基于單片機的氣密性檢測儀設(shè)計畢業(yè)論文

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1、 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目名稱：基于單片機的氣密性檢測儀設(shè)計 學(xué)院名稱： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 論文編號：200900454113 基于單片機的氣密性檢測儀設(shè)計 The Design of Air Tightness Detector Based on Single-chip Computer 學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院 班 級：測控 091班

2、 學(xué) 號：200900454113 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2013年 06月 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異的發(fā)展，社會各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析檢測也越來越需要更加準(zhǔn)確清晰的顯示處理，這也符合社會發(fā)展的主要趨勢，逐漸走向高智能化的社會層面，更加人性化。因此，各種儀器儀表系統(tǒng)的研究發(fā)展也越來越的顯示出其重要社會作用，其中，氣密性檢測就是其中很重要的一個研究方向，尤其是在客車或者與容器相關(guān)的機械儀表中作用甚大。 本文介紹了直

3、壓式氣密性檢測儀的基本框架和總體設(shè)計思想。在此基礎(chǔ)上，提出了基于AT89S52單片機的氣密性檢測儀系統(tǒng)設(shè)計方案。本文重點講解了該氣密性檢測儀的詳細(xì)原理以及設(shè)計方案，包括數(shù)據(jù)定時采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、氣密性檢測結(jié)果顯示、檢測結(jié)果報警判斷模塊，并給出了具體的設(shè)計方法和實驗結(jié)果。論文最后對該氣密性檢測儀設(shè)計過程中遇到的問題進行了分析解決，達到了預(yù)先的設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： protues 仿真，AT89S52，氣壓傳感器，氣密性檢測 I Ab

4、stract With the rapid development of science and technology，social fields data analysis testing is becoming more and more needs to be more accurate and clear display，it also accords with the main trend of social development，gradually to move towards the high intelligence society, more humanistic。Th

5、erefore，research and development of various kinds of instrumentation systems is becoming more and more shows its important social function，among them, the gas tightness detection is one of important research direction, especially in the bus，the container related has been a great role in mechanical i

6、nstrument. In this paper direct pressure tightness detector and the basic framework or the overall design ideas were introduced。Based on this, puts forward the air tightness detector system based on AT89S52 single chip design scheme。This paper focuses on the detailed principle of the air tightnes

7、s detector and the design scheme, including the timing of data acquisition, data processing, data display, air tightness test results display and alarm of test result judgment module, and gives the specific design method and experimental results。These finally the air tightness detector design proces

8、s were analyzed to solve the problem of, has reached the design requirements in advance. Keywords：The protues simulation，AT89S52，Air pressure sensor ,Air tightness detector II 目 錄 1 緒論 1 1.1 氣密性檢測儀的研究背

9、景 1 1.2 氣密性檢測儀的發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 系統(tǒng)整體方案選定 3 2.1 設(shè)計任務(wù) 3 2.2 氣密性檢測的工作原理 3 2.3 氣密性檢測的方案比較 4 2.4 氣密性檢測的方案選擇 5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 3.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)成 6 3.2 AT89S52單片機系統(tǒng)的概述 6 3.3 氣壓傳感器模塊 7 3.4 溫度傳感器模塊 9 3.5 AD數(shù)據(jù)采集模塊 12 3.5.1 氣壓數(shù)據(jù)采集 12 3.5.2 溫度數(shù)據(jù)采集 13 3.6 單片機數(shù)據(jù)處理模塊 14 3.7

10、 LCD1602數(shù)據(jù)顯示模塊 15 3.8 系統(tǒng)報警模塊 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 4.1 系統(tǒng)軟件編程應(yīng)用 20 4.2 系統(tǒng)軟件編程整體流程圖 22 5 系統(tǒng)調(diào)試及誤差分析 25 5.1 系統(tǒng)調(diào)試 25 5.2 誤差分析 26 6 問題及解決方法 27 結(jié)論 28 參考文獻 29 致謝 30 附錄A 31 附錄B 32 III

