基于單片機(jī)的鍋爐控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(20210317080245)

1、1 緒論本文詳細(xì)介紹了一款基于單片機(jī)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)出各 個(gè)狀態(tài)，如實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、水位、液位等的監(jiān)控，具有數(shù)碼管顯示、報(bào)警的功能。能 夠快速、穩(wěn)定、安全、可靠地對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行智能化監(jiān)控。1.1背景資料及研究意義當(dāng)今，環(huán)境與發(fā)展已成為人類(lèi)社會(huì)面臨的兩大課題，而這些問(wèn)題的解決無(wú)一不與能 源密切相關(guān)。我國(guó)的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國(guó)煤產(chǎn)量的三分之一。同 時(shí)，鍋爐燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重；而且鍋爐形式比較陳舊，生產(chǎn) 效率和自動(dòng)化程度低，這又進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。因此，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)， 逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、

2、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的措施 之一。其中油、氣燃料作為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保型清潔能源有著廣闊的應(yīng)用前景。由于歷史條件的原因， 我國(guó)的鍋爐生產(chǎn)自動(dòng)化程度長(zhǎng)期以來(lái)一直都較發(fā)達(dá)國(guó)家落后 許多。目前運(yùn)行的各行業(yè)的鍋爐有 50 多萬(wàn)臺(tái)，其中相當(dāng)一部分還在使用常規(guī)儀表進(jìn)行 控制，有的甚至還處在人工加常規(guī)儀表的半自動(dòng)控制狀態(tài)。 這樣不僅難以做到平穩(wěn)操作， 安全生產(chǎn)也沒(méi)有確定的保證，人工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)條件差。工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用廣泛的熱能動(dòng)力設(shè)備，鍋爐汽包水位的平衡是保 證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。水位過(guò)高會(huì) 影響汽水分離產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象影響汽水分離裝置的正常工作，

3、 導(dǎo)致鍋爐出口蒸汽帶水 和含鹽量過(guò)大，使過(guò)熱器受熱面結(jié)垢甚至破壞，影響機(jī)組的正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。若 汽包水位過(guò)低，會(huì)使鍋爐水循環(huán)工況破壞，導(dǎo)致水冷壁供水不足而燒壞，可能造成重大 鍋爐事故。工業(yè)鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是監(jiān)測(cè)鍋爐的蒸發(fā)量并及時(shí)報(bào)警，使汽包水位 維持在工藝允許的范圍內(nèi)。所以這就要求我們對(duì)鍋爐的溫度、流量、水位、壓力等參數(shù) 實(shí)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以便于工作人員更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行控制，以免事故的發(fā)生。1.2鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備 .其作用就是有效地把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，或再通過(guò)相應(yīng)設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式，長(zhǎng)期 以來(lái)在

4、生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。鍋爐是工業(yè)過(guò)程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，鍋爐的任務(wù)是根據(jù)外界負(fù)荷的變化，輸送 一定質(zhì)量 （汽壓、汽溫）和相應(yīng)數(shù)量的蒸汽。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠?yàn)檎麴s、化學(xué)反應(yīng)、 干燥等過(guò)程提供熱源，而且還可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類(lèi)驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源。鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。 “鍋”就是鍋爐的汽水系統(tǒng)，如圖 1-1 所 示。由省煤器 3 、汽包 4、下降管 8 、過(guò)熱器 5、上升管 7 、給水調(diào)節(jié)閥 2 、給水母管 1 及蒸汽母管 6 等組成。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到 本身壓力下的沸點(diǎn)，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經(jīng)下

5、降管進(jìn)入鍋爐底部的下 聯(lián)箱，又經(jīng)爐膛四周的水冷壁進(jìn)入上聯(lián)箱，隨即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收爐內(nèi) 火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發(fā)成蒸汽，成為汽水混合物。汽水 混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進(jìn)入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部 的管子引往過(guò)熱器，蒸汽在過(guò)熱器中吸熱、升溫達(dá)到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽 母管6“爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預(yù)熱器等組成。鍋爐燃料燃燒所需的空氣由送風(fēng)機(jī)送入，通過(guò)空氣預(yù)熱器，在空氣預(yù)熱器中吸收煙氣熱量, 成為熱空氣后，與燃料按一定的比例進(jìn)入爐膛燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過(guò)過(guò)熱器，形成一

6、定的過(guò)熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過(guò)熱蒸汽，經(jīng)過(guò)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負(fù)荷設(shè)備使用。與此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙 氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外，還預(yù)熱鍋爐給水和空氣，最 后經(jīng)煙囪排入大氣。1.3系統(tǒng)簡(jiǎn)介單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使 它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾強(qiáng)。故要求控制系統(tǒng)的工 作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)能滿足這些要求，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到了廣泛的 應(yīng)用。使用單片機(jī)控制鍋爐是很好的選擇。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的溫度、壓力、

