【正文】 在 I2C總線上發(fā)送的每個(gè)字節(jié)，無(wú)論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個(gè)應(yīng)答位作為響應(yīng)。 I2C 總線上的每個(gè)器件都有一個(gè)獨(dú)特的 7 位地址以做出響應(yīng)。始條件是當(dāng)時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線從高到低的跳變停止條件則是當(dāng) 時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變。為了開始通信，主機(jī)在總線上形成一個(gè)開始條件，通常只有在時(shí)鐘線為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)線才允許改變狀態(tài)。多數(shù)時(shí)候總線是空閑的，不發(fā)生通信，而且兩條線均為高電平。當(dāng)主機(jī)從從機(jī)中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線主機(jī)總是驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘線。線上的脈沖以時(shí)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(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)鐘。一些器件既可作為主機(jī)又可作為從機(jī)，但只能作為從機(jī)?？偩€上的通信通常發(fā)生在兩個(gè)器 件之間，其中一個(gè)作為主機(jī)，另一個(gè)從機(jī)。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器 ADS1110 使用 ① I2C接口 通過(guò)一個(gè)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(duì)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(fù)輸入電壓以及 VDD 而言，輸出碼由以下表達(dá)式計(jì)算出。輸出碼是一個(gè)標(biāo)量值除電路削波以外，它與兩個(gè)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(dòng)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(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn) G1/2或 G1/4壓力接口，壓力量程為 2/20mA，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)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(duì)系統(tǒng)的微小壓力變化就能檢測(cè)出來(lái)。本文在直接壓力法的基礎(chǔ)上結(jié)合了單片機(jī)控制技術(shù)大連理仁大學(xué)碩士學(xué)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(jī)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(jì)思想。 系統(tǒng)的總體框圖 泄露模擬接口 顯 示 單 片 機(jī) 溫度變送器 壓力變送器 自檢閥 充氣閥 過(guò)濾器 排氣閥 被測(cè)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(gè)工作模型，圖描述的是系統(tǒng)的實(shí)際原理框圖。系統(tǒng)的充氣時(shí)間，平衡時(shí)間和測(cè)量時(shí)間均由測(cè)試程序設(shè)定。進(jìn)入測(cè)試菜單以后，當(dāng)接受到啟動(dòng)檢測(cè)的信號(hào)時(shí)就打開充氣閥和自檢閥對(duì)工件進(jìn)行充氣，充氣時(shí) 間結(jié)束系統(tǒng)進(jìn)入平衡等待時(shí)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(hào)進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)進(jìn)入檢測(cè)階段，檢測(cè)階段結(jié)束后系統(tǒng)將檢測(cè)的結(jié)果顯示到液晶上并保留結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)打開排氣閥將檢測(cè)氣體排出。此壓力輸出根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)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(cè)漏系統(tǒng)的總體工作模型示意圖。本系統(tǒng)采用單片機(jī)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(duì)外只提供了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口。另外傳統(tǒng)的直壓法測(cè)漏儀將壓力變送器選擇在被測(cè)件與自檢閥之間，控制器一般選擇微機(jī)。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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議必將引起資源的浪費(fèi)，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(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用 的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 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(yǔ)言。所以只需外擴(kuò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片如 MAX232 就可以實(shí)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(shí)現(xiàn)畫面卷動(dòng)、光標(biāo)、 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(shí)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(diǎn)陣型液晶來(lái)做系統(tǒng)的顯示模塊。 