野外柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第一章 前言在電氣時(shí)代的今天，發(fā)電機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，尤其是野外工作，更加離不開(kāi)自動(dòng)監(jiān)控的發(fā)電機(jī)。在本文中我們主要是圍繞柴油發(fā)電機(jī)的控制原理和方法進(jìn)行研究，發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于單片機(jī)微機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)的最新發(fā)展成就。柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng):監(jiān)控系統(tǒng))是以具有很強(qiáng)邏輯控制和數(shù)據(jù)處理能力的單片微型計(jì)算機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的檢測(cè)與控制。在機(jī)組運(yùn)行期間，監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，控制機(jī)組的自動(dòng)運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)配有通訊功能，可將檢測(cè)的參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)傳送到上位監(jiān)控主機(jī)，也可以接收上位監(jiān)控主機(jī)的指令，控制機(jī)組的運(yùn)行。本監(jiān)控系統(tǒng)己應(yīng)用

2、于500kVA的柴油發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控中，并有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在無(wú)人值守條件下 .柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介柴油發(fā)電機(jī)組是一種小型發(fā)電設(shè)備，系指以柴油等為燃料，以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力機(jī)械。柴油發(fā)電機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上，定位使用，亦可裝在拖車(chē)上，供移動(dòng)使用。柴油發(fā)電機(jī)組屬非連續(xù)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備，若連續(xù)運(yùn)行超過(guò)12h，其輸出功率將低于額定功率約90。盡管柴油發(fā)電機(jī)組的功率較低，但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便于操作和維護(hù)，所以廣泛應(yīng)用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護(hù)、以及工廠(chǎng)、企業(yè)、醫(yī)院等部門(mén)，

3、作為備用電源或臨時(shí)電源。近年來(lái)新研制的無(wú)人值守的全自動(dòng)應(yīng)急電站，更加擴(kuò)大了該種發(fā)電機(jī)組的使用范圍。目前，帶有自動(dòng)監(jiān)控的柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外，深收消費(fèi)者歡迎。自動(dòng)監(jiān)控的柴油發(fā)電機(jī)組它主要有如下功能實(shí)時(shí)讀取各指標(biāo)：柴油發(fā)電機(jī)組的三相電流，三相電壓，頻率等數(shù)據(jù)；環(huán)境溫度，水溫，油溫等數(shù)據(jù)；柴油發(fā)電機(jī)油位，油壓，轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)；各種報(bào)警數(shù)據(jù)；各種狀態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)控制：?jiǎn)?dòng)，停止，油機(jī)合閘，油機(jī)分閘等；遠(yuǎn)程設(shè)置各參數(shù)：各上限，下限值等。1.2柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展1.3柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的前景和展望1.4課題的研究背景和意義1.5柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究 該設(shè)計(jì)主要是針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)

4、的運(yùn)行狀態(tài)，工作參數(shù)，耗油量，工作溫度和電壓進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生變化時(shí)就會(huì)通過(guò)傳感器經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口接入單片機(jī)通過(guò)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)來(lái)控制發(fā)電機(jī)的電壓，轉(zhuǎn)速和水箱溫度，把這些輸出信號(hào)接入LED來(lái)反映這些參數(shù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓超過(guò)246V，水箱溫度90，油箱油位低于下限位時(shí)LED顯示屏發(fā)出閃燈警報(bào)，以此來(lái)自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特

5、性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi)傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。按照其用途，傳感器可分類(lèi)為：壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器，速度傳感器 熱敏

6、傳感器，加速度傳感器 射線(xiàn)輻射傳感器，振動(dòng)傳感器 濕敏傳感器，磁敏傳感器 氣敏傳感器，真空度傳感器，生物傳感器等。本文主要講溫度傳感器，壓力傳感器，基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器。溫度傳感器 根據(jù)設(shè)計(jì)的精確度，本設(shè)計(jì)采用了具有較高精確度的熱敏電阻溫度傳感器。熱敏電阻(Thermistor，Thermal Resistor之縮寫(xiě))是一種高溫度系數(shù)的電阻體， 熱敏電阻是開(kāi)發(fā)早、種類(lèi)多、發(fā)展較成熟的敏感元器件熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為n、p，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：=q（nn+pp）因?yàn)閚、p、n、p都是依賴(lài)溫度T的函數(shù)，所以

7、電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測(cè)量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線(xiàn)這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理就其電阻系數(shù)之大小而言，乃屬于半導(dǎo)體；而依其電阻值隨溫度變化的情形，主要可將其分為負(fù)溫度系數(shù)(NTC, Negative Temperature Coefficient)熱敏電阻及負(fù)溫度系數(shù)(PTC, Positive Temperature Coefficient)熱敏電阻兩種。 電阻-溫度特性：NTC（負(fù)溫度系數(shù)）的電阻值可以隨溫度的上升而下降，由于其溫度系數(shù)非常大，所以可以檢知微小的溫度變化，因此被廣泛應(yīng)用在溫度的量測(cè)、電路軟啟動(dòng)，控制與補(bǔ)償。常規(guī)的熱敏電阻溫度傳感器都是由NTC