11、 1 緒論 1.1 氣密性檢測儀的研究背景 氣密性檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)、生活的安全，具有密閉容器性質(zhì)的產(chǎn)品在出廠前都要進行密封性能檢測。因為常采用充氣的方法進行檢測，也稱為氣密性檢測。 常用的氣密性檢測方法有氣泡法、涂抹法、化學(xué)氣體示蹤檢漏法、壓力變化法、流量法、超聲波法等 。根據(jù)工件的類型和密封性能要求，可以選擇不同的檢測方法。傳統(tǒng)的氣密性檢測方法多采用氣泡法和涂抹法。 隨著工業(yè)自動化和檢測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的氣密性檢測手段，如浸水法和涂抹法逐漸被淘汰，開始利

12、用氣體的物理特性或化學(xué)特性變化來檢測是否有泄漏產(chǎn)生，例如氦質(zhì)譜儀、超聲波檢測儀、鹵素檢測儀、激光檢測儀等 。但上述方法大多局限于定性檢測，檢測效率不高，另外測試儀器也比較昂貴。隨著科技的發(fā)展，市場競爭的Et益激烈，廠家需要更加高效、簡便、智能的氣密性檢測設(shè)備。 客車研究究的重要方向之一是提高乘用車舒適性，降低噪聲，這與車廂的密封性密切相關(guān)。車廂密封性能產(chǎn)生的直接影響：1）外部灰塵和濕氣的滲入量；2）有害氣體的含量；3）降音隔噪效果；4）空調(diào)效果。同時密封性指標(biāo)太差，將導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷加重，燃油經(jīng)濟性能變差，忽冷忽熱的環(huán)境對乘客的舒適性也有一定的影響。因此車廂的密封性能是車廂性能的重要參數(shù)之一，也

13、是產(chǎn)品開發(fā)中要考慮的因素。 另外，發(fā)動機氣缸密封性的好壞，決定著發(fā)動機的使用壽命，一旦氣缸出現(xiàn)漏氣，發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性將大大降低，排放性能也會變差。本文將對氣缸密封性參數(shù)的檢測方法進行討論，并在此基礎(chǔ)上介紹一種發(fā)動機氣缸活塞組的不解體簡易檢測與診斷方法。 氣缸密封性與發(fā)動機氣缸活塞組的技術(shù)狀況直接相關(guān)，因而氣缸密封性的檢測參數(shù)可以作為氣缸活塞組技術(shù)狀況的評價指標(biāo)。這里所指的氣缸活塞組包括氣缸、氣缸蓋、氣缸卒,汽缸襯墊墊、活塞、活塞環(huán)和進、排氣門等構(gòu)成燃燒室的零部件。在發(fā)動機使用過程中，由于上述零部件的磨損、燒蝕、結(jié)焦、積碳等原因，氣缸活塞組的技術(shù)狀況會變壞，從而引起氣缸

14、密封不良，以致發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性下降。 1.2 氣密性檢測儀的發(fā)展現(xiàn)狀 目前比較流行的氣密性檢測方法是利用氣體流量公式進行檢測，首先測量與泄漏量相關(guān)的一些參數(shù)，例如壓力、壓差、彈性波等，然后將這些相關(guān)量通過定關(guān)系式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的泄漏量。這種檢測方法受主觀因素影響小，檢測精度高，并且易于實現(xiàn)自動控制、自動報警，大大提高了檢測效率?；诖朔椒ǎ瑖鴥?nèi)外眾多廠家都開發(fā)出了氣密性檢測儀，比較著名的有法國ATEQ公司、美國的USON公司、日本的COSMOS公司等。ATEQ公司為世界制造氣密性測試儀器的先驅(qū)，其產(chǎn)品應(yīng)用涉及汽車、醫(yī)藥、家電、壓鑄、包裝、閥門、煤氣、電子、建筑、航空等領(lǐng)

15、域 一種新的發(fā)展趨勢是把氣密性檢測技術(shù)和水檢方法結(jié)合在一起，形成一套多功能的檢測設(shè)備。利用該設(shè)備首先對工件進行氣密性檢測，如果工件合格，則完成了檢測，將工件送出；如果工件泄漏量超標(biāo)，則將工件及卡具等作為一個整體沉入一個水槽里，觀察具體的泄漏位置。未來的氣密性檢測技術(shù)必將向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)代氣密性檢測設(shè)備的廣泛應(yīng)用也將為保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障生產(chǎn)安全、提高企業(yè)經(jīng)濟效益發(fā)揮越來越重要的作用。 2 系統(tǒng)整體方案選定 2.1 設(shè)計任務(wù)