7、水位、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，本文介紹了一種以圖1-1鍋爐的汽水系統(tǒng)AT89C52 單片機(jī)為核心的控制模塊， ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并結(jié)合數(shù)碼管、報(bào)警電 路為一體的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。 ADC0809 連接四個(gè)傳感器，從傳感器中采集模擬信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再連接到單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理。單 片機(jī)連接到顯示電路，報(bào)警電路，分別對(duì)系統(tǒng)溫度、壓力、流量和水位的信息給予實(shí)時(shí) 的顯示及報(bào)警。2開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介2.1 Altium designer 6.9簡(jiǎn)介電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化 EDA (Electronic Design Automation )指的就是將電路設(shè)計(jì) 中各種工作交由計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)

8、助完成。如電路原理圖( Schematic )的繪制、印刷電路板 (PCB )文件的制作、執(zhí)行電路仿真( Simulation )等設(shè)計(jì)工作。隨著電子科技的蓬 勃發(fā)展，新型元器件層出不窮，電子線路變得越來(lái)越復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)無(wú)法單 純依靠手工來(lái)完成，電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員 使用快捷、 高效的 CAD 設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行輔助電路原理圖、 印制電路板圖的設(shè)計(jì)， 打印 各種報(bào)表。Altium Designer 6.9 是原 Protel 軟件開(kāi)發(fā)商 Altium 公司于 2006 年推出的 一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在 Windows XP 操作系統(tǒng)。這

9、套軟件通過(guò)把原 理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、 PCB 繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸 出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案， 使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行 設(shè)計(jì)， 熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。Altium Designer 6.9 除了全面繼承包括 Protel 99SE 、Protel DXP 在內(nèi)的先前 一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè) 計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了 FPGA 設(shè)計(jì)功能和 SOPC 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程 設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。2.2

10、 Altium designer 6.9 五大模塊簡(jiǎn)介：1.系統(tǒng)菜單：位于 Altium Designer 6.9 界面的上方左側(cè)，啟動(dòng) Altium designer6.9 后，系統(tǒng)顯示“ DXP ”、“File ”、“View ”、“ Project ”、“ Window ”和“ Help ”基 本操作菜單項(xiàng)，用戶使用這些菜單項(xiàng)內(nèi)的命令選項(xiàng)可以設(shè)置 Altium Designer 6.9 中 的系統(tǒng)參數(shù)，新建各類(lèi)項(xiàng)目文件，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊。當(dāng)設(shè)計(jì)模塊被啟動(dòng)后，主菜單 將會(huì)自動(dòng)更新，以匹配設(shè)計(jì)模塊。2.瀏覽器工具欄：瀏覽器工具欄位于 Altium Designer 6.9 界面的上方右側(cè)，

11、由 瀏覽器地址編輯框、后退快捷按鈕、前進(jìn)快捷按鈕、回主頁(yè)快捷按鈕和個(gè)人喜好快捷按 鈕組成。其中， 瀏覽器地址編輯框用于顯示當(dāng)前工作區(qū)文件的地址； 單擊后退或前進(jìn) 快捷按鈕可以根據(jù)瀏覽的次序后退或前進(jìn)，且通過(guò)單擊按鈕右側(cè)的下拉列表按鈕，打開(kāi) 瀏覽次序列表，用戶還可以選擇重新打開(kāi)用戶在此之前或之后瀏覽的頁(yè)面； 單擊回主 頁(yè)快捷按鈕，將返回系統(tǒng)默認(rèn)主頁(yè)；單擊個(gè)人喜好快捷按鈕，可以將當(dāng)前頁(yè)面設(shè)置為個(gè) 人喜好頁(yè)面。3.系統(tǒng)工具欄：系統(tǒng)工具欄位于系統(tǒng)菜單下方，由快捷工具按鈕組成，單擊此處按 鈕等同于選擇相應(yīng)菜單命令。4.工作區(qū)：工作區(qū)位于 Altium Designer 6.9 界面的中間，是用戶編輯各種

12、文檔 的區(qū)域。在無(wú)編輯對(duì)象打開(kāi)的情況下，工作區(qū)將自動(dòng)顯示為系統(tǒng)默認(rèn)主頁(yè)，主頁(yè)內(nèi)列出 了常用的任務(wù)命令，單擊即可快捷啟動(dòng)相應(yīng)工具模塊。5.工作面板窗口： Protel DXP 為用戶提供了大量的工作區(qū)面板窗口，如文件管理 面板、項(xiàng)目管理面板、器件庫(kù)面板等，分別位于 Altium Designer 6.9 界面的左右兩 側(cè)和下部。用戶可以以用工作區(qū)面板右上部分的小按鈕移動(dòng)、修改或修剪面板，單擊相 應(yīng)的面板標(biāo)簽還可以顯示、隱藏或切換工作面板窗口2.3使用Altium designer畫(huà)原理圖圖2-1 AD原理圖界面(1)啟動(dòng)Altium Designer 6.9原理圖編輯器。(2)設(shè)置原理圖圖紙大小