8、熱敏電阻制成。 PTC（正溫度系數(shù)）的電阻值可以隨溫度的上升而增大，由于其溫度系數(shù)非常大，主要用在消磁電路、加熱器、電路保護(hù)、電機(jī)啟動(dòng)、暖風(fēng)機(jī)，風(fēng)速測(cè)量，溫度控制與補(bǔ)償。其特性圖見(jiàn)圖2-1(a)圖2-1(a)電阻-溫度特性電流-電壓特性：當(dāng)通入的電流小，幾乎不使元件本身發(fā)熱時(shí)，電阻值是一定值。當(dāng)電流增加，NTC熱敏電阻產(chǎn)生的焦耳熱使元件本身的溫度上(self-heating)，并與環(huán)境進(jìn)行熱交換。此電流-電壓特性的典型應(yīng)用為液位感測(cè)器，其基本原理是利用NTC熱敏電阻在液體和空氣中的熱散失差異；如前所述，NTC熱敏電阻通以電流后產(chǎn)生焦耳熱而升溫，其熱量傳導(dǎo)至周?chē)橘|(zhì)，平衡溫度將隨介質(zhì)種

9、類(lèi)而不同。利用此現(xiàn)象可檢知NTC熱敏電阻在液體中或空氣中，以適時(shí)啟動(dòng)警示燈。 電流-時(shí)間特性：NTC熱敏電阻的另一個(gè)重要參數(shù)是時(shí)間，亦即使NTC熱敏電阻從某一電阻值改變到另一電阻值所需的時(shí)間。當(dāng)開(kāi)始加電壓于NTC熱敏電阻時(shí)是定電阻、定電流的狀態(tài)，而在自熱區(qū)域(self-heating)則電阻下降、電流增加。而其改變速率則和加于NTC熱敏電阻上的功率和元件本身的Thermal Mass、形狀/結(jié)構(gòu)及環(huán)境狀況等因素有關(guān)。此一電流-時(shí)間特性可用于抑制突波電流，又不至于對(duì)電路的總電流造成太大的影響。因此被廣泛應(yīng)用于OA機(jī)器的交換式電源供應(yīng)器中，以抑制電源開(kāi)啟時(shí)，引發(fā)的突波電流，如此可以防止熔絲的熔斷與

10、保護(hù)電子線(xiàn)路及其他電子元件，以提高OA機(jī)器的可靠度.熱敏電阻的非線(xiàn)性特性：熱敏電阻由于物理結(jié)構(gòu)所造成的，所以非線(xiàn)性較大，因此在使用時(shí)要進(jìn)行線(xiàn)性化處理。線(xiàn)性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線(xiàn)，但是比較復(fù)雜。為此，在要求不高的一般應(yīng)用中，常做出在一定的溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線(xiàn)性關(guān)系的假定，以簡(jiǎn)化計(jì)算。使用熱敏電阻是為了感知溫度，給熱敏電阻通以恒定的電流，電阻兩端就可測(cè)到一個(gè)電壓，然后通過(guò)公式下面的公式可求得溫度：T=T0-KVTT為被測(cè)溫度; T0為與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù); K為與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù);虛擬化技術(shù),VT為熱敏電阻兩端的電壓。根據(jù)這一公式，如果能測(cè)得熱敏電阻兩端的電壓，再知

11、道參數(shù)T0和K，則可以計(jì)算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，也就是被測(cè)的溫度，這樣就把電阻隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓隨溫度變化的關(guān)系了.熱敏電阻的阻值定義：測(cè)量一只良好的熱敏電阻，須在環(huán)境溫度25下測(cè)量，得出的電阻值就是這個(gè)熱敏電阻的標(biāo)稱(chēng)阻值。B值是指電阻值/溫度的特性用公式計(jì)算基礎(chǔ)的數(shù)值，用在數(shù)字表達(dá)中，表示與絕對(duì)溫度相對(duì)應(yīng)的電阻，當(dāng)B值本身隨溫度變化時(shí)，不適合在寬的溫度范圍變化，fenwal使用00和500來(lái)計(jì)算B值。B值與溫度的變化曲線(xiàn)如圖21（b）圖21（b）該轉(zhuǎn)速傳感器主要為發(fā)電機(jī)電控單元提供轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)對(duì)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波和整形，使處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是利

12、用霍爾效應(yīng)原理工作：一個(gè)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直于薄片，當(dāng)薄片通以電流J 時(shí)，在薄片的兩側(cè)面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量的霍爾電壓UH，如果改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，霍爾電壓的大小亦隨之改變，當(dāng)磁場(chǎng)消失時(shí)，霍爾電壓變?yōu)榱?。霍爾效?yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)是矩形脈沖信號(hào)，很合于數(shù)字控制系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)。傳感器輸出電壓信號(hào)穩(wěn)定，只要存在磁場(chǎng)，霍爾元件總是產(chǎn)生相同的電壓，并且輸出信號(hào)電壓的大小與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，即使是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，仍能夠獲得較高的檢測(cè)準(zhǔn)確度。對(duì)該傳感器做簡(jiǎn)單介紹（1）轉(zhuǎn)速信號(hào)盤(pán)該盤(pán)上共有6個(gè)齒，其中有一個(gè)40。的寬齒(作為噴油正時(shí)基準(zhǔn)信號(hào))，5個(gè)20。度的窄齒；圍繞盤(pán)中心有4個(gè)均部(

13、相隔90。)的孔，2個(gè)大孔為O21，另2個(gè)小孔為O106，盤(pán)中心還有一個(gè)052的中心孔。把寬齒齒邊與盤(pán)中心連線(xiàn)對(duì)應(yīng)的大孔作為特殊孔，這幾個(gè)孔在發(fā)動(dòng)機(jī)上主要用于定位。用雙速電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)，信號(hào)盤(pán)與電機(jī)安裝在一起，隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速盤(pán)，與其相對(duì)的位置安裝一塊永久磁鐵，當(dāng)轉(zhuǎn)速盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器就輸出矩形脈沖信號(hào)，輸出6個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)缸，其中的2個(gè)寬脈沖信號(hào)配合上止點(diǎn)信號(hào)精確確定上止點(diǎn)的位置。（2）信號(hào)處理電路經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換和放大器放大的電信號(hào)，由于測(cè)試環(huán)境的電磁干擾、傳感器和放大器自身的影響，往往會(huì)含有多種頻率成分的噪音信號(hào)。嚴(yán)重時(shí)，這種噪音信

