基于51单片机的压力过程控制系统设计(编辑修改稿)

基于51单片机的压力过程控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

三、系统设计 设计思路 压力传感器（ 1210— 030G— 3S）测量气缸中的 压力（ 0~207kPa）输出电流信号（ 75~150mA），经 A/D 模数转换（结果为 00000000~11111111 即 0~255）后给单片机，单片机进行算法处理将传感器的输出信号和测量的压力对应起来并实时显示在 LED 上，当所测压力大于 176kPa 时，放气阀打开进行放气，当所测压力小于 64kPa 时，放气阀关闭，进气阀给气缸充气。 此过程中若放气或充气 10S任没达到正常的压力范围则进行 1S 报警。 当然 A/D 转换的启停、压力大小的判断、 10S 延时都由单片机来控制。 由于硬件条件有限，本设计只能着重于整个系统中 的反馈回路即测量部分的设计。 本智能化压力测量仪基于 ICSl220 压力传感器，设计通过 proteus 进行软件仿真；根据设计要求，硬件部分设计以压力传感器、温度补偿电路、 A/D 软换芯片、单片机、 LED 显示电路、键盘等几部分组成。 软件部分通过 C语言进行编程，实现压力测量，压力信号修正，测量数据的显示，以及外围的键盘控制，其中，外围键盘能够实现设定给定值，对外输出相应的控制信号等功能。 14 系统硬件框图 系统硬件主要由四几大模块组成：信号采集模块、数据转换模块、单片机处理模块、键盘控制显示模块。 结构框图如 图 所示 ： 图 系统结构框图 控制系统总体结构 完整的闭环过程控制系统结构如图 ，根据要求及硬件条件，本设计只设计以单片机为核心的检测回路。 报警 键盘输入 显示 A/D 转换 I/V 转换 传感器压力采集 单片机控制 被控对象参数 执行器 电 源 模 块 温度补偿 压力传感器 A/D 数据转换 AT89S52 单片机 LED 显示 键盘控制 信号输出 15 图 控制系统总体结构图 四、硬件设计 气压传感器 MPX4115模块 气压传感器 MPX4115 的主要作用就是感知系统的气压的变化，并将这种气压值转变成电流信号，传到 I/V 转换器中。 图 气压传感器 MPX4115 电路 温度传感器 9013 补偿 模块 温度传感器 9013 的作用是通过温度补偿的方法是测量值更加靠近真实值，以此来减小误差。 图 16 系统采用三极管 9013 进行环境温度的监测，并对压力检测装置进行补偿。 利用三极管 9013 作为温度传感器，主要依据三极管的 PN 结对温度比较敏感来实现，连接电路如图。 三极管 9013 基极和集电极短接，利用基极与发射结之间的PN结随温度变化的特性，输出相应的电压信号 Ube, 工作温度 55℃ ~ +150℃，变化率为 ℃ ,因此根据△ Ube 的变化将电路接入传感器参考电压端，即可实现温度补偿。 数据转换模块 传感器电压由通道 0送入 AD转换器，当启动转换时，由单片机 WR端和 74LS373的 A3 端口选通 IN0，同时启动转换，通过检测 EOC 端口信号来判断转换是否结束，如果结束，由 RD和 74LS373 的 A3端口控制，从地址 0XFFF0 端口读出转换数据进行处理。 图 A/D 数据转换 电路 单片机处理模块 AT89S52 单片机主要功能分为：电压值读取、电压值校正、给定值输入、键盘控制、显示部分几个部分。 单片机系统含有 74LS373 用来使 P0 和 P2 口联合输 17 出地址进行外部器件的寻址，另外还 包含 8279,用来扩展单片机端口从而更方便的控制键盘和 LED 显示器。 图 单片机系统 电路图 键盘显示模块 利用 8279 的独特功能与特性设计了键盘显示模块，该设计主要通过两个地址端口 0xFFEF 和 0xFFCF 对 8279 进行读写。 其中数码管位选和矩阵键盘扫描部分，由 74LS138 译码器对 8279 输出的扫描信号进行译码来实现，使其能够随时扫描键盘和显示端口。 键盘电路能够很稳定的实现对系统的控制，包括启动、停止，输入给定值等。 数码管选用六位的数码管，能够充分显示数据的精度。 仿真图如下： 18 图 键盘显示电路 键盘显示采用人性化设计，本设计给键盘设置以下功能： START 键： 该键用于启动电路工作，只有按下此键，电路才能进入工模 式，才能实现其他相应功能； STOP 键： 停止键用于关闭工作电路，按下之后电路停止工作； DISSET 键： 用于查询输入的给定值；按下之后显示系统的给定值； SET 键： 该键用于设定给定值，对于控制电路，给定值会随实际情况不同而定，按下此键，可以进入给定值输入模式，数值范围为 15KP115KP，五位有效值，还有一位小数点，可以根据要求人为设定； ENTER 键： 清除键用于退出给定值输入模式和显示给定值模式，按下之后，进入正常显示模式； 19 0— 9 键： 数字键盘包括小数点主要用于数据输入，此系统只用于输入给定值 . 