畢業(yè)設計：天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、.湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）1天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的概念設計 本課題設計的天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)天然氣壓力儲氣罐進氣管道的流量使存氣罐中的壓力穩(wěn)定在200Pa-800Pa之間，從而能使天然氣通過儲氣罐的出氣管穩(wěn)定的供給給用戶使用。在壓力值大于上限值或者小于下線值時，系統(tǒng)能發(fā)出聲光報警并控制步進電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)自動監(jiān)控，同時也有人性化的人工手動控制。2天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設計此天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)來來源于生產(chǎn)實際，設計要求既滿足用戶要求又使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠。本課題打算分四個模塊進行解決：壓力數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報警與步進電機驅(qū)動模塊、人工控制模塊。系

2、統(tǒng)硬件電路原理框圖如下：8051單片機壓力傳感器I/O擴展芯片8155AD轉(zhuǎn)換電路差動放大器LED顯示屏聲光報警步進電機的驅(qū)動人工控制系統(tǒng)硬件電路原理框圖本系統(tǒng)中，通過擴散硅壓力傳感器將壓力非電量轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，通過信號放大電路，將微弱的電信號轉(zhuǎn)化為A/D能轉(zhuǎn)化的閾值，使輸入的模擬信號的電壓為0-5V，壓力傳感器的量程為0-1000MPa。然后將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送給8051單片機進行數(shù)據(jù)的處理；通過比較設定在8051單片機內(nèi)的上、下限壓力值參數(shù)，來決定是否應啟動相應的報警與控制程序。當前壓力值超過設定的上限值時，系統(tǒng)會進行聲光報警，并控制步進電機轉(zhuǎn)動使天然氣儲氣罐進氣管的閥口關小，

3、從而達到自動調(diào)節(jié)儲氣罐中壓力的目的。整個過程中的壓力值變化會通過LED顯示屏顯示出來，便于記錄與生產(chǎn)管理。軟件方面，我們使用匯編語言對8051單片機進行程序設計，用Proteus搭建仿真系統(tǒng)，用Keil C51進行程序匯編。分為壓力數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報警與步進電機驅(qū)動模塊、人工控制模塊、這四大模塊進行編寫。除了實現(xiàn)所要求的控制功能外，還要進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即將所采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)（BCD碼）進行顯示，符合人們所使用十進制數(shù)的習慣，同時還要將壓力值參數(shù)換成二進制數(shù)，便于8051單片機處理。2.3天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設計根據(jù)總體方案設計，本監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路可劃為：

4、數(shù)據(jù)采集功能模塊、數(shù)據(jù)顯示功能模塊、聲光報警模塊、步進電機驅(qū)動模塊以及電路圖五個部分。 2.3.1數(shù)據(jù)采集功能模塊壓力傳感器采用擴散硅壓力傳感器，在信號的調(diào)理電路中用儀表放大器，共模干擾、零漂、溫漂的抑制，保證采集數(shù)據(jù)的精度和可靠度。模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0809,將信號預處理電路傳送過來的調(diào)理信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換才傳送至8051單片機中進行各種處理。ADC0809各腳功能如下：LSB-MSB：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。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號

5、輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。 2.3.2數(shù)據(jù)顯示模塊顯示屏采用四位一體LED數(shù)碼管，由于8051單片機的I/O接口有限，為了節(jié)約I/O口，我們采用8155芯片對單片機的I/O口進行擴展，將8051單片機的P0與8155的AD口做數(shù)據(jù)總線相連，8155的A口做LED數(shù)碼管的段選信號線，B口做LED數(shù)碼管的位選信號線。8155各引腳功能說明如下：RST：復位信號輸入端，高電平有效。復位后，3個

