【正文】 leak detecting method by air bubble) 傳統(tǒng)的測漏方法主要是氣泡法。為了能夠使測量更加明顯，一般也會向被測件內充入一定壓力的氣體。如圖12所示:被測件空氣源微小流量泄露圖12 流量測試法(3)直接壓力測試法(The leak detecting method by air pressure decay)加正壓或負壓后關閉閥門，由壓力表或壓力傳感器、壓力開關等測出因被測物泄漏引起的壓力下降值。這種方法簡單可靠，使用方便、價格便宜。在一般情況下首選直接壓力法，在精度要求較高的場合才選用差壓法。這種方法精度比較高，一般用在高精度場合。其豐富的外設如鍵盤輸入和液晶顯示輸出簡化了操作人員的操作，便于觀察結果，不易產生誤判。三是將直接壓力測試法與差壓測試法集中到一種控制器中供用戶自由選擇，方便了不同用戶的不同需求。第二章在介紹了系統(tǒng)所要實現的功能和各個功能塊的劃分，以及關鍵技術的選者等。第三章詳細介紹了系統(tǒng)硬件電路的設計，分模塊的介紹了硬件電路的功能、工作原理、器件的選取等。第四章詳細的介紹了系統(tǒng)軟件的實現，采用模塊化的設計思想將系統(tǒng)的軟件進行功能塊的劃分，詳細的介紹了各個功能塊的具體實現，并給出了軟件流程圖。最后是本文的結論，對全文進行了總結。傳統(tǒng)的氣泡法仍是目前氣密性檢測的主要手段，檢測方式復雜、容易產生誤判、無法實現檢測自動化。氣體測漏儀是基于被測件內氣體的泄漏必將導致壓力的變化而提出的一種新型檢測手段。最后提出了課題的主要研究內容文章結構。同時它們之間存在著較大差別，對于直接壓力法，隨著壓力升高，分解能力降低。對于差壓法，則不論檢測壓力多大，均能進行高精度泄漏測量檢測。即使測試壓力變化，但由于同時對工件和標準件充氣，差壓傳感器仍能精確工作。同時在價格上也比直接壓力法高出了很多。對于直接壓力法和差壓法，它們的測量過程基本相似。本文重點以直接壓力為例來介紹氣體測漏的具體實現過程。直接壓力法檢測如圖所示。當測量開始時，打開電磁閥、對被測件進行充氣也就是充氣過程，充氣過程以設定的壓力向被測工件充氣，充氣階段結束后，關閉電磁閥，進入平衡階段。在被測工件中流通的氣體為壓縮氣體，通過電磁閥時會膨脹，冷卻，然后再次被壓縮，升溫。平衡階段結束時，檢測系統(tǒng)內的壓力被保存，作為壓力的參考值。在測量階段，系統(tǒng)通過一段時間的壓力降就可以判斷工件的泄漏程度，這個過程可以以數字的形式顯示出來。當放氣階段結束后，就完成了一個檢測過程。 系統(tǒng)功能塊的劃分 對以上功能進行分析，可以將系統(tǒng)分成以下三個功能塊：（1）檢測控制模塊 該部分為整個系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是通過單片機來控制各個閥門的開關進而完成直接壓力測漏，同時利用傳感器將系統(tǒng)各個階段的壓力信號和溫度信號轉變成電壓信號，再由單片機通過A/D接口來進行檢測，送單片機進一步判斷其泄漏量，進而完成一次完整的檢測。該系統(tǒng)加入液晶顯示和鍵盤輸模塊，使得輸入和輸出變得直觀且操作簡單。 關鍵技術選擇 以上介紹了本課題所要實現的系統(tǒng)功能，并將其分成了三個功能模塊，要更好的實現這三個功能模塊的功能，需要對實現這些功能的技術進行必要的了解和謹慎的選擇，以下是對這三個功能塊的關鍵技術進行介紹和選擇。傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的總體精度，本系統(tǒng)選取的壓力傳感器為德國進口的高精度壓力傳感器，其普遍應用于工業(yè)的各個領域中，把氣體，液體壓力轉換成正比高線性電信號輸出。 在滿足系統(tǒng)要求的前提下，元器件的選取應盡量滿足高性價比、高可靠性且通用等原則。本課題選用了在單片機中最早實現技術的公司的，其為、字節(jié)的，足以存儲大量的漢字字符碼。 人機界面的選擇 人機界面主要包括鍵盤與顯示模塊。由于按鍵的數目較多，系統(tǒng)設計成行列式鍵盤，鍵值以掃描方式輸入單片機，并采用可編程芯片來擴展系統(tǒng)的輸入輸出口線，這樣有效解決了單片機輸出口線的不足。該模塊有內部的驅動芯片，提供了與單片機的標準連接電路，使得控制液晶的顯示就如同控制外部存儲器的讀寫一樣簡便。 串口通訊模塊的選擇 因為需要同上位機進行通信，將側漏儀采集的數據輸出，所以本系統(tǒng)必須提供一個可以上位機進行實時通信的接口，由于系列單片機本身就提供了標準串行接口。