邱 燁 馬 棟 羅 維 葛亦斌

[摘要]基于8255A和ADC0809芯片設(shè)計實現(xiàn)壓力控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況之下。主要用到的硬件有傳感器、步進電機和CPU外圍接口芯片可編程外圍接口芯片——8255A，A／D轉(zhuǎn)換器AOC0809。系統(tǒng)既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項繁瑣而又難實現(xiàn)的工作變得簡單又輕松。真正實現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測和控制。

[關(guān)鍵詞]壓力控制系統(tǒng)風(fēng)道壓力8255A傳感器

中圖分類號：TM4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671—7597(2009)1020028--01

一、引言

我們經(jīng)常要控制壓力在某一范圍內(nèi)變化，是壓力不超過某以上限值也不低于某一下限值。而壓力控制系統(tǒng)在實際中也有較廣泛的應(yīng)用。

實例1：某大型化肥廠輔助鍋爐生產(chǎn)10Mpa的高壓蒸汽。在正常情況下，高壓蒸汽全部通過高壓蒸汽透平，然后抽氣得4Mpa的中壓蒸汽。中壓蒸汽又分別通過空壓機、原料壓縮機、冰機等蒸汽透平，充分利用了整齊的能量。為了確保蒸汽透平整長運轉(zhuǎn)，要求高壓蒸汽壓力不致過高(<10.2Mpa)，要求低壓蒸汽不致鍋底(>3.8)但并不要求壓力維持在某一值不變。

實例2：如果要控制水塔內(nèi)的水在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)管線水壓低于設(shè)定的下限時，控制補水泵開啟，自動補水。當(dāng)管線水位上升至上限時，控制補水泵停止工作。

由此，我們想到，如何控制其壓力大小，使其在一定的范圍內(nèi)按照我們的期望變化。

對于在由風(fēng)門控制的風(fēng)道系統(tǒng)中，由人工來監(jiān)測和控制風(fēng)門附近的壓力是一項很繁瑣的工作，因為監(jiān)測要求監(jiān)測者進到再次行連續(xù)的不間斷的循環(huán)工作。監(jiān)測之后要進行判斷，并在數(shù)據(jù)不符合要求的情況下進行循環(huán)控制，直監(jiān)測時所得的數(shù)據(jù)符合要求為止。而且，在某些情況下人工控制是很難實現(xiàn)的，例如，當(dāng)監(jiān)測對象的壓力很大的時候，或者是監(jiān)測對象很難接近的時候。

為此，我們目前很需要開發(fā)一種簡單的壓力控制系統(tǒng)來替代人的工作。這樣既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項繁瑣而又難實現(xiàn)的工作變得簡單又輕松。真正實現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測和控制。

二、電路設(shè)計及其功能

(一)設(shè)計任務(wù)

該設(shè)計項目要完成一個壓力控制系統(tǒng)。實現(xiàn)中要用到的硬件有傳感器、步進電機和CPU外圍接口芯片可編程外圍接口芯片——8255A，A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809。本實驗要求設(shè)計的壓力控制系統(tǒng)要求具有以下功能：應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況下。其中風(fēng)門附近裝有傳感器可以采集瞬時的壓力大小，并轉(zhuǎn)換為0～5v的模擬信號，送給壓力控制系統(tǒng)。該壓力控制系統(tǒng)可以根據(jù)接收到的模擬信號來判斷風(fēng)門附近的壓力是否處在正常范圍內(nèi)，如果正常，則繼續(xù)檢測；如果超出范圍，系統(tǒng)則通過步進電機來控制風(fēng)門的開合。從而達到控制壓力的目的。

(二)部件的主要性能和其所實現(xiàn)功能簡介

1、傳感器。傳感器是一種以測量為目的，以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于處理的另一種物理量的測量器件。傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。

傳感器由敏感元件(Elastic sensor)、傳感元件及轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件是在傳感器中直接感受被測量的元件。即被測量x通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成一與x有確定關(guān)系的非電量或其它量。這一非電量通過傳感元件后就被轉(zhuǎn)換成電參量。轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量。應(yīng)該指出，不是所有的傳感器都有敏感、傳感元件之分，有些傳感器是將二者合二為一了。

在該設(shè)計中我們應(yīng)該采用的是壓力傳感器。

壓力傳感器在該設(shè)計中要完成的主要功能是代替人工來采集風(fēng)道風(fēng)門附近壓力大小的模擬量，并把該模擬量轉(zhuǎn)換為0～5v的電壓信號送給模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。

2、8255A。計算機與外設(shè)之間的信息交換帶來了以下一些問題：(1)速度布匹配；(2)信號電平布匹配；(3)信號格式不匹配：(4)時序不匹配。而8255A就是專門為解決與外設(shè)之間的不匹配、不協(xié)調(diào)工作而設(shè)置的，一種通用的可編程并行I／O接口芯片，它是微處理器設(shè)計的配套電路，也可以用于其他的微處理器系統(tǒng)中。通過對它進行編程，芯片可工作與不同的工作方式。在微型計算機系統(tǒng)中，用8255A作為接口時，通常不需要外加邏輯電路就可直接為CPU與外設(shè)提供數(shù)據(jù)通道因此得到了廣泛的應(yīng)用。

8255A內(nèi)部包含了3個8位的輸入輸出端口A、B和C，通過外部的24更輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進行通信聯(lián)絡(luò)。各端口在結(jié)構(gòu)和功能上有不同的特點：端口A包含了一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器，因此A口作輸入輸出時數(shù)據(jù)均能鎖存。端口B包含了一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端LIC包含了一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。無輸入鎖存功能，當(dāng)他被分成兩個4位端口時，每個端口有一個4位的輸出鎖存器。

三、電路設(shè)計原理

我們所設(shè)計的壓力控制系統(tǒng)是一個無限的循環(huán)系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中從第一次采集被監(jiān)測對象的受控數(shù)據(jù)為入口進入循環(huán)系統(tǒng)。

我們用傳感器來采集受控對象的模擬數(shù)據(jù)，并由傳感器將采集到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～5v的模擬電壓信號。然后，將該模擬電壓信號送到與傳感器相連接的A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由CPU控制啟動ADC0809進行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬的電信號轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量，CPU通過8255A~PC3檢測ADC0809轉(zhuǎn)換是否完成。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，所得的8位數(shù)字量被送入CPU進行軟件判斷處理，并由CPU選擇最終的控制方案。CPU經(jīng)過判斷選擇后確定唯一的控制方案，再通過8255A的A端口PAO、PAl、PA2進行控制三項六拍步進電機來控制風(fēng)門的開與合。至此，一次循環(huán)結(jié)束，從第二次采集開始進入下一輪循環(huán)。

四、結(jié)束語

本文基于傳感器、步進電機和CPU外圍接口芯片8255A，A／D轉(zhuǎn)換器和ADC0809設(shè)計并且實現(xiàn)了壓力控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況下。不光節(jié)省了人力，還在一定程度上簡化了操作，為實際生產(chǎn)帶來了很大的方便。相信在不久的未來，這種開發(fā)簡單，價格低廉，使用方便的壓力控制系統(tǒng)不光會高效應(yīng)用于風(fēng)道的壓力測量，還會更加廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。