基于单片机的气密性检测仪设计毕业论文

基于单片机的气密性检测仪设计毕业论文内容摘要：

图 34 PRC801 压力传感器 量程范围： 0~200Kpa， 0~100Mpa 测量精度： %， % 输出电压 =50MV 供电： 9~36VDC 响应时间： 10ms 适用范围：液压及其控制系统，液位测量及控制 所以，本次设计上，磁传感器不符合任务要求，我的任务要求即 0~1000kpa 气压信号。 经过详细考虑，本次设计采用的气压传感器是无锡迈姆斯科技有限公司的 MPS20N1000DS 型绝对压力传感器。 9 图 35 MPS20N1000DS 型绝对压力传感器 其特点如下： 尺寸小 工作温度： 40176。 C ~ 125176。 C 量 程： 0 ~ 1000KPa 线 性 度： % 成本低，可靠性高 其主要适用范围是：医疗领域、胎压计、车载气泵、汽车传感器、空气制动开关、便携式压力计等。 压力传感器的各个参数测量结果为 mv 输出信号 4120mv，其对应的压强为01000kpa 此处，由于本次设计采用的是 ADC0809,而 ADC0809 输入信号范围为 05v，传感器输出信号太小，所以要将输出信号扩大五十倍 ，变为。 温度传感器模块 温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数，物体的许多物理特性和化学特性都与温度有关，许多生产过程都 是在一定的温度范围进行的，需要测量温度和控制温度，因此温度测量的场合极其广泛，随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高。 图 36 AD590电流输出型两端温度传感器 10 AD590电流输出型两端温度传感器是 AD公司利用 PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器 .（热敏器件） AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。 它的主要特性如下： 流过器件的电流（ mA）等于器 件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K 式中： 流过器件（ AD590）的电流，单位为 mA； T— 热力学温度，单位为 K。 AD590 的测温范围为 55℃～ +150℃。 AD590 的电源电压范围为 4V～ 30V。 电源电压可在 4V~6V 范围变化，电流 变化 1mA，相当于温度变化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 输出电阻为 710MW。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高，在 55℃～ +150℃ 范围内，非线性误差为177。 ℃。 AD590 温度感测器是一种已经 IC化的温度感测器 ,它会将温度转换为电流 ,在 8051 的各种课本中常看到它 ,相当常用到。 其规格如下： 1）温度每增加 1℃ ,它会增加 1μ A输出电流。 2）可量测范围 55℃至 150℃。 3）供应电压范围 +4V 至 30V。 有以上可知 AD590 输出信号为电流信号，这样的话，要想让此信号采集到单片机里面，还需要重新设计信号调理电路，如果应用到工业生产中，增加了生产环节，加大了生产投入，生产效率却会降低了，而且，使用起来没有那种直接压力输出的 较为直观。 DSl820 数字温度计提供 9 位 (二进制 )温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入 DSl820或从 DSl820送出，因此从主机 CPU到 DSl820仅需一条线 (和地线 )。 DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，因为每一个DSl820 在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个 DSl820 可以存放在同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件， DS18B20 测量范围从 55176。 C 到 +125176。 C,增量值为 176。 C,可在 1s 内把温度转换为数字，工作电源为 35V/DC （可以数据线寄生电源），在使用中不需要任何外围元件，测量结果以 9~12 位数字量方式串行传送，适用于汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 11 图 37 DS18B20 上图。 左负右正，一旦接反就会立刻发热，有可能烧毁。 接反是导致该传感器总是显示 85℃的原因。 面对着扁平的那一面，左负右正。 处于密闭容器的气体，当温度升高时，其内部的压力随之升高，因而泄漏测试时，温度的变化不可避免地影响压力变化。 这种影响的范围大致在温度每变化1℃时，引起 的压力变化为 %的测量压力值，随测试压力的提高，温度的影响会变得明显。 在通常的测量条件下，由于测试时间较短，温度的影响不会十分显著，但若温度的影响不容忽略，则应采取相应措施。 在其它的条件难以改变时，可考虑采用如下方法： （ 1）降低测试压力或者采用真空法测试，以降低温度的影响； （ 2）采用带温度补偿功能的仪器，即对高温工件进行大量检测，记录△ P、△ t 值，作出△ P△ t 曲线，根据曲线作出△ Pleak (不合格限度 ) △ t 曲线，再将数值输入温度补偿程序。 为使温度补偿准确可靠，这些工作 必须在现场生产条件下进行。 由温度引起的压差变化关系式： ∆P=00 TTP  P0 为初始平衡压力 ∆P为测试终止时与初始状态下的压差 T0 为初始温度 12 图 38 温度与压力的变化曲线关系图 本次设计中由于考虑到温度对气压的影响，温度的升高会引起气压的变大，所以温度传感器采用的是数字式 DS18B20 传感器，它具有感应灵敏，成本低，精度高等特点， 在这次设计中也起到很明显的消除误差的作用。 