基于單片機的鍋爐控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　本文詳細介紹了一款基于單片機的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場檢測出各個狀態(tài)，如實現(xiàn)溫度、壓力、水位、液位等的監(jiān)控，具有數(shù)碼管顯示、報警的功能。能夠快速、穩(wěn)定、安全、可靠地對工業(yè)鍋爐進行智能化監(jiān)控。</p><p>　　1.1 背景資料及研究意義</p><p>　　當今，環(huán)

2、境與發(fā)展已成為人類社會面臨的兩大課題，而這些問題的解決無一不與能源密切相關(guān)。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一。同時，鍋爐燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴重；而且鍋爐形式比較陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，這又進一步加重了環(huán)境污染的程度。因此，調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強環(huán)境保護、實施可持續(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。&

3、lt;/p><p>　　由于歷史條件的原因，我國的鍋爐生產(chǎn)自動化程度長期以來一直都較發(fā)達國家落后許多。目前運行的各行業(yè)的鍋爐有50多萬臺，其中相當一部分還在使用常規(guī)儀表進行控制，有的甚至還處在人工加常規(guī)儀表的半自動控制狀態(tài)。這樣不僅難以做到平穩(wěn)操作，安全生產(chǎn)也沒有確定的保證，人工的勞動強度大，生產(chǎn)條件差。</p><p>　　工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用廣泛的熱能動力設(shè)備，鍋爐汽包水位的平衡

4、是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的重要指標之一。水位過高會影響汽水分離產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象影響汽水分離裝置的正常工作，導(dǎo)致鍋爐出口蒸汽帶水和含鹽量過大，使過熱器受熱面結(jié)垢甚至破壞，影響機組的正常運行和經(jīng)濟性指標。若汽包水位過低，會使鍋爐水循環(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)測鍋爐的蒸發(fā)量并及時報警，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鍋爐的溫度、流

5、量、水位、壓力等參數(shù)實行實時的監(jiān)控，以便于工作人員更好地對鍋爐進行控制，以免事故的發(fā)生。</p><p>　　1.2 鍋爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　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，長期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。</p><

6、p>　　鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設(shè)備，鍋爐的任務(wù)是根據(jù)外界負荷的變化，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)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過程提供熱源，而且還可以作為風機、壓縮機、泵類驅(qū)動透平的動力源。</p><p>　　鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，如圖1-1所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、過熱器5、上升管7、給水調(diào)節(jié)閥2、給水母管1及蒸汽

7、母管6等組成。</p><p>　　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，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經(jīng)下降管進入鍋爐底部的下聯(lián)箱，又經(jīng)爐膛四周的水冷壁進入上聯(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，水和給水一起再進入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管

8、子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。</p><p>　　圖1-1鍋爐的汽水系統(tǒng)</p><p>　　“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機送入，通過空氣預(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)過過熱

9、器，形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)過負荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負荷設(shè)備使用。與此同時，燃燒過程中產(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。</p><p><b>　　1.3 系統(tǒng)簡介 </b></p><p>　　單片機是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的CPU、存儲器、輸入、輸出

10、等部件。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點使它的應(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。故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、抗干擾能力強。單片機能滿足這些要求，因此單片機在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。使用單片機控制鍋爐是很好的選擇。</p><p>　　為了實現(xiàn)對鍋爐的溫度、壓力、水位、流量的實時監(jiān)控，本文介紹了一種以AT89C52單片機為核心的控制模塊，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器

11、，并結(jié)合數(shù)碼管、報警電路為一體的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。ADC0809連接四個傳感器，從傳感器中采集模擬信號，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再連接到單片機，以實現(xiàn)信號的處理。單片機連接到顯示電路，報警電路，分別對系統(tǒng)溫度、壓力、流量和水位的信息給予實時的顯示及報警。</p><p><b>　　2．開發(fā)環(huán)境簡介</b></p><p>　　2.1 Altium de