14、號(hào)會(huì)淹沒(méi)待提取的輸入信號(hào)，造成測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法獲取被測(cè)信號(hào)。在這種情況下，需要采取濾波措施，抑制不需要的雜散信號(hào)，使系統(tǒng)的信噪比增加，在此選用了有源濾波器中的低通濾波器。根據(jù)低通濾波器幅頻特性，確定有限增益低通濾波器的線(xiàn)路圖。（3）轉(zhuǎn)速測(cè)量原理發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)盤(pán)安裝在曲軸上，工作時(shí)傳感器輸出信號(hào)經(jīng)整形后可得到相應(yīng)的方波脈沖信號(hào)。利用M68HC11單片機(jī)的輸入捕捉功能，可得到相鄰的兩個(gè)上升沿的時(shí)間差，即可算出當(dāng)前轉(zhuǎn)速 為3J= j×2000000×60(i×T)= 1.2×10 × (I×T)(rmin)，其中 i為轉(zhuǎn)速信號(hào)盤(pán)每轉(zhuǎn)輸出

15、信號(hào)數(shù)； 為信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)1圈發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)(信號(hào)盤(pán)安裝在曲軸上時(shí)= 1，裝在凸輪軸上則 =2)；T為單片機(jī)輸入捕捉所計(jì)算出的相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間差值。壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器。通常把壓力測(cè)量?jī)x表中的電測(cè)式儀表稱(chēng)為壓力 傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。有時(shí)把這兩種元件的功能集于一體。壓力傳感器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)

16、。本設(shè)計(jì)主要介紹氣體壓力傳感器。壓力是一種非電量的物理量，它可以用指針式氣體壓力表來(lái)測(cè)量，也可以用壓力傳感器把壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電量，用數(shù)字電壓表測(cè)量和監(jiān)控。其原理圖如圖2-3（a）圖2-3（a）氣壓直接影響到彈簧的形變及彈簧對(duì)底座的壓力，這是一個(gè)慣性值。 如果把壓敏電阻裝到彈簧和底座之間，那么電阻就會(huì)針對(duì)彈簧的形變彈力改變電阻，而彈簧的彈力又受氣壓壓強(qiáng)影響。所以壓敏電阻的大小就是氣壓的比值。2.2 A/D轉(zhuǎn)換器在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再把這些取樣植轉(zhuǎn)換成輸出的輸出量。因此，A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程是

17、首先對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)取樣，取樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后，再開(kāi)始下一次取樣。現(xiàn)在以程序查詢(xún)?yōu)槔?，說(shuō)明ADC0804在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在該指令執(zhí)行過(guò)程中，微處理器在控制總線(xiàn)的同時(shí)產(chǎn)生C 低電平信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100 后將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存于輸出鎖存器，并INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，并通知微處理器可來(lái)取數(shù)。當(dāng)微處理器通過(guò)總線(xiàn)查詢(xún)到INTR為低電平時(shí)。立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS， 低電平信號(hào)到ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)

18、器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由微處理器有序的執(zhí)行若干指令完成。 （1）ADC0804的規(guī)格存取時(shí)間: 135US 輸入電壓范圍為05V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V分辨率：8位 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100US 總誤差：正負(fù) 1LSB 工作溫度：ADC0804LCN-070度 （2）ADC0804的引腳圖及說(shuō)明見(jiàn)圖2-2（a）圖2-2（a）ADC0804引腳圖ADC0804的兩模擬信號(hào)輸出端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出端，該輸出端具有三態(tài)特性，能與微機(jī)總線(xiàn)相接。AGND：模擬信號(hào)地。 DGND：數(shù)字信號(hào)地。CLKIN/R：外電路提供時(shí)鐘脈沖輸入端。時(shí)鐘輸入或接振

19、蕩無(wú)件（R，C）頻率約限制在 100KHZ1460KHZ，如果使用 RC 電路則其振蕩頻率為 1/（1.1RC）。CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其頻率為1/（1.1RC）。CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動(dòng)工作。WR：寫(xiě)信號(hào)輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動(dòng)輸入端，低電平有效，當(dāng)CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。RD：讀信號(hào)輸入，低電平有效，當(dāng)CS、RD同時(shí)為低電平時(shí)， RD 為 HI 時(shí)，DB0DB7 處理高阻抗： RD 為 LO 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出，可讀取轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)。INTR轉(zhuǎn)換

20、結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效。輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號(hào)常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。WR：用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開(kāi)始（CS=0 時(shí)），當(dāng)WR 由 HI變?yōu)?LO時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng)WR 回到 HI 時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開(kāi)始。 INTR:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出,低地平動(dòng)作。 VIN(+) 、VIN(-) :差動(dòng)模擬電壓輸入.輸入單端正電壓時(shí), VIN(-)接地:而差動(dòng)輸入時(shí), 直接加入 VIN(+) VIN(-)。 AGND、 DGND:模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地。 VREF:輔助參考電壓。 DB0DB7:8 位的數(shù)字輸出。 VCC: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓5。A

