總線是空閑的，不發(fā)生通信，而且兩條線均為高電平。當主機從從機中讀取數(shù)據(jù)時，從機驅(qū)動數(shù)據(jù)線當主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，主機驅(qū)動數(shù)據(jù)線主機總是驅(qū)動時鐘線。線上的脈沖以時鐘將位一位一位地移入接收器的移位寄存器中。為了在總線上傳送位數(shù)據(jù)，須在為 SCL 低電平時，驅(qū)動線至該位的電平為低則表明該位為 “0”，為高則表明該位為 “1”。 SDA 傳送數(shù)據(jù)， SCL 是時鐘。一些器件既可作為主機又可作為從機，但只能作為從機?？偩€上的通信通常發(fā)生在兩個器 件之間，其中一個作為主機，另一個從機。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器 ADS1110 使用 ① I2C接口 通過一個內(nèi)部集成電路 I2C 接口通信。 DDinin V VVP G A1 ）（）（最小碼）（輸出碼 ?????? (31)對最小碼的最小輸出碼、可編程增益放大器的增益設(shè)置、 V+與 V的正負輸入電壓以及 VDD 而言，輸出碼由以下表達式計算出。輸出碼是一個標量值除電路削波以外，它與兩個模擬輸入端的壓差成比例。在單周期轉(zhuǎn)換方式中，在一次轉(zhuǎn)換之后自動掉電，在空閑期間極大地減少了電流消耗。片內(nèi)可編程的增益放大器 PGA。滿足了系統(tǒng)的量程范圍與精度要求。其壓力精度滿 足%FOC滿量程調(diào)節(jié)，對外提供標準 G1/2或 G1/4壓力接口，壓力量程為 2/20mA，輸出信號為標準兩線制。而且壓力量程必須滿足 2/20mA 的系統(tǒng)量程范圍。要求對系統(tǒng)的微小壓力變化就能檢測出來。本文在直接壓力法的基礎(chǔ)上結(jié)合了單片機控制技術(shù)大連理仁大學碩士學位論文提出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖，并根據(jù)原理框圖分析了傳感器、人機界面和串口 通訊等關(guān)鍵技術(shù)的選取原則。 本章小結(jié) 本章介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計思想。 系統(tǒng)的總體框圖 泄露模擬接口 顯 示 單 片 機 溫度變送器 壓力變送器 自檢閥 充氣閥 過濾器 排氣閥 被測件 氣源 減壓閥 11 11 圖 24 系統(tǒng)總框圖 圖 24給出 的只是系統(tǒng)的一個工作模型，圖描述的是系統(tǒng)的實際原理框圖。系統(tǒng)的充氣時間，平衡時間和測量時間均由測試程序設(shè)定。進入測試菜單以后，當接受到啟動檢測的信號時就打開充氣閥和自檢閥對工件進行充氣，充氣時 間結(jié)束系統(tǒng)進入平衡等待時間，平衡階段結(jié)束系統(tǒng)開始采集壓力傳感器和溫度傳感器的信號進行檢測，系統(tǒng)進入檢測階段，檢測階段結(jié)束后系統(tǒng)將檢測的結(jié)果顯示到液晶上并保留結(jié)果數(shù)據(jù)，同時打開排氣閥將檢測氣體排出。此壓力輸出根據(jù)不同的檢測對象而不同。 10 10 圖 23 系統(tǒng)總體工作模式型示意圖 圖 23所示為基于直接壓力法的氣體測漏系統(tǒng)的總體工作模型示意圖。本系統(tǒng)采用單片機作為控制器，液晶顯示，并將壓力變送器的位置擇在充氣閥和自檢閥之間，對外只提供了兩個標準的接口。另外傳統(tǒng)的直壓法測漏儀將壓力變送器選擇在被測件與自檢閥之間，控制器一般選擇微機。自定義協(xié)議提高了系統(tǒng)的通信效率又能保證系統(tǒng)的正確傳輸。若采用 MODBUS 標準協(xié)議必將引起資源的浪費，降低通訊效率。