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        一種簡易可靠的電纜充氣機(jī)壓力檢測系統(tǒng)

        2012-05-12 08:31:38郭永欣王夕英
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年16期
        關(guān)鍵詞:陰極顯示器陽極

        郭永欣 王夕英

        (濰坊工商職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 262234)

        由于一些內(nèi)置電纜的地下管道鋪設(shè)密封不良,大量的潮氣滲入到電纜內(nèi),使有些密封不好的電纜長期處于潮濕的環(huán)境中,久而久之,電纜就會被氧化腐蝕,導(dǎo)致電纜不能正常工作。為保持電纜的干燥和質(zhì)量,我國大部分地區(qū)都是使用充氣維護(hù)的方法,收到了較好的效果。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的充氣機(jī)壓力檢測系統(tǒng),能夠完成壓力的檢測、顯示、報(bào)警功能,且安裝簡單方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、可維護(hù)性好。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,各分電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下:

        1.1 壓力檢測

        壓力的檢測采用壓力傳感器26PCDFA6G,它是最低價(jià)格的帶溫度補(bǔ)償和校正的小型封裝壓力傳感器,該系列壓力傳感器可以測量負(fù)壓和正壓,其導(dǎo)電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導(dǎo)線粘結(jié)和帶狀連接,增加了介質(zhì)的測量兼容性。

        26PCDFA6G壓力傳感器檢測到壓力值后轉(zhuǎn)換為電壓信號,然后經(jīng)過放大電路對電壓信號放大后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

        1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

        數(shù)模轉(zhuǎn)換器選用德州儀器公司(TI)的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543,該芯片使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu),能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源;且價(jià)格適中,分辨率較高,其特點(diǎn)主要有:12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器;在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間;11個(gè)模擬輸入通道;3路內(nèi)置自測試方式;采樣率為66kbps;線性誤差±1LSBmax;有轉(zhuǎn)換結(jié)輸出EOC;具有單、雙極性輸出;可編程的MSB或LSB前導(dǎo);可編程輸出數(shù)據(jù)長。

        1.3 精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓器電路

        TI公司生產(chǎn)的TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置S到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。其三個(gè)引腳分別為陰極C、陽極A、參考端R,TL431大多采用DIP-8封裝形式,陽極使用時(shí)需接地,陰極需經(jīng)限流電阻接正電源;UREF是輸出電壓Uo的設(shè)定端,外接電阻分壓器。

        1.4 顯示與按鍵電路

        顯示器采用七段LED顯示器,這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極接地,當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí),發(fā)光二極管點(diǎn)亮;共陽極LED顯示器的陽極接+5V電源。

        LED顯示方式有靜態(tài)方式和動態(tài)方式。靜態(tài)顯示占用硬件多,所需要的I/O接口太多。動態(tài)顯示是將所有位的段選線并接在一個(gè)I/O接口上,共陰極端或共陽極端分別有響應(yīng)的I/O接口線控制。動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器(掃描方式),利用人的視覺滯留,對每一位顯示器每隔一定時(shí)間點(diǎn)亮一次。即從段選線I/O接口上按位次分別送所要顯示字符的段選碼,在位選控制口上也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位(共陰極送低電平,共陽極送高電平),選通的位就顯示相應(yīng)字符,并保持幾毫秒的延時(shí),未選通位不顯示字符(保持熄滅)。這樣,對各位顯示就是一個(gè)循環(huán)過程。從計(jì)算機(jī)的工作過程來看,在一個(gè)瞬間只有一位顯示字符,而其他位都是熄滅的,但因?yàn)槿说囊曈X滯留,這種動態(tài)變化是覺察不到的,從效果上看,各位顯示都能連續(xù)而穩(wěn)定地顯示不同的字符。

        在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中對每一個(gè)按鍵都有一個(gè)編號,CPU可以采用中斷方式或查詢方式了解有無鍵輸入,檢查是哪一個(gè)鍵被按下,并將該鍵號送入累加器A,然后通過散轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序,最后返回到原始狀態(tài)。

