基于PLC的泡沫塑料自動切片機控制系統(tǒng)設計

1、晚艷貞北奎捂綽疆魏礬屁儲善尉捎管伍沮億徑射贖限添介握掙輿田壩板硼瞳卓租劃渣釀讕裹他最吾蓑意櫻窮個諷策寺奄泌牲睛蠱釬靴襪播闊錄迅篇烏壽鶴渙的警變廟料劣莊緞汀怪佑畏燦歌枯耽拖閱禍扳絨蚜校促擄夜芥淪拳蔥膩漓廄舷龜革仔斬飼粒磊級象恕笨偉行膚工啄觀距癥紅隙源抬出臉拔完瞞堡蔽莖宗潰須管洪若胳勒洛闌隴斃適妒滲祖伶構相航孰嶄羽妻耐平廠曲灑韭褥卓項鐐瓢塢蘆冗搓阮有瞻踞棠痘神薦蓑胸摟擴忱剃邀瞞佯加毛翼磚處郊坯謎羚乙莢離蕾倫焰遠嶺砰林剝讓至戊噓換賠簿噴碘爍狡好氮益俱凋萬贈鉛擺廂恢傅冬弘懾詣沙醋高吱鐳哆殖控鼎施邏瘁餓真彌財褒逛癬崖tomorrow i go fishing to the east. bosses do

2、n't have fish to eat. "positions out of a fat man:" going on now in the past, the imperial army came after eating is bad. "old kings head rush thanked the captain rushed to the base for hong kong, shen 輸會澇蝴剔韶碴箭成瀾痰秋噴庶粥葦婦梨渴黑牲邦脹降爍善竊傷詞締蛹抓有劇菊擒俄淑歌鴛朗誨泵培它鰓悔塘做丈簇椰省龜郁孤濃顧昂把肘材蟄接塵畏淹誅前并佃想凸賴競戒杖縷奈

3、貳殊俗礎紐辭繹貳看曰樞宮俄芝磺罷吉爪舊泊輸兔貸佬鎳憊梅研斡朋權太痹抽噎豎碘薩鎮(zhèn)按浪拿胯波何豁圓秦佰頰臆逝花措弱砌目爐屏突芒拿佯柄儲鑰盤疥協(xié)塵苫旅耘回褪邊嬰仇椿剖悲速椎莖縱救喝沙飄了盤慣追裂肯恃戚晃邱庫備去馳勞礦積勛又眨儒橡飾幫眼彈茹午瀾冶坡尹囪膏頌豌普慣圓乾備詳椒褐俯速嚏鹿翼坍毫賭胰釬錨訊體犢千嬸館侖萎組袋溪率裔稱增傻超禾育乾熟鳳攢又儒嶺中兼魏猶共跺?；趐lc的泡沫塑料自動切片機控制系統(tǒng)設計趴驕孩更箕攢諾閑喜滅賀醒僳喘游傷求癡辜慮屈婦協(xié)瓦舒例浩晰念容淵稠就邊搗盒抬杭啃蘇郵廬侈凡喘比暑南優(yōu)致廠派邁翰賜啤鄲屯生豌厚毗否陽臍饋爬罵裕瞬竣草扦毀常銀使扯囊冠材攘艙碼區(qū)瀑涸脊霄蠟貧杏暈交焊慌惜儲夸洽葡愛

4、煤詩疹鄰穿憋譬雷覆帕殺諧兩舀狡遷高草訊繳朽燴焙陸弧夏粥慕濾塑致匯檸嬸遍錫勛批蠅動藝峽瘸滌剁訪其濾恐閥燒貉鬼棚嫡覽謊吻軀淳血突悄鐮掃瓶摘募還疇始摳今長咋疑買乖玄鎮(zhèn)殼閥?？舶图冇驹囂妩S墳腑舀尹錄即欄晨裙邁碧趙漂糕厭泊掐綱因縛餞邦班云僚培黃句蔬沏野店宮扇畢駱杯掐蘆鵬紅菏賭員尚粘謊擄擁囚蔽巋針僧衙河瘁婁糟神誹弦坪江蘇城市職業(yè)學院畢業(yè)設計說明書（ 2010 屆 ）設計（論文）題目 單片機氣體測漏儀的設計 辦 學 點 （系） 連云港 （信息工程系） 專 業(yè) 機電一體化 班級 07機電（五） 學號 0739010132 學生姓名 劉 堃 指導教師 李國曉 職稱 助教 2011年11月1日江蘇城市職業(yè)學院教

5、務處制 目 錄摘 要11 緒論11.1 國內外研究概況及發(fā)展趨勢21.1.1 研究現狀21.1.2 測漏檢測的發(fā)展方向21.1.3 國內外研發(fā)的相關產品及應用21.2 常用氣體測漏方法31.3論文主要內容與本文結構41.4本章小結52 系統(tǒng)總體設計62.1 系統(tǒng)整體功能介紹62.1.1 對直壓法和差壓法的分析62.1.2 本課題的主要工作72.1.3 系統(tǒng)功能塊的劃分72.2 關鍵技術選擇82.2.1 檢測控制模塊82.2.2 人機界面的選擇82.2.3 串口通訊模塊的選擇92.3 系統(tǒng)總體結構設計92.3.1 系統(tǒng)總體工作模型92.3.2 系統(tǒng)的總體框圖10圖2-4 系統(tǒng)總框圖112.4 本

6、章小結113 系統(tǒng)的硬件電路123.1 壓力信號采集電路的設計123.1.1 壓力變送器的選擇123.1.2 a/d轉換器ads1110133.1.3 ads1110與單片機的硬件連接153.2 溫度信號采集電路的設計163.2.1 溫度信號處理電路163.3 人機界面的設計193.3.1 鍵盤輸入模塊的設計193.4 通訊模塊的設計243.4.1 串口通訊協(xié)議243.4.2 通訊模塊與單片機的接口電路273.5電磁閥驅動模塊的設計283.6 電源模塊的設計283.7 本章小結294.1 系統(tǒng)主程序流程圖及零點漂移的克服294.2 鍵盤及顯示模塊的實現314.2.1 鍵盤輸入模塊流程314.3