五 、 软件设计 系统软件流程图 系统软件采用 C 语言，利用 keil C 软件进行编程，具体的软件模块分为：压力信号采集模块、压力数据校正模块、键盘控制和显示模块。 系统的整体流程图为： 图 系统软件流程图 20 软件模块分 析 压力采集模块流程 传感器直接输出电压信号，电压信号经过 A/D 转换变为数字信号，单片机通过地址端口读取该数据，流程图为： 图 采集流程图 程序设定 0xFFF0 为 ADC0808 的端口地址，首先通过端口地址选择模拟通道0，并启动转换，当转换结束后， EOC 输出一个高电平，通过查询 EOC 端口，然后从地址 0xFFF0 端口度出数据。 线性化原理： 采用线性参数标度变换的方法进行电压与压力 的线性化标度变换，同时进行校正。 设电压转换值用 X 表示， KPA 用 P 表示，则根据此公式即可求出 线性化后的显示值，即程序中的 Y值；线性化公式如下： 21 键盘显示模块 键盘和显示电路采用 8279 方案，该方案可大大节省单片机资源，通过该方案可以很大程度的减少控制和显示的复杂性。 该模块关键是对 8279 芯片的掌握，重点掌握端口地址和命令格式。 在程序中 对 8279 设置两个地址端口，分别是 ODE 0xFFEF 以及 DAT 0xFFCF。 通过这两个端口对 8279 进行命令操作和数据传输。 该模块的流程结构为 ： 图 键盘和显示流程框 图 六、 参考文献 [1]邵裕森、戴先中 .过程控制工程 .北京：机械工业出版社， [2]刘文定 .过程控制系统的ＭＡＴＬＡＢ仿真．机械工业出版社， [3]萧德云译．过程控制系统 —— 应用、设计与整定（第 3版）．清华大学出版社， [4]金以慧．过程控制．清华大学出版社， 22 七、结束语 本课设是基于 AT89S52 单片机的测量与显示，通过压力传感器将压力转换为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至 ADC0808，将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经过单片机转换成 LED 显示器可以识别的信息，显示输出。 在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，亦可通过使用键盘，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 要实现压力的显示需硬件与软件的配合，最终调试出来的。 本次课设，我 学会了使用 proteus 软件进行单片机系统仿真，我们组内成员通过仪器讨论，分工合作，从找元器件开始学起，讨论并研究解决一个一个问题，我们从中学会了很多知识。 该课设用到学过的单片机的知识，有些芯片我们之前没接触过，通过查阅资料，熟悉芯片管脚以及芯片引脚功能。 在此基础上，需要对系统进行设计编程。 通过进一步的交流，让我明白了，编程不难，难的是总体的编程思想，这正是我所欠缺的，需要在以后加以学习弥补。 此次课设的硬件软件都是我们自己设计，这更加锻炼了我们对于整个系统的从设计到实现的技能，提高了全面性思考问题的能力。 通 过解决一个又一个的问题让我意识到系统的设计需要将理论与实践相结合，软件硬件相结合，我深刻体会到自身能力的严重不足。 此次的课程设计的顺利完成，离不开我们大家的团结合作和共同努力，在此感谢大家的辛苦付出，更要对我们的组长，也感谢老师给我们这次宝贵的锻炼机会。 23 附录一 仿真原理图 24 附录二 仿真程序 程序一 : include include include //用 74ls 系列芯片 用于 扩展 i/o 口 define uchar unsigned char define uint unsigned int char data disbuf[6]={16,16,16,16,16,16}。 //disbuf[]是一个显示缓冲 ,里面放的是实际要显示的数值 . unsigned char code SEG[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}。 //共阴级 数码管 编码表 unsigned char code key__table[]={0xee,0xde,0xbe,0x7e, 0xed,0xdd,0xbd,0x7d, 0xeb,0xdb,0xbb,0x7b, 0xe7,0xd7,0xb7,0x77}。 // 按键值 编码表 uchar xdata ORDER _at_ 0xFF82。 //8279 命令口地址。