1、本科毕业论文（20 届）充气机压力流量检测系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要I摘 要压力和流量在工业上都是极其重要的参数。对压力和流量的准确快速检测，是对其进行实时控制的前提，是保证工艺要求、设备运行和人身安全的必要条件。设计实现气体压力流量检测系统对工业过程控制具有十分重要的意义。本文给出了使用单片机、气体压力传感器、气体流量传感器，设计一个充气机压力、流量检测系统的方法。本系统是一个基于 AT89S52 单片机的气体压力流量检测和显示系统，通过设计信号处理电路对传感器测得的模拟信号进行处理，然后经 A/D 转换模块将处理后的模拟电压
2、量转换成单片机可直接处理的数字量。压力流量的显示采用 6 个数码管实现。本设计的最终结果是，利用单片机检测出充气机内的气体压力和流量，可通过输入按钮切换气体压力和流量的显示，进行压力的显示报警，以达到防护电缆的目的。关键词：气体压力，流量，单片机AbstractIIAbstractPressure and flow in the industry are extremely important parameters. Accurate and rapid detection of pressure and flow, is the premise of control, is the nece
3、ssary conditions to ensure that the process requirements, equipment operation and security of person. Design and Implementation of the gas pressure and flow detection systems for industrial process control has very important significance.In this paper, show a method for designing an pressure and flo
4、w testing of inflator through the use of single-chip, gas pressure sensors, gas flow sensors,This system is a microcontroller AT89S52-based gas pressure flow detection and display system, through the design of signal processing circuit for processing the analog signal of the sensor measured, and thr
5、ough A / D converter module after processing the analog voltage to convert the microcontroller can be directly the amount of digital processing. Display of pressure and flow to achieve six digital tube.The end result of this design is to use the microcontroller to detect the inflator gas pressure an
6、d flow can be used to input button to switch the gas pressure and flow, pressure display and alarm, in order to achieve the protective purpose of the cable.Key words: gas pressure, flow, single-chip目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 引 言 .11.1 研究背景 .11.2 压力和流量测量的意义 .11.3 压力、流量检测技术的发展 .21.4 主要设计内容
7、.3第二章 系统方案设计 .42.1 方案的可行性分析 .42.2 基本工作原理 .52.3 方案预期目标 .6第三章 系统硬件设计 .73.1 传感器 .73.1.1 气体压力传感器的选择 .73.1.2 应变式压力传感器的工作原理 .73.1.3 流量传感器选型 .93.1.4 热式流量传感器的工作原理 .93.2 信号处理电路 .103.2.1 信号处理电路设计 .103.2.3 主要元器件介绍 .103.3 A/D 转换器 .113.3.1 A/D 转换器的选择 .113.3.2 ADC 简介 .123.3.3 ADC0809 与单片机接口 .133.4 稳压电路 .143.4.1 集