13、以及版面。繪制原理圖前，必須根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度 來(lái)設(shè)置圖紙的大小，設(shè)置圖紙的過(guò)程實(shí)際上是建立工作平面的過(guò)程，用戶可以設(shè)置圖紙 方向、網(wǎng)格大小以及標(biāo)題欄等。(3)在圖紙上放置元件。根據(jù)實(shí)際電路的需要，從元件庫(kù)里取出所需的元件放置到 工作平面上。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)元件之間的走線等關(guān)系，對(duì)元件在工作平面上的位置進(jìn)行 調(diào)整、修改，并對(duì)元件的編號(hào)、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定，為下一步工作打好基礎(chǔ)。(4)對(duì)所放置的元件進(jìn)行布局布線。該過(guò)程實(shí)際就是畫(huà)圖的過(guò)程。設(shè)計(jì)者可利用Altium Designer 6.9提供的各種工具、命令進(jìn)行布線，將工作平面上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖。(

14、5)對(duì)布局布線后的元件進(jìn)行調(diào)整。在這一過(guò)程，設(shè)計(jì)者利用Altium Designer6.9 的各種功能對(duì)所繪制的原理圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正 確。(6)電氣檢查。布線完成后，還需要設(shè)置 Project Options 來(lái)編輯當(dāng)前項(xiàng)目，根據(jù) Altium Designer 6.9提供的錯(cuò)誤檢查報(bào)告重新修改原理圖。(7)保存文檔和報(bào)表輸出。 此階段可利用報(bào)表工具生成各種報(bào)表， 如網(wǎng)絡(luò)表、 元 件清單，此時(shí)也可設(shè)置打印參數(shù)并進(jìn)行打印，從而為生成印制電路板做好準(zhǔn)備。1 位、 43 設(shè)計(jì)原理與芯片介紹3.1設(shè)計(jì)原理3.1.1單片機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器(

15、Microcontroller Unit )，常用英文字母的縮寫(xiě) MCU 來(lái)表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是 完成某一邏輯功能的芯片， 而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 單片機(jī)由運(yùn)算器、 控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)(最小系統(tǒng)) ，和計(jì)算 機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。二十世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑， 因 為單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分 支。計(jì)算機(jī)兩大分支的產(chǎn)生大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以 發(fā)展海量高速數(shù)值計(jì)算為己任，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總

16、線寬度不斷更新，迅速?gòu)?8 位、 16 位過(guò)渡到 32 位、 64 位，不斷完善其通用操作系統(tǒng)，突出發(fā)展海量高速數(shù)值 計(jì)算能力，并在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了 廣泛的應(yīng)用；單片機(jī)則以面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)控制為己任，目前仍以 8 位機(jī)為主流，不斷增 強(qiáng)控制能力，降低成本，減小體積，改善開(kāi)發(fā)環(huán)境，以空前的速度迅速而廣泛地取代經(jīng) 典電子系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)、控制領(lǐng)域中具有如下特點(diǎn)，單片機(jī)具有體積小、重量輕、功能 強(qiáng)、功耗低、運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)靈活，數(shù) 據(jù)基本上都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它既可用于工業(yè)自動(dòng)控制 等

17、場(chǎng)合，又可用于機(jī)電一體化產(chǎn)品、 智能儀器、 測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器、 家用電器等領(lǐng)域，在過(guò)程控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊等方面得到廣泛應(yīng)用。單片微型計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了 位、8 位、16 位及 32 位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導(dǎo)體器件廠家都開(kāi)發(fā)了單片 微型計(jì)算機(jī)，如 Intel ，Motorola ，Zilog（ 澤洛格公司 ）、 Fairchild（ 仙童攝像機(jī)與儀器 公司 ）、Mostek（ 莫斯蒂克公司 ）等，單片機(jī)的品種日益增加。 8051 是美國(guó) INTEL 公司 在 1980 年推出的 MCS-51 系列的第一個(gè)成員， MCS 是 INTEL 公司的注冊(cè)商標(biāo)。其 它公司生產(chǎn)的以 8051 為核

18、心單元的其它派生單片微機(jī)只能稱為 8051 系列。8051 系列泛指所有公司 （也包括 INTEL 公司）生產(chǎn)的以 8051 為核心單元的所有 單片微機(jī)。 80C51 系列包括 Intel 公司的 MCS-51 ，又包括了以 8051 為核心單元的 世界許多公司生產(chǎn)的單片微機(jī)，比如 PHILIPS 的 83C552 及 51LPC 系列等、 SIEMENS 的SAB80512 等、AMD（先進(jìn)微器件公司）的8053等、OKI（日本沖電氣 公 司 ） 的 MSM80C154 等 、 ATMEL 公 司 的 89C51 等 、 DALLAS 公 司 的 DS5000/DS5001 等、華邦公司的