6、I/O口均為輸入方式。AD0AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個總線口傳送的。RD：讀選通信號，控制對8155的讀操作，低電平有效。WR：寫選通信號，控制對8155的寫操作，低電平有效。CE：片選信號線，低電平有效。IO/M ：8155的RAM存儲器或I/O口選擇線。當IO/M 0時，則選擇8155的片內(nèi)RAM，AD0AD7上地址為8155中RAM單元的地址（00HFFH）；當IO/M 1時，選擇 8155的I/O口，AD0AD7上的地址為8155 I/O口的地址。ALE：地址鎖存信號。8155

7、內(nèi)部設有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機P0口輸出的低8位地址信息及 ，IO/ 的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號不需外接鎖存器。PA0PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。PB0PB7：8位通用I/O口，功能同A口。PC0PC5：有兩個作用，既可作為通用的I/O口，也可作為PA口和PB口的控制信號線，這些可通過程序控制。TIMER IN：定時/計數(shù)器脈沖輸入端。TIMER OUT：定時/計數(shù)器輸出端。VCC：5V電源。 2.3.3聲光報警模塊聲光報警電路采用LM386驅(qū)動的蜂鳴器與發(fā)光二極管，從某一I/O單調(diào)輸出一信號控制LM386驅(qū)動

8、蜂鳴器和發(fā)光二極管進行聲光報警，避免采用音樂報警以防止外界各種鈴聲信號的干擾，同時便于晚上能對報警地點進行準確快速的定位。 2.3.4步進電機的驅(qū)動模塊 此處步進電機采用三相六拍的驅(qū)動方式，步進電機的主要功能是根據(jù)存儲罐中的壓力狀況，來進行正反轉(zhuǎn)的控制。當存儲罐中的壓力低于設計的下限值時，步進電機進行正轉(zhuǎn)，控制閥門開大；當存儲罐中的壓力高于設計的上限值時，步進電機進行反轉(zhuǎn)，控制閥門關小，使得存氣罐中的壓力處于正常壓力的范圍之內(nèi)。2.3.5電路圖2.4天然氣壓力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計 軟件設計是測控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和重點，設計人員不僅要能夠從事硬件設計，同時還必須掌握測控軟建的設計，通常，軟件設計是先

9、畫出軟件的流程圖，然后根據(jù)流程圖用匯編語言或者高級語言進行編程。本課題的程序打算分為數(shù)據(jù)采集與存儲、數(shù)據(jù)顯示、聲光報警與電機驅(qū)動、人工手動四個模塊進行設計。在程序的編寫中我們應該按照這設計的四大模塊由上至下的進行編寫，一一實現(xiàn)控制的要求。程序的編譯器我們選擇Keil C51軟件,電路仿真我們選擇Proteus軟件進行仿真電路的搭建。2.4.1 Keil C51的介紹Keil C51集成開發(fā)環(huán)境主要由菜單欄、工具欄、源文件編輯窗口、工程窗口和輸出窗口五部分組成。工具欄為一組快捷工具圖標，主要包括基本文件工具欄、建造工具欄和調(diào)試工具欄，基本文件工具欄包括新建、打開、拷貝、粘貼等基本操作。建造工具欄

10、主要包括文件編譯、目標文件編譯連接、所有目標文件編譯連接、目標選項和一個目標選擇窗口。調(diào)試工具欄位于最后，主要包括一些仿真調(diào)試源程序的基本操作，如單步、復位、全速運行等。在工具欄下面，默認有三個窗口。左邊的工程窗口包含一個工程的目標（target）、組（group）和項目文件。右邊為源文件編輯窗口，編輯窗口實質(zhì)上就是一個文件編輯器，我們可以在這里對源文件進行編輯、修改、粘貼等。下邊的為輸出窗口，源文件編譯之后的結(jié)果顯示在輸出窗口中，會出現(xiàn)通過或錯誤（包括錯誤類型及行號）的提示。如果通過則會生成“HEX”格式的目標文件，用于仿真或燒錄芯片。MCS-51單片機軟件Keil C51開發(fā)過程為：1.建