16、 1）實現(xiàn)軟件仿真 由于曾經(jīng)課程設(shè)計中用到過單片機相關(guān)的硬件系統(tǒng)的protues仿真實驗，所以呢，對于本次畢業(yè)設(shè)計，首先想到了軟件仿真實驗，因為這樣做可以少掉許多不必要的麻煩，例如，如果是有了設(shè)計電路圖之后，直接的就去焊電路的話，可能有些電路有些錯誤什么的，這在硬件焊接過程中是有可能發(fā)生的，一旦有這種情況就需要進行重新焊接，這不僅浪費元器件，而且會把原有的電路搞得很凌亂，不美觀，這也是會影響到調(diào)試人員的心情的，不便于調(diào)試。 軟件仿真模塊主要分為兩部分：protues硬件電路仿真、keil軟件程序的仿真。 Protues即虛擬的硬件元器件進行電路連接，然后，通過keil軟件編程，并將程序

17、下載到虛擬的單片機芯片里去，然后運行，調(diào)試。 2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 能夠選擇合適的AD轉(zhuǎn)換芯片及通道，實現(xiàn)傳感器信號的采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換。 3）實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示 能夠?qū)⒉杉降臍鈮褐?，溫度值，適時或間斷的顯示到LCD顯示屏上面。 4） 實現(xiàn)數(shù)據(jù)判斷以及報警 能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)做出正確的判斷，是否合格，不合格則鈴聲和燈光報警。 測壓范圍：0.1--1MPa 工作溫度：0℃-70℃ 2.2 氣密性檢測的工作原理 對具有密閉容器性質(zhì)的產(chǎn)品來說，如果在使用過程中發(fā)生了泄漏且泄漏量超過了允許范圍，不僅產(chǎn)品功能會受到影響，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、有害氣體溢出等嚴(yán)重后果，引發(fā)不可挽回的損失

18、 。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)、生活的安全，具有密閉容器性質(zhì)的產(chǎn)品在出廠前都要進行密封性能檢測。因為常采用充氣的方法進行檢測，也稱為氣密性檢測。其工作的原理即： 如果是直接壓力法，則先對被測件充氣，使其達到平衡，然后，測量被測件的氣壓值得變化形勢，每隔一段時間要采集一次數(shù)值，而泄漏量則是初始平衡狀態(tài)下的氣壓值與適時值的差值，當(dāng)這個差值大于設(shè)定的泄漏量值時，則要系統(tǒng)報警，工件氣密性不合格。 如果是差壓法，則先對標(biāo)準(zhǔn)件和被測件同時充氣，直到壓力平衡，然后測量到標(biāo)準(zhǔn)件與被測件的氣壓差值，如果這個差值大于設(shè)定值，則發(fā)出報警信號，工件不合格。 2.3 氣密性檢測的方案比較 該次設(shè)計

19、中，儀器采用測量壓力來判斷是否泄露，當(dāng)容積和檢測壓力一定時，若容積內(nèi)氣壓變化時，壓力也會變化，這將嚴(yán)重影響測量結(jié)果。 氣密性檢測的方法多種多樣,常用的氣密性檢測方法有氣泡法、涂抹法、化學(xué)氣體示蹤檢漏法、壓力變化法、流量法、超聲波法、靜壓法和目前廣泛使用的直壓法、流量法、微差壓法、氦氣泄露檢測法等。根據(jù)工件的類型和密封性能要求，可以選擇不同的檢測方法。 氣泡法是將工件浸入水中，充入壓縮空氣，然后在一定時間內(nèi)收集從中泄漏出來的氣泡以測出泄漏量，用肉眼觀測氣泡位置確定泄漏點。涂抹法是在內(nèi)部充有一定氣壓的工件表面涂抹肥皂水一類的易產(chǎn)生氣泡的液體，觀察產(chǎn)生氣泡的情況以檢測泄漏量的大小及位置。傳統(tǒng)的