21、DC0804 原理圖如圖2-2（a）圖2-2（a）ADC0804 原理圖ADC0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式(Successive Approximation Method)的A/D轉(zhuǎn)換器，這類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快(幾十至幾百u(mài)s)、分辨率高外，好有價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。 以輸出8位的ADC0804動(dòng)作來(lái)說(shuō)明“連續(xù)漸進(jìn)式的A/D轉(zhuǎn)換器”的原理，動(dòng)作步驟如表2-2（a）所示(原則上先從左側(cè)最高位尋找起)：第一次尋找結(jié)果：10000000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1)第二次尋找結(jié)果：11000000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1)第三次尋找結(jié)果： 1

22、1000000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=0)第四次尋找結(jié)果：11010000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1)第五次尋找結(jié)果： 11010000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=0)第六次尋找結(jié)果：11010000(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1)第七次尋找結(jié)果：11010110(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1)第八次尋找結(jié)果： 11010110(若假設(shè)值輸入值，則尋找位=假設(shè)位=0)表2-2（a）二分法尋找這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要尋找8次，12位的A/D轉(zhuǎn)換器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動(dòng)作。例:VIN=3V,由表2.2可知 2. 88

23、0+0.120=3V 為 10010110=96H。功能說(shuō)明：ADC0804 將輸入模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值輸出到 P0,使相對(duì)應(yīng)的 LED 亮.如輸入 3V,ADC0804 的輸出應(yīng)為96H=10010110,此數(shù)字信號(hào)送入 8051 的 P1,再由 P1 存入 8051 的累加器,然后累加器再到 P0,使相應(yīng)的 LED亮。表2.2 ADC0804電壓輸入與數(shù)字輸出關(guān)系表先將 ADC0804 的參考電壓 VREF 調(diào)整為 2.56V。(在騰龍?zhí)准兄饕菔驹恚醋鞔司_調(diào)整電壓，用 2個(gè) 1K 電阻分壓，約 2.5V)。調(diào)整 ADC0804 的 VIN可變電阻器。由 0V 調(diào)到 5V 根據(jù)其關(guān)系

24、觀(guān)察 P1的 LED 變化情形。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)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。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作

25、為控制部分的核心部件。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。本設(shè)計(jì)主要采用AT89C51單片機(jī)。其基本介紹如下 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦只讀（FPEROMFalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密

26、度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖2-3（a）所示 圖2-3（a）AT89C51引腳圖AT89C51主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·12

27、8×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線(xiàn)·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51引腳說(shuō)明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙

28、向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

29、器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3

30、.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，M

31、OVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2

32、：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.4LED數(shù)碼管介紹 用新型單片機(jī)以及高靈敏度的熱敏電阻對(duì)水箱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，由單片機(jī)內(nèi)集成的10 bit A/D 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)顯示及越限報(bào)警等功能。系統(tǒng)硬件由主機(jī)、電源、按鍵及顯示、控溫執(zhí)行和串行口通信等部分組成，軟件由主程序、溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換、溫度監(jiān)控

33、等模塊組成。系統(tǒng)通過(guò)按鍵切換實(shí)現(xiàn)實(shí)際溫度和設(shè)定溫度在數(shù)碼管中的顯示和更改。其流程方框圖如3-1（a）所示圖3-1（a）溫度監(jiān)控系統(tǒng)框圖系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作時(shí)先由使用者設(shè)定預(yù)期達(dá)到的兩位溫度值(該值為十進(jìn)制，單位為攝氏度，范圍O.0099.9)，溫度值輸入后，打開(kāi)電源，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，進(jìn)行初始化，這時(shí)LED顯示器顯示設(shè)定溫度，以便操作人員核對(duì)設(shè)定溫度，然后溫度檢測(cè)電路將測(cè)點(diǎn)的溫度輸入單片機(jī)，經(jīng)軟件濾波后作為實(shí)測(cè)溫度，此后顯示器將一直顯示實(shí)測(cè)溫度。若實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，報(bào)警顯示，若在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，無(wú)報(bào)警顯示。（1）系統(tǒng)功能分析由于系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)精確控制及顯示，并可以隨時(shí)調(diào)整設(shè)定溫度，從

34、而擴(kuò)大應(yīng)用范圍，因此功能擴(kuò)展為：通過(guò)加熱器實(shí)現(xiàn)升溫，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)降溫；通過(guò)單片機(jī)控制使溫度相對(duì)恒定；控制溫度精度約為0.；通過(guò)按鍵輸入設(shè)定值；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值并可以進(jìn)行設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的顯示轉(zhuǎn)換；越過(guò)設(shè)定溫度（90）報(bào)警。（2）精度保證與實(shí)現(xiàn)方法采用現(xiàn)有最靈敏的感溫元件熱敏電阻， 由于本設(shè)計(jì)采用的是ADC0804轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)計(jì)的測(cè)量溫度范圍是0100，由于所采用的ADC0804片內(nèi)是8bit的轉(zhuǎn)化器，由100/256=0.4可知以0.4作為響應(yīng)的A/D 區(qū)分度要求，A/D 需要區(qū)分(100-0)/0.4=250 個(gè)數(shù)字量。（3）按鍵設(shè)計(jì)根據(jù)功能要求，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置5 個(gè)按鍵：a 復(fù)位鍵

