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基于51單片機的壓力過程控制系統(tǒng)設計-文庫吧資料

2024-08-16 21:35本頁面
  

【正文】 行校正。仿真圖如下: 18 圖 鍵盤顯示電路 鍵盤顯示采用人性化設計,本設計給鍵盤設置以下功能: START 鍵: 該鍵用于啟動電路工作,只有按下此鍵,電路才能進入工模 式,才能實現(xiàn)其他相應功能; STOP 鍵: 停止鍵用于關閉工作電路,按下之后電路停止工作; DISSET 鍵: 用于查詢輸入的給定值;按下之后顯示系統(tǒng)的給定值; SET 鍵: 該鍵用于設定給定值,對于控制電路,給定值會隨實際情況不同而定,按下此鍵,可以進入給定值輸入模式,數(shù)值范圍為 15KP115KP,五位有效值,還有一位小數(shù)點,可以根據(jù)要求人為設定; ENTER 鍵: 清除鍵用于退出給定值輸入模式和顯示給定值模式,按下之后,進入正常顯示模式; 19 0— 9 鍵: 數(shù)字鍵盤包括小數(shù)點主要用于數(shù)據(jù)輸入,此系統(tǒng)只用于輸入給定值 . 五 、 軟件設計 系統(tǒng)軟件流程圖 系統(tǒng)軟件采用 C 語言,利用 keil C 軟件進行編程,具體的軟件模塊分為:壓力信號采集模塊、壓力數(shù)據(jù)校正模塊、鍵盤控制和顯示模塊。鍵盤電路能夠很穩(wěn)定的實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制,包括啟動、停止,輸入給定值等。 圖 單片機系統(tǒng) 電路圖 鍵盤顯示模塊 利用 8279 的獨特功能與特性設計了鍵盤顯示模塊,該設計主要通過兩個地址端口 0xFFEF 和 0xFFCF 對 8279 進行讀寫。 圖 A/D 數(shù)據(jù)轉換 電路 單片機處理模塊 AT89S52 單片機主要功能分為:電壓值讀取、電壓值校正、給定值輸入、鍵盤控制、顯示部分幾個部分。 三極管 9013 基極和集電極短接,利用基極與發(fā)射結之間的PN結隨溫度變化的特性,輸出相應的電壓信號 Ube, 工作溫度 55℃ ~ +150℃,變化率為 ℃ ,因此根據(jù)△ Ube 的變化將電路接入傳感器參考電壓端,即可實現(xiàn)溫度補償。 圖 16 系統(tǒng)采用三極管 9013 進行環(huán)境溫度的監(jiān)測,并對壓力檢測裝置進行補償。 報警 鍵盤輸入 顯示 A/D 轉換 I/V 轉換 傳感器壓力采集 單片機控制 被控對象參數(shù) 執(zhí)行器 電 源 模 塊 溫度補償 壓力傳感器 A/D 數(shù)據(jù)轉換 AT89S52 單片機 LED 顯示 鍵盤控制 信號輸出 15 圖 控制系統(tǒng)總體結構圖 四、硬件設計 氣壓傳感器 MPX4115模塊 氣壓傳感器 MPX4115 的主要作用就是感知系統(tǒng)的氣壓的變化,并將這種氣壓值轉變成電流信號,傳到 I/V 轉換器中。 14 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件主要由四幾大模塊組成:信號采集模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊、單片機處理模塊、鍵盤控制顯示模塊。本智能化壓力測量儀基于 ICSl220 壓力傳感器,設計通過 proteus 進行軟件仿真;根據(jù)設計要求,硬件部分設計以壓力傳感器、溫度補償電路、 A/D 軟換芯片、單片機、 LED 顯示電路、鍵盤等幾部分組成。當然 A/D 轉換的啟停、壓力大小的判斷、 10S 延時都由單片機來控制。 13 圖 74LS138引腳圖 表 23 74LS138真值表 三、系統(tǒng)設計 設計思路 壓力傳感器( 1210— 030G— 3S)測量氣缸中的 壓力( 0~207kPa)輸出電流信號( 75~150mA),經 A/D 模數(shù)轉換(結果為 00000000~11111111 即 0~255)后給單片機,單片機進行算法處理將傳感器的輸出信號和測量的壓力對應起來并實時顯示在 LED 上,當所測壓力大于 176kPa 時,放氣閥打開進行放氣,當所測壓力小于 64kPa 時,放氣閥關閉,進氣閥給氣缸充氣。其引腳圖及真值表如下: 圖 芯片 74LS273 引腳圖 圖 芯片 74LS273 真值表 譯碼器 74LS138 74LS138的 管腳排列和真值表見下圖。 51單片機的 ALE 信號可以直接與 74LS373的 C 連接。 當三態(tài)門使能信號 OE 為低電平時,三態(tài)門導通,允許 Q0~Q7輸出, OE 為高電平時,輸出懸空。輸出允許端 OE接地,表示輸出三態(tài)門一直打開。 圖 共陰極 數(shù)字顯示數(shù)碼管示意圖 D 鎖存器 74LS373 在 MCS51單片機系統(tǒng)中,常采用 74LS373作為地址鎖存器使用 。 顯示數(shù)碼管 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。 ( 10) GND:地。要求 時鐘頻率不高于 640KHZ。當 A/D 轉換結束時, 10 此端輸入一個高電平,才能打開輸出三態(tài)門,輸出數(shù)字量。 ( 5) EOC: A/D 轉換結束信號,輸出,當 A/D 轉換結束時,此端輸出一個高電平(轉換期間一直為低電平)。 ( 3) ALE:地址鎖存允許信號,輸入,高電平有效。 引腳功能如下: ( 1) IN0~IN7: 8 路模擬量輸入端。 ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本,它們除精度略有差別外 (前者精度為 8位、后者精度為 7位 ),功能基本相同。 1LSB。 總的不可調誤差: ADC0808 為177。 9 (2)A/D模數(shù)轉換器 芯片 ADC0808 ADC0808 是逐位逼近型 8位模 /數(shù)轉換器件。 A、 B、 C 的值與被選擇的通道之間的關系如下表 2— 1 所示: 表 2— 1 通道選擇表 實際畫圖時由于 PROTEUS 中沒有 ADC0809,因此用 ADC0808 代替。一是 8 路模擬信號通道的選擇,二是 A/D 轉換完成后轉換數(shù)據(jù)的傳送。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 Vcc—— +5V電源。 OE—— 輸出允許信號。 EOC=1,轉換結束。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 CLK—— 時鐘信號。 START=1 轉換啟動。 ALE—— 地址鎖存允許信號。主要由 3 部分組成:模擬輸入選擇部分、轉換器部分、輸出部分 。 /BD: 顯示熄滅輸出線,低電平有效。 OUTA0OUTA3:通常作為顯示信號的高 4 位輸出線。 CNTL/S :控制 /選通 輸入線,高電平有效。 SHIFT: 來自外部鍵盤或傳感器矩陣的輸入信號,它是 8279 鍵盤數(shù)據(jù)的次高位即 D6 位的狀態(tài),該位狀態(tài)控制鍵盤上 /下檔功能。 SL0SL3:掃描輸出線,用來作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線。 IRQ:中斷請求輸出線,高電平有效。 ( 2)地址線 /CS=0 , 8279 被選,當 A0=1 時,為命令字及狀態(tài)字地址;當 A0=0 時,為片內數(shù)據(jù)地址,故 8279 芯片占用 2個端口地址。 16 位字節(jié)顯示存儲器。顯示RAM 容量為 16*8,即顯示器最大配置可達 16 位 LED 數(shù)碼顯示。它包含有鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能,在單片機系統(tǒng)中應用很廣泛。從 0~ 2psi 至 0~ 100psi 量程范圍內均有表壓,差壓和絕壓產品。 通過激光修正的電阻實現(xiàn)了 0~ 50℃的溫度補償,還提供一個激光修 正的電阻用于調節(jié)差動放大器的增益來校正傳感器的壓力靈敏度變化,使具有良好的互換性,互換性誤差僅為177。 二、器件選擇 壓力傳感器的選擇 壓力傳感器芯片的性能受溫度的影響非常大,主要表現(xiàn)為零點和靈敏度隨溫度變化而發(fā)生漂移。 寫出壓力測量過程,繪制壓力測量儀組成框圖 壓力傳感器采用美國 ICSensors 公司生產的 ICSl220 型硅壓力傳感器,單片機為核心流量控制系統(tǒng)。課題結合了實際生產過程控制系統(tǒng)的相關技術特點,利用壓力傳感器獲取被控對象指標,以溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境變量, 由鍵盤輸入控制該控制系統(tǒng)的啟停及置位復位, 運用 芯片 ADC0808 實現(xiàn)由模擬量到數(shù)字量的轉換, AT89S52 單片機采集處理信號,并 由芯片 8279 實現(xiàn) 對 LED 顯示的 實時 控制 , 此外,通過溫度補償電路減小了測量誤差, 完成對被控對象的壓力實時檢測,并能夠根據(jù)處理結果,使系統(tǒng)做出實時調整,保證生產的順利進行。而壓力測量的智能化可以彌補一些外界因素對系統(tǒng)造成的干擾,單片機通過對外界各種干擾因素的檢測、整合、處理,可以得到更理想的控制變量,可以使控制更精確也更及時。 實現(xiàn)智能化壓力測量系統(tǒng)對工業(yè)生產過程的控制具有非常重要的意義。在某些工業(yè)生產過程中,壓力還直接影響產品的質量和生產效率,如生產合成氨時,氮和氫不僅須在一定的壓力下合成,而且壓力的大小直接影響產量高低。 東北大學秦皇島分校自動化工程系 《過程控制系統(tǒng)》課程設計 設計題目: 智能化壓力測量儀設計 學 生: 李玲娜 專 業(yè):測控技術與儀器 班級學號: 5091030 指導教師:宋愛娟 設計時間: 2 前 言 ......................................................................................................................................3 一、設計任務書 .........................................................................................................4 二、器件選擇 .............................................................................................................4 壓力傳感器的選擇 .........................................................
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