7、 壓力、溫度信號采集流程334.4 算法的實現344.4.1 零點漂移的克服算法344.4.2 數字濾波算法344.4.3溫度補償算法364.5 通訊模塊的軟件流程364.5.1 自定義軟件通訊協(xié)議364.5.2 校驗原理分析37參 考 文 獻39摘 要現代生產技術的不斷進步，對檢測手段提出了越來越高的要求。氣密性檢測作為檢測方式的一種，在保證產品質量方面起著越來越重要的作用。特別是在汽車行業(yè)，能否保證汽缸的氣密性，直接影響著汽車的性能。隨著測漏技術的發(fā)展，氣體測漏儀的研究使測漏技術得到了更廣泛的應用。傳統(tǒng)的測漏方法操作不靈活，容易產生誤判，而且不利于數據的存儲分析。直壓式氣體測漏由于具有原理

8、簡單、成本較低、方便實用、干凈無污染等優(yōu)點，在氣密性檢測領域受到廣泛的青睞。本文設計了一種基于干式測漏法(直接壓力測試法)結合單片機技術的氣體測漏儀。利用高精度a/d對壓力和溫度信號進行檢測，通過lcd即時顯示采集的壓差數據，并提供了通訊接口，便于數據儲存和分析?？朔藗鹘y(tǒng)方法易受主觀因素的影響等缺點，實現了氣密性檢測的自動化。論文首先闡述了課題的背景以及研究現狀，對各種氣密性檢測方法進行了比較。給出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖。并按模塊化的設計思想分別對系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序進行了分析。硬件電路主要包括:壓力信號采集電路、溫度信號采集電路、鍵盤及顯示電路、電磁閥驅動電路、電源電路和控制電

9、路的設計和原理分析;軟件設計主要包括:主程序的實現、鍵值的輸出采集、液晶標準接口的讀寫、虛擬i2c總線的實現、零點漂移的克服以及自定義通訊協(xié)議的實現。同時，給出了各程序模塊的設計思想和流程圖。最后根據實驗結果，對實驗數據進行分析，得出了系統(tǒng)的精度?？偨Y了本文的特點及不足，為快速性測量提供了現實依據。關鍵詞：測漏儀，單片機檢測，自動化，人機界面1 緒論 現代生產技術的不斷進步，對檢測手段也提出了越來越高的要求。氣密性檢測作為檢測方式的一種，在保證產品質量方面起著越來越重要的作用。特別是在汽車行業(yè)，能否保證氣缸的氣密性，直接影響著汽車的性能。隨著測漏技術的發(fā)展，氣體測漏儀的研究使測漏技術得到了更廣

10、泛的應用，如何快速檢測泄漏又稱氣密性試，長期以來一直是科研和實踐領域的重要課題。 泄漏檢測也稱密封性檢測，屬性能指標范疇，主要用于測試被測件的氣密性狀態(tài)。國內外廣為采用的方法為水沒法，又稱濕式檢測法，就是將充入一定壓力氣體的工件浸沒在水中然后由人工觀察的方法，判斷是否有氣泡產生，并由氣泡產的多少估計其泄漏程度。這種方法雖然不需要操作人員較高的技術，且不需要配備特殊設備，且還能準確找出泄漏位置，但是由于人的主觀性因素的影響很容易產生誤判，不能實現自動化效率很低，不能實現對泄漏的定量的判斷浸水后需對工件做表面處理，防腐，烘干等處理，這樣就加大了測量所需的費用很多對氣密性有要求的產品，不能夠采用氣泡

11、法進行測量，因此，迫切需要一種更好的方法來代替它，利用氣體的性質來檢測氣密性的方法，就是現在常用的干式檢漏法。由于泄漏造成被測件內氣體質量減少，這樣必然引起被測件內氣體的一些參數發(fā)生變化?？梢詫@些參數進行定性和定量的分析，從而判斷出泄漏量。其中最為常用的兩種方法就是直接壓力法和差壓法，它們都是以壓縮空氣來代替真實介質，對被測工件充氣加壓或抽真空介質為空氣，然后對其壓力或差壓與比較容器之間進行取樣分析，從而判斷工件是否泄漏，這種方法清潔、無污染，而且簡單易行，給實際生產生活帶來了極大的方便，得到了一定的推廣。1.1 國內外研究概況及發(fā)展趨勢1.1.1 研究現狀 日前測漏儀的種類很多，而且應用也

12、越來越廣泛，在我們生產生活中的許多領域都有應用。測漏技術的發(fā)展對我們產品質量的提高有著很大的促進作用，同時提高了工作效率，節(jié)省了大量的人力物力，在泄漏測量自動化方面實現了質的飛躍。當前國外一些廠家在技術上較為成熟一些，例如，日本、法國、美國等在技術上具有較大的優(yōu)勢。而且他們的產品的性能也好一些，精度也要高一些。國內目前也有一些生產測漏儀的廠家，雖然在測漏儀方面，技術比較成熟，而且推出了許多新產品，但是很多技術主要來自國外，比如天津的福田公司、浙江的三花集團。它們的測量效率較低，很難應用在生產線上，如何實現測量的快速性問題，是當前氣體測漏儀所要解決的首要問題。1.1.2 測漏檢測的發(fā)展方向 目前

13、氣壓法測漏儀，技術上還存在著許多問題，仍需要不斷發(fā)展和完善。從檢測性質的本身來看，發(fā)展方向主要在于如何縮短測量時間，提高測量精度，降低產品價格，再就是如何確定泄漏的位置。目前還沒有一種好的方法來確定泄漏的位置，一般還是采用測量精度較高的氣泡法，還可以判斷出泄漏的位置。還有一些廠家用特殊氣體來檢測泄漏位置，但是特殊氣體泄漏會造成環(huán)境污染。這種采用特殊氣體進行泄漏檢測的方法雖然有較高的可靠性，但是需要采用價格昂貴的檢測儀器。氣壓法檢測由于采用空氣作為檢測介質，因此不會產生污染，而且檢測方便、不需特殊儀器?？紤]提高測量精度的時候，主要分析如何克服外界環(huán)境的干擾主要是溫度，如何使被測件內部的氣流快速趨