12、signer 6.9 簡介</p><p>　　電路設(shè)計自動化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是將電路設(shè)計中各種工作交由計算機來協(xié)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，電子線路變得越來越復(fù)雜，電路的設(shè)計工作已經(jīng)無法單純依靠手工來完成，電子

13、線路計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為必然趨勢，越來越多的設(shè)計人員使用快捷、高效的 CAD 設(shè)計軟件來進行輔助電路原理圖、印制電路板圖的設(shè)計，打印各種報表。 </p><p>　　Altium Designer 6.9 是原 Protel 軟件開發(fā)商 Altium 公司于 2006 年推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在 Windows XP 操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB 繪制編輯、拓撲邏輯自動

14、布線、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案， 使設(shè)計者可以輕松進行設(shè)計， 熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。 </p><p>　　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)點外，還增加了許多改進和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界面，全面集成了 FPGA 設(shè)計

15、功能和 SOPC 設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計人員能將系統(tǒng)設(shè)計中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計及嵌入式設(shè)計集成在一起。</p><p>　　2.2 Altium designer 6.9 五大模塊簡介：</p><p>　　1.系統(tǒng)菜單：位于Altium Designer 6.9界面的上方左側(cè)，啟動 Altium designer 6.9后，系統(tǒng)顯示“DXP”、“File”、“View”

16、、“Project”、“Window”和“Help”基本操作菜單項，用戶使用這些菜單項內(nèi)的命令選項可以設(shè)置 Altium Designer 6.9 中的系統(tǒng)參數(shù)，新建各類項目文件，啟動對應(yīng)的設(shè)計模塊。當設(shè)計模塊被啟動后，主菜單將會自動更新，以匹配設(shè)計模塊。</p><p>　　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)，由瀏覽器地址編輯框、后退快捷按鈕、前進快捷按鈕

17、、回主頁快捷按鈕和個人喜好快捷按鈕組成。其中， 瀏覽器地址編輯框用于顯示當前工作區(qū)文件的地址； 單擊后退或前進快捷按鈕可以根據(jù)瀏覽的次序后退或前進，且通過單擊按鈕右側(cè)的下拉列表按鈕，打開瀏覽次序列表，用戶還可以選擇重新打開用戶在此之前或之后瀏覽的頁面； 單擊回主頁快捷按鈕，將返回系統(tǒng)默認主頁；單擊個人喜好快捷按鈕，可以將當前頁面設(shè)置為個人喜好頁面。</p><p>　　3.系統(tǒng)工具欄：系統(tǒng)工具欄位于系統(tǒng)菜單下方，

18、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。</p><p>　　4.工作區(qū)：工作區(qū)位于 Altium Designer 6.9 界面的中間，是用戶編輯各種文檔的區(qū)域。在無編輯對象打開的情況下，工作區(qū)將自動顯示為系統(tǒng)默認主頁，主頁內(nèi)列出了常用的任務(wù)命令，單擊即可快捷啟動相應(yīng)工具模塊。</p><p>　　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，

19、如文件管理面板、項目管理面板、器件庫面板等，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、修改或修剪面板，單擊相應(yīng)的面板標簽還可以顯示、隱藏或切換工作面板窗口。</p><p>　　2.3 使用Altium designer畫原理圖</p><p>　　圖2-1 AD原理圖界面</p><p>

20、　　(1) 啟動 Altium Designer 6.9 原理圖編輯器。 </p><p>　　(2) 設(shè)置原理圖圖紙大小以及版面。繪制原理圖前，必須根據(jù)實際電路的復(fù)雜程度來設(shè)置圖紙的大小，設(shè)置圖紙的過程實際上是建立工作平面的過程，用戶可以設(shè)置圖紙方向、網(wǎng)格大小以及標題欄等。 </p><p>　　(3) 在圖紙上放置元件。根據(jù)實際電路的需要，從元件庫里取出所需的元件放置到工作平面上。設(shè)計