但是為了保證數據的可靠傳輸必須選擇一種可行的通訊協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡例如以太網和其它設備之間可以通信。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程，如果回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。但是本文的通訊主要針對于單片機與上位機之間的通訊，并不是整個網絡之間的通訊。所以本系的通訊模塊借鑒了MODBUS協(xié)議標準中的CRC檢驗碼的生成過程設計了一種自定義的通訊協(xié)議。 系統(tǒng)總體結構設計 系統(tǒng)總體工作模型 傳統(tǒng)的直壓法測漏儀一般不檢測溫度信號，利用的是平衡階段溫度信號和壓力信號基本平衡，這就大大地限制了系統(tǒng)的精度，本系統(tǒng)將溫度信號也采集到了系統(tǒng)中，不但提高了系統(tǒng)的精度，同時也為實現快速測量提供了有效的依據。這就大大限制了儀器的體積和靈活性。大大的減小了系統(tǒng)的體積，使儀器使用起來方便靈活?，F將系統(tǒng)的總體工作情況描述如下：（1）首先打開氣源，氣體經過過濾器以后變成了純凈的氣體，再經過減壓閥以后就等到了一個相對穩(wěn)定的壓力輸出。（2）單片機上電以后首先選擇不同的測試程序進行測試，測試程序的選擇主要依據減壓閥輸出壓力的設定和不同被測件的參數不同。一次完整的檢測過程就結束，系統(tǒng)準備下一次檢測。當檢測了一定數量的工件后就可以選擇將一段時間的檢測結果輸出送給上位機，系統(tǒng)提供了標準的通訊接口。對單片機而言，系統(tǒng)要求檢測兩路模擬量的輸入，同時輸出兩路開關量，并提供了鍵盤輸入接口，液晶顯示輸出接口和通信接口。對直壓法和差壓法進行分析差壓法測量精度高但差壓法測量結構復雜、差壓傳感器成本高直壓法測量結構簡單，但是測量過程容易受到外界的干擾而影響系統(tǒng)的精度。3 系統(tǒng)的硬件電路 壓力信號采集電路的設計 壓力變送器的選擇 壓力信號的采集是整個系統(tǒng)的核心，壓力變送器的精度是影響系統(tǒng)精度的主要因素所以應選擇壓力變送器的主要依據就是高精度。壓力變送器的精度直接影響系統(tǒng)的精度，%的壓力差檢測精度，壓力傳感器的精度必須更高。 本系統(tǒng)采用的是德國原裝高精度壓力變送器DMP33LI。供電電源為VDC12~36V，典型應用領域為氣體控制系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)。 A/D轉換器ADS1110（1）A/D轉換器ADS1110總體介紹 A/D轉換器ADS1110是精密的連續(xù)自校準A/D轉換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，可每秒采樣12或128次以進行轉換。提供高達8倍的增益，允許對更小的信號進行測量，并且具有高分辨率。表31 最小碼和最大碼采樣速率（sps）位數最小值最大值81632768327671615 1686416383321481928191使用需要熟悉輸出碼的計算方式。輸出碼限定在一定數目范圍內，該范圍取決于代表輸出碼所需要的位數，而的代表輸出碼所需要的位數又取決于數據速率，如表所示。本課題選用采樣速率8，輸出碼位數為16位。接口是一個線漏極開路輸出接口，支持多個器件和主機共用一條總線到。主機和從機都能讀和寫，但從機只能依主機的方向工作。 一條I2C總線由兩條線路組成:SDA數據線和SCL時鐘線。所有數據以8位為一組，通過總線傳送。一旦線穩(wěn)定下來，線被高，然后變低。 I2C總線是雙向的，線可用來發(fā)送和接收數據。絕不會驅動，因為它不能用作主機，在中只是一個輸入端。在產生通信時，總線被激活，只有主機才能開始一次通信。如果在鐘線為高電平時，數據線改變了狀態(tài)，則形成一個開始條件，或相反地形成一個停止條件。在主機發(fā)送開始條件以后，它還會發(fā)送一個字節(jié)，表明它想與哪一個從機通信，該字節(jié)稱作地址字節(jié)。主機以地址字節(jié)發(fā)送一個地址，并且還發(fā)出一位以表明是對從機讀出還是寫入。在主機發(fā)送完一個字節(jié)即8位數據到從機后，它停止驅動SDA線，并等待從機對該字節(jié)的應答。