19、W78C51 及 W77C51 等。從 MCS 48 單片微機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片微機(jī)， 大致經(jīng)歷了三代。如以 Intel8 位單片微機(jī)為例，第一代：以 MCS 48 系列為代表，屬于低性能單片微機(jī)階段。第二代：以 MCS 5l 系列的 8051 、 8052 為代表。主要的技術(shù)特征是為單片微機(jī)配置了完善的外部并行總線（ AB 、 DB 、 CB ）和具 有多機(jī)識(shí)別功能的串行通信接口（ UART ），規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（ SFR） 控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)， 為發(fā)展具有良好兼容性的新一 代單片微機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。第三代：以 80C51 系列為代表。它 包

20、 括 了 Intel 公 司 發(fā)展 MCS 51 系 列 的 新 一 代 產(chǎn)品 ， 如 8XC152 、80C51FA/FB 、80C5IGA/GB 、8XC451、8XC452，還包括了 Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL 等公司以80C51 為核心推出的大量各具特色、與MCS 51兼容的單片微機(jī)。在眾多的通用型單片機(jī)里，以In tel公司的MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)最為著名。MCS-51單片機(jī)系列有：普通型：51子系列8051/8751/8031;增強(qiáng)型：52子系列8052/8752/8032;低功耗型：80C51/87C51/80C31; 80C

21、52/87C52/80C32。低功耗型單片機(jī)采用 C110半導(dǎo)體，用字母C0MS工藝型號(hào)中標(biāo)識(shí)。如8051功 耗為630mW ,而80C51功耗僅為120mW ,適于便攜式或野外作業(yè)儀器設(shè)備中使用。 特別值得一提的是 MCS-51的布爾處理器。它實(shí)際上是一個(gè)完整的一位微計(jì)算機(jī)，這 個(gè)一位機(jī)有自己的CPU，位寄存器，I/O 口和指令集。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在 一起是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。一位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策，邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)控制方面非常 有效；而八位機(jī)在運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長(zhǎng)處，在MCS-51單片機(jī)中，八位機(jī)和一位機(jī)（布爾處理器）的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相承，這是MCS-5

22、1在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的，而且具有特殊的多機(jī)通訊功能，可作 為多機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。很多智能性應(yīng)用場(chǎng)合，智能型產(chǎn)品都用到了單片微型計(jì)算機(jī)， 單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)一直受到人們的重視，并且日益強(qiáng)勁。MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用 設(shè)計(jì)一般包括兩大方面，即硬件接口設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中又分為與接口硬件有 關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)以及與接口硬件無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理程序的設(shè)計(jì)。3.1.2AD 轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器

23、把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有 8位、10位、12位和16位等。AD轉(zhuǎn)換主要有 以下三種方法：（1）逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見(jiàn)的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐 次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組 成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝 碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開(kāi)始 時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量 送入比較器，稱為 Vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Vi進(jìn)行比較

24、，若VovVi，該 位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的Vo再與Vi比較，若VovVi，該位1被保留，否則被清除。 重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入 緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過(guò)程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行 的。（2 ）雙積分法采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開(kāi)關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。 基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程是：先將開(kāi)關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi，Vi采樣輸入

25、到積分器，積分器從零開(kāi)始進(jìn)行固定時(shí)間T的正向積分，時(shí)間T到后,開(kāi)關(guān)再接通與Vi極性相反的基準(zhǔn)電壓 VREF，將VREF輸入到積分器，進(jìn)行反向積分,1 ”和0 ”或“開(kāi)”和直到輸出為0V時(shí)停止積分。Vi越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時(shí)間也越長(zhǎng)。計(jì) 數(shù)器在反向積分時(shí)間內(nèi)所計(jì)的數(shù) 值，就是輸入模擬電壓Vi所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)了 A/D轉(zhuǎn)換。（3 ）電壓頻率轉(zhuǎn)換法采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的 A/D轉(zhuǎn)換器，由計(jì)數(shù)器、控制門(mén)及一個(gè)具有恒定時(shí)間的時(shí)鐘門(mén)控制信號(hào)組成。它的工作原理是V/F轉(zhuǎn)換電路把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成正比的脈沖信號(hào)。電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過(guò)程是：當(dāng)模擬電壓Vi加到V/F的輸入端, 便產(chǎn)