21、者可以根據(jù)元件之間的走線等關(guān)系，對元件在工作平面上的位置進行調(diào)整、修改，并對元件的編號、封裝進行定義和設(shè)定，為下一步工作打好基礎(chǔ)。 </p><p>　　(4) 對所放置的元件進行布局布線。該過程實際就是畫圖的過程。設(shè)計者可利用 Altium Designer 6.9 提供的各種工具、命令進行布線，將工作平面上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的原理圖。 </p><p&g

22、t;　　(5) 對布局布線后的元件進行調(diào)整。在這一過程，設(shè)計者利用 Altium Designer 6.9 的各種功能對所繪制的原理圖作進一步的調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正確。 </p><p>　　(6)電氣檢查。布線完成后，還需要設(shè)置 Project Options 來編輯當前項目，根據(jù) Altium Designer 6.9 提供的錯誤檢查報告重新修改原理圖。 </p><p>

23、;　　(7) 保存文檔和報表輸出。 此階段可利用報表工具生成各種報表， 如網(wǎng)絡(luò)表、 元件清單，此時也可設(shè)置打印參數(shù)并進行打印，從而為生成印制電路板做好準備。</p><p>　　3．設(shè)計原理與芯片介紹</p><p><b>　　3.1 設(shè)計原理</b></p><p><b>　　3.1.1 單片機</b></p&

24、gt;<p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU來表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。</p><p>　　二十世紀七十年

25、代單片機的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。計算機兩大分支的產(chǎn)生大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。通用計算機系統(tǒng)以發(fā)展海量高速數(shù)值計算為己任，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線寬度不斷更新，迅速從8位、16位過渡到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

26、泛的應(yīng)用；單片機則以面向?qū)ο蟮膶崟r控制為己任，目前仍以8位機為主流，不斷增強控制能力，降低成本，減小體積，改善開發(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)。</p><p>　　單片機應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中具有如下特點，單片機具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、運行速度快、抗干擾能力強、性價比高、可靠性高等特點，結(jié)構(gòu)靈活，數(shù)據(jù)基本上都在單片機內(nèi)部傳送，易于組成各種微機應(yīng)用系統(tǒng)。它既可用于工業(yè)自動控制等場合，

27、又可用于機電一體化產(chǎn)品、智能儀器、測量儀器、醫(yī)療儀器、家用電器等領(lǐng)域，在過程控制、計算機網(wǎng)絡(luò)及通訊等方面得到廣泛應(yīng)用。單片微型計算機經(jīng)歷了1位、4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)體器件廠家都開發(fā)了單片微型計算機，如Intel，Motorola，Zilog(澤洛格公司)、Fairchild(仙童攝像機與儀器公司)、Mostek(莫斯蒂克公司)等，單片機的品種日益增加。8051是美國INTEL公司在1980年推出的M

28、CS-51系列的第一個成員，MCS是INTEL公司的注冊商標。其它公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機只能稱為8051系列。</p><p>　　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。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，比如PHILIPS 的83C552及51LPC系列等、SIEM

29、ENS 的SAB80512等、AMD(先進微器件公司) 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W78C51及W77C51等。</p><p>　　從MCS－48單片微機發(fā)展到如今的新一代單片微機，大致經(jīng)歷了三代。如以 Intel 8位單片微機為例，</p><p>　　第一代：

30、以MCS－48系列為代表，屬于低性能單片微機階段。</p><p>　　第二代：以MCS－5l系列的8051、8052為代表。</p><p>　　主要的技術(shù)特征是為單片微機配置了完善的外部并行總線（AB、DB、CB）和具有多機識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奠

31、定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　第三代：以80C51系列為代表。</p><p>　　它包括了Intel公司發(fā)展MCS－51系列的新一代產(chǎn)品，如8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/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。&