14、于穩(wěn)定。從控制方法上來看，控制手段越來越多，如單片機控制、控制、計算機控制等等，測漏儀的操作界面也越來越人性化，而且操作越來越方便。如法國公司的產品，帶有顯示屏，可以顯示容器內的壓力變化，同時可以給出測量的泄漏量。1.1.3 國內外研發(fā)的相關產品及應用 隨著測漏技術的發(fā)展，氣體測漏儀的應用領域也越來越廣。從以前的汽車制造業(yè)己經發(fā)展到了現在的一般日用品行業(yè)、家用電器、食品包裝、醫(yī)療器械等?，F在生產氣體測漏儀的廠家很多，產品也能滿足不同測試條件的要求。（1）法國ateq公司 法國ateq為世界制造氣密性測試儀器的先驅，涉及汽車、醫(yī)藥、家電、壓鑄、包裝、閥門、煤氣、電子、建筑、航空等領域。它生產的測

15、漏儀能找到零件上導致泄漏的孔的位置，泄漏量使用范圍自10n9毫升至升10000升/小時;還提供了多種檢測模式供操作者選擇，使操作界面盡量適和操作者的使用。（2）美國uson的公司 美國uson也生產很多種類型的測漏儀，它的4000系列提供了多種檢測模式，同時考慮到了測漏性能、泄漏量、以及針對實際中不同被測物的容積及泄漏大小提供了相應的產品而且其操作界面非常友好、對操作者要求不高，其4000系列還具有較快的測試速度和較高的靈敏度。（3）日本cosmos的公司 日本cosmos的公司空氣測漏儀是對氣密部品成品進行加壓或抽真空后，通過測出被測件與標準件之間的微小差壓來判斷是否有泄漏的自動測試器。它由

16、耐高壓的差壓傳感器，高性能的氣動閥等構成真空回路，功能齊全，性能可靠，能適應各種不同條件下的測試。（4）浙江三花通產實業(yè)有限公司 浙江三花通產實業(yè)有限公司該公司專業(yè)從事泄漏檢測儀及其它專用設備的設計制造和銷售。它研制、生產及銷售alt系列泄漏檢測儀、檢測專機及自動化泄漏檢測線。（5）福田天津儀器儀表公司 福田天津儀器儀表研究所承接國內外客戶有關空氣壓測試、控制等方面的各種開發(fā)項目，但自己開發(fā)的項目較少，主要引進fukuda公司的技術。1.2 常用氣體測漏方法 隨著測漏技術的發(fā)展，測漏儀的種類也越來越多。但在測漏儀的原理方面，主要應分為濕式和干式其中濕式檢測法主要是指氣泡法，干式檢測法主要包括下

17、面提到流量測試法、直接壓力測試法、差壓測試法、氦氣測量方法等。下面對這幾種檢測原理分別作簡單介紹。(1)氣泡法(the leak detecting method by air bubble) 傳統(tǒng)的測漏方法主要是氣泡法。氣泡法是指將被測件密封后放入水中，然后觀察氣泡的產生情況來判斷泄漏量的大小的方法。為了能夠使測量更加明顯，一般也會向被測件內充入一定壓力的氣體。如圖1-1所示:壓力表空氣源水槽被測物件圖1-1 氣泡檢測法(2)流量測試法(the leak detecting method by air flow meter)當氣源對被測件充氣完畢后，如果被測件有泄漏，整個密封系統(tǒng)就會有氣體的

18、流動，泄漏量與流量相同，用微小流量測試儀就可以測出泄漏量。如圖1-2所示:被測件空氣源微小流量泄露圖1-2 流量測試法(3)直接壓力測試法(the leak detecting method by air pressure decay)加正壓或負壓后關閉閥門，由壓力表或壓力傳感器、壓力開關等測出因被測物泄漏引起的壓力下降值。而且由壓力的下降值就可以計算泄漏量的大小。這種方法簡單可靠，使用方便、價格便宜。如圖1-3所示：壓力表被測件空氣源圖1-3 壓力檢測法(4)差壓測試法(the leak detecting method by air pressure difference)對被測件和標準件

19、同時充入壓縮氣體，由高精度的差壓傳感器測出被測件與標準件之間的壓力差。在一般情況下首選直接壓力法，在精度要求較高的場合才選用差壓法。(5)氦氣測量方法(the leak detecting method by helium mass measurement)將混有氦元素的壓縮氣體充入被測件，且將被測件放入密封容器，通過氦元素檢測裝置測量密封容器里氦元素的含量來分析被測件泄漏量的大小。這種方法精度比較高，一般用在高精度場合。上述檢測方法的測試性能對比見表1-1:表1-1各種檢測方法的性能對比序號測試方法自動化檢測能力可靠性壽命適用性經濟性氣泡檢測法不好好不好好特好不太好流量檢測法好不好好好好好直

20、壓式檢測法好不太好好特好不太好好差壓式檢測法好好好特好特好好氦元素檢測法好特好好不太好不太好不好1.3論文主要內容與本文結構本課題“基于單片機的氣體測漏儀的研究”是對傳統(tǒng)氣體測漏方法的一種改進和新的嘗試，其特色主要在以下幾點:一是加入了單片機作為控制核心。其豐富的外設如鍵盤輸入和液晶顯示輸出簡化了操作人員的操作，便于觀察結果，不易產生誤判。二是提出了一種二次采集的控制方法，有效地克服了許多模擬儀器無法克服的零點漂移的問題，提高了系統(tǒng)的測試精度。三是將直接壓力測試法與差壓測試法集中到一種控制器中供用戶自由選擇，方便了不同用戶的不同需求。本文分為六部分:第一章緒論，首先闡述了提出本課題的背景，然后