20、檢漏方法雖然操作簡單，但都存在著檢測精度低、檢測結(jié)果受檢測人員主觀影響較大、檢測周期長、不能實現(xiàn)檢測自動化等缺點。另外，鑒于一些工件易生銹、易腐蝕等特性，這些檢測方法不適合。 隨著工業(yè)自動化和檢測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的氣密性檢測手段，如浸水法和涂抹法逐漸被淘汰，開始利用氣體的物理特性或化學(xué)特性變化來檢測是否有泄漏產(chǎn)生，例如氦質(zhì)譜儀、超聲波檢測儀、鹵素檢測儀、激光檢測儀等 。但上述方法大多局限于定性檢測，檢測效率不高，另外測試儀器也比較昂貴。隨著科技的發(fā)展，市場競爭的日益激烈，廠家需要更加高效、簡便、智能的氣密性檢測設(shè)備。 目前比較流行的氣密性檢測方法是利用氣體流量公式進行檢測。首先測

21、量與泄漏量相關(guān)的一些參數(shù)，例如壓力、壓差、彈性波等，然后將這些相關(guān)量通過定關(guān)系式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的泄漏量。這種檢測方法受主觀因素影響小，檢測精度高，并且易于實現(xiàn)自動控制、自動報警，大大提高了檢測效率。依據(jù)被測參數(shù)的不同，依據(jù)氣體流量公式進行氣密性檢測的方法又分差壓法、直壓法、真空法、流量法等。其中被測參數(shù)的選取，對氣密性檢測精度有直接影響。其中差壓法是將標(biāo)準(zhǔn)件與被測件等條件下同時充入相等的氣體，使初始?xì)鈮褐迪嗟龋缓筮^一段時間檢測一次，將被測件與標(biāo)準(zhǔn)件相比較，得到被測件的泄露量，進而換算成泄漏率，以此來判斷工件的氣密性；而直接壓力法則是對被測工件充氣并達到平衡，測得初始?xì)鈮褐?，然后密封，過一段時間后

22、再次檢測工件的氣壓值，并與初始?xì)鈮褐迪啾容^，進而得到工件的泄漏量，相比來說，直接壓力法，操作簡單，成本低，更適合用來現(xiàn)場檢測。 2.4 氣密性檢測方案選擇 現(xiàn)有的檢漏儀器廣泛采用差壓法檢測容器氣密性, 雖然其精確度比較高但是測量時要求測試件的容積和結(jié)構(gòu)必須和標(biāo)準(zhǔn)件相同, 所以其體積大, 不便于隨身攜帶, 對于作為計量標(biāo)準(zhǔn)的檢漏儀帶來極大的不便，這樣大大放慢了檢測的效率，不利于工業(yè)生產(chǎn)，而且標(biāo)準(zhǔn)件有時也可能不可靠； 氣泡法直觀，是通過液體或肥皂泡涂于工件表面，看是否有氣泡產(chǎn)生，有則說明漏氣，否則良好，但這種測試方法效率低，受主觀因素影響較大且易誤判，只能作定性判斷，很難作定量判斷；

23、而直壓式檢漏法具有原理簡單、成本較低、測試等待周期短, 便于設(shè)計出用于測試各種氣體表以及檢漏泄漏校準(zhǔn)儀器的一種標(biāo)準(zhǔn)化、智能化程度高的、體積小、便攜式的計量儀系統(tǒng)，廣受大眾工業(yè)者的接受。 經(jīng)過詳細(xì)了解氣密性檢測方案及發(fā)展現(xiàn)狀，本次研究選擇了直壓法氣密性檢測，其基本檢測步驟包括充氣、平衡、直壓檢測、放氣、數(shù)據(jù)顯示、氣密性指標(biāo)判斷。直接壓力法有如下特點：測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，自身容積小、測量范圍寬等特點。但是．它的檢測分辨率取決于使用的測試壓力。直接壓力法測試原理見圖1-3。