26、生頻率F與Vi成正比的脈沖，在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)該脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，時(shí)間到，統(tǒng)計(jì) 到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值正比于輸入電壓 Vi，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。3.1.3傳感器（1）傳感器的定義國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī) 律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢 測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信 號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等 要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。（2）傳感器的分類(lèi)a、按傳感器的物理量分類(lèi)，可分為位移、力、速度、溫度、流

27、量、氣體成份等傳感器。b、按傳感器工作原理分類(lèi)，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。c、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)，可分為：輸出為開(kāi)關(guān)量（“關(guān)”）的開(kāi)關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。（3）、傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)， 傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互 關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài) 特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作 縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。 表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有： 線性度、靈敏度、 分辨力和遲滯等。

28、（4）、傳感器的動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器 的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。 這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào) 的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得， 并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng) 之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信 號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。（5）、傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀 表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線 性誤差）就是這個(gè)

29、近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入 和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線； 或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為 最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。（6）、傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化 x它是值輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm 時(shí)，輸出電壓變化為 200mV ，則其靈敏 度應(yīng)表示為 200mV/mm 。 當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，

30、靈敏度可理解為 放大倍數(shù)。 提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn) 定性也往往愈差。（7）、傳感器的分辨力分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從 某一非零值緩慢地變化。 當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)， 傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化， 即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸 出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程 中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。 上述指標(biāo) 若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。（8）、電阻式傳感器電阻式傳感器是

31、將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn) 換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕 敏等電阻式傳感器件。（9）、電阻應(yīng)變式傳感器傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使 電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬 絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍） 橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。10 ）、壓阻式傳感器壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)

32、基片 受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。 INTTP0-P3用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感 器應(yīng)用最為普遍。（11 ）、熱電阻傳感器熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的 熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度 范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200 C+500 C范圍內(nèi)的溫度。（12

33、）、傳感器的遲滯特性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值厶MAXf滿量程輸出 FS的百分比表示。 遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。3.2AT89C52芯片介紹圖 3-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖1.中央處理器（ CPU ）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制功能。2.內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部 RAM ）和內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是由大量 的寄存器所組成，其中每一個(gè)寄存器就稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元。3.定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計(jì)數(shù)器記錄的是單片機(jī)外部

34、發(fā)生的事件， 由單片機(jī)的外部電路提供計(jì)數(shù)信號(hào)； 而定時(shí)器是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù) 信號(hào)。4.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中起著十分重要的作用， 是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用的一種實(shí)時(shí) 控制技術(shù)，能對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)處理，從而大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。5.串行 I/O 接口串行 I/O 口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點(diǎn)是需要一對(duì)傳輸線，成本低；但速度慢， 效率低，適合靜態(tài)顯示。6.并行 I/O 接口并行 I/O 接口的數(shù)據(jù)所有位同時(shí)傳送。 其特點(diǎn)是傳輸速度快， 效率高；但傳送多少位 就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動(dòng)態(tài)顯示。圖3-2 AT89C52 引腳圖123456789_10 11

35、 121314151617181920.P1.0VCC.P1.1P0.0.P1.2P0.1.P1.3P0.2.P1.4P0.3.P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTVPDP0.7P3.0/RXDEA/VppP3.1/TXDALE/PROGP3.2/INT0PSENP3.3/INT1P2.7 P3.4/T0P2.6 P3.5/T1P2.5-P3.6/WRP2.4-P3.7/RDP2.3-XTAL2P2.2-XTAL1P2.1-GNDP2.04039383736353433323130292827262524232221ALE用于控制把P0 口輸出的低8位321單片機(jī)的引腳功能介

36、紹AT89C52的主要管腳功能如下：(1) P0.0P0.7 : P0 口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù) 用口。地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外，由于ALE是以晶振1 /6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用(6) PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部 ROM時(shí)，PSEN有效(低電平)，以(2)P1.0 -P1.7 :P1是-個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。(3)P2.0 沖2.7 :P2是- 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。(4)P3.0 沖3.7 :P3是- 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。(5)A

37、LE :地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),89C52實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作（7） EA :訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)EA信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在 外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始， 并可延至外部程序存儲(chǔ)器。（8）RST :復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效， 用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。（9）XTAL1和XTAL2 :外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于 外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。（10）VSS :地線。（11）VCC : +5V 電源。3.2.2

38、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊 地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影 響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C52片內(nèi)由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生 時(shí)鐘。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本 設(shè)計(jì)采用前者。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相 放大器的輸入為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振 蕩器和電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，外圍電路如圖 3-3所示。電路中的電容 C1和C2常選擇為30P左右。

39、對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì) 影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振 蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作 頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。此外，如果單片機(jī)有串 行通信，則應(yīng)該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。圖3-3時(shí)鐘電路323復(fù)位電路的設(shè)計(jì)AT89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RET為AT89C52提供了初始化的手段。有了 它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 在89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在 RET引腳上出現(xiàn)兩個(gè)