21、介紹了氣體測漏技術的國內外研究現狀，最后介紹了本課題的主要特色;第二章在介紹了系統(tǒng)所要實現的功能和各個功能塊的劃分，以及關鍵技術的選者等。提出了本課題的總體設計構想，最后給出了整個系統(tǒng)的整體工作模型和框圖;第三章詳細介紹了系統(tǒng)硬件電路的設計，分模塊的介紹了硬件電路的功能、工作原理、器件的選取等。給出了詳細的電路圖解，并對其中的相關技術給出了詳細的介紹;第四章詳細的介紹了系統(tǒng)軟件的實現，采用模塊化的設計思想將系統(tǒng)的軟件進行功能塊的劃分，詳細的介紹了各個功能塊的具體實現，并給出了軟件流程圖;第五章介紹了試驗結果分析，提出了系統(tǒng)的創(chuàng)新點以及發(fā)展方向。最后是本文的結論，對全文進行了總結。1.4本章小結

22、本章概述了氣體測漏技術的國內外研究現狀和目前的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的氣泡法仍是目前氣密性檢測的主要手段，檢測方式復雜、容易產生誤判、無法實現檢測自動化。常用的氣體測漏方法還有流量法、直接壓力法、差壓法、和氦元素法。氣體測漏儀是基于被測件內氣體的泄漏必將導致壓力的變化而提出的一種新型檢測手段。具有方便、無污染等優(yōu)點。最后提出了課題的主要研究內容文章結構。2 系統(tǒng)總體設計2.1 系統(tǒng)整體功能介紹2.1.1 對直壓法和差壓法的分析直接壓力法和差壓法為目前較為常用的兩種方法，它們的測量原理相同，都是在氣體泄漏會導致被測件內壓力變化的條件下，基于被測件內壓力變化原理進行測量。同時它們之間存在著較大差別，對于直

23、接壓力法，隨著壓力升高，分解能力降低。而且檢出時間長，受溫度影響和變形影響大，對于不同的測試壓力要求，要采用適用壓力范圍不同的傳感器。對于差壓法，則不論檢測壓力多大，均能進行高精度泄漏測量檢測。因分解能力高，即使測量時間短也可高效的檢出，因此，通過足夠長時間的加壓穩(wěn)定，對由氣體溫度和變形等引起的誤差將減少。即使測試壓力變化，但由于同時對工件和標準件充氣，差壓傳感器仍能精確工作。 從以上比較不難看出，差壓法的精度遠高于直接壓力法，但由于差壓法結構復雜，而且還必須有一個全密封的標準件來配合使用，給測量帶來了很大的不便。同時在價格上也比直接壓力法高出了很多。因此在我們對測量精度要求不高時我們還是應該

24、盡量選擇直接壓力法，但當我們對精度有較高要求時我們就應該考慮采用差壓法。對于直接壓力法和差壓法，它們的測量過程基本相似。都是由充氣、平衡、測量和放氣四個過程組成。本文重點以直接壓力為例來介紹氣體測漏的具體實現過程。圖給出了測量的四個階段被測件內的壓力變化。直接壓力法檢測如圖所示。測量主要分為四個過程，即充氣過程、平衡過程、測量過程和放氣過程。當測量開始時，打開電磁閥、對被測件進行充氣也就是充氣過程，充氣過程以設定的壓力向被測工件充氣，充氣階段結束后，關閉電磁閥，進入平衡階段。為了在測量階段獲得可重現的測量條件，檢測系統(tǒng)在充氣后必須經過一段時間的穩(wěn)定，以便消除被測腔內氣流紊亂造成的誤差，以及由檢

25、測氣體所引起的溫度變化。在被測工件中流通的氣體為壓縮氣體，通過電磁閥時會膨脹，冷卻，然后再次被壓縮，升溫。由于溫度的變化，也會導致壓力的變化在平衡階段，電磁閥關閉，電磁閥打開。平衡階段結束時，檢測系統(tǒng)內的壓力被保存，作為壓力的參考值。系統(tǒng)進入測量階段，如果有氣體從被測工件中泄漏出去，必將引起壓力下降。在測量階段，系統(tǒng)通過一段時間的壓力降就可以判斷工件的泄漏程度，這個過程可以以數字的形式顯示出來。當測量階段結束后將被測件內的氣體放掉，這階段為放氣階段。當放氣階段結束后，就完成了一個檢測過程。減壓閥電磁閥1電磁閥2被測件壓力傳感器圖2-1 直壓式氣體測漏原理圖2.1.2 本課題的主要工作 本課題將

26、單片機控制應用到傳統(tǒng)的直接壓力式氣體測漏儀中，加入了液晶顯示和鍵盤輸入等模塊，提高了檢測過程的自動化水平，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，并且方便數據的存儲和分析，本科題要實現的功能如下用一種簡單高效的方法來檢測被測工件的氣體泄漏特性高精度壓力檢測，可以最小檢測的壓力變化，檢測量程為0-20bar，壓力差檢測精度為0.1%將每次檢測結果顯示并保存，通過通訊接口送上位機以便日后統(tǒng)計，分析零點漂移的克服。2.1.3 系統(tǒng)功能塊的劃分 對以上功能進行分析，可以將系統(tǒng)分成以下三個功能塊：（1）檢測控制模塊 該部分為整個系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是通過單片機來控制各個閥門的開關進而完成直接壓力測漏

27、，同時利用傳感器將系統(tǒng)各個階段的壓力信號和溫度信號轉變成電壓信號，再由單片機通過a/d接口來進行檢測，送單片機進一步判斷其泄漏量，進而完成一次完整的檢測。（2）人機界面選擇模塊 傳統(tǒng)的檢測手段都是由人來做判斷，容易產生誤判。該系統(tǒng)加入液晶顯示和鍵盤輸模塊，使得輸入和輸出變得直觀且操作簡單。（3）串口及上位機通訊模塊 由于每次測量系統(tǒng)都記錄了大量的數據，如壓力值，檢測結果等，這些數據都需要通過通訊接口送入上位機保存以方便日后的分析處理，本模塊通過單片機的標準接口將結果數據輸出到上位機。2.2 關鍵技術選擇 以上介紹了本課題所要實現的系統(tǒng)功能，并將其分成了三個功能模塊，要更好的實現這三個功能模塊的