24、 圖2-1 直接壓力法測試原理圖 直接壓力法原理： 如上圖所示，在環(huán)境穩(wěn)定的情況下，對測試工件進行充氣，直到被測工件氣體充滿為止，然后，關(guān)閉壓力閥，著就是在測試工件相對密封的情況下，利用壓力傳感器測試工件內(nèi)的壓力的絕對值，與此同時，將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)適時傳遞到單片機數(shù)據(jù)采集端口，經(jīng)過定時的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，從而進行單片機的數(shù)據(jù)處理，如果壓力的變化量在一定時間段內(nèi)變化緩慢，并且維持在泄漏率的一個恒定范圍內(nèi)，由此，判斷工件的氣密性是良好的，工件合格，否則，工件不合格！ 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)成

25、 該氣密性檢測儀的設(shè)計用到的硬件元器件主要包括包括：AT89S52 、ADC0809、蜂鳴器、LCD1602、DS18B20等。其主要框圖結(jié)構(gòu)如下： 圖3-1 硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 使用一個直壓傳感器來檢測壓力變化，溫度傳感器來測溫，經(jīng)過信號調(diào)理電路之后，將采集到的信號送入單片機進行ad 模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且由單片機進行運算，判斷壓力變化值是否否和預(yù)設(shè)數(shù)值范圍，如果符合，則輸出LCD顯示并且上面做出漢字說明，如果所測數(shù)值超過了預(yù)設(shè)范圍，則發(fā)出報警信號，并顯示其測得量的變化率。 3.2 單片機系統(tǒng)的概述 AT89S52是美國

26、 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能cmos 8位單片機。片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的FLASH只讀程序存儲器，全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集FLASH程序存儲器，即可在線編程，也可用傳統(tǒng)方法進行編程，集通用8位微處理器于單片機芯片中，可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖3-2 at89s52 實物圖 本次設(shè)計采用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 型單片機，片內(nèi)集成256字節(jié)程序運行空間、8K字節(jié)F

27、lash存儲空間，支持最大64K外部存儲擴展。根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設(shè)置在0-33M之間。片內(nèi)資源有4組I/O控制端口、3個定時器、8個中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護?？梢栽?V到5.5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。同時，該單片機支持計算機并口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，本次設(shè)計根據(jù)最小系統(tǒng)的具體情況，使用雙列直插DIP-40的封裝。 在該次的使用中主要用到了 P0 作為LCD1602 數(shù)據(jù)顯示端口，P1作為ADC0809數(shù)據(jù)采集端口，P2.7 作為DS18B20采集數(shù)據(jù)輸入口，P2.5作為報警模塊輸出控制

28、口。 3.3 氣壓傳感器模塊 壓力是重要的工業(yè)參數(shù)之一，正確測量和控制壓力對保證生產(chǎn)工藝過程的安全性和經(jīng)濟性有重要意義。壓力及差壓的測量還廣泛的應(yīng)用在流量、氣壓的測量中。 氣壓傳感器的基本原理： 某些氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對壓強敏感的薄膜，它連接了一個柔性電阻器。當(dāng)被測氣體的壓強降低或升高時，這個薄膜變形，該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果傳送給計算機。 某些氣壓傳感器的主要部件為變?nèi)菔焦枘ず?。?dāng)該變?nèi)莨枘ず型饨绱髿鈮毫Πl(fā)生變化時，單晶硅膜盒隨著發(fā)生彈性變形，從而引

29、起硅膜盒平行板電容器電容量的變化。 新款 BOSCH BMP085 氣壓傳感器模塊，這種氣壓模塊，比較好用，輸出直接是數(shù)字信號，省去了自己做AD轉(zhuǎn)換的步驟，這在工業(yè)生產(chǎn)中提高了工作效率，節(jié)約了成本，但是每種傳感器都有它獨特的應(yīng)用范圍，由下圖可以看到，氣壓感應(yīng)模塊太小，沒有螺紋，不容易與被測器件進行對接，只適合于小的簡單的應(yīng)用，在工業(yè)領(lǐng)域不適合使用。 圖3-3 新款BOSCH BMP085氣壓傳感器模塊 1、板載BMP085數(shù)字式氣壓傳感器，內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器，支持IIC通信協(xié)議 2、模塊可以測試大氣氣溫和大氣