40、機(jī)器周期以上的高電平時(shí)， 單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要 RET保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由 高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖3-3所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RET端，該高電平使89C52全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上 電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V 加到了 RET端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O 口全為高電平，其 它寄存器全部清零，只有 S

41、BUF寄存器狀態(tài)不確定。工作原理：通電瞬間，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)高電平，只要RST端保持10ms 以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。臭位電路 |vcc|- -O O-C3圖3-4復(fù)位電路地址議存r-與譯3.3 ADC0809 芯片介紹ADC0809 是帶有8位A/D 轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。3.3.1 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 3-5 ADC0809”rII増;|4子的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)一個(gè) A/D由上圖可知，ADC0809 由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存

42、器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量 分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ii PLD a i is PI：x 鞏1s m T!FTJ1* P3 5EOCAEIA 環(huán)MOE咼VDD-C eUSN 皿E7 STAIT103.3.2 ADC0809引腳功能介紹AD轅換模塊圖3-6 ADC0809 引腳圖1、ADC0809 各腳功能如下：D7-D0 : 8位數(shù)字量輸出引腳IN0-IN7 : 8位模擬量輸入引腳。VCC : +5V 工作電壓。GND :地。REF （ +）：參考電壓正端

43、。REF （-）：參考電壓負(fù)端。START : A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE :地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換）.EOC :轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE :輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK :時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHZ）2、ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0 5V，若信號(hào)太小，必noW 3iX-ZJN 4K-：EK-SEK-fS-)ATCCS09CTD * %須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需 在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控

44、制線共4條，ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A、B、C三條地址 線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線，用于選通INO IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA000INO001IN1|01 J0IN2011TN31001N41 _01IN5110TN61 11 1IN7圖3-7 ADC0809 通道選擇表數(shù)字量輸出及控制線共11條，ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄 存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)

45、 EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn) 換。0E為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE = 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；0E = 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7 DO為數(shù)字量 輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào) 必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF ( + )，VREF ()為參考電壓 輸入。3.4 74HC573 芯片介紹芯片74HC573是8位三態(tài)鎖存器.74HC573和74LS373原理一樣，主要用于數(shù) 碼管、按鍵等等的控制。SL74HC573 跟LS/AL573 的管腳

46、一樣。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步） 時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。當(dāng)鎖存使能變低圖3-8 74HC573 引腳圖如上圖所示，0D7D為數(shù)據(jù)輸入端，0Q7Q為數(shù)據(jù)輸出端，LEOE為使能端。其內(nèi)部原理圖和真值表如下：為鎖存控制端,C11D19圖3-9 74HC573 內(nèi)部原理圖輸入輸出輸出使能鎖存使能DT刖丄-QLHHHLHLLLLX不變HXXZ附：x :不用關(guān)心z：高電阻圖3-10 74HC573 真值表11To Seven Olher Channels4

47、傳感器的選擇4.1溫度傳感器的選擇溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它可以通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性（如電 阻、電壓變化等特性）來(lái)間接測(cè)量，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，金屬鉑（Pt）的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電 阻溫度傳感器， 通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100 Q,電阻變化率為0.3851 Q/C。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650 C）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫 度計(jì)（涵蓋國(guó)家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高 壓，多

48、種溫度型號(hào)可選擇，安裝方式多元化，可進(jìn)行OEM定做，應(yīng)用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過(guò)程溫度測(cè)量與控制。 本設(shè)計(jì)采用PT100溫度傳感器。圖4-1 PT100溫度傳感器其主要技術(shù)參數(shù)測(cè)溫元件 K，E，J，T，PT100，Cu50測(cè)溫范圍-50-600 C -1300 C精度等級(jí) ClassA : + (0.15+0.2%t ); CLassB ; + (0.3+0.5%t ) 信號(hào)輸出：4-20 mADC二線制供電電壓：24Vdc , 12-36Vdc安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝應(yīng)用領(lǐng)域：采用歐美鉑電阻元件，利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù) 關(guān)系的特性來(lái)

49、進(jìn)行測(cè)溫。4.2壓力傳感器的選擇壓力傳感器的工作原理，本質(zhì)上是惠斯通電橋，這里采用的是最常見(jiàn)的電阻應(yīng)變片式的壓力傳感器。它得到廣泛應(yīng)用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來(lái)的誤差。膜 片上的壓力使得電橋不平衡，從而產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)的輸出信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)的基本特性之一 是它的差動(dòng)輸出電壓U與偏置電壓成正比關(guān)系，這種關(guān)系隱含壓力測(cè)量精度直接決定偏 置電源的容限值，當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸 出同時(shí)，它也能提供一種溫度補(bǔ)償最通用的方法。本設(shè)計(jì)采用PT112型壓力傳感器,PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性 可以應(yīng)用于特殊的的工業(yè)，使