32、lt;/p><p>　　在眾多的通用型單片機里，以Intel公司的MCS-51系列單片微型計算機最為著名。MCS-51單片機系列有：</p><p>　　普通型：51子系列8051/8751/8031；</p><p>　　增強型：52子系列8052/8752/8032；</p><p>　　低功耗型：80C51/87C51/80C31；80C5

33、2/87C52/80C32。 </p><p>　　低功耗型單片機采用C110半導(dǎo)體，用字母C0MS工藝型號中標識。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。它實際上是一個完整的一位微計算機，這個一位機有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。把八位微機和一位微機結(jié)合在一起是微機技術(shù)上的一個突破。一位機在開關(guān)決策，邏

34、輯電路仿真和實時控制方面非常有效；而八位機在運算處理、數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長處，在MCS-51單片機中，八位機和一位機(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-51在設(shè)計上的精美之處，也是一般微機所不具備的，而且具有特殊的多機通訊功能，可作為多機系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。很多智能性應(yīng)用場合，智能型產(chǎn)品都用到了單片微型計算機，單片微型計算機應(yīng)用開發(fā)一直受到人們的重視，并且日益強勁。MCS-51單片機的應(yīng)用設(shè)計一般包括兩大方

35、面，即硬件接口設(shè)計和軟件設(shè)計。軟件設(shè)計中又分為與接口硬件有關(guān)的驅(qū)動程序的設(shè)計以及與接口硬件無關(guān)的數(shù)據(jù)運算和處理程序的設(shè)計。</p><p>　　3.1.2 AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過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，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物

36、理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。AD轉(zhuǎn)換主要有以下三種方法：</p><p><b>　　（1）逐次逼近法</b></p><p>　　逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、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?/p>

37、位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，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進行比較，若Vo<Vi，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Vo<Vi，該位1被保

38、留，否則被清除。重復(fù)此過程，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。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。</p><p><b>　?。?）雙積分法</b></p><p>　　采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間

39、隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。 雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi，Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間T的正向積分，時間T到后，開關(guān)再接通與Vi極性相反的基準電壓VREF，將VREF輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。Vi越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù) 值，就是輸入模擬電壓Vi所對應(yīng)的數(shù)字量，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。</

40、p><p>　?。?）電壓頻率轉(zhuǎn)換法</p><p>　　采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的A/D轉(zhuǎn)換器，由計數(shù)器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成。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。電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過程是：當模擬電壓Vi加到V/F的輸入端，便產(chǎn)生頻率F與Vi成正比的脈沖，在一定的時間內(nèi)對該脈沖信號計數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓V

41、i，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　3.1.3 傳感器</b></p><p>　?。?）傳感器的定義 </p><p>　　國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到

42、的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 </p><p>　　（2）傳感器的分類 </p><p>　　a、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。</p><p>　　b、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電

43、壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 </p><p>　　c、按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“1”和"0”或“開”和“關(guān)”）的開關(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。 </p><p>　　（3）、傳感器的靜態(tài)特性 </p><p>　　傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有

44、相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。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。 </p><p>　　（4）、傳感器的動態(tài)特性 </p><p>　　所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳

45、感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。 </p><p>　?。?）、傳感器的線性度 </p><p>　　通常情況下，傳感器的

46、實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，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際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點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。 </p><p>　?。?）、傳感器的靈敏度 </p>

47、<p>　　靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。 它是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，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。 當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 提高靈敏度，可得到

48、較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 </p><p>　　（7）、傳感器的分辨力 </p><p>　　分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。通常傳感器在滿量

49、程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，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。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 </p><p>　?。?）、電阻式傳感器 </p><p>　　電阻式傳感器是將被測量，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

50、件。 </p><p>　?。?）、電阻應(yīng)變式傳感器 </p><p>　　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，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。 </p><p>　?。?0）、壓阻式傳感器

51、 </p><p>　　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)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。 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越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍

52、。 </p><p>　?。?1）、熱電阻傳感器 </p><p>　　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測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，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。用于測量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。 </p>&