8、成固定三端稳压器 .14目 录IV3.4.2 稳压电路设计 .153.5 单片机 .163.7.1 AT89S52 概况 .163.7.2 AT89S52 管脚说明 .163.7.3 AT89S52 存储器 .163.5 显示器接口电路 .173.5.1 LED 显示器 .173.5.2 显示器接口电路设计 .183.6 键盘接口技术 .193.6.1 键盘功能及结构概述 .193.6.2 按键抖动去除 .203.8 X25045 看门狗芯片 .213.8.1 X25045 简介 .213.8.2 X25045 电路设计 .22第四章 系统软件设计 .244.1 主程序 .244.1.1 流程
9、图 .244.1.2 主要功能 .254.2 子程序设计 .254.2.1 A/D 转换程序设计 .254.2.2 显示程序设计 .264.2.3 键盘程序设计 .28结 论 .30参考文献 .32致 谢 .33附录 A.34附录 B.35第一章 引 言1第一章 引 言1.1 研究背景压力和流量都是工业生产中的重要参数，为了保证生产正常运行，必须对其进行准确测量和控制。传统方法对压力检测主要采用弹性式压力检测仪表，其原理是压力敏感元件作为弹性元件把压力转换成弹性元件的位移，并经适当的机械传动和放大机构，通过指针指示被测压力的大小。电子计算机是 20 世纪最重要的科学技术成就之一。目前计算机已经
10、渗透到国民经济和社会生活的各个领域，极大地改变着人们的工作方式和生活方式，并成为推动社会发展的巨大生产力。单片机作为嵌入式微控制器，在工业测控系统、智能仪器和家用电器中得到广泛的应用。伴随着单片机技术的迅猛发展，单片机在人们的日常生活和生产中越来越普遍，单片机技术同样广泛应用到工业监测系统的设计中，可以说现在的各类仪器设备都离不开单片机。单片机作为微型计算机的一个重要分支，发展迅速，应用广泛。它的诞生满足了工业控制的需要，迅速成为控制系统的核心部件，在智能仪器工业控制、机电一体化等领域起到了举足轻重的作用，单片机作为控制系统的核心部件，除了具备通用微机 CPU 的数值计算功能外，还具有灵活、强
11、大的控制功能，可以实现自动控制，实时检测系统的输入量并控制系统的输出量。1.2 压力和流量测量的意义压力是工业生产过程中的重要基本参数之一。特别是在化学反应体系中，压力是表征化学反应操作工况的重要参数，对物料平衡、化学反应速度、收率和运行安全性等均有重要影响，因此，为保证工艺过程的正常运行，必须准确检测或控制反应过程的压力。压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的力，压力的表达方式有四种，即绝对压力、表压力、真空度或负压、和差压。绝对压力是指物体所受的实际压力，被测介质作用在容器单位面积上的全部压力。表压力是指用一般处于大气压力下的压力检测仪表所测得的压力，它是高于大气压的绝对压力与大气压力之差。
12、真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之第一章 引 言2差，有时也称为负压。差压是指两个压力之差。在工程上经常使用表压和真空度来表示压力的大小，因为各种工艺设备和检测仪表本身就承受着大气压力，它们处于大气之中，同样，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或真空度。流量检测在现代化生产中十分重要，在发展农业，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平上占有重要的地位，流量检测可以定量控制空气和水污染物的排放在生物技术中检测计量各种物质成分，对医药配方等的液体制剂成分控制流量；工业生产过程中的物料运送和使用也需要精确的计量，所以，对流量的检测不论是在工业还是在生活中都特别重要。流量是指单位时间
13、内流动介质流经管道（或通道，统称流道）中某截面的数量，也称瞬时流量。而在某一段时间内流过的流体总和，即瞬时流量在一段时间内的累计值，称为累积流量。如果流道中流过的流体是单一流体或混合物，则称为单相流；如果流体中含有两种或两种以上互不均匀混合的流体，则称为多相流。1.3 压力、流量检测技术的发展传统方法对压力检测主要采用弹性式压力检测仪表，使用单行元件作为压力敏感元件把压力转换成弹性元件的位移，并经适当的机械传动和放大机构，通过指针指示被测压力的大小。一般弹性式压力检测仪表只能现场安装，就地指示，他们应用十分广泛。但电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为敏感元件，但在仪表中增加了转换元件和转换电路