35、：用于單片機(jī)的軟件復(fù)位；(2)運(yùn)行鍵：使溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行；b顯示轉(zhuǎn)換鍵： 用于切換實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的顯示；c設(shè)置溫度加0.5鍵；d 設(shè)置溫度減0.5鍵。(4)顯示設(shè)計(jì)使用3 個(gè)共陰極的LED數(shù)碼管，通過(guò)串入并出芯片擴(kuò)展，并由單片機(jī)SPI(同步外圍串口)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，顯示溫度范圍0.0 99.8 。(5) 越限報(bào)警系統(tǒng)中設(shè)置蜂鳴器，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行比較判斷，當(dāng)溫度超過(guò)90 時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用AT89C51作為核心處理器件，把經(jīng)過(guò)溫度傳感器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入AT89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，送LED數(shù)字顯示屏顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由單

36、片機(jī)輸出信號(hào)去控制發(fā)電機(jī)。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：(1)實(shí)時(shí)采集溫度；(2)溫度顯示：采用3位LED顯示當(dāng)前溫度；（3)按鍵處理； (4)越限報(bào)警和處理：將采集到的溫度值與預(yù)先設(shè)置值進(jìn)行比較，若當(dāng)前溫度值越限，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)主要有：主程序、初值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、顯示子程序和輸出控制子程序等。初值設(shè)定子程序完成對(duì)溫度初值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，并通過(guò)顯示子程序顯示溫度值；輸出控制子程序則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對(duì)輸出口的控制。硬件電路主要由主機(jī)、電源、按鍵及顯示、控溫執(zhí)行和串行口通信等部分組成。(1) 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)部

37、分的主體為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其標(biāo)稱(chēng)阻值為50 K。由于熱敏電阻靈敏度高，因此阻值雖溫度變化的幅度大，可以不經(jīng)過(guò)放大器，直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，仍能保持較高精度，這就簡(jiǎn)化了溫度檢測(cè)電路，便于調(diào)試，且不易出錯(cuò)。電路原理如圖3-1（b）3-1（b）溫度檢測(cè)部分電路原理（2）顯示部分設(shè)計(jì)在單片機(jī)資源擴(kuò)展中，可以進(jìn)行串口輸出口擴(kuò)展。而本系統(tǒng)中的串口需通過(guò)編程加以實(shí)現(xiàn)，因此，使用同步串行外圍接口(SPI)并通過(guò)外接(串入并出移位寄存器)可擴(kuò)展并行輸出口。 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所有程序采用單片機(jī) 語(yǔ)言進(jìn)行編程，并用KielC51 軟件進(jìn)行調(diào)試、修改、編輯和仿真。（1） 主程序模塊、開(kāi)始系統(tǒng)初始化溫度檢測(cè)溫度顯示報(bào)警溫度

38、大于等于90圖3-1（c）溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換模塊溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換模塊采用ADC_DATA/ADC_LOW2 特殊功能寄存器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。其中，ADC_DATA(C6h)全部8 bit 均有效，ADC_LOW2(Beh)只有低2 bit 有效。計(jì)算公式為結(jié)果(ADC_DATA7:0, ADC_LOW21:0)=1024×Vin/VccVin模擬輸入通道輸入電壓Vcc單片機(jī)實(shí)際工作電壓，并作為模擬參考電壓取ADC_DATA 的8 bit 為ADC 轉(zhuǎn)換的高8 bit ，ADC_LOW2 的低2 bit為ADC轉(zhuǎn)換的低2 bit，即為10 bit精度；如果舍棄ADC_LOW2 的低2 bit，只用

39、ADC_DATA的8 bit 作為ADC 轉(zhuǎn)換的高8 bit，則A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為8 bit精度。此時(shí)的計(jì)算公式為:結(jié)果(ADC_DATA7:0)=256×Vin/Vcc將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試對(duì)比，把溫度和電壓的關(guān)系近似地歸為分段線(xiàn)性關(guān)系，并由分支語(yǔ)句分別計(jì)算得到比較準(zhǔn)確的攝氏溫度值，在0100的精確度約為0.4。（2） 顯示模塊由于需顯示的是3 bit 10 進(jìn)制數(shù)字，因此要設(shè)置3 個(gè)變量分別儲(chǔ)存十位、個(gè)位和小數(shù)位數(shù)字，且由SPI 模擬串口逐位發(fā)送，每發(fā)送一批后有一定延時(shí)。（3） 系統(tǒng)初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊中包含與A/D 轉(zhuǎn)換和SPI 有關(guān)的位設(shè)置。與SP

40、I 有關(guān)的特殊功能寄存器包括：控制寄存器(SPCTL)，狀態(tài)寄存器(SPSTAT)和數(shù)據(jù)寄存器(SPDAT)。（4） 系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試包括用實(shí)驗(yàn)板對(duì)整個(gè)操作過(guò)程的調(diào)試以及對(duì)系統(tǒng)的功能調(diào)試。將硬件按位置分成主機(jī)部分、按鍵及LED 部分和顯示部分。在A(yíng)/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果與實(shí)際溫度關(guān)系建模方面，對(duì)溫度的水箱進(jìn)行溫度測(cè)量。 3.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的可靠測(cè)量是對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)視與控制的基礎(chǔ)，針對(duì)目前柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量以人工監(jiān)控轉(zhuǎn)速測(cè)量值不方便問(wèn)題，通過(guò)單片機(jī)的程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，3.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）測(cè)速原理發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與發(fā)電機(jī)的頻率，成線(xiàn)性關(guān)系，即滿(mǎn)足關(guān)系式：(1)式中為發(fā)電機(jī)的定子