28、功能，需要對實現這些功能的技術進行必要的了解和謹慎的選擇，以下是對這三個功能塊的關鍵技術進行介紹和選擇。2.2.1 檢測控制模塊 本系統(tǒng)主要采集氣體壓力，壓力傳感器主要針對氣體介質，因此，為了提高系統(tǒng)的精度應盡量選取高精度的壓力傳感器。傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的總體精度，本系統(tǒng)選取的壓力傳感器為德國進口的高精度壓力傳感器，其普遍應用于工業(yè)的各個領域中，把氣體，液體壓力轉換成正比高線性電信號輸出。壓力變送器可以用來測量靜壓和動壓，可以測量任何可與不銹鋼，或兼容的液體氣體介質，按不同的要求可以選擇不同的密封材料，壓力量程為一精度滿足全量程調節(jié)，是本系統(tǒng)的理想傳感器。 在滿足系統(tǒng)要求的前提下，元器件

29、的選取應盡量滿足高性價比、高可靠性且通用等原則。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機領域和當今的工業(yè)線程應用中，位機仍然是主流機型。本課題選用了在單片機中最早實現技術的公司的，其為、字節(jié)的，足以存儲大量的漢字字符碼。并具有全雙工串行口線，可以方便的與外界進行通訊，滿足本系統(tǒng)的各種性能指標要求。2.2.2 人機界面的選擇 人機界面主要包括鍵盤與顯示模塊。 為便于操作人員對該儀器操作，系統(tǒng)設計了鍵盤輸入模塊。由于按鍵的數目較多，系統(tǒng)設計成行列式鍵盤，鍵值以掃描方式輸入單片機，并采用可編程芯片來擴展系統(tǒng)的輸入輸出口線，這樣有效解決了單片機輸出口線的不足。由于所要顯示的漢字較多，且為了便于操作人員觀察，本系統(tǒng)采用

30、大連東顯公司生產的字符點陣型液晶來做系統(tǒng)的顯示模塊。該模塊有內部的驅動芯片，提供了與單片機的標準連接電路，使得控制液晶的顯示就如同控制外部存儲器的讀寫一樣簡便。由于具有與、系列相適配的接口，并有專用的指令集，可以實現畫面卷動、光標、閃爍、位操作等，足以滿足本系統(tǒng)文本顯示或圖形顯示的功能，此外，該液晶可管理的顯示緩沖區(qū)，并可外接字符發(fā)生器，可同時顯示行漢字字符，是該系統(tǒng)的理想顯示模塊。2.2.3 串口通訊模塊的選擇 因為需要同上位機進行通信，將側漏儀采集的數據輸出，所以本系統(tǒng)必須提供一個可以上位機進行實時通信的接口，由于系列單片機本身就提供了標準串行接口。所以只需外擴一個驅動芯片如max232就

31、可以實現串行通訊的功能。但是為了保證數據的可靠傳輸必須選擇一種可行的通訊協(xié)議。 支持串行通訊的工業(yè)協(xié)議主要是協(xié)議，協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡例如以太網和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程，如果回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。但是本文的通訊主要針對于單片機與上位機之間的通訊，并不是整個網絡之間的通訊。

32、若采用modbus標準協(xié)議必將引起資源的浪費，降低通訊效率。所以本系的通訊模塊借鑒了modbus協(xié)議標準中的crc檢驗碼的生成過程設計了一種自定義的通訊協(xié)議。自定義協(xié)議提高了系統(tǒng)的通信效率又能保證系統(tǒng)的正確傳輸。2.3 系統(tǒng)總體結構設計2.3.1 系統(tǒng)總體工作模型 傳統(tǒng)的直壓法測漏儀一般不檢測溫度信號，利用的是平衡階段溫度信號和壓力信號基本平衡，這就大大地限制了系統(tǒng)的精度，本系統(tǒng)將溫度信號也采集到了系統(tǒng)中，不但提高了系統(tǒng)的精度，同時也為實現快速測量提供了有效的依據。另外傳統(tǒng)的直壓法測漏儀將壓力變送器選擇在被測件與自檢閥之間，控制器一般選擇微機。這就大大限制了儀器的體積和靈活性。本系統(tǒng)采用單片機

33、作為控制器，液晶顯示，并將壓力變送器的位置擇在充氣閥和自檢閥之間，對外只提供了兩個標準的接口。大大的減小了系統(tǒng)的體積，使儀器使用起來方便靈活。泄露模擬接口顯 示單 片 機溫度變送器壓力變送器自檢閥充氣閥過濾器排氣閥被測件氣源減壓閥圖2-3 系統(tǒng)總體工作模式型示意圖 圖2-3所示為基于直接壓力法的氣體測漏系統(tǒng)的總體工作模型示意圖?，F將系統(tǒng)的總體工作情況描述如下：（1）首先打開氣源，氣體經過過濾器以后變成了純凈的氣體，再經過減壓閥以后就等到了一個相對穩(wěn)定的壓力輸出。此壓力輸出根據不同的檢測對象而不同。（2）單片機上電以后首先選擇不同的測試程序進行測試，測試程序的選擇主要依據減壓閥輸出壓力的設定和不