11、立一個工程項目，選擇芯片，確定選項；2.建立匯編源文件或C源文件；3.用項目管理器生成各種應用文件；4.檢查并修改源文件中的錯誤；5.編譯連接通過后進行軟件模擬仿真或硬件在線仿真；6.編程操作；7.應用。2.4.2Proteus軟件的介紹Proteus軟件是它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前將電路仿真軟

12、件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有的功能：原理布圖；PCB自動或人工布線；SPICE電路仿真。2.4.3程序設計流程圖（1）自動監(jiān)控程序流程圖開始初始化啟動ADC0809采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并儲存在LED數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)判斷采集的數(shù)據(jù)是否大于設定的上限值或小于設計的下限值。大于聲光

13、報警聲光報警電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)小于（2）中斷程序流程圖（手動控制控制）將累加器A 、累加器B、程序狀態(tài)字PSW、30H-34H單元壓棧進行保護。外部中斷0低電平電動機A相得電、延時電動機B相得電、延時電動機A相失電、延時電動機B相失電、延時電動機A相得電、延時清零A、B相電動機C相的電、延時將30H-34H單元、程序狀態(tài)字PSW 、累加器B、累加器A出?；謴同F(xiàn)場。中斷返回將累加器A 、累加器B、程序狀態(tài)字PSW、30H-34H單元壓棧進行保護。外部中斷1低電平電動機C、A相得電、延時電動機A相失電、延時電動機B相得電、延時電動機A相得電、延時電動機B相失電、延時清零A相電動機C相失電、延時將

14、30H-34H單元、程序狀態(tài)字PSW 、累加器B、累加器A出?；謴同F(xiàn)場。中斷返回2.4.4 源程序 ORG 0000 LJMP MAIN START EQU P2.5 EOC EQU P2.6 BEEP_LED EQU 2.3 ORG 4000MAIN: SEBT EA 開中斷 SEBT EX0 開外部中斷0 SEBT EX1 開外部中斷1 CLR IT0 選擇外部中斷低電平觸發(fā)方式 MOV A #0FFH 將P1口置1 MOV P1 A LOOP1: SEBT START 啟動ADC0809 JNB EOC $ 等待轉(zhuǎn)換完成 MOV A P1 讀取數(shù)據(jù) MOV 34H 初始數(shù)值存于34H單元

15、 MOV B #4 將數(shù)據(jù)化為實際的大小 MUL AB MOV R1 A 低八位暫存R1 MOV A B 進行高八位的BCD轉(zhuǎn)換 MOV B #25 MUL AB MOV B #100 DIV AB MOV 30H A 千位數(shù)存30H單元 MOV A B MOV B #10 DIV AB MOV 31H A 百位數(shù)存31H單元 MOV 32H B 十位數(shù)存32H單元 MOV A R1 進行低八位數(shù)的BCD MOV B #100 BCD轉(zhuǎn)換，讀百位數(shù) DIV AB ADD A 31H 低八位數(shù)與高八位數(shù)的百位數(shù)相加 MOV 31H A 相加結(jié)果存入31H MOV A B BCD轉(zhuǎn)換，讀十位數(shù) M

16、OV B #10 DIV AB ADD A 32H 低八位數(shù)與高八位數(shù)的十位數(shù)相加 MOV 32H A 結(jié)果存入32H MOV 33H B 個位數(shù)存入33H LOOP2: MOV A 30H 數(shù)據(jù)顯示模塊 DA A 讀千位數(shù)，進行十進制轉(zhuǎn)換 MOV DPTR #TAB 尋千位數(shù)的段碼號 MOVC A A+DPTR MOV DPTA #7F01H DP指針指向段選地址 MOVX DPTR A 送入段選碼 MOV DPTA #7F02H DP指針指向位選地址 MOV A #07H MOVX DPTR A 送入位選碼 ACALL DELAY 延時0.2S MOV A 31H DA A MOV DPT