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用 的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。 支持串行通訊的工業(yè)協(xié)議主要是協(xié)議，協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。所以只需外擴一個驅(qū)動芯片如 MAX232 就可以實現(xiàn)串行通訊的功能。由于具有與、系列相適配的接口，并有專用的指令集，可以實現(xiàn)畫面卷動、光標、 9 9 閃爍、位操作等，足以滿足本系統(tǒng)文本顯示或圖形顯示的功能，此外，該液晶可管理的顯示緩沖區(qū)，并可外接字符發(fā)生器，可同時顯示行漢字字符，是該系統(tǒng)的理想顯示模塊。由于所要顯示的漢字較多，且為了便于操作人員觀察，本系統(tǒng)采用大連東顯公司生產(chǎn)的字符點陣型液晶來做系統(tǒng)的顯示模塊。 為便于操作人員對該儀器操作，系統(tǒng)設(shè)計了鍵盤輸入模塊。并具有全雙工串行口線，可以方便的與外界進行通訊，滿足本系統(tǒng)的各種性能指標要求。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機領(lǐng)域和當今的工業(yè)線程應(yīng)用中，位機仍然是主流機型。壓力變送器可以用來測量靜壓和動壓，可以測量任何可與不銹鋼，或兼容的液體氣體介質(zhì)，按不同的要求可以選擇不同的密封材料，壓力量程為一精度滿足全量程調(diào)節(jié)，是本系統(tǒng)的理想傳感器。 檢 測控制模塊 本系統(tǒng)主要采集氣體壓力，壓力傳感器主要針對氣體介質(zhì)，因此，為了提高系統(tǒng)的精度應(yīng)盡量選取高精度的壓力傳感器。 （ 3）串口及上位機通訊模塊 由于每次測量系統(tǒng)都記錄了大量的數(shù)據(jù)，如壓力值，檢測結(jié)果等，這些數(shù)據(jù)都需要通過通訊接口送入上位機保存以方便日后的分析處理，本模塊通過單片機減壓閥 電磁閥 1 電磁閥 2 被測件 壓力傳感器 8 8 的標準接口將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到上位機。 （ 2）人機界面選擇模塊 傳統(tǒng)的檢測手段都是由人來做判斷，容易產(chǎn) 生誤判。 圖 21 直壓式氣體測漏原理圖 本課題的主要工作 本課題將單片機控制應(yīng)用到傳統(tǒng)的直接壓力式氣體測漏儀中，加入了液晶顯示和鍵盤輸入等模塊，提高了檢測過程的自動化水平，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，并且方便數(shù)據(jù)的存儲和分析，本科題要實現(xiàn)的功能如下用一種簡單高效的方法來檢測被測工件的氣體泄漏特性高精度壓力檢測，可以最小檢測的壓力變化，檢測量程為 020BAR，壓力差檢測 精度為 %將每次檢測結(jié)果顯示并保存，通過通訊接口送上位機以便日后統(tǒng)計，分析零點漂移的克服。當測量階段結(jié)束后將被測件內(nèi)的 氣體放掉，這階段為放氣階段。系統(tǒng)進入測量階段，如果有氣體從被測工件中泄漏出去，必將引起壓力下降。由于溫度的變化，也會導致壓力的變化在平衡階段，電磁閥關(guān)閉，電磁閥打開。為了在測量階段獲得可重現(xiàn)的測量條件 ，檢測系統(tǒng)在充氣后必須經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定，以便消除被測腔內(nèi)氣流紊亂造成的誤差，以及由檢測氣體所引起的溫度變化。測量主要分為四個過程，即充氣過程、平衡過程、測量過程和放氣過程。圖給出了測量的四個階段被測件內(nèi)的壓力變化。都是由充氣、平衡、測量和放氣四個過程組成。