30、壓強,PCB采用沉金工藝。pcb尺寸18.5mm*18mm 3、支持5V/3.3V電壓輸入 4、常用的引腳已經(jīng)引出，插針為標(biāo)準(zhǔn)2.54mm 另外，杭州潤辰科技有限公司的PRC-801壓力傳感器，本產(chǎn)品具有多種結(jié)構(gòu)形式（直接引線、航空插頭），外形結(jié)構(gòu)緊湊，方便用戶使用，壓力敏感元件采用擴散硅充油芯體，長期穩(wěn)定好，采用不銹鋼殼體，具有耐腐蝕功能。 圖3-4 PRC-801壓力傳感器 量程范圍：0~200Kpa，0~100Mpa 測量精度：0.5%，0.2% 輸出電壓>=50M

31、V 供電：9~36VDC 響應(yīng)時間：10ms 適用范圍：液壓及其控制系統(tǒng)，液位測量及控制 所以，本次設(shè)計上，磁傳感器不符合任務(wù)要求，我的任務(wù)要求即 0~1000kpa 氣壓信號。 經(jīng)過詳細(xì)考慮，本次設(shè)計采用的氣壓傳感器是無錫邁姆斯科技有限公司的 MPS20N1000D-S 型絕對壓力傳感器。 圖3-5 MPS20N1000D-S型絕對壓力傳感器 其特點如下： 尺寸小 工作溫度：-40C ~ 125C 量 程：0 ~ 1000KPa 線 性 度：0.3% 成本低，可靠

32、性高 其主要適用范圍是：醫(yī)療領(lǐng)域、胎壓計、車載氣泵、汽車傳感器、空氣制動開關(guān)、便攜式壓力計等。 壓力傳感器的各個參數(shù)測量結(jié)果為mv 輸出信號 4-120mv，其對應(yīng)的壓強為0-1000kpa 此處，由于本次設(shè)計采用的是ADC0809,而ADC0809輸入信號范圍為0-5v，傳感器輸出信號太小，所以要將輸出信號擴大五十倍 ，變?yōu)?0.2-6v。 3.4 溫度傳感器模塊 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中一個非常重要的參數(shù)，物體的許多物理特性和化學(xué)特性都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍進行的，需要測量溫度和控制溫度，因此溫度測量的場合極其廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得測溫技術(shù)迅速發(fā)展

33、，測溫范圍不斷拓寬，測溫精度不斷提高。 圖3-6 AD590電流輸出型兩端溫度傳感器 AD590電流輸出型兩端溫度傳感器是AD公司利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器.（熱敏器件）AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： 流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： 1、流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K。 2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。 3、AD590

34、的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 4、輸出電阻為710MW。 5、精度高。 AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3℃。AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流,在8051的各種課本中?？吹剿?相當(dāng)常用到。 其規(guī)格如下： 1）溫度每增加1℃,它會增加1μA輸出電流。 2）可量測范圍-55℃至150℃。 3）供應(yīng)電壓范圍+4V至30V。 有以上可知

35、AD590輸出信號為電流信號，這樣的話，要想讓此信號采集到單片機里面，還需要重新設(shè)計信號調(diào)理電路，如果應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，增加了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，加大了生產(chǎn)投入，生產(chǎn)效率卻會降低了，而且，使用起來沒有那種直接壓力輸出的較為直觀。 DSl820數(shù)字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DSl820或從DSl820送出，因此從主機CPU到DSl820僅需一條線(和地線)。DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，因為每一個DSl820在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl820可以存放在同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件，DS18

36、B20測量范圍從 -55C到 +125C,增量值為0.5C,可在1s內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，工作電源為 3-5V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源），在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送，適用于汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 圖3-7 DS18B20 上圖。左負(fù)右正，一旦接反就會立刻發(fā)熱，有可能燒毀！接反是導(dǎo)致該傳感器總是顯示85℃的原因。面對著扁平的那一面，左負(fù)右正。 處于密閉容器的氣體，當(dāng)溫度升高時，其內(nèi)部的壓力隨之升高，因而泄漏測試時，溫度的變化不可避免地影響壓力變化。這種影