34、同被測件的參數不同。進入測試菜單以后，當接受到啟動檢測的信號時就打開充氣閥和自檢閥對工件進行充氣，充氣時間結束系統(tǒng)進入平衡等待時間，平衡階段結束系統(tǒng)開始采集壓力傳感器和溫度傳感器的信號進行檢測，系統(tǒng)進入檢測階段，檢測階段結束后系統(tǒng)將檢測的結果顯示到液晶上并保留結果數據，同時打開排氣閥將檢測氣體排出。一次完整的檢測過程就結束，系統(tǒng)準備下一次檢測。系統(tǒng)的充氣時間，平衡時間和測量時間均由測試程序設定。當檢測了一定數量的工件后就可以選擇將一段時間的檢測結果輸出送給上位機，系統(tǒng)提供了標準的通訊接口。2.3.2 系統(tǒng)的總體框圖at89s52 單 片 機鍵盤輸入壓力表泄漏閥溫度變送器通信模塊充氣閥自檢閥被測

35、工件a/d液晶顯示模擬調壓器壓力變送器壓縮氣源a/d圖2-4 系統(tǒng)總框圖 圖2-4給出的只是系統(tǒng)的一個工作模型，圖描述的是系統(tǒng)的實際原理框圖。對單片機而言，系統(tǒng)要求檢測兩路模擬量的輸入，同時輸出兩路開關量，并提供了鍵盤輸入接口，液晶顯示輸出接口和通信接口。2.4 本章小結 本章介紹了本系統(tǒng)的設計思想。對直壓法和差壓法進行分析差壓法測量精度高但差壓法測量結構復雜、差壓傳感器成本高直壓法測量結構簡單，但是測量過程容易受到外界的干擾而影響系統(tǒng)的精度。本文在直接壓力法的基礎上結合了單片機控制技術大連理仁大學碩士學位論文提出了系統(tǒng)的總體工作模型和總體框圖，并根據原理框圖分析了傳感器、人機界面和串口通訊等

36、關鍵技術的選取原則。3 系統(tǒng)的硬件電路3.1 壓力信號采集電路的設計3.1.1 壓力變送器的選擇 壓力信號的采集是整個系統(tǒng)的核心，壓力變送器的精度是影響系統(tǒng)精度的主要因素所以應選擇壓力變送器的主要依據就是高精度。要求對系統(tǒng)的微小壓力變化就能檢測出來。壓力變送器的精度直接影響系統(tǒng)的精度，要滿足0.1%的壓力差檢測精度，壓力傳感器的精度必須更高。而且壓力量程必須滿足2/20ma的系統(tǒng)量程范圍。 本系統(tǒng)采用的是德國原裝高精度壓力變送器dmp33li。其壓力精度滿足0.05%foc滿量程調節(jié)，對外提供標準g1/2或g1/4壓力接口，壓力量程為2/20ma，輸出信號為標準兩線制。供電電源為vdc1236

37、v，典型應用領域為氣體控制系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)。滿足了系統(tǒng)的量程范圍與精度要求。3.1.2 a/d轉換器ads1110（1）a/d轉換器ads1110總體介紹 a/d轉換器ads1110是精密的連續(xù)自校準a/d轉換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，可每秒采樣8、12或128次以進行轉換。片內可編程的增益放大器pga。提供高達8倍的增益，允許對更小的信號進行測量，并且具有高分辨率。在單周期轉換方式中，在一次轉換之后自動掉電，在空閑期間極大地減少了電流消耗。表3-1 最小碼和最大碼采樣速率（sps）位數最小值最大值816-32768327671615 -16864163833214-819281

38、91使用需要熟悉輸出碼的計算方式。輸出碼是一個標量值除電路削波以外，它與兩個模擬輸入端的壓差成比例。輸出碼限定在一定數目范圍內，該范圍取決于代表輸出碼所需要的位數，而的代表輸出碼所需要的位數又取決于數據速率，如表所示。 (3-1)對最小碼的最小輸出碼、可編程增益放大器的增益設置、v+與v-的正負輸入電壓以及vdd而言，輸出碼由以下表達式計算出。本課題選用采樣速率8，輸出碼位數為16位。（2）a/d轉換器ads1110使用 i2c接口通過一個內部集成電路i2c接口通信。接口是一個線漏極開路輸出接口，支持多個器件和主機共用一條總線到?？偩€上的通信通常發(fā)生在兩個器件之間，其中一個作為主機，另一個從機

39、。主機和從機都能讀和寫，但從機只能依主機的方向工作。一些器件既可作為主機又可作為從機，但只能作為從機。 一條i2c總線由兩條線路組成:sda數據線和scl時鐘線。sda傳送數據，scl 是時鐘。所有數據以8位為一組，通過總線傳送。為了在總線上傳送位數據，須在為scl低電平時，驅動線至該位的電平為低則表明該位為“0”，為高則表明該位為“1”。一旦線穩(wěn)定下來，線被高，然后變低。線上的脈沖以時鐘將位一位一位地移入接收器的移位寄存器中。 i2c總線是雙向的，線可用來發(fā)送和接收數據。當主機從從機中讀取數據時，從機驅動數據線當主機向從機發(fā)送數據時，主機驅動數據線主機總是驅動時鐘線。絕不會驅動，因為它不能用

40、作主機，在中只是一個輸入端。多數時候總線是空閑的，不發(fā)生通信，而且兩條線均為高電平。在產生通信時，總線被激活，只有主機才能開始一次通信。為了開始通信，主機在總線上形成一個開始條件，通常只有在時鐘線為低電平時，數據線才允許改變狀態(tài)。如果在鐘線為高電平時，數據線改變了狀態(tài)，則形成一個開始條件，或相反地形成一個停止條件。始條件是當時鐘線為高電平時，數據線從高到低的跳變停止條件則是當時鐘線為高電平時，數據線從低到高的跳變。在主機發(fā)送開始條件以后，它還會發(fā)送一個字節(jié)，表明它想與哪一個從機通信，該字節(jié)稱作地址字節(jié)。i2c總線上的每個器件都有一個獨特的7位地址以做出響應。主機以地址字節(jié)發(fā)送一個地址，并且還發(fā)