41、磁極對(duì)數(shù)，對(duì)于定型的發(fā)電機(jī)為常數(shù)。檢測(cè)測(cè)速齒盤(pán)的轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖頻率 滿(mǎn)足以下線(xiàn)性關(guān)系：(2)式中：為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；為測(cè)速齒盤(pán)的齒數(shù)，設(shè)計(jì)定型后為一常數(shù)。式(1)與式(2)中的即為被檢測(cè)的量，根據(jù)式(1)，可以得到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 ，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率為50時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：(3)由額定轉(zhuǎn)速，根據(jù)0200就可以確定出轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)際范圍。DSP經(jīng)過(guò)對(duì)輸入的脈沖信號(hào)頻率的計(jì)算，再根據(jù)式(2)，就可以得到發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速：(4)將測(cè)量得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后就可以得到與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。 硬件設(shè)計(jì)與工作原理對(duì)于齒盤(pán)測(cè)速方式，系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，即：輸入信號(hào)處理模塊、倍頻

42、電路、DA轉(zhuǎn)換輸出模塊、LED顯示電路、轉(zhuǎn)速動(dòng)作值整定與報(bào)警電路，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。而對(duì)于信號(hào)取自發(fā)電機(jī)機(jī)端PT(Pressure Tramormer)的所謂殘壓測(cè)速方式，硬件上的主要差別在于信號(hào)進(jìn)單片機(jī)前的信號(hào)調(diào)理部分，后續(xù)部分在硬件上都可以通用。采用基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器，其測(cè)量的輸出信號(hào)為+24v方波脈沖信號(hào)。所采用的單片機(jī)是AT89C51單片機(jī)。F240中計(jì)數(shù)器精確測(cè)量脈沖頻率的要求；同時(shí)也滿(mǎn)足了國(guó)標(biāo)規(guī)定的水輪發(fā)電機(jī)組控制對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量精度的要求。倍頻電路主要由CMOS鎖相環(huán)CD4046和雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。DSP的運(yùn)算與處理模塊主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：轉(zhuǎn)速計(jì)算、轉(zhuǎn)速顯示

43、與報(bào)警、轉(zhuǎn)速模擬量輸出。DSP接收到經(jīng)過(guò)倍頻變換的脈沖信號(hào)后，首先利用式(4)計(jì)算出倍頻后的轉(zhuǎn)速數(shù)值，由此數(shù)值即可求出發(fā)電機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速。計(jì)算出發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速以后，經(jīng)過(guò)主要由8255與LED構(gòu)成的數(shù)碼顯示電路，可以實(shí)時(shí)地顯示出機(jī)組的轉(zhuǎn)速以監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行情況；同時(shí)，基于此數(shù)值，經(jīng)過(guò)整定好的主要由控制繼電器組構(gòu)成的轉(zhuǎn)速整定與報(bào)警電路，就可以提供機(jī)組順序控制中所需要的特定轉(zhuǎn)速點(diǎn)的升速降速動(dòng)作情況的轉(zhuǎn)速開(kāi)戈量信號(hào)，進(jìn)而對(duì)機(jī)組進(jìn)行有效控制。DA轉(zhuǎn)換電路主要是為電站監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)提供機(jī)組遠(yuǎn)程控制所需要的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，這在對(duì)于實(shí)現(xiàn)國(guó)標(biāo)要求的“發(fā)電站無(wú)人值班，少人值守”來(lái)說(shuō)，此部分完成的功能極為重要。DA轉(zhuǎn)換

44、電路主要TLV5619數(shù)模變換器、74AC138地址譯碼器以及參考電壓REF191組成。TLV5619是l2位并行電壓輸出數(shù)模變換器，輸出電壓經(jīng)過(guò)變換即可得到420 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。TLV5619輸出電壓的計(jì)算公式為 (5)式中：為轉(zhuǎn)換器參考電壓；為被轉(zhuǎn)換的電壓數(shù)值。圖3-2（a）轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊框圖軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主要由主程序、頻率測(cè)量子程序和DA轉(zhuǎn)換子程序組成，各部分程序流程分別如圖3-2（b），3-2（c），3-2（d）轉(zhuǎn)速的LED顯示轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)量信號(hào)調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換子程序計(jì)算轉(zhuǎn)速R調(diào)用頻率測(cè)量子程序系統(tǒng)初始化圖3-2（b）主程序流程圖圖3-2（c）頻率測(cè)量流程系統(tǒng)中，頻率測(cè)量是整個(gè)系統(tǒng)的

45、核心。在頻率測(cè)量中，主要利用F240的數(shù)字IO端口CAP1QEPI的脈沖捕捉功能，在定時(shí)器T1確定的1 s時(shí)問(wèn)內(nèi)，捕捉輸入方波脈沖的上升沿個(gè)數(shù)，并將此脈沖的上升沿個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)在計(jì)數(shù)器中，由此可測(cè)量出倍頻后的脈沖頻率，再經(jīng)過(guò)換算，就可以得到機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)速系統(tǒng)的預(yù)定功能。圖3-2（d）D/A轉(zhuǎn)換流程3.3油箱油位監(jiān)控系統(tǒng)介紹一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的柴油發(fā)電機(jī)油位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該監(jiān)控系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過(guò)外圍硬件電路來(lái)達(dá)到實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的目的。可根據(jù)需要設(shè)定油位控制高度，同時(shí)具備報(bào)警、高度顯示等功能，由于增加了氣體壓力傳感器，使其具有與液面不接觸的特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)

46、計(jì)一個(gè)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)油箱油位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測(cè)水箱的液位高度，并與開(kāi)始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開(kāi)斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測(cè)值若低于下限設(shè)定值時(shí)，要求報(bào)警，斷開(kāi)繼電器，提醒加油；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油箱箱液位的監(jiān)控。油位監(jiān)控系統(tǒng)工作原理基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤(pán)、數(shù)碼顯示AD轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。工作過(guò)程如下：油香液位發(fā)生變化時(shí)，引起連接在油箱底部的軟管管內(nèi)的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內(nèi)的空氣氣壓信號(hào)后，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路放大后變成幅