53、lt;p>　?。?2）、傳感器的遲滯特性 </p><p>　　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△MAX與滿量程輸出F·S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。</p><p>　　3.2 AT89C52芯片介紹</p><p>　　圖

54、3-1 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.中央處理器（CPU）</p><p>　　中央處理器是單片機最核心的部分，主要完成運算和控制功能。</p><p><b>　　2.內(nèi)部存儲器</b></p><p>　　內(nèi)部存儲器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）和內(nèi)部程序存儲器。存儲器是由大量的寄存器所組成，其中每

55、一個寄存器就稱為一個存儲單元。</p><p><b>　　3.定時/計數(shù)器</b></p><p>　　單片機的定時器和計數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計數(shù)器記錄的是單片機外部發(fā)生的事件，由單片機的外部電路提供計數(shù)信號；而定時器是由單片機內(nèi)部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)信號。</p><p><b>　　4.中斷系統(tǒng)</b></p

56、><p>　　中斷系統(tǒng)在計算機中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中廣泛采用的一種實時控制技術(shù)，能對突發(fā)事件進行及時處理，從而大大提高系統(tǒng)的實時性能。</p><p><b>　　5.串行I/O接口</b></p><p>　　串行I/O口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點是需要一對傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。</p>

57、<p><b>　　6.并行I/O接口</b></p><p>　　并行I/O接口的數(shù)據(jù)所有位同時傳送。其特點是傳輸速度快，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，適合動態(tài)顯示。</p><p>　　3.2.1單片機的引腳功能介紹</p><p>　　圖3-2 AT89C52引腳圖</p><p&

58、gt;　　AT89C52的主要管腳功能如下：</p><p>　?。?）P0.0～P0.7：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。</p><p>　?。?）P1.0～P1.7：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。</p><p>　?。?）P2.0～P2.7：P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。</p>&

59、lt;p>　　（4）P3.0～P3.7：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。</p><p>　　（5）ALE：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外，由于ALE是以晶振1／6的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。</p><p>　?。?）：外部程序存儲器讀選通信號。在讀

60、外部ROM時，有效(低電平)，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。</p><p>　?。?）：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。</p><p>　?。?）RST：復(fù)位信號。當輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。<

61、/p><p>　　（9）XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。</p><p>　?。?0）VSS：地線。 </p><p>　?。?1）VCC：+5V電源。</p><p>　　3.2.2 時鐘電路的設(shè)計</p>

62、<p>　　時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C52片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè)計采用前者。單片機內(nèi)部有一個用于構(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

63、端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構(gòu)成一個穩(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。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的高低、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，主要取決于單片機的工作頻率范圍，每一種單片機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的最大工作頻率即可。此外，如果單片機有串行通信，則應(yīng)該

64、選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。</p><p><b>　　圖3-3 時鐘電路</b></p><p>　　3.2.3復(fù)位電路的設(shè)計</p><p>　　AT89C52單片機的復(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始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52的時鐘

65、電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機內(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RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。</p><p>　　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。單片機復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容C相當于瞬間短路，+5V立即加到RET端，

66、該高電平使89C52全機自動復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。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SBUF寄存器狀態(tài)不確定。</p><p>　　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，就能使單片機有效地復(fù)位。</p>&l

67、t;p><b>　　圖3-4 復(fù)位電路</b></p><p>　　3.3 ADC0809芯片介紹</p><p>　　ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。</p><p>　　3.3.1 ADC0809的內(nèi)部邏輯

68、結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-5 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　由上圖可知，ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(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 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)

69、換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.3.2 ADC0809引腳功能介紹</p><p>　　圖3-6 ADC0809引腳圖</p><p>　　1、ADC0809 各腳功能如下：</p><p>　　D7-D0：8 位數(shù)字量輸出引腳。</p><p>　　IN0-IN7：8 位模擬量輸入引腳。</p>