37、響的范圍大致在溫度每變化1℃時，引起的壓力變化為0.36%的測量壓力值，隨測試壓力的提高，溫度的影響會變得明顯。 在通常的測量條件下，由于測試時間較短，溫度的影響不會十分顯著，但若溫度的影響不容忽略，則應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其它的條件難以改變時，可考慮采用如下方法： （1）降低測試壓力或者采用真空法測試，以降低溫度的影響； （2）采用帶溫度補償功能的儀器，即對高溫工件進行大量檢測，記錄△P、△t 值，作出△P-△t 曲線，根據(jù)曲線作出△Pleak (不合格限度) - △t 曲線，再將數(shù)值輸入溫度補償程序。為使溫度補償準(zhǔn)確可靠，這些工作必須在現(xiàn)場生產(chǎn)條件下進行。 由溫度引

38、起的壓差變化關(guān)系式： ?P= P0為初始平衡壓力 ?P為測試終止時與初始狀態(tài)下的壓差 T0為初始溫度 圖3-8 溫度與壓力的變化曲線關(guān)系圖 本次設(shè)計中由于考慮到溫度對氣壓的影響，溫度的升高會引起氣壓的變大，所以溫度傳感器采用的是數(shù)字式DS18B20 傳感器，它具有感應(yīng)靈敏，成本低，精度高等特點，在這次設(shè)計中也起到很明顯的消除誤差的作用。 3.5 數(shù)據(jù)采集模塊 3.5.1 氣壓采集模塊 本次畢業(yè)設(shè)計，選用了典型的ADC0809 數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 它是CMOS單片型逐次逼近式A

39、／D轉(zhuǎn)換器，由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。 (a)ADC0809實物圖 （b）ADC0809 管腳圖 圖3-9 ADC0809 其主要特性如下： 1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時間為100μs。 4）單個＋5V電源供電。

40、 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度。 7）低功耗，約15mw。 在AD采集過程中，由于傳感器的一些條件限制，只得先用模擬電壓信號來代替。由于只用到一路信號，也可將A .B.C三個位選控制端直接接地，省去單片機端口的占用。氣壓值采集模塊仿真如下圖，以IN0 口為模擬氣壓值輸入口，OUT1——OUT7口作為八位二進制數(shù)字輸出口，OUT1——OUT7口連接AT89S52 的P1口，以此將采集到的數(shù)字信號傳入單片機，進行進一步的數(shù)據(jù)處理。 首先，選擇AD轉(zhuǎn)換通道，因為用的只是一路模擬

41、通道采集，所以a0=0，a1=0，a2=0。當(dāng)然如果只是使用一路通道采集的話，也可以將通道選擇的三個端口都接地，這樣的話減少了單片機端口的使用，硬件電路也會更加的清晰。 其次，設(shè)置ADC0809的時鐘信號，這個是給轉(zhuǎn)換芯片提供的工作時鐘，可以直接外加一個晶振，也可以通過編程，使用單片機內(nèi)部的時鐘信號，這樣的話就省去了晶振，在生產(chǎn)方面，也會節(jié)約成本。 然后，設(shè)置AD芯片輸出口接單片機的P1口，接著進行信號的采集，ADstart() 輸出一個高低脈沖，開啟AD轉(zhuǎn)換， 圖3-10 氣壓數(shù)據(jù)采集模塊電路圖 3.5.2 溫度采集模塊 由于DS18

42、B20為數(shù)字型溫度傳感器，其輸出信號為數(shù)字信號，不需要在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以直接通過DQ端將信號輸入到單片機使用。 當(dāng)然，采集溫度數(shù)據(jù)的時候，要設(shè)置好輸出數(shù)據(jù)的分辨率，在本次設(shè)計中，采用的是12位數(shù)字輸出信號，對應(yīng)的精度為0.625℃。 通過啟動命令ds1820wr(0x44)進行溫度數(shù)據(jù)的采集采集到12為二進制的數(shù)字信號，為了將采集的數(shù)字信號分離出十位、個位、小數(shù)位，需要將采集的數(shù)據(jù)擴大10倍，然后分離出各個數(shù)據(jù)，精確到小數(shù)點后一位顯示。 在分離各個位數(shù)的時候，要考慮到溫度的正負(fù)值。 if(tflag==0) lagdat=0x20; 如上，如果溫度值為負(fù)值，則顯示負(fù)號，否則什么都不