為便于操作人員對(duì)該儀器操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行通訊，滿足本系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)要求。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域和當(dāng)今的工業(yè)線程應(yīng)用中，位機(jī)仍然是主流機(jī)型。壓力變送器可以用來(lái)測(cè)量靜壓和動(dòng)壓，可以測(cè)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(cè)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(duì)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(jī)通訊模塊 由于每次測(cè)量系統(tǒng)都記錄了大量的數(shù)據(jù)，如壓力值，檢測(cè)結(jié)果等，這些數(shù)據(jù)都需要通過(guò)通訊接口送入上位機(jī)保存以方便日后的分析處理，本模塊通過(guò)單片機(jī)減壓閥 電磁閥 1 電磁閥 2 被測(cè)件 壓力傳感器 8 8 的標(biāo)準(zhǔn)接口將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到上位機(jī)。 （ 2）人機(jī)界面選擇模塊 傳統(tǒng)的檢測(cè)手段都是由人來(lái)做判斷，容易產(chǎn) 生誤判。 圖 21 直壓式氣體測(cè)漏原理圖 本課題的主要工作 本課題將單片機(jī)控制應(yīng)用到傳統(tǒng)的直接壓力式氣體測(cè)漏儀中，加入了液晶顯示和鍵盤輸入等模塊，提高了檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化水平，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，并且方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，本科題要實(shí)現(xiàn)的功能如下用一種簡(jiǎn)單高效的方法來(lái)檢測(cè)被測(cè)工件的氣體泄漏特性高精度壓力檢測(cè)，可以最小檢測(cè)的壓力變化，檢測(cè)量程為 020BAR，壓力差檢測(cè) 精度為 %將每次檢測(cè)結(jié)果顯示并保存，通過(guò)通訊接口送上位機(jī)以便日后統(tǒng)計(jì)，分析零點(diǎn)漂移的克服。當(dāng)測(cè)量階段結(jié)束后將被測(cè)件內(nèi)的 氣體放掉，這階段為放氣階段。系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)量階段，如果有氣體從被測(cè)工件中泄漏出去，必將引起壓力下降。由于溫度的變化，也會(huì)導(dǎo)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(cè)量階段獲得可重現(xiàn)的測(cè)量條件 ，檢測(cè)系統(tǒng)在充氣后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定，以便消除被測(cè)腔內(nèi)氣流紊亂造成的誤差，以及由檢測(cè)氣體所引起的溫度變化。測(cè)量主要分為四個(gè)過(guò)程，即充氣過(guò)程、平衡過(guò)程、測(cè)量過(guò)程和放氣過(guò)程。圖給出了測(cè)量的四個(gè)階段被測(cè)件內(nèi)的壓力變化。都是由充氣、平衡、測(cè)量和放氣四個(gè)過(guò)程組成。因此在我們對(duì)測(cè)量精度要求不高時(shí)我們還是應(yīng)該盡量 選擇直接壓力法，但當(dāng)我們對(duì)精度有較高要求時(shí)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(yuǎn)高于直接壓力法，但由于差壓法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還必須有一個(gè)全密封的標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)配合使用，給測(cè)量帶來(lái)了很大的不便。因分解能力高，即使測(cè)量時(shí)間短也可高效的檢出，因此，通過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的加壓穩(wěn)定，對(duì)由氣體溫度和變形等引起的誤差將減少。而且檢出時(shí)間長(zhǎng)，受溫度影響和變形影響大，對(duì)于不同的測(cè)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(jì) 系統(tǒng)整體功能介紹 對(duì)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(cè)量原理相同，都是在氣體泄漏會(huì)導(dǎo)致被測(cè)件內(nèi)壓力變化的條件下，基于被測(cè)件內(nèi)壓力變化原理進(jìn)行測(cè)量。具有方便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。常用的氣體測(cè)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(cè)漏技術(shù)的國(guó)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(yàn)結(jié)果分析，提出了系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)以及發(fā)展方向。給出了詳細(xì)的電路圖解，并對(duì)其中的相關(guān)技術(shù)給出了詳細(xì)的介紹 。提出了本課題的總體設(shè)計(jì)構(gòu)想，最后給出了整個(gè)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(cè)漏技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后介紹了本課題的主要特色 。 被測(cè)件 空氣源 微小流量 泄露 壓力表 被測(cè)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(wú)法克服的零點(diǎn)漂移的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的測(cè)試精度。 上述檢測(cè)方法的測(cè)試性能對(duì)比見表 11: 表 11各種檢測(cè)方法的性能對(duì)比 序號(hào)測(cè)試方法 自動(dòng)化 檢測(cè)能力 可靠性 壽命 適用性 經(jīng)濟(jì)性 氣泡檢測(cè)法 不好 好 不好 好 特好 不太好 流量檢測(cè)法 好 不好 好 好 好 好 直壓式檢測(cè)法 好 不太好 好 特好 不太好 好 差壓式檢測(cè)法 好 好 好 特好 特好 好 氦元素檢測(cè)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(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究”是對(duì)傳統(tǒng)氣體測(cè)漏方法的一種改進(jìn)和新的嘗試，其特色主要在以下幾點(diǎn) : 一是加入了單片機(jī)作為控制核心。 (5)氦氣測(cè)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(cè)件，且將被測(cè)件放入密封容器，通過(guò)氦元素檢測(cè)裝置測(cè)量密封容器里氦元素的含量來(lái)分析被測(cè)件泄漏量的大小。如圖 13所示： 圖 13 壓力檢測(cè)法 (4)差壓測(cè)試法 (The leak detecting method by air pressure difference) 對(duì)被測(cè)件和標(biāo)準(zhǔn)件同時(shí)充入壓縮氣體，由高精度的差壓傳感器測(cè)出被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件之間的壓力差。而且由壓力的下降值就可以計(jì)算泄漏量的大小。如圖 11所示 : 圖 11 氣泡檢測(cè)法 (2)流量測(cè)試法 (The leak detecting method by air flow meter) 當(dāng)氣源對(duì)被測(cè)件充氣完畢后，如果被測(cè)件有泄漏，整個(gè)密封系統(tǒng)就會(huì)有氣體的流動(dòng)，泄漏量與流量相同，用微小流量測(cè)試儀就可以測(cè)出泄漏量。氣泡法是指將被測(cè)件密封后放入水中，然后觀察氣泡的產(chǎn)生情況來(lái)判斷泄漏量的大小的方法。下面對(duì)這幾種檢測(cè)原理分別作簡(jiǎn)單介紹。 常用氣體測(cè)漏方法 隨著測(cè)漏技術(shù)的發(fā)展，測(cè)漏儀的種類也越來(lái)越多。它研制、生產(chǎn)及銷售 ALT 系列泄漏檢測(cè)儀、檢測(cè)專機(jī)及自動(dòng)化泄漏檢測(cè)線。它由耐高壓的差壓傳感器， 高性能的氣動(dòng)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(cè)試。 （ 2）美國(guó) USON 的公司 美國(guó) USON也生產(chǎn)很多種類型的測(cè)漏儀，它的 4000系列提供了多種檢測(cè)模式，同時(shí)考慮到了測(cè)漏性能、泄漏量、以及針對(duì)實(shí)際中不同被測(cè)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(duì)操作者要求不高，其 4000 系列 3 3 還具有較快的測(cè)試速度和較高的靈敏度。它生產(chǎn)的測(cè)漏儀能找到零件上導(dǎo)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(shí) ?，F(xiàn)在生產(chǎn)氣體測(cè)漏儀的廠家很多，產(chǎn)品也能滿足不同測(cè)試條件的要求。 國(guó)內(nèi)外研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用 隨著測(cè)漏技術(shù)的發(fā)展，氣體測(cè)漏儀的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。從控制方法上來(lái)看，控制手段越來(lái)越多，如單片機(jī)控制、控制、計(jì)算機(jī)控制等等，測(cè)漏儀的操作界面也越來(lái)越人性化，而且操作越來(lái)越方便。氣壓法檢測(cè)由于采用空氣作為檢測(cè)介質(zhì)，因此不會(huì)產(chǎn)生污染，而且檢測(cè)方便、不需特殊儀器。還有一些廠家用特殊氣體來(lái)檢測(cè)泄漏 位置，但是特殊氣體泄漏會(huì)造成環(huán)境污染。從檢測(cè)性質(zhì)的本身來(lái)看，發(fā)展方向主要在于如何縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量精度，降低產(chǎn)品價(jià)格，再就是如何確定泄漏的位置。它們的測(cè)量效率較低，很難應(yīng)用在生產(chǎn)線上，如何實(shí)現(xiàn)測(cè)量的快速性問(wèn)題，是當(dāng)前氣體測(cè)漏儀所要解決的首要問(wèn)題。而且他們的產(chǎn)品的性能也好一些，精度也要高一些。測(cè)漏技術(shù)的發(fā)展對(duì)我們產(chǎn)品質(zhì)量的提高有著很大的促進(jìn)作用，同時(shí)提高了工作效率，節(jié)省了大量的人力物力，在泄漏測(cè)量自動(dòng)化方面實(shí)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(lái)代替真實(shí)介質(zhì)，對(duì)被測(cè)工件充氣加壓或抽真空介質(zhì)為空氣，然后對(duì)其壓力或差壓與比較容器 2 2 之間進(jìn)行取樣分析，從而判斷工件是否泄漏，這種方法清潔、無(wú)污染，而且簡(jiǎn)單易行，給實(shí)際生產(chǎn)生活帶來(lái)了極 大的方便，得到了一定的推廣。由于泄漏造成被測(cè)件內(nèi)氣體質(zhì)量減少，這樣必然引起被測(cè)件內(nèi)氣體的一些參數(shù)發(fā)生變化。國(guó)內(nèi)外廣為采用的方法為水沒(méi)法，又稱濕式檢測(cè)法，就是將充入一定壓力氣體的工件浸沒(méi)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(jì)其泄漏程度。隨著測(cè)漏技術(shù)的發(fā)展，氣體測(cè)漏儀的研究使測(cè)漏技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，如何快速檢測(cè)泄漏又稱氣密性試，長(zhǎng)期以來(lái)一直是科研和實(shí)踐 領(lǐng)域的重要課題。氣密性檢測(cè)作為檢測(cè)方式的一種，在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面起著越來(lái)越重要的作用?？偨Y(jié)了本文的特點(diǎn)及不足，為快速性測(cè)量提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。同時(shí)，給 出了各程序模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。硬件電路主要包括 :壓力信號(hào)采集電路、溫度信號(hào)采集電路、鍵盤及顯示電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、電源電路和控制電路的設(shè)計(jì)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣密性檢測(cè)的自動(dòng)