70、<p>　　VCC：+5V 工作電壓。</p><p><b>　　GND：地。</b></p><p>　　REF（+）：參考電壓正端。</p><p>　　REF（-）：參考電壓負端。</p><p>　　START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。</p><p>　　ALE：地址鎖存

71、允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）.</p><p>　　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。</p><p>　　OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。</p><p>　　CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）</p><p>　　2、ADC0809 對輸入模擬量

72、要求：信號單極性，電壓范圍是 0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(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。地址輸入和控制線共4 條，ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A、B、C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A、B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇

73、表如下表所示。</p><p>　　圖3-7 ADC0809通道選擇表</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線共11 條，ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 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。當 EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向

74、單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p><p>　　3.4 74HC573芯片介紹</p><p>　　芯片74HC573是8位三態(tài)鎖存

75、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的管腳一樣。器件的輸入是和標準 CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。</p><p>　　圖3-8 74HC573引腳圖</p&

76、gt;<p>　　如上圖所示，0D~7D為數(shù)據(jù)輸入端，0Q~7Q為數(shù)據(jù)輸出端，LE為鎖存控制端，OE為使能端。其內(nèi)部原理圖和真值表如下：</p><p>　　圖3-9 74HC573內(nèi)部原理圖</p><p>　　附：x：不用關(guān)心 z：高電阻</p><p>　　圖3-10 74HC573真值表</p><p><b&g

77、t;　　4.傳感器的選擇</b></p><p>　　4.1溫度傳感器的選擇</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測量，通過研究發(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1

78、00Ω,電阻變化率為0.3851Ω/℃。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)（-200～650℃）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計（涵蓋國家和世界基準溫度）供計量和校準使用。其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號可選擇，安裝方式多元化，可進行OEM定做，應(yīng)用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過程溫度測量與控制。本設(shè)計采用PT100溫度傳感器。</p&g

79、t;<p>　　圖4-1 PT100溫度傳感器</p><p><b>　　其主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　測溫元件K，E，J，T，PT100，Cu50</p><p>　　測溫范圍-50-600℃-1300℃</p><p>　　精度等級ClassA：+（0.15+0.2%t）；CLassB；

80、+（0.3+0.5%t）</p><p>　　信號輸出：4-20 mADC二線制</p><p>　　供電電壓：24Vdc，12-36Vdc</p><p>　　安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝</p><p>　　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)系的特性來進行測溫。</p>

81、<p>　　4.2 壓力傳感器的選擇</p><p>　　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，減小溫度變化帶來的誤差。膜片上的壓力使得電橋不平衡，從而產(chǎn)生一個差動的輸出信號，這種結(jié)構(gòu)的基本特性之一是它的差動輸出電壓U與偏置電壓成正比關(guān)系，這種關(guān)系隱含壓力測量精度直接決定偏置電源的容限值，當四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)系時，

82、電橋輸出為零，或則就有電壓輸出同時，它也能提供一種溫度補償最通用的方法。本設(shè)計采用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)，使其成為橡塑，化纖等機械設(shè)備中高溫流體壓力測量與控制的理想產(chǎn)品。</p><p>　　圖4-2 PT112型壓力傳感器.</p><p><b>　　其主要技術(shù)參數(shù)為：<

83、;/b></p><p>　　量    程：0～450Mpa</p><p>　　綜合精度：0.1%FS  0.2%FS  0.5%FS  1.0%FS</p><p>　　輸    出 ： 2.0mV/V；3.33mV/V；4～20mA；0～5V；1～5V；0～10V&

84、#160;</p><p>　　工作溫度：-10～200～450℃；</p><p>　　供電電壓： 傳感器：10VDC(6-12VDC)  變送器：24VDC(9～36 V)</p><p>　　負載阻抗：電流型最大800Ω 電壓型50KΩ以上</p><p>　　絕緣電阻：大于2000MΩ  100VDC</p&