数据采集模块 气压采集模块 本次毕业设计，选用了典型的 ADC0809 数据模数转换芯片， 它是 CMOS 单片型逐次逼近式 A／ D转换器，由 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 8位开关树型 D／ A转换器、逐次逼近。 (a)ADC0809实物图 （ b） ADC0809 管脚图 图 39 ADC0809 其主要特性如下： 1） 8 路 8 位 A／ D 转换器，即分辨率 8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100μ s。 13 4）单个＋ 5V 电源供电。 5）模拟输入电压范围 0～＋ 5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为 40～＋ 85摄氏度。 7）低功耗，约 15mw。 在 AD 采集过程中，由于传感器的一些条件限制，只得先用模拟电压信号来代替。 由于只用到一路信号，也可将 A . 三个位选控制端直接接地，省去单片机端口的占用。 气压值采集模块仿真如下图，以 IN0 口为模拟气压值输入口，OUT1—— OUT7 口作为八位二进制数字输出口， OUT1—— OUT7 口连接 AT89S52 的P1口，以此将采集到的数字信号传入单片机，进行进一步的数据处理。 首先，选择 AD 转换通道，因为用的只是一路模拟通道采集，所以 a0=0， a1=0，a2=0。 当然如果只是使用一路通道采集的话，也可以将通道选择的三个端口都接地，这样的话减少了单片机端口的使用，硬件电路也会更加的清晰。 其次，设置 ADC0809 的时钟信号，这个是给转换芯片提供的工作时钟，可以直接外加一个晶振，也可以通过编程，使用单片机内部的时钟信号，这样的话就省去了晶振，在生产方面，也会节约成本。 然后，设置 AD芯片输出口接单片机的 P1口，接着进行信号的采集， ADstart() 输出一个高低脉冲，开启 AD 转换， 图 310 气压数据采集模块电路图 温度采集模块 由于 DS18B20 为数字型温度传感器，其输出信号为数字信号，不需要在进行模数转换，可以直接通过 DQ 端将信 号输入到单片机使用。 当然，采集温度数据的时候，要设置好输出数据的分辨率，在本次设计中，采用的是 12位数字输出信号，对应的精度为 ℃。 通过启动命令 ds1820wr(0x44)进行温度数据的采集采集到 12为二进制的数 14 字信号，为了将采集的数字信号分离出十位、个位、小数位，需要将采集的数据扩大 10 倍，然后分离出各个数据，精确到小数点后一位显示。 在分离各个位数的时候，要考虑到温度的正负值。 if(tflag==0) lagdat=0x20。 如上，如果温度值为负值，则显示负号，否则什么都不显示。 disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30。 此句是进行温度数值的十位数的分离，以此类推分离出个位、小数点、小数位。 图 311 温度数据采集模块电路图 单片机数据处理模块 数据处理，即是将 ADC0809 转换出来的数字信号，在单片机内部进行编程，根据算法比较，对采集的数据进行判断，是否符合测量范围，如果符合测量范围，则显示出相应的结果，如果不在合格的范围之内，则要出现报警信号，作为提醒。 将采集到的气压值，即 0255之间的一个数字量，让其乘以 ad 转换电压 5v，再乘以量程与 5v电压范围的倍数，得到的是采集到的气压值： adoe=1。 temp=P1。 adoe=0。 b1=((2*temp)*500/255)/100。 //最高位 b2=((2*temp)*500/255)/10%10。 //第二位 b3=((2*temp)*500/255)%10。 //第三位 b11=((2*(255temp))*500/255)/100。 //最 高位 b22=((2*(255temp))*500/255)/10%10。 //第二位 b33=((2*(255temp))*500/255)%10。 //第三位 15 如上面所示， b1为气压值的百位数， b2 为气压值的十位数， b3 为气压值的个位数， b11 为泄漏量的百位数， b22 为泄漏量的十位数， b33 为泄漏量得个位数。 其中 “ 255temp”中 255 是可以改变的，根据自己设置的泄漏量的大小来改变份数， 255 代表的是份数， temp 为采集的气压值得份数，然后， 将（ 255temp）比上总的份数 255，然后乘以 5，再扩大 200 倍，得到的就是气压值泄漏量，然后要显示到 LCD1602 上面，所以要分离出来百位、十位、还有个位。 程序中， g 为一个测量范围设定值， b1为测量值，若果测量值 b1g ，则测得的值不合格，出现报警信号，反之，正常显示。 数据处理模块要判断所测气压变化量是否在所测范围内，即变化量P600kpa 时，系统发出报警信号。 系统设置为 5 分钟采集一次信号并进行处理判断和显示。 LCD1602 数据显示模块 该模块，在本设计中，由于所测数据 量较少，根据经济、实用、简单的角度，所以采用的是 LCD1602 显示屏。 LCD1602 根据其特性，两行十六列数字符号显示， LCD1602 已很普遍了，市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 HD44780 内置了 DDRAM、 CGROM 和 CGRAM。 DDRAM 就是显示数据 RAM，用来寄存待显示的字符代码。 共 80 个字节，其地址和屏幕的对应关系如下 表 31 LCD1602内部地址与屏幕的对应关系 也就是说想要在 LCD1602屏。