因此在我們對測量精度要求不高時我們還是應(yīng)該盡量 選擇直接壓力法，但當我們對精度有較高要求時我們就應(yīng)該考慮采用差壓法。 從以上比較不難看出，差壓法的精度遠高于直接壓力法，但由于差壓法結(jié)構(gòu)復雜，而且還必須有一個全密封的標準件來配合使用，給測量帶來了很大的不便。因分解能力高，即使測量時間短也可高效的檢出，因此，通過足夠長時間的加壓穩(wěn)定，對由氣體溫度和變形等引起的誤差將減少。而且檢出時間長，受溫度影響和變形影響大，對于不同的測試壓 力要求，要采用適用壓力范圍不同的傳感器。 6 6 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)整體功能介紹 對直壓法和差壓法的分析 直接壓力法和差壓法為目前較為常用的兩種方法，它們的測量原理相同，都是在氣體泄漏會導致被測件內(nèi)壓力變化的條件下，基于被測件內(nèi)壓力變化原理進行測量。具有方便、無污染等優(yōu)點。常用的氣體測漏方法還有流量法、直接壓力法、差壓 法、和氦元素法。 本章小結(jié) 本章概述了氣體測漏技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和目前的發(fā)展方向。 第五章介紹了試驗結(jié)果分析，提出了系統(tǒng)的創(chuàng)新點以及發(fā)展方向。給出了詳細的電路圖解，并對其中的相關(guān)技術(shù)給出了詳細的介紹 。提出了本課題的總體設(shè)計構(gòu)想，最后給出了整個系統(tǒng)的整體工作模型和框圖 。 本文分為六部分 : 第一章緒論，首先闡述了提出本課題的背景，然后介紹了氣體測漏技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后介紹了本課題的主要特色 。 被測件 空氣源 微小流量 泄露 壓力表 被測件 空氣源 5 5 二是提出了一種二次采集的控制方法，有效地克服了許 多模擬儀器無法克服的零點漂移的問題，提高了系統(tǒng)的測試精度。 上述檢測方法的測試性能對比見表 11: 表 11各種檢測方法的性能對比 序號測試方法 自動化 檢測能力 可靠性 壽命 適用性 經(jīng)濟性 氣泡檢測法 不好 好 不好 好 特好 不太好 流量檢測法 好 不好 好 好 好 好 直壓式檢測法 好 不太好 好 特好 不太好 好 差壓式檢測法 好 好 好 特好 特好 好 氦元素檢測法 好 特好 好 不太好 不太好 不好 論文主要內(nèi)容與本文結(jié)構(gòu) 本課題“基于單片機的氣體測漏儀的研究”是對傳統(tǒng)氣體測漏方法的一種改進和新的嘗試，其特色主要在以下幾點 : 一是加入了單片機作為控制核心。 (5)氦氣測量方法 (The leak detecting method by helium mass measurement) 將混有氦元素的壓縮氣體充入被測件，且將被測件放入密封容器，通過氦元素檢測裝置測量密封容器里氦元素的含量來分析被測件泄漏量的大小。如圖 13所示： 圖 13 壓力檢測法 (4)差壓測試法 (The leak detecting method by air pressure difference) 對被測件和標準件同時充入壓縮氣體，由高精度的差壓傳感器測出被測件與標準件之間的壓力差。而且由壓力的下降值就可以計算泄漏量的大小。如圖 11 所示 : 圖 11 氣泡檢測法 (2)流量測試法 (The leak detecting method by air flow meter) 當氣源對被測件充氣完畢后，如果被測件有泄漏，整個密封系統(tǒng)就會有氣體的流動，泄漏量與流量相同，用微小流量測試儀就可以測出泄漏量。氣泡法是指將被測件密封后放入水中，然后觀察氣泡的產(chǎn)生情況來判斷泄漏量的大小的方法。下面對這幾種檢測原理分別作簡單介紹。 常用氣體測漏方法 隨著測漏技術(shù)的發(fā)展，測漏儀的種類也越來越多。它研制、生產(chǎn)及銷售 ALT 系列泄漏檢測儀、檢測專機及自動化泄漏檢測線。