85、gt;<p>　　振動影響：對于20HZ-1KHZ的機械振動，輸出變化小于0.1%FS</p><p><b>　　密封等級：IP65</b></p><p>　　信號引出：六芯鍍金進口接插件</p><p>　　螺紋連接：1/2-20UNF M20*1.5  M22*1.5  G1/2  

86、 NTP1/4   M16*1.5 其它螺紋可按用戶要求設(shè)計</p><p>　　PT112引進美國最新傳感器技術(shù)和全套先進電路及元器件生產(chǎn)的高精度壓傳感器，一體化的不銹鋼外殼封裝和輸出標準信號.芯片采用特殊進口材質(zhì)，高穩(wěn)定性壓力傳感器組件，經(jīng)過高可靠的放大電路及溫度補償，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

87、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、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。</p><p>　　4.3水位傳感器的選擇</p><p>　　CR-60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測可導(dǎo)電的液體。特別適合測量酸堿溶液和鍋爐的水位。整機無任何可動或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能

88、價格比好。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合下應(yīng)用有不可比擬的優(yōu)勢。</p><p>　　圖4-3 CR60水位傳感器</p><p><b>　　其性能指標：</b></p><p>　　檢測范圍：0.1～100m</p><p>　　精 度： 0.2級、0.5級</p><

89、p>　　承壓范圍： -0.1MPa～32MPa</p><p>　　環(huán)境溫度：-20～85℃</p><p>　　輸出信號：4～20mA、0～10 mA、0～20 mA、1～5V、0～5V、0～10V</p><p>　　供電電源：負載電阻0～750Ω DC24V</p><p>　　固定方式：螺紋安裝M20×1.5、M27&

90、#215;2，</p><p>　　法蘭安裝DN25、DN40、DN50。特殊規(guī)格可按要求定制</p><p>　　現(xiàn)場顯示：模擬顯示0~100%或者直接顯示液位高度</p><p>　　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)換成標準電流信號、遠傳至操作控制室，供二次儀表或計算機裝置進行集中顯示、報警或自動控制。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式，可適用于高壓、

91、強腐蝕、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，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、煤粉包等場所的液位測量。</p><p>　　儀表特點：結(jié)構(gòu)簡單，無任何可動或彈性元部件，因此可靠性極高，維護量極少。一般情況下，不必進行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于

92、酸、堿等強腐蝕性液體的測量；完善的過流、過壓、電源極性保護。</p><p>　　4.4流量傳感器的選擇</p><p>　　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，用于測量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時流量和累積流量，并輸出信號控制相應(yīng)設(shè)備。該傳感器廣泛用于電力、機械、輕工、冶金、石油、化工、造紙、科研及城市供水、

93、供熱、供氣以及各種工業(yè)過程控制、能源管理和環(huán)境工程等領(lǐng)域。</p><p>　　LUGB－21/ZX渦街流量傳感器工作原理：</p><p>　　“卡門渦街”原理，當流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時，柱體兩側(cè)交錯產(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電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測放大器信號處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號或標準電流信號。&

94、lt;/p><p>　　圖4-4 LUGB－21/ZX流量傳感器</p><p>　　LUGB－21/ZX渦街流量傳感器主要特點： </p><p>　　流量傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高，流量傳感器內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固，因而壓損小，維護量小，使用壽命長，測量范圍度寬，可達15：1、20：1。</p><p>　

95、　LUGB－21/ZX渦街流量傳感器主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　型號說明：LUGB-21不帶現(xiàn)場顯示、LUGB-ZX帶現(xiàn)場顯示，可顯示瞬時流量和累積流量。</p><p>　　測量介質(zhì)：液體、氣體、過熱/飽和蒸汽。</p><p>　　環(huán)境溫度：-25—＋55℃，濕度：≤85%</p><p><b>　　介質(zhì)溫度：<

96、/b></p><p>　?。?）普通型：-40—＋130℃，-10—＋250℃</p><p>　?。?）高溫型：-10—＋300℃，-10—＋380℃　</p><p>　?。?）防爆型：-40—＋80℃精度等級：液體±1%；氣體±1%；蒸汽±1.5%</p><p><b>　　輸出信號：&

