基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計本科畢業(yè)論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】種可能引起爆炸或中毒等危害性較大事故的特種設(shè)備。壓力容器的爆炸事故除受物理或。檢驗把關(guān)，則可大大地減少或杜絕這類事故發(fā)生，保證容器的安全運行。測工作，在實際中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文詳細(xì)闡述了基于單片機的壓力容器檢。測裝置的硬件組成、軟件設(shè)計及相關(guān)的接口電路設(shè)計。此壓力容器檢測裝置主要由金屬。電阻應(yīng)變片、測量放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、LCD顯示組成。首先通過金屬電阻應(yīng)。轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號進(jìn)入單片機，經(jīng)單片機對信號進(jìn)行簡單處理后用LCD顯示出來。

　　

【正文】 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 ③ 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié) ?? 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個完整漢字。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖所示： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 18 圖 25 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： ● 顯示容量 :16 2個字符 ● 芯片工作電壓 :— ● 工作電流 :() ● 模塊最佳工作電壓 : ● 字符尺寸 : (W H)mm 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 24 所示 : 表 24 1602LCD 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 DO 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLA 背光源正極 第 1腳： VSS 為地電源。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 19 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W 為高電平時 可以讀入信號，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負(fù)極。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 20 )( 43 421 1 RR RRR RE ????3 壓力容器檢測裝置硬件部分的設(shè)計 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片是電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。 導(dǎo)體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。 直流電橋的特點是信 號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： R1 R1ACBDΔR2+ R2 ΔR4+ R4 ΔR3 R3ΔU o 圖 31 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。 當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 21 ))(( 43214231 RRRR RRRRE ?? ?? ? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo ?????????? ??????ERR??? 3421 RR ? = （ 31） 當(dāng)滿足條件 R1R3=R2R4 時，即 （ 32） ou =0，即電橋平衡。式（ 32）稱平衡條件。 應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ 31） ，則電橋輸出為 Ek?? (33) 常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K 值很小，約為 2，機械應(yīng)變度約為 — ，所以，電 阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 — 歐姆。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測量出很小 的 電 阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中 常用的是橋式測量電路。 RLR3R1R2R4U o 圖 32 橋式測量電路 橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 E，另一個對角線為輸出電壓 U0。其特點是：當(dāng)四個橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 常 用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 22 電阻應(yīng)變片也會有誤差，產(chǎn)生的因素很多，因此測量時必須要注意。其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： 電阻絲溫度系數(shù)引起的。 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 對于因溫度變化對橋接零點和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳 感器，必須進(jìn)行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當(dāng)?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值： R1＝ R2＝ R3＝ R4，其變化值 Δ R1＝ Δ R2＝ Δ R3＝ Δ R4 時，其橋路輸 出電壓 Uout＝ KEε 。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。 電源電路 設(shè)計電路時，選用 LM317 型號的芯片為核心來設(shè)計電源電路。 LM317 特性簡介以及典型應(yīng)用電路如下： 特性：可調(diào)整輸出電壓低到 ；保證 輸出電流；典型線性調(diào)整率 %；典型負(fù)載調(diào)整率 %； 80dB 紋波抑制比；輸出短路保護(hù)；過流、過熱保護(hù)；調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。 典型應(yīng)用電路參考如下： 圖 33 LM317 典型應(yīng)用電路 其輸出電壓計算公式如下： 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 23 2)121( RIadjRRVrefVou t ????? )121( RRVrefVou t ??? )121( RRVou t ???（ 34） 一般情況下電流 Iadj 很小，忽略后可得： （ 35） 即： （ 36） 最大輸出電流為 ，輸出電壓范圍為 ～ 37V； 2 腳之間為 基準(zhǔn)電壓；為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R1 應(yīng)小于 240 歐姆；改變 R2 阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值；二極管 D D2 用于保護(hù) LM317。 測量放大電路 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內(nèi)阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會使所測電壓造成偏差。 抗共模電壓干擾能力強。 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 能附加一些適應(yīng)特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動變換等。 因此放大電路采用儀器放大器，如： AD620， INA114 等。 此類芯片一般由 3 個運算放大器組成，其中 A1， A2 接成射級跟隨器形式，組成輸入阻抗高的差動輸入級，在兩個跟隨器之間的附加電阻 RG具有提高共模抑制比的作用，A3 為雙端輸入，單端輸出的輸出級，以適應(yīng)接地負(fù)載的需要，放大器的增益由電阻 RG設(shè)定，典型儀器放大器的增益設(shè)置范圍從 1 到 1000。 在此我們選擇 AD620 放大器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 RgVVi ininG ????)21)(( RgRVV inin ??? ?? 圖 34 AD620 的內(nèi)部等效圖 接口如下圖所示： 1 8 2 7 3 6 V０ 4 5 圖 35 AD620 的接口圖 電路的工作原理： A A2 工作在負(fù)反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。即 Rg 兩端的電壓分別為 Vin+、 Vin。因此 （ 37） 設(shè)圖（ 34）中電阻 R1=R2=R，則 A A2 兩輸出端的電壓差 U12 為 )( 2112 RgRRiU G ??? （ 38） 將式（ 38）代入式（ 37）得 Rg Rg Vin V+ Vin+ V0 V Ref R3 12V ＋ 12V 基于單片機的壓力容器檢測裝置設(shè)計 25 ))(21(12 ?? ?????? ininO VVRgRUV )(?? ?? ininOV VV UA )21( RgR??? 放大器的增益 Av 為 （ 39） 可見，僅需調(diào)整一個電阻 Rg，就能方便的調(diào)整放大器的增益。由于整個電路對稱，調(diào)整時不會造成共模抑制比的降低。 在接口圖（ 35）中，通過改變可變電阻 R3 的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： 13KG R ??? （ 3