47、度為05V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)量，由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)數(shù)碼管顯示液位高度。通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置液位下限限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值。該系統(tǒng)控制器特點(diǎn)是直觀(guān)地顯示油位高度，可任意控制油位高度。圖3-3（a）原理框圖硬件設(shè)計(jì)此液位監(jiān)控器的硬件主要包括由單片機(jī)、傳感器(帶變送器)、報(bào)警器、鍵盤(pán)電路、數(shù)碼顯示電路、AD轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。（1） 單片機(jī)單片機(jī)采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳芯片，如圖1所示。其中，P0口用于A(yíng)D轉(zhuǎn)換和顯示；P1口連接一個(gè)3×5的鍵盤(pán)；P2口用于控制電磁閥和水泵動(dòng)作；P3口用于上、下限指示

48、燈，報(bào)警指示燈以及用于讀寫(xiě)控制和中斷等。其芯片功能前面已介紹。（2） 傳感器傳感器使用SY一9411LD型變送器，它內(nèi)部含有1個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國(guó)SM公司生產(chǎn)的555-2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(070)，傳感器經(jīng)過(guò)特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝。其引腳分布如圖3所示。1腳為信號(hào)輸出(一)；2腳為信號(hào)輸出(一)；3腳為激勵(lì)電壓；4腳為地；5腳為信號(hào)輸出(+)；6腳為信號(hào)輸出(+)。    在水箱底部安裝1根直徑為5 mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時(shí)，引起軟管內(nèi)氣壓變

49、化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸送到AD轉(zhuǎn)換器。圖3-3（b）SY一9411LD型變送器引腳結(jié)構(gòu)（3） 液位顯示電路液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，范圍從0999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接，型號(hào)是LDSl8820。在這里使用到了74LS373，它是一個(gè)8位的D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用，可以作地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)擴(kuò)展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動(dòng)器件，由于單獨(dú)使用HEF4511B七段譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器來(lái)完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖，圖3-3（c）是顯示電路的原理圖。圖3-3（c）顯示電路原理圖（4） A/D轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主

50、導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時(shí)可選擇中斷、查詢(xún)和延時(shí)等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。圖3-3（d）是AD轉(zhuǎn)換部分原理圖，在接線(xiàn)時(shí)先經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)然后輸入到AD轉(zhuǎn)換器控制輸出主要有上下限狀態(tài)顯示、超限報(bào)警。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)留了串行口，供進(jìn)一步開(kāi)發(fā)使用 圖3-3（d）A/D轉(zhuǎn)換電路軟件設(shè)計(jì)液位控制器模型的軟件設(shè)計(jì)框圖如圖3-3（e）所示。圖3-3（e）程序設(shè)計(jì)框圖3.4 發(fā)電機(jī)輸出電壓監(jiān)控系統(tǒng)介紹一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓監(jiān)

51、控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該監(jiān)控系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過(guò)外圍硬件電路來(lái)達(dá)到實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的目的?？筛鶕?jù)需要設(shè)定控制最高電壓，同時(shí)具備報(bào)警、電壓顯示等功能。還需要壓力傳感器進(jìn)行感應(yīng)。 硬件設(shè)計(jì)（1）硬件系統(tǒng)概述本系統(tǒng)主要是以單片機(jī)作為主處理器，系統(tǒng)主要由信號(hào)采集、AD轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘計(jì)時(shí)、顯示、報(bào)警等幾個(gè)功能模塊組成。系統(tǒng)框圖如下圖3-4（a）所示： 圖3-4（a）系統(tǒng)框圖被測(cè)交流電壓由精密電阻分壓得到與輸入被測(cè)電壓成比例的交流電壓值；由運(yùn)算放大器OP07放大；經(jīng)整流濾波得到與輸人電壓成比例的直流電壓值。由壓頻轉(zhuǎn)換芯片LM331轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)。由單片機(jī)在固定時(shí)間(200ms)內(nèi)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)量從而完成MI)

52、轉(zhuǎn)換的功能。再由單片機(jī)對(duì)AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)度變換，得到被測(cè)電壓數(shù)值(BCD碼)，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)LED數(shù)碼管顯示結(jié)果。當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定植時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，LED閃光提示。（2）電壓信號(hào)采樣電壓信號(hào)采樣模塊中，被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻串聯(lián)分壓，幅值降低1000倍，再由運(yùn)算放大器OP07進(jìn)行放大，再由兩個(gè)二極管線(xiàn)性整流整流后的脈動(dòng)直流經(jīng)n型濾波電路濾波得到平直的直流信號(hào)。送LM331的電壓輸入端。圖3-4（b）為采樣部分的原理圖。圖3-4（b）信號(hào)采樣部分原理圖（3）時(shí)鐘信號(hào)單元在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。經(jīng)常需要有時(shí)鐘，好比單片機(jī)內(nèi)帶了一塊鐘表一樣例如電子考勤機(jī)不僅要記錄員工的身份號(hào)碼同時(shí)需要記錄出入門(mén)禁的時(shí)