50、其成為橡塑，化纖等機(jī)械設(shè)備中高溫流體壓力測(cè)量與控制 的理想產(chǎn)品。圖4-2 PT112 型壓力傳感器 .其主要技術(shù)參數(shù)為：量 程：0450Mpa綜合精度： 0.1%FS 0.2%FS 0.5%FS 1.0%FS輸 出： 2.0mV/V ；3.33mV/V ；420mA ；05V；15V；010V工作溫度：-10 200 450 C；供電電壓：傳感器： 10VDC(6-12VDC) 變送器： 24VDC(9 36 V)負(fù)載阻抗：電流型最大800電壓型50K Q以上絕緣電阻：大于 2000M Q100VDC振動(dòng)影響：對(duì)于 20HZ-1KHZ 的機(jī)械振動(dòng)，輸出變化小于 0.1%FS密封等級(jí)：IP65信

51、號(hào)引出：六芯鍍金進(jìn)口接插件螺紋連接：1/2-20UNFM20*1.5M22*1.5G1/2NTP1/4M16*1.5 其它螺紋可按用戶要求設(shè)計(jì)PT112 引進(jìn)美國(guó)最新傳感器技術(shù)和全套先進(jìn)電路及元器件生產(chǎn)的高精度壓傳感器，一 體化的不銹鋼外殼封裝和輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) .芯片采用特殊進(jìn)口材質(zhì)，高穩(wěn)定性壓力傳感器 組件，經(jīng)過(guò)高可靠的放大電路及溫度補(bǔ)償，性能更好。外盒采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具 有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。該產(chǎn)品有多種接口形式和多種引線 方式，能 夠最大限度滿足客戶的需要，適用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、 醫(yī)療、電力，空調(diào)、金 剛石壓機(jī)、冶金、車(chē)輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。4.3 水

52、位傳感器的選擇CR-60 系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測(cè)可導(dǎo)電的液體。特別適合測(cè)量酸堿溶液和鍋爐的水位。整機(jī)無(wú)任何可動(dòng) 或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價(jià)格比好。替代傳統(tǒng)的浮球 式、投入式、差壓式等液位變送器在各種場(chǎng)合下應(yīng)用有不可比擬的優(yōu)勢(shì)圖4-3 CR60水位傳感器其性能指標(biāo)：檢測(cè)范圍：0.1100m精 度：0.2級(jí)、0.5級(jí)承壓范圍：-0.1MPa32MPa環(huán)境溫度：-2085 C輸出信號(hào)：4 20mA、0 10 mA、0 20 mA、1 5V、0 5V、0 10V供電電源：負(fù)載電阻0750 Q DC24V固定方式：螺紋

53、安裝M20X 1.5、M27X 2,法蘭安裝DN25、DN40、DN50。特殊規(guī)格可按要求定制現(xiàn)場(chǎng)顯示：模擬顯示 0100% 或者直接顯示液位高度CR-60 系列電容式液位變送器可將各種液位參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)、 遠(yuǎn)傳至 操作控制室，供二次儀表或計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行集中顯示、報(bào)警或自動(dòng)控制。其良好的結(jié)構(gòu) 及安裝方式，可適用于高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞、防冷結(jié)等特殊條件下液位的連 續(xù)檢測(cè)，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包 、煤粉包等場(chǎng)所的液位測(cè)量。 儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)任何可動(dòng)或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。一般 情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、

54、小維修：多種信號(hào)輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于 高溫高壓容器的液位測(cè)量，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影 響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體的測(cè)量；完善的過(guò)流、過(guò)壓、電源極性保護(hù)。4.4 流量傳感器的選擇LUGB 21/ZX 渦街流量傳感器是一種新型流量傳感器， 可以用于多種數(shù)據(jù)散集系統(tǒng)，與XS型流量顯示儀配套組成流量計(jì)，用于測(cè)量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時(shí)流量 和累積流量，并輸出信號(hào)控制相應(yīng)設(shè)備。該傳感器廣泛用于電力、機(jī)械、輕工、冶金、 石油、化工、造紙、科研及城市供水、供熱、供氣以及各種工業(yè)過(guò)程控制、能源管理和 環(huán)境工程等領(lǐng)域。LUGB 21/ZX 渦街流量傳感器工作原

55、理：“卡門(mén)渦街”原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時(shí)，柱體兩側(cè)交錯(cuò)產(chǎn)生兩列 有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產(chǎn)生交變應(yīng)力；埋設(shè)在探頭體內(nèi)的壓電元件受交變應(yīng) 力作用產(chǎn)生的交變電荷分別送給二個(gè)電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測(cè)放大器信號(hào)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖 信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。圖4-4 LUGB 21/ZX流量傳感器LUGB 21/ZX渦街流量傳感器主要特點(diǎn)：流量傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高，流量傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，因而壓損小，維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)量范圍度寬，可達(dá) 15 : 1、20 : 1。LUGB - 21/ZX渦街流量傳感器主要技術(shù)參數(shù):型號(hào)說(shuō)明：LUGB-21不

