【正文】 S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 0 80 9 圖 ADC0809 芯片的引腳圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 鍵盤及顯示接口 采用三位 7段 LED 顯示器， LED 顯示器是單片機應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì) 60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在 電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來用。一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。這種顯示占用機少，顯示可靠；缺點是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。所謂動態(tài)顯示就是單片機定時的對顯示器進行掃描。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，但占用機時多，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 鍵盤是有若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，來實現(xiàn)簡單的人機對話。非編碼鍵盤有并行接口掃描和串聯(lián)接口掃描，我采用的是串行接口，它的組成是由移位寄存器74LS164 和六個鍵組成， 74LS164 是一個 14 位腳的寄存器，集成電路芯片，由 8051 串行接口 的 TXD 端輸出列掃描信號到 74LS164 的 2 引腳，鍵閉合信號則用端口 、 輸入 8051 單片機，由 8051 單片機的 TXD 引腳輸出移位時鐘脈沖到 74LS164的時針輸入端（ CLK）。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e nt s a nd S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d dbD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4L S 16 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KA17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 4 圖 LED顯示 電路 自動報警電路 下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報警 ： ① 當(dāng)鍋爐達到上限極限水位時報警，爐內(nèi)的水位到達上限極限水位時系統(tǒng)發(fā)出報警； ② 鍋爐內(nèi)壓力過高報警，壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)壓力過高與設(shè)定值時發(fā)出報警 ； ③ 鍋爐內(nèi)壓力過低報警，壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)壓力過低與設(shè)定值時發(fā)出報警 ； ④ 循環(huán)泵故障報警，當(dāng)循環(huán)泵開啟后，出水與回水溫度的差值很大，認為循環(huán)泵故障，報警系統(tǒng)報警。 傳感器的種類很多 ， 有溫度傳感器 、 加速度傳感器 、 光學(xué)傳感器 、 壓力傳感器等 。 液位傳感器的設(shè)計 液位傳感器主要是由高亮二極管和光敏三極管所組成的設(shè)備。當(dāng)水位到達某一光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。 高亮二極管和光敏三極管都屬于光電傳感器，下面介紹光電式傳感器。 光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。通過吸收高亮二極管 的光來測量液位的高度 ,在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器 ADC0809 中。光電管及光電倍增管均屬這一類。 ② 內(nèi)光電效應(yīng)指在光的照射下材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計 16 ③ 光生伏特效應(yīng)利用光勢壘效應(yīng)光勢壘效應(yīng) 指在光的照射下物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢。 PN結(jié)加反向電壓時，反向電流的大小 由 P區(qū)和 N 區(qū)中少數(shù)載流子的濃度 決定 ， 在 無光照 的情況下 P區(qū)中 電子及 N區(qū)中的 空穴 都很少， 所以 反向電流很小。 當(dāng) 入射光的照度 發(fā)生 變化 時 ，光生電子 空穴對的濃度 也會產(chǎn)生改變 ，外電路的光電流強度也會 隨入射光照強度及光生電子 空穴對的濃度產(chǎn)生變化 ， 然后 把光信號轉(zhuǎn)換成電信號 ， 光敏三極管 比光敏二極管具有更高的靈敏度。結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖中，Ф1 是光源發(fā)出的光信號， Ф2 是光電器件接受的光信號，被測量可以是 x1或者 x2，它們能夠分 別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號 I。 光敏三級管是由高亮二極管進行發(fā)光的 , 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的μ AEV+IΦ結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號 基本電路a)b)EU0ceIcR LNNPa)結(jié)構(gòu)示意圖 b)基本電路μ AEV+IΦ結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號 基本電路a)b)EU0ceIcR LNNPa)結(jié)構(gòu)示意圖 b)基本電路攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計 17 半導(dǎo)體器件。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設(shè)備中。當(dāng)人射光波長太短時，光波穿透能力下降，光子只在半導(dǎo)體表面附近激發(fā)電子 — 空穴對，卻不能達到 PN 結(jié)，因此相對靈敏度也下降。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基 極電流，從而得到這樣一簇曲線。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個數(shù)量級。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計 19 溫度傳感器的設(shè)計 光電式傳感器來對溫度進行測量 因為它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過導(dǎo)光管進入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過 LED的顯示判斷是否實行報警。 正常的爐膛內(nèi)的溫度能夠確保鍋爐安全的使用 ,鍋爐的設(shè)計工作溫度一般低于 90176。 我采用的器件是光電耦合器件 ,它是利用發(fā)光元件與光敏元件封裝為一體而構(gòu)成電光 電轉(zhuǎn)換的器件 ,加到發(fā)光器件上的電信號為耦合器的輸入信號 ,接收器件的輸出信號為耦合器的輸出信號。 光電耦合器采用密封管殼 ,不受外界光的干擾 ,具有其穩(wěn)定性 ,同時器件利用光作為信號傳輸介質(zhì) ,輸入端和輸出端之間在電氣上是完全絕緣的。 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取 壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng) 。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時，則在垂直于 Z軸的表面上將會出現(xiàn)電荷，其電荷量 q與作用力 F 成正比，即 q=dzzF 式中， dzz 為縱向壓電系數(shù)。 壓電陶瓷在受到如圖 214 所示的作用力 F 時，在垂直于 Z 軸的上下平面上分別出正、負電荷，即 a b 圖 壓電陶瓷的壓電原理 壓電式傳感器的測量電路 ① 等效電路 壓電傳感器在受外力作用時，在兩個電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。 可以把壓電式傳感器等效成一個與電容相并聯(lián)的 電荷源，如圖 所示 + + + + + + + + + 式（ ） 式（ ） 式（ ） 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計 21 圖 壓電式傳感器并聯(lián)電荷源 壓電傳感器與測量儀表聯(lián)接時，還必須考慮電纜電容 CC，放大器的輸入電阻 Ri 和輸入電容 Ci 以及傳感器的泄漏電阻 Ra。 前置放大器有兩個作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號進行放大。 電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。 圖 電荷放大器等效電路 如果忽略電阻 Ra、 Ri 及 Rf 的影響，則輸入到放大器的電荷量為 式中， A 為開環(huán)放大系數(shù)。電荷放大器的靈敏度為 放大器的輸出靈敏度是采用切換運算放大器負反饋電容 Cf的辦法來調(diào)節(jié)靈敏度的。 0 1fUK QC? ??0 fQU C??式（ ） 式（ ） 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 23 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 下圖為軟件設(shè)計流程圖 圖 41 軟件設(shè)計流程圖 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是水泵開關(guān)的 控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法， 通過控制水泵的開關(guān)來控制鍋爐水位的增減，由傳感器的測量反饋來進行控制水泵的運行狀態(tài)。 單片機源程序 ORG 0000H AJMP MAIN 補水泵 1 有故障嗎？ 水位下限水位嗎？ 開啟補水泵 1 進行補水 水位檢測 Y N N 補水泵 2 工作 Y 開始 返回 檢測水位為上限水位嗎？ 補水泵 1停止補水 Y N 檢測水位為上限水位嗎？ 補水泵 2停 止補水 Y N 故障報警 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 24 ORG 0003h AJMP MAIN ORG 000bh AJMP MAIN ORG 0013h AJMP MAIN ORG 001bh AJMP MAIN ORG 0023H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN： CLR MOV p0， 0ffh ACALL QL； MOV 3BH， 95 MAIN1： MOV 3bh， 95 ACALL SHUICPM ； 水位檢測子程序 ACALL BAOJING ； 報警子程序 ACALL DELAY2 AJMP M