97、lt;/b></p><p>　?。?）三線制電壓脈沖　低電平0—1V；高電平＞4V；占空比為50%</p><p>　　（2）二線制電流信號4—20MA</p><p>　　供電：24VDC 工作壓力：0—2.5MPA</p><p><b>　　5．系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p&g

98、t;　　5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　上面的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖清晰的將整個鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的各個組成部分呈現(xiàn)了出來，其中包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)控制模塊、I/O擴展模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及報警模塊，各個模塊之間通過單片機連接在一起，共同實現(xiàn)了對鍋爐內(nèi)部實時監(jiān)控的功能。下面將對各個模塊一一進行介紹。</p><p>　　5.2單片機的最小系統(tǒng)</p><p&

99、gt;　　圖5-1 單片機的最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)“最小”就是指一個單片機能開始獨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最小的系統(tǒng)。該模塊為整個系統(tǒng)的中心模塊，實現(xiàn)了對信息的接收和處理，并傳出指令，保證輸出電路的功能能夠得以正常實現(xiàn)，從而達到對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。其中，P0口連接排阻，通過排阻

100、連接到驅(qū)動電路部分，使輸出端口擴展到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。P2口一部分連接到按鍵電路，用以接收外部的中斷信號，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，用以選擇IN0~IN7模擬量的輸入端口。X1、X2連接的是時鐘電路的外圍電路，由于該芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，所以無需在外部添加時鐘振蕩器，內(nèi)部時鐘通過X1、X2和石英晶體、

101、電容相連，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　5.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　前文已經(jīng)詳細介紹了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上具體設(shè)計本系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　圖5-2 ADC0809連接圖</p><p>　　在ADC0809接線圖中，IN0~IN7接傳感器的輸出端，ref(-)接

102、地，ref（+）結(jié)5V的電源，msb2-1~msb2-8接單片機的P1口，用于將數(shù)字信號輸出，EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，A、B、C是地址鎖存器與譯碼器的地址輸入端，連接到單片機的P2口，用于單片機控制模擬信號的選通輸入。ALE連接RD，單片機工作的時候始終讓ALE處于高電平，這樣才能使鎖存器正常工作。START端是數(shù)模轉(zhuǎn)換的啟動信號輸入端，它連接到單片機的中斷口，用以控制數(shù)模轉(zhuǎn)換的發(fā)生。</p><p>　　

103、5.4 驅(qū)動電路模塊</p><p>　　圖5-3 驅(qū)動電路模塊接線圖</p><p>　　該模塊是由74HC573芯片構(gòu)成，它實現(xiàn)了端口的擴展功能，其內(nèi)部是一個功率放大電路，提高了電路的功率，從而滿足了負載的額定功率使得負載可以正常工作，從而可以響應(yīng)微弱的輸入信號。在這里，該芯片D1~D8口接的是單片機的P0口，1Q~8Q分別接的是a~h、WE1~WE6端口，分別對應(yīng)的是顯示電路的數(shù)碼管

104、的管腳和放大電路的輸入端。</p><p><b>　　5.5顯示電路模塊</b></p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管

105、）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。由于本系統(tǒng)中沒有顯示字符，故而選擇數(shù)碼管就可以滿足要求了。</p><p>　　本系統(tǒng)選用數(shù)碼管來顯示鍋爐的運行是否正常。數(shù)碼管，簡稱LED(Light Emitting Diode)，LED有七段和八段之分，也有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示塊與發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接

106、地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時。發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)段被顯示。同樣共陽板LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連在一起，通常此公共陽極接正電壓。當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。兩個顯示塊都有SP顯示段，用于顯示小數(shù)點。</p><p>　　圖5-4 LED顯示模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　顯示電路分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相

107、應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控

108、制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時