56、帶現(xiàn)場(chǎng)顯示、LUGB-ZX帶現(xiàn)場(chǎng)顯示，可顯示瞬時(shí)流量和累積流量。測(cè)量介質(zhì)：液體、氣體、過(guò)熱/飽和蒸汽。環(huán)境溫度：-25 + 55 C,濕度：w 85%介質(zhì)溫度:(1 )普通型：-40 + 130 C，-10 + 250 C(2) 高溫型：-10 + 300 C，-10 + 380 C(3) 防爆型：-40 + 80 C精度等級(jí)：液體土1%;氣體土 1%;蒸汽土 1.5%輸出信號(hào)：(1 )三線制電壓脈沖 低電平0 1V ;高電平4V ;占空比為50%（2 ）二線制電流信號(hào) 4 20MA供電： 24VDC工作壓力： 02.5MPA5 .系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)上面的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖清晰的將整個(gè)

57、鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)組成部分呈現(xiàn)了出來(lái)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊、I/O擴(kuò)展模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及 報(bào)警模塊，各個(gè)模塊之間通過(guò)單片機(jī)連接在一起，共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐內(nèi)部實(shí)時(shí)監(jiān)控的功 能。下面將對(duì)各個(gè)模塊 -進(jìn)行介紹。5.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖5-1單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)“最小”就是指一個(gè)單片機(jī)能開(kāi)始獨(dú)立工作所需的最基本的外部電路連接。具體是指Vcc腳接電源，GND接地，接好晶振，連上RC復(fù)位電路，另外 勿忘EA腳接高電平，這樣就搭建成了一個(gè)最小的系統(tǒng)。該模塊為整個(gè)系統(tǒng)的中心模塊， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的接收和處理，并傳出指令，保證輸出電路的功能能夠得以正常實(shí)現(xiàn)，從 而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)

58、的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，P0 口連接排阻，通過(guò)排阻連接到驅(qū)動(dòng)電路部分，使 輸出端口擴(kuò)展到16位。P1 口連接到AD0809芯片上，用以接收從A/D轉(zhuǎn)換器那里采 集到的信號(hào)。P2 口一部分連接到按鍵電路，用以接收外部的中斷信號(hào)，另一部分連接 到AD0809芯片的地址鎖存器與譯碼器端口， 在ALE為高電平時(shí)，用以選擇IN0IN7 模擬量的輸入端口。X1、X2連接的是時(shí)鐘電路的外圍電路，由于該芯片內(nèi)部有一個(gè)用 于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，所以無(wú)需在外部添加時(shí)鐘振蕩器，內(nèi)部時(shí)鐘通過(guò)XI、X2和石英晶體、電容相連，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 4fWWiWrtYWrWiIXALE在ADC0809 接線圖

59、中,的電源，msb2-1msb2-85.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊前文已經(jīng)詳細(xì)介紹了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換模塊二 1 P】HPH W Pl 二 JiS J14P ： W P】 r -IN 4ICCADA占ATD-1EXLE圖5-2 ADC0809 連接圖IN0IN7 接傳感器的輸出端，ref(-)接地，ref( +)結(jié)5V接單片機(jī)的P1 口，用于將數(shù)字信號(hào)輸出，EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，A、B、C是地址鎖存器與譯碼器的地址輸入端，連接到單片機(jī)的P2口，用于單片機(jī)控制模擬信號(hào)的選通輸入。ALE連接RD，單片機(jī)工作的時(shí)候始終讓ALE處于高電平

60、，這樣才能使鎖存器正常工作。START端是數(shù)模轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)輸入端，它連接到單片機(jī)的中斷口，用以控制數(shù)模轉(zhuǎn)換的發(fā)生5.4驅(qū)動(dòng)電路模塊舉驅(qū)動(dòng)電路宰Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q QI ”？ 3 3 沖 LF*LF* 6 6 7 7 -UO-UO-5匚巾圖5-3驅(qū)動(dòng)電路模塊接線圖該模塊是由74HC573芯片構(gòu)成，它實(shí)現(xiàn)了端口的擴(kuò)展功能，其內(nèi)部是一個(gè)功率放大 電路，提高了電路的功率，從而滿足了負(fù)載的額定功率使得負(fù)載可以正常工作，從而可 以響應(yīng)微弱的輸入信號(hào)。在這里，該芯片D1D8 口接的是單片機(jī)的P0 口，1Q8Q分別接的是ah、WE1WE6 端口，分別對(duì)應(yīng)的是顯示電路的數(shù)碼管的