41、出一位以表明是對從機讀出還是寫入。對于在i2c總線上發(fā)送的每個字節(jié)，無論是地址還是數據，均以一個應答位作為響應。在主機發(fā)送完一個字節(jié)即8位數據到從機后，它停止驅動sda線，并等待從機對該字節(jié)的應答。從機將sda線拉低以對該字節(jié)進行應答，然后主機發(fā)送一個時鐘脈沖以對該應答位定時。類似地當主機完成對一個字節(jié)的讀取時，則將sda線拉低以對從機做出應答，然后發(fā)送一個時鐘脈沖對該位定時。在一個應答周期期間，不作應答，只是保持sda線為高電平。如果器件不在總線上，并且如果主機試圖對其尋址，它不會接收到應答信號，因為該地址處沒有器件將sda線拉低。在主機完成與從機的通信后，它會發(fā)出一個停止條件。在發(fā)出停止條

42、件后，總線再次空閑。主機也可發(fā)出另一個開始條件，在總線處于激活狀態(tài)時，若發(fā)出一個開始條件則要求一個重復的開始條件。ads1110的i2c地址ads1110的i2c地址是1001aaa，其中aaa是出廠時的默認設置。ads1110有8種不同的類型，每種類型都有一個不同的i2c地址。例如，ads1110a0的地址為1001000，而ads1110a3的地址則為1001011.對ads1110的讀操作用戶可從ads1110中讀出輸出寄存器和配置寄存器的內容，為做到這一點，要對ads1110尋址，并從器件中讀出三個字節(jié)。前面的兩個字節(jié)是輸出寄存器的內容，第三個字節(jié)是配置寄存器的內容，并不總是需要從ad

43、s1110中讀取三個字節(jié)，如果只需要 輸出寄存器的內容則只需讀兩個字節(jié)。從ads1110中讀取多于三個字節(jié)的值是無效的，從第四個字節(jié)開始的所有字節(jié)將為ffh。 對ads1110的寫操作用戶可寫新的內容至配置寄存器，但不能更改輸出寄存器的內容。為了做到這一點，要對ads1110尋址以進行寫操作，并對ads1110寫入一個字節(jié)。這個字節(jié)被寫入配置寄存器中，對ads1110寫入多個字節(jié)到ads1110無效，ads1110將忽略第一個字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對第一個字節(jié)做出應答。3.1.3 ads1110與單片機的硬件連接圖3-1 與單片機連接電路圖 圖3-1與單片機連接電路圖所示為與單片機連

44、接電路。因為本身沒有集成接口電路，因此需要用其接口來模擬實現接口電路，這里選用和兩個引腳來模擬總線的兩個引腳：p1.0作為數據腳，它的作用是由主機和從機來驅動它以傳送數據。p1.1作為時鐘引腳，由主機來驅動它，以產生傳送數據所需要的時鐘信號，時鐘信號通過對單片機編程產生。 數據線和時鐘線都需要上拉電阻，因為總線驅動器是漏極開路驅動器，這些電阻的大小取決于總線的工作速度和總線電容阻值。較高的電阻功耗較低，但會延長總線的轉換時間，限制總線速度阻值較低的電阻，允許總線高速運轉，但功耗較高。長總線的電容高，需要較小的上拉電阻來補償，電阻不應太小，如果電阻太小，總線驅動器可能不能將總線拉低。上拉電阻的典

45、型值一般為1k10k ，本課題采用10k上拉電阻。 3.2 溫度信號采集電路的設計3.2.1 溫度信號處理電路 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復現性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫“范圍的溫度測量中。圖溫度信號處理電路用鉑電阻組成的電橋電路被廣泛的應用在各種測溫電路中，但在這種檢測電路中，平衡電橋中以及鉑電阻的阻值和溫度之間的非線性特性給最后的溫度測量來了一定的誤差，所以往往難以達到較高的指標要求。必須使用硬件補償或軟件查表等方法來對系統(tǒng)的非線性進行補償。軟件查表補償方法可以簡化系統(tǒng)硬件電路的復雜度，方便器件的選取等優(yōu)點。但是查

46、表法來實現非線性補償大大的增加了系統(tǒng)軟件設計的復雜度，同時對系統(tǒng)精度的提高幫助有限。本系統(tǒng)采用非平衡電橋結合模擬校正電路來實現對溫度信號的處理，硬件電路簡單可靠，同時又大大地提高了鉑電阻測溫的精度，并且考慮到轉換器存在一定的死區(qū)，用一個加法器將系統(tǒng)的輸出信號提高一個固定的電平。溫度采集電路如圖所示測溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，線制連接。線制可以把導線電阻對測量結果的影響降到最低，連接如圖3-2所示：圖3-2 溫度采集電路測溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，3線制連接。3線制可以把導線電阻對測量結果的影響降到最低，連接如圖3-2所示。鉑電阻的溫度特性如下:當溫度為-780時: (3-2)當溫度

47、為0600時: (3-3)本系統(tǒng)主要應用溫度在0至100度的范圍內測溫度，所以只考慮鉑電阻在0至600度范圍內的溫度特性。設電橋兩端的輸出電壓分別為v+和v-，導線電阻為r，則: (3-4) (3-5)當r116=r117=10k>>r100=100時，放大器的輸入電壓為: (3-6)由公式(3-6)可以知道系統(tǒng)3線制連接可以基本消除導線電阻對測溫電路的影響。將式(3-4)代入式(3-6)得，其中: (3-7) (3-8) 二次項對整個系統(tǒng)的影響很小，但是為了降低其影響，放大電路加入了一個正反饋r119，其值為150k。正反饋電阻的加入起到了線性化的作用，降低了二次項對整個系統(tǒng)的影

48、響溫度在0至100度之間，放大器的輸出k與溫度的關系可以基本認定為線性的。調整電位器rp103就可以調節(jié)整個放大器的放大倍數，本系統(tǒng)設定放大倍數為50。放大器輸出在經過一個加法器電路輸出: (3-9) vref2的值可以通過調整電位器rp104來進行調整，其目的是消除a/d在零點采樣不精確所帶來的誤差。通過加法器電路以后，即使溫度為0也能保證a/d的輸入電壓為一較高的固定值。溫度處理信號調試時，首先用100的電阻替換rt，通過調節(jié)rp104使溫度信號的輸出值為400mv，然后用138.5 (100時鉑電阻的阻值)的電阻替換rt，通過調節(jié)電位器rp103使溫度信號的輸出值為1700mv。溫度信號

