【正文】 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(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 鍵盤(pán)及顯示接口 采用三位 7 段 LED 顯示器， LED 顯示器是單片機(jī)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(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)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(lái)用。一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 鍵盤(pán)是有若干按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)或命令，來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。非編碼鍵盤(pán)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(gè)鍵組成， 74LS164 是一個(gè) 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(hào)到 74LS164 的 2引腳，鍵閉合信號(hào)則用端口 、 輸入 8051 單片機(jī)，由 8051 單片機(jī)的 TXD 引腳輸出移位時(shí)鐘脈沖到 74LS164的時(shí)針輸入端（ CLK）。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(dòng)報(bào)警電路 下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警 ： ① 當(dāng)鍋爐達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警； ② 鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警 ； ③ 鍋爐內(nèi)壓力過(guò)低報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過(guò)低與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警 ； ④ 循環(huán)泵故障報(bào)警，當(dāng)循環(huán)泵開(kāi)啟后，出水與回水溫度的差值很大，認(rèn)為循環(huán)泵故障，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)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(jì) 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(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)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(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。通過(guò)吸收高亮二極管 的光來(lái)測(cè)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(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 16 ③ 光生伏特效應(yīng)利用光勢(shì)壘效應(yīng)光勢(shì)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(shì)。 PN結(jié)加反向電壓時(shí)，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(wú)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(shí) ，光生電子 空穴對(duì)的濃度 也會(huì)產(chǎn)生改變 ，外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì) 隨入射光照強(qiáng)度及光生電子 空穴對(duì)的濃度產(chǎn)生變化 ， 然后 把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) ， 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(hào)， Ф2 是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)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(hào) I。 光敏三級(jí)管是由高亮二極管進(jìn)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(hào) 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(hào) 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(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計(jì) 17 半導(dǎo)體器件。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。當(dāng)人射光波長(zhǎng)太短時(shí)，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(duì)，卻不能達(dá)到 PN結(jié)，因此相對(duì)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(lái)說(shuō)，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(gè)數(shù)量級(jí)。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)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(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計(jì) 19 溫度傳感器的設(shè)計(jì) 光電式傳感器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量 因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點(diǎn)。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過(guò)導(dǎo)光管進(jìn)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(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過(guò) LED 的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)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(jì)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(hào)為耦合器的輸入信號(hào) ,接收器件的輸出信號(hào)為耦合器的輸出信號(hào)。 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(shí)器件利用光作為信號(hào)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(shí)，則在垂直于 Z 軸的表面上將會(huì)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(shí)，在垂直于 Z 軸的上下平面上分別出正、負(fù)電荷，即 a b 圖 壓電陶瓷的壓電原理 壓電式傳感器的測(cè)量電路 ① 等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)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(gè)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(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè) 計(jì) 21 圖 壓電式傳感器并聯(lián)電荷源 壓電傳感器與測(cè)量?jī)x表聯(lián)接時(shí)，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(gè)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(hào)進(jìn)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(kāi)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(yùn)算放大器負(fù)反饋電容 Cf 的辦法來(lái)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(jì)（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 23 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 下圖為軟件設(shè)計(jì)流程圖 圖 41 軟件設(shè)計(jì)流程圖 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是水泵開(kāi)關(guān)的 控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法， 通過(guò)控制水泵的開(kāi)關(guān)來(lái)控制鍋爐水位的增減，由傳感器的測(cè)量反饋來(lái)進(jìn)行控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)。 單片機(jī)源程序 ORG 0000H AJMP MAIN 補(bǔ)水泵 1 有故障嗎？ 水位下限水位嗎？ 開(kāi)啟補(bǔ)水泵 1 進(jìn)行補(bǔ)水 水位檢測(cè) Y N N 補(bǔ)水泵 2 工作 Y 開(kāi)始 返回 檢測(cè)水位為上限水位嗎？ 補(bǔ)水泵 1 停止補(bǔ)水 Y N 檢測(cè)水位為上限水位嗎？ 補(bǔ)水泵 2 停 止補(bǔ)水 Y N 故障報(bào)警 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 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(cè)子程序 ACALL BAOJING ； 報(bào)警子程序 ACALL DELAY2 AJMP M