類似地當主機完成對一個字節(jié)的讀取時，則將SDA線拉低以對從機做出應答，然后發(fā)送一個時鐘脈沖對該位定時。如果器件不在總線上，并且如果主機試圖對其尋址，它不會接收到應答信號，因為該地址處沒有器件將SDA線拉低。在發(fā)出停止條件后，總線再次空閑。②ADS1110的I2C地址ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出廠時的默認設置。例如，ADS1110A0的地址為1001000，而ADS1110A3的地址則為1001011.③對ADS1110的讀操作用戶可從ADS1110中讀出輸出寄存器和配置寄存器的內容，為做到這一點，要對ADS1110尋址，并從器件中讀出三個字節(jié)。從ADS1110中讀取多于三個字節(jié)的值是無效的，從第四個字節(jié)開始的所有字節(jié)將為FFH。為了做到這一點，要對ADS1110尋址以進行寫操作，并對ADS1110寫入一個字節(jié)。 ADS1110與單片機的硬件連接圖31 與單片機連接電路圖 圖31與單片機連接電路圖所示為與單片機連接電路。由主機來驅動它，以產生傳送數據所需要的時鐘信號，時鐘信號通過對單片機編程產生。較高的電阻功耗較低，但會延長總線的轉換時間，限制總線速度阻值較低的電阻，允許總線高速運轉，但功耗較高。上拉電阻的典型值一般為1k~10k ，本課題采用10k上拉電阻。圖溫度信號處理電路用鉑電阻組成的電橋電路被廣泛的應用在各種測溫電路中，但在這種檢測電路中，平衡電橋中以及鉑電阻的阻值和溫度之間的非線性特性給最后的溫度測量來了一定的誤差，所以往往難以達到較高的指標要求。軟件查表補償方法可以簡化系統(tǒng)硬件電路的復雜度，方便器件的選取等優(yōu)點。本系統(tǒng)采用非平衡電橋結合模擬校正電路來實現對溫度信號的處理，硬件電路簡單可靠，同時又大大地提高了鉑電阻測溫的精度，并且考慮到轉換器存在一定的死區(qū)，用一個加法器將系統(tǒng)的輸出信號提高一個固定的電平。線制可以把導線電阻對測量結果的影響降到最低，連接如圖32所示：圖32 溫度采集電路測溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，3線制連接。鉑電阻的溫度特性如下:當溫度為78℃~0℃時: (32)當溫度為0~600℃時: (33)本系統(tǒng)主要應用溫度在0至100度的范圍內測溫度，所以只考慮鉑電阻在0至600度范圍內的溫度特性。將式(34)代入式(36)得，其中: (37) (38) 二次項對整個系統(tǒng)的影響很小，但是為了降低其影響，放大電路加入了一個正反饋R119，其值為150K。調整電位器RP103就可以調節(jié)整個放大器的放大倍數，本系統(tǒng)設定放大倍數為50。通過加法器電路以后，即使溫度為0℃也能保證A/D的輸入電壓為一較高的固定值。溫度信號的輸出值400mV到1700mv可以近似線形的代表0到100度的溫度值。為了提高系統(tǒng)的負載能力，將這兩組電源的輸出分別接到LM324組成的射隨電路。所以溫度信號經過處理后直接送入ADS1110中, 。 鍵盤輸入模塊的設計 由于需要的按鍵數目較多，系統(tǒng)設計成行列式鍵盤，鍵值以掃描的形式輸入單片機四。用外8155H擴展的鍵盤結構如圖所示:8155圖34 鍵盤電路 鍵盤電路，圖中的行線和列線均通過電阻接，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線都斷開，行線PC0PC2呈高電平。例如，6號鍵按閉合時，行線PC0和列線PA6短路，此時PA6的電平由PC0的電平所決定，如果把行線規(guī)定為微機的輸出口，列線接到微機的輸入口，則在微機的控制下，使行線線PC0為低電平(0)，其余兩根行線PCI、PC2都為高電平。如果PC0這一行上沒有鍵閉合，接著使線PC1為低電平，其余行線為高電平。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。也可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應鍵盤輸入中斷請求，對鍵盤掃描，以識別那一個鍵處以閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應處理。當鍵盤有按鍵閉合時，閉合和斷開的過程中會有抖動現象的產生。單片機數據口P0口直接與液晶顯示模塊的數據口連接，單片機的RD，