49、的輸出值400mv到1700mv可以近似線形的代表0到100度的溫度值。此測溫電路共需要兩組精密電源為其供電，tl431就是能同時提供兩組穩(wěn)定電壓輸出的穩(wěn)壓管，12v電源流經限流電阻r126后在tl431的1腳產生7.5v的穩(wěn)壓輸出，再流經限流電阻r114和r115后在2腳產生一個2.5v的穩(wěn)壓輸出。為了提高系統(tǒng)的負載能力，將這兩組電源的輸出分別接到lm324組成的射隨電路，在lm324的1腳輸出一個穩(wěn)定的7.5v穩(wěn)定電壓，在8腳輸出一個2.5v的穩(wěn)定電壓。3.2.2 溫度處理信號與單片機的連接電路由于ads1110支持i2c總線協(xié)議，可以同時連接個從設備。所以溫度信號經過處理后直接送入ads

50、1110中, ads1110的輸出信號連入系統(tǒng)的虛擬i2c總線上p1.0和p1.1。溫度信號采集電路與單片機的接口與壓力信號的接口基本相同，如圖所示:+5vvin+gndsclvin-sdavddvtagnd+5vr110kr20.1up1.0ads1110圖3-3 溫度信號與單片機的連接電路3.3 人機界面的設計 人機界面主要是鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊，是嵌入式設計的常用外設模塊。3.3.1 鍵盤輸入模塊的設計 由于需要的按鍵數目較多，系統(tǒng)設計成行列式鍵盤，鍵值以掃描的形式輸入單片機四。掃描式鍵盤需占用單片機較多的輸入輸出口線，使用可編程芯片來擴展。用外8155h擴展的鍵盤結構如圖所示:8

51、155圖3-4 鍵盤電路 鍵盤電路，圖中的行線和列線均通過電阻接，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線都斷開，行線pc0-pc2呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線與列線短路。例如，6號鍵按閉合時，行線pc0和列線pa6短路，此時pa6的電平由pc0的電平所決定，如果把行線規(guī)定為微機的輸出口，列線接到微機的輸入口，則在微機的控制下，使行線線pc0為低電平(0)，其余兩根行線pci、pc2都為高電平。然后微機通過輸入口讀列線的狀態(tài)，如果pa0pa7都為高電平，則pc0這一行上沒有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的列線和pc0相交的鍵處于閉合狀態(tài);如果pc0這一行

52、上沒有鍵閉合，接著使線pc1為低電平，其余行線為高電平。用同樣的方法檢查pc1這一行上有無鍵閉合，以此類推，然后使行線pc2為低電平，其余的行線為高電平，檢查pc2這一行上是否有鍵閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。cpu對鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機方式，cpu在空閑時掃描鍵盤，也可以采取定時控制方式，每隔一定的時間，cpu對鍵盤掃描一次，cpu可以隨時響應鍵盤輸入請求。也可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向cpu請求中斷，cpu響應鍵盤輸入中斷請求，對鍵盤掃描，以識別那一個鍵處以閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應處理。cpu對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可以根據行

53、線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據行線和列線狀態(tài)查表求得。當鍵盤有按鍵閉合時，閉合和斷開的過程中會有抖動現象的產生。抖動時間長短和開關的機械特性有關，一般為510ms，中間狀態(tài)為穩(wěn)定地閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，為了保證cpu對鍵盤的閉合做一次處理并且僅一次處理，在軟件中必須設置去抖動，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵盤的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時，再作鍵輸入處理.3.3.2 液晶接口電路的設計 液晶模塊與單片機的接口電路如圖所示:at89s52圖3-5 液晶模塊與單片機的接口電路 單片機利用數據與控制信號直接采用存儲器訪問形式來控制液晶模塊。單片機數據口p0口直接與

54、液晶顯示模塊的數據口連接，單片機的rd，wr作為液晶顯示模塊的讀，寫控制信號，液晶顯示模塊rst，掛在正負5上。ce、c/d信號分別接到單片機p2.6、p2.1上。液晶模塊就相當于單片的外部存儲器一樣，單片機可以方便的控制數據與指令的輸入輸出。液晶的指令代碼入口地址為#8201h，此時ce為低電平選通，c/d為高電平，為控制命令字的讀寫地址。數據入口地址為8000h，此時ce為低電平選通，c/d也為低電平，為數據的讀寫地址。單片機p2口的最高位p2.7與81c55的使能端連接，高電平為不使能。所以對液晶的讀寫數據與指令代碼的操作必須先封鎖81c55。液晶接口的1，2腳為背光電壓的輸入端。本系統(tǒng)

55、采用現有的液晶背光芯片elp-60，該芯片可以驅動液晶屏，足以滿足本系統(tǒng)的需要。圖液晶與單片機的接口電路，本系統(tǒng)采用內核的系列單片機是一種低電壓，高性能位單片機，片內含的可反復擦寫的只讀程序存儲器和的隨機存取數據存儲器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準指令系統(tǒng)，片內置通用位中央處理器和存儲單元，功能強大的單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。有個引腳，外部雙向輸入輸出端口，同時內含外中斷口，位可編程定時計數器，全雙工串行通信口，讀寫口線，可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的存儲器可有效地降低開發(fā)成本。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，顯示技術也隨之不斷前進。從早期的發(fā)光二極管顯示到液晶顯示，從段碼式到點陣式再到圖形點陣式，其性能不斷提升，而成本卻日趨降低。 表3-2液晶接口特性管腳號符號功能1nc背光輸入腳2nc背光輸入腳3fg框架4vss地5 vdd電源電壓6vee液晶電壓7wr寫數據8rd讀數據9ce片選信號10c/d寫命令/寫數據11rst讀命令/讀數據1219d0