它由耐高壓的差壓傳感器， 高性能的氣動閥等構(gòu)成真空回路，功能齊全，性能可靠，能適應(yīng)各種不同條件下的測試。 （ 2）美國 USON 的公司 美國 USON也生產(chǎn)很多種類型的測漏儀，它的 4000系列提供了多種檢測模式，同時考慮到了測漏性能、泄漏量、以及針對實際中不同被測物的容積及泄漏大小提供了相應(yīng)的產(chǎn)品而且其操作界面非常友好、對操作者要求不高，其 4000 系列 3 3 還具有較快的測試速度和較高的靈敏度。它生產(chǎn)的測漏儀能找到零件上導致泄漏的孔的位置，泄漏量使用范圍自 10N9 毫升至升 10000 升 /小時 ?，F(xiàn)在生產(chǎn)氣體測漏儀的廠家很多，產(chǎn)品也能滿足不同測試條件的要求。 國內(nèi)外研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用 隨著測漏技術(shù)的發(fā)展，氣體測漏儀的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。從控制方法上來看，控制手段越來越多，如單片機控制、控制、計算機控制等等，測漏儀的操作界面也越來越人性化，而且操作越來越方便。氣壓法檢測由于采用空氣作為檢測介質(zhì)，因此不會產(chǎn)生污染，而且檢測方便、不需特殊儀器。還有一些廠家用特殊氣體來檢測泄漏 位置，但是特殊氣體泄漏會造成環(huán)境污染。從檢測性質(zhì)的本身來看，發(fā)展方向主要在于如何縮短測量時間，提高測量精度，降低產(chǎn)品價格，再就是如何確定泄漏的位置。它們的測量效率較低，很難應(yīng)用在生產(chǎn)線上，如何實現(xiàn)測量的快速性問題，是當前氣體測漏儀所要解決的首要問題。而且他們的產(chǎn)品的性能也好一些，精度也要高一些。測漏技術(shù)的發(fā)展對我們產(chǎn)品質(zhì)量的提高有著很大的促進作用，同時提高了工作效率，節(jié)省了大量的人力物力，在泄漏測量自動化方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。其中最為常用的兩種方法就是直接壓力法和差壓法，它們都是以壓縮空氣來代替真實介質(zhì)，對被測工件充氣加壓或抽真空介質(zhì)為空氣，然后對其壓力或差壓與比較容器 2 2 之間進行取樣分析，從而判斷工件是否泄漏，這種方法清潔、無污染，而且簡單易行，給實際生產(chǎn)生活帶來了極 大的方便，得到了一定的推廣。由于泄漏造成被測件內(nèi)氣體質(zhì)量減少，這樣必然引起被測件內(nèi)氣體的一些參數(shù)發(fā)生變化。國內(nèi)外廣為采用的方法為水沒法，又稱濕式檢測法，就是將充入一定壓力氣體的工件浸沒在水中然后由人工觀察的方法，判斷是否有氣泡產(chǎn)生，并由氣泡產(chǎn)的多少估計其泄漏程度。隨著測漏技術(shù)的發(fā)展，氣體測漏儀的研究使測漏技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，如何快速檢測泄漏又稱氣密性試，長期以來一直是科研和實踐 領(lǐng)域的重要課題。氣密性檢測作為檢測方式的一種，在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面起著越來越重要的作用。總結(jié)了本文的特點及不足，為快速性測量提供了現(xiàn)實依據(jù)。同時，給 出了各程序模塊的設(shè)計思想和流程圖。硬件電路主要包括 :壓力信號采集電路、溫度信號采集電路、鍵盤及顯示電路、電磁閥驅(qū)動電路、電源電路和控制電路的設(shè)計和原理分析 。給出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖。克服了傳統(tǒng)方法易受主觀因素的影響等缺點，實現(xiàn)了氣密性檢測的自動化