17、R #TAB MOVC A A+DPTR MOV DPTA #7F01H DP指針指向段選地址 MOVX DPTR A 送入段選碼 MOV DPTA #7F02H DP指針指向位選地址 MOV A #0BH MOVX DPTR A 送入位選碼 ACALL DELAY 延時0.2S MOV A 32H DA A MOV DPTR #TAB MOVC A A+DPTR MOV DPTA #7F01H DP指針指向段選地址 MOVX DPTR A 送入段選碼 MOV DPTA #7F02H DP指針指向位選地址 MOV A #0DH MOVX DPTR A 送入位選碼 ACALL DELAY 延時0

18、.2S MOV A 33H DA A MOV DPTR #TAB MOVC A A+DPTR MOV DPTA #7F01H DP指針指向段選地址 MOVX DPTR A 送入段選碼 MOV DPTA #7F02H DP指針指向位選地址 MOV A #0EH MOVX DPTR A 送入位選碼 ACALL DELAY 延時0.2S MOV R0 #20H 持續(xù)顯示一段時間 DJNZ R0 LOOP2 LOOP3: MOV A #32H 設定下限值32H 表示200Pa CLR CY 清零進位標志 SUBB A 34H 比較初始值是否小于200 JC LOOP5 小于200則跳轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)程序 M

19、OV A #8CH 設定下限值32H 表示800Pa CLR CY SUBB A 34H JNC LOOP4 大于800則跳轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)程序 CLR BEEP_LED 關閉蜂鳴器和發(fā)光二極管 LJMP MAIN 跳轉(zhuǎn)主程序繼續(xù)檢測 LOOP4: SETB BEEP_LED 啟動蜂鳴器和點亮LED SETB P2.0 電機A相得電(A) ACALL DELAY 延時0.2S SETB P2.1 電機B相得電(AB) ACALL DELAY 延時0.2S CLR P2.0 電機A相失電(B) ACALL DELAY 延時0.2S SETB P2.2 電機C相得電(BC) ACALL DELAY CL

20、R P2.1 電機B相失電(C) ACALL DELAY SETB P2.0 電機A相得電(CA) ACALL DELAY CLR P2.2 電機C相失電 CLR P2.0 電機A相失電 LJMP MAIN 跳轉(zhuǎn)主程序繼續(xù)檢測 LOOP5: SETB BEEP_LED SETB P2.2 電機C相得電 SETB P2.0 電機A相得電(CA) ACALL DELAY CLR P2.0 電機A相失電(C) ACALL DELAY SETB P2.1 電機B相得電(BC) ACALL DELAY CLR P2.2 電機C相失電(B) ACALL DELAY SETB P2.0 電機A相得電(AB)

21、 ACALL DELAY CLR P2.1 電機B相失電(A) ACALL DELAY CLR P2.0 電機A相失電 LJMP MAIN 跳轉(zhuǎn)主程序繼續(xù)檢測 ORG 0003INT0； PUSS ACC PUSS PSW PUSS B PUSS 30H PUSS 31H PUSS 32H PUSS 33H PUSS 34H SETB P2.0 ACALL DELAY SETB P2.1 ACALL DELAY CLR P2.0 ACALL DELAY SETB P2.2 ACALL DELAY CLR P2.1 ACALL DELAY SETB P2.0 ACALL DELAY CLR P2.2 CLR P2.0 POP 34H POP 33H POP 32H POP 31H POP 30H POP B POP PSW POP ACC REIT ORG 0013INT1: PUSS ACC PUSS PSW PUSS B PUSS 30H PUSS 31H PUSS 32H PUSS 33H PUSS 34H SETB P2.2 SETB P2.0 ACALL DELAY CLR P2.0 ACALL DELAY SETB P2.1 ACALL DELAY CLR P2.2 ACALL DELAY SETB P2.0 ACALL DELAY CLR