53、間。又比如復(fù)費(fèi)率電表，把一天24小時(shí)劃分為若干個(gè)時(shí)段每一個(gè)時(shí)段有不同的費(fèi)率，有了時(shí)鐘就可以根據(jù)不同時(shí)段來(lái)計(jì)費(fèi)。單片機(jī)內(nèi)有定時(shí)器，十?dāng)?shù)器，可以用軟件來(lái)定時(shí)，但這要占用片內(nèi)資源(占用一路定時(shí)器計(jì)數(shù)器)，而且編程十分復(fù)雜，在本智能電壓表的設(shè)計(jì)中。如采用定時(shí)器通過(guò)軟件定時(shí)，可能出現(xiàn)。定時(shí)器中斷影響單片機(jī)計(jì)量脈沖的準(zhǔn)確度，甚至發(fā)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。反復(fù)的定時(shí)器中斷在單片機(jī)以查詢(xún)的方式通訊時(shí)，可能造成通信錯(cuò)誤或通信失敗。因此，在這些情況下，多采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。時(shí)鐘芯片的種類(lèi)很多。有并口方式的器件，如MCl46818，MSM6242等，有串口I2C方式的DSl302，PCF8563，PCF8583，以及串口 SPI

54、方式的DSl2887，RTC4553等等。設(shè)計(jì)中我試用了DSl302，PCF8563，RTC4553等時(shí)鐘芯片。最后我采用了ESPON公司的RTC8025這一款由ESPON公司最新推出的串口I2C方式的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它所獨(dú)有的固定周期中斷功能，恰好滿(mǎn)足了我的設(shè)計(jì)要求，簡(jiǎn)化了硬件電路。編程也變的簡(jiǎn)單。（4） A/D轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換器的核心部件是電壓一頻率變換器(V/F)。它是把待轉(zhuǎn)換的模擬電壓V先變換成脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率與信號(hào)幅值成正比然后在一段標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)。用計(jì)數(shù)器累積所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。這就是電壓一頻率一數(shù)字變換原理。VF轉(zhuǎn)換器的典型電路由圖3-4（c）。該電路由積分

55、器、比較器、恒流源、單脈沖發(fā)生器和模擬開(kāi)關(guān)組成。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，VA單獨(dú)作用于積分器。輸出負(fù)斜波電壓VO。當(dāng)VOVR，比較器輸出一個(gè)負(fù)脈沖。觸發(fā)單脈沖，發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)寬度為T(mén)2的控制脈沖，該信號(hào)使K閉合，將恒流源與積分器的A點(diǎn)接通。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上保證在數(shù)值上IO。，而=VA/R，且兩者極性相反，所以VO波形開(kāi)始回掃，經(jīng)過(guò)T2時(shí)間，單脈沖發(fā)生器恢復(fù)原態(tài)，K又?jǐn)嚅_(kāi)，積分器又在I。作用下輸出負(fù)斜波。上述過(guò)程周而復(fù)始在比較器的輸出端得到一系列的負(fù)脈沖。圖3-4（c）V/F轉(zhuǎn)換器原理圖 軟件設(shè)計(jì)軟件主要包括上位Pc機(jī)的電壓監(jiān)控程序、下位單片機(jī)的電壓數(shù)據(jù)采集程序的程序。Pc機(jī)的電壓監(jiān)控程序利用Vis

56、ual Basic 60編寫(xiě)監(jiān)控界面，可獲取系統(tǒng)最近24小時(shí)的電壓值，并形成柱狀圖型，對(duì)系統(tǒng)測(cè)量電壓值予以直觀(guān)顯示。還可通過(guò)Pc機(jī)修改時(shí)鐘芯片的設(shè)置使系統(tǒng)時(shí)間等于當(dāng)前時(shí)間或設(shè)定時(shí)間。其中PC機(jī)的通訊功能由Visual Basic 60的串行通訊組件MSComm控件完成。下位單片機(jī)通過(guò)在固定周期內(nèi)對(duì)LM331輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲取電壓值，利用時(shí)鐘芯片RTC8025產(chǎn)生的-d,時(shí)中斷記錄當(dāng)時(shí)的電壓數(shù)值并存儲(chǔ)最近24小時(shí)的電壓值供上位PC機(jī)進(jìn)行查詢(xún)。并接收PC機(jī)的指令修改時(shí)鐘芯片的設(shè)置。整個(gè)軟件系統(tǒng)可以完成電壓數(shù)值采集、存儲(chǔ)、顯示并由上位Pc對(duì)電壓數(shù)值進(jìn)行簡(jiǎn)單的監(jiān)控。使儀表不僅可以計(jì)量電壓還可將測(cè)量值反饋給上位機(jī)。也為儀表系統(tǒng)的總線(xiàn)化、網(wǎng)絡(luò)化提供了可能。（1） 整體程序設(shè)計(jì)程序開(kāi)始后，先進(jìn)行初始化。包括IO的初始化，把單片機(jī)的I0引腳設(shè)置成相應(yīng)的輸入輸出狀態(tài)還包括存儲(chǔ)單元的清零，和時(shí)鐘日歷的初始化。初始化過(guò)后，程序進(jìn)入主循環(huán)。在主循環(huán)中單片機(jī)串口首先被置為接受狀態(tài)，并打開(kāi)外部中斷允許，允許時(shí)鐘日歷芯片向單片機(jī)申請(qǐng)中斷。然后進(jìn)行脈沖的采集和計(jì)算，得到電壓數(shù)值送顯示緩存區(qū)顯示。開(kāi)始進(jìn)入通訊模塊，在主循環(huán)中，單片機(jī)串口處于接收狀態(tài)以查詢(xún)的方式接收由上位機(jī)發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)。上位機(jī)發(fā)送的指令有“改寫(xiě)時(shí)鐘命令_0l”和“要求發(fā)送電壓值_0