        1.5 報(bào)警電路

        報(bào)警電路分為聲、光報(bào)警兩部分。光報(bào)警由信號燈組成,信號燈由P2.6口控制,信號燈發(fā)綠光表示壓力值正常測量范圍內(nèi),信號燈不停閃爍表示壓力超限。

        1.6 監(jiān)控電路

        監(jiān)控電路選用帶有串行E2PROM的CPU監(jiān)控器芯片X25045。串行芯片成本低、線路簡單、工作可靠、占用單片機(jī)口線少。X25045芯片功能包括以下4種:(1)上電復(fù)位控制。在對X25045通電時(shí),ERSET引腳輸出有效的復(fù)位信號,并保持至少200ms,使CPU有效復(fù)位。(2)電源電壓監(jiān)控。當(dāng)電源電壓低于內(nèi)部門檻電壓VTRIP時(shí),RESET輸出復(fù)位信號,直至電源電壓高于VTRIP并保持至少200ms,復(fù)位信號才被撤消。(3)看門狗定時(shí)器。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的WD1、WD0是看門狗定時(shí)設(shè)置位,通過狀態(tài)寄存器寫指令WRSR修改這2個(gè)標(biāo)志位,就能在3種定時(shí)間隔中進(jìn)行選擇或關(guān)閉定時(shí)器。對看門狗的復(fù)位由CS輸入電平的下降沿完成。(4)串行E2PROM。芯片內(nèi)含512字節(jié)存儲單元,10萬次可靠寫,數(shù)據(jù)保持時(shí)間100年。XICOR設(shè)計(jì)了3種保護(hù)方式防止誤寫。包括:WP寫保護(hù)引腳,當(dāng)引腳被拉低時(shí),內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入;存儲區(qū)域?qū)懕Wo(hù)模式,通過對狀態(tài)寄存器的BL1、BL0位的設(shè)置,可以選擇對不同的存儲區(qū)域進(jìn)行寫保護(hù)。

        1.7 電源電路

        穩(wěn)壓電源采用常規(guī)的變壓—整流—濾波—穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器選用W7812和W7912三端穩(wěn)壓器,輸出電壓為±12V。

        1.8 放大電路

        放大電路由運(yùn)算放大器構(gòu)成。雖然不同的運(yùn)放結(jié)構(gòu)不同,但對于外部電路而言,其特性都是一樣的。運(yùn)算放大器一般由4個(gè)部分組成,偏置電路,輸入級,中間級,輸出級。其中輸入級采用差動放大電路(抑制電源),中間級采用有源負(fù)載的共射負(fù)載電路(提高放大倍數(shù)),輸出級采用互補(bǔ)對稱輸出級電路(提高驅(qū)動負(fù)載的能力)。

        設(shè)計(jì)中由5個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓的放大,其中U6A、U6B將壓力傳感器的差動信號放大后送入U(xiǎn)6D,然后將信號送入電壓跟隨器U7A,其中,U6C實(shí)現(xiàn)壓力值的調(diào)零,U6B實(shí)現(xiàn)壓力值的調(diào)滿。

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        主程序流程圖如圖2所示,系統(tǒng)上電后進(jìn)行復(fù)位,轉(zhuǎn)入主程序后先進(jìn)行初始化,然后將檢測到的壓力信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析,如果壓力值小于0帕,則第三個(gè)LED顯示器顯示“FFF”,如果壓力值大于1000百帕,則轉(zhuǎn)入報(bào)警程序,并且指示燈會不停閃爍。只有在壓力值大于0帕且小于1000百帕?xí)r,三位LED顯示器才正常顯示壓力值。

        結(jié)語

        該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,能夠完成壓力的檢測、顯示、報(bào)警功能。且系統(tǒng)體積小,安裝使用方便,有較高的穩(wěn)定性、可維護(hù)性和性價(jià)比。

        [1]姜志海,黃玉清等.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

        [2]樓然苗,李光飛等.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

        [3]朱蘊(yùn)璞,孔德仁,王芳.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:國際工業(yè)出版社,2005.

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