14、能将弹性元件的位移转换为电信号输出，实现信号的远传。1960 年代以后压力测量仪表日益向耐冲击、数字显示、耐振动、耐高温和体积轻巧等方向发展，逐步适应了工业控制、医学测试对压力检测仪表的要求。流量测量最早是由瑞士人开始的，在 1738 年，瑞士著名的物理学家丹尼尔伯努利以伯努利方程为基础，利用了差压法测量了水流量。后来，意大利物理学家文丘里又用文丘里管测量了流量。20 世纪的 60 年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高了差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为了使电磁流量计的传感小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计，
15、卡门涡街流第一章 引 言3量计是一种实用的具有无活动检测部件和宽测量范围的流量计，产生于 20 世纪 70 年代。流量检测技术种类多，逐步日趋成熟发展到今天。即便如此没一种流量计都有一定的局限性，有适应的范围，没有一种流量计能适用于任何场合。超声波流量计具有锁相环路技术并得到了广泛的应用，这得益于快速发展的集成电路技术。微型计算机应用度的提高伴随着流量测量能力大大提高。逐步出现了能够处理复杂多变流量信号的流量计，比如激光多普勒流速计。伴随着单片机技术的迅猛发展，单片机在人们的日常生活和生产中越来越普遍，单片机技术同样广泛应用到工业监测系统的设计中，可以说现在的各类仪器设备都离不开单片机。1.4
16、 主要设计内容1、充气机压力检测系统的硬件设计本系统是以 8952 为核心，构成一个压力检测，显示系统（1）对压力传感器输出信号放大电路的设计（2）显示和键盘电路的硬件设计（3）模数转换电路的硬件设计（4）电源电路的硬件设计2、充气机压力检测系统的软件设计（1）系统初始化及主程序的模块设计（2）显示程序和键盘程序的模块设计（3）中断处理，定时器处理程序的模块设计（4）模数转换处理程序的模块设计第二章 系统方案设计4第二章 系统方案设计2.1 方案的可行性分析方案一：以单片机为系统核心以单片机为核心的压力流量检测系统，使用气体压力传感器和流量传感器对过程中的参数进行测量，传感器的输出信号经过放大
17、，变为 A/D 转换器所需的标准信号。通过 A/D 转换把现场的模拟量变为单片机认识的数字量。另外，为实现人机对话功能，即把人们的要求告诉单片机，单片机应及时把运行情况显示出来。这就要求有人机对话设备，如键盘、显示、报警等。这里键盘的作用是设定测定值、切换压力流量检测；LED 实时显示检测数值。单片机的特点有，作为控制系统的核心部件，单片机具备通用微机 CPU 的数值计算功能，和强大灵活的控制功能，能够对控制系统的输出量和监测系统的输入量进行实时检测。单片机的抗干扰能力较强，具有较高的工作问的范围，可靠性也很强。虽然数值计算能力一般，但其有很强的控制功能，指令系统相对简单。方案二：以 PLC
18、为系统核心以 PLC 为核心的压力流量检测系统，使用气体压力传感器和流量传感器对过程中的参数进行测量，传感器的输出信号通过放大电路放大，然后送至 A/D转换器把现场的模拟量变为数字量后，送至 PLC 处理。PLC 的主要模块采用大规模与超大规模集成电路，具有很强的抗干扰能力。PLC 的品种很多并且有很多种扩展模块，能组合成不同要求和大小的控制系统。PLC 的编程可以使用梯形图和功能图，直观易懂，对专门的计算机知识要求低，可在短时间内学会。用 PLC 组成的控制系统，在设计安装调试维修方面都具有很大的优越性。现代的工业过程复杂多样，有不同的控制要求，单片机和 PLC 在本质上是一样的，它们都是工
19、业上常用的控制核心，都是由微处理技术发展而来，因此两个方案在系统设计上都具有可行性，但二者也有差别：第二章 系统方案设计51、单片机使用汇编语言，PLC 使用梯形图，汇编语言需使用者具备较高的计算机知识，难懂不易于初学者使用，汇编语言的程序复杂，可读性差；相比较梯形图更加形象易懂，不需要专门的计算机知识和语言，学习梯形图只要求具备一定的电气和工艺知识知识。2、单片机的体积比 PLC 小得多，因此价格较之 PLC 要便宜许多，而且核心部件体积小可以大大缩小产品的体积，使产品有更高的便携性。3、PLC 的内部芯片一般都是工业级的，主要模块均采用大规模或者超大规模的集成电路，因此稳定性和抗干扰性都要
20、高于单片机。综合比较发现单片机轻巧的体积更适合做仪器仪表以及小型控制系统，对于单片机方案、PLC 方案都能完成的任务，且对于系统的稳定性和抗干扰性要求不是特别高时，可以选择价格低廉的单片机。所以在这里选择小巧价廉的单片机作为系统设计的核心部件。2.2 基本工作原理本设计是以 AT89S52 单片机为核心的压力流量检测系统，使用气体压力传感器和流量传感器对过程中的参数进行测量，传感器的输出信号一般需要经过放大，因此设计相应的信号处理电路对传感器的输出信号进行处理，使之变为A/D 转换器所需的标准信号。为了把现场的模拟量变为单片机认识的数字量，需要 ADC。另外，为实现人机对话功能，即把人们的要求告诉单片机，单片机应及时把运行情况显示出来。这就要求有人机对话设备，如键盘、显示、报警等。这里键盘的作用是设定测定值、切换压力流量检测；LED 实时显示检测数值。系统的原理方框图如图 2-1 所示。