43、顯示。 disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;此句是進行溫度數(shù)值的十位數(shù)的分離，以此類推分離出個位、小數(shù)點、小數(shù)位。 圖3-11 溫度數(shù)據(jù)采集模塊電路圖 3.6 單片機數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理，即是將ADC0809 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號，在單片機內(nèi)部進行編程，根據(jù)算法比較，對采集的數(shù)據(jù)進行判斷，是否符合測量范圍，如果符合測量范圍，則顯示出相應(yīng)的結(jié)果，如果不在合格的范圍之內(nèi)，則要出現(xiàn)報警信號，作為提醒。 將采集到的氣壓值，即0-255之間的一個數(shù)字量，讓其乘以ad轉(zhuǎn)換電壓5v，再乘以量程與5v電

44、壓范圍的倍數(shù)，得到的是采集到的氣壓值： 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*(255-temp))*500/255)/100; //最高位 b22=((2*(255-temp))*500/255)/10%10; //第二位 b33=((2*(255-temp

45、))*500/255)%10; //第三位 如上面所示，b1為氣壓值的百位數(shù)， b2為氣壓值的十位數(shù)， b3為氣壓值的個位數(shù)，b11為泄漏量的百位數(shù)，b22為泄漏量的十位數(shù)，b33為泄漏量得個位數(shù)。其中 “255-temp”中 255是可以改變的，根據(jù)自己設(shè)置的泄漏量的大小來改變份數(shù)，255代表的是份數(shù)，temp為采集的氣壓值得份數(shù)，然后，將（255-temp）比上總的份數(shù)255，然后乘以5，再擴大200倍，得到的就是氣壓值泄漏量，然后要顯示到LCD1602上面，所以要分離出來百位、十位、還有個位。 程序中，g 為一個測量范圍設(shè)定值，b1為測量值，若果測量值b1

46、 ，則測得的值不合格，出現(xiàn)報警信號，反之，正常顯示。 數(shù)據(jù)處理模塊要判斷所測氣壓變化量是否在所測范圍內(nèi)，即變化量P<600kpa 時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。 系統(tǒng)設(shè)置為5分鐘采集一次信號并進行處理判斷和顯示。 3.7 LCD1602數(shù)據(jù)顯示模塊 該模塊，在本設(shè)計中，由于所測數(shù)據(jù)量較少，根據(jù)經(jīng)濟、實用、簡單的角度，所以采用的是LCD1602 顯示屏。 LCD1602根據(jù)其特性，兩行十六列數(shù)字符號顯示，LCD1602已很普遍了，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。HD44780內(nèi)

47、置了DDRAM、CGROM 和CGRAM。DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如下 表3-1 LCD1602內(nèi)部地址與屏幕的對應(yīng)關(guān)系 也就是說想要在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個"A"字,就要向DDRAM 的00H 地址寫入“A”字的代碼就行了。但具體的寫入是要按LCD 模塊的指令格式來進行的，后面我會說到的。那么一行可有40個地址呀？是的，在1602中我們就用前16個就行了。第二行也一樣用前16 個地址。對應(yīng)如下：

48、 表3-2 LCD1602 寫地址表 字符型LCD 通常有14 條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，定義如下表所示： 表3-3 LCD1602管腳功能表 LCD1602 具有兩行十六列的數(shù)字顯示模塊，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計設(shè)計數(shù)據(jù)要求，各個模塊顯示排布如上圖，第一行一到七列用來顯示溫度數(shù)值，以此來

49、判斷溫度對氣壓值的影響；第一行八到十六列顯示的是實時氣壓與標(biāo)準(zhǔn)氣壓的差值,即泄漏量；第二行顯示的是采集到的實時氣壓值。其顯示模塊電路如下圖： 圖3-12 數(shù)據(jù)顯示模塊 3.8 系統(tǒng)報警模塊 該模塊相對整個模塊來說，比較簡單，在此我接了一個蜂鳴器，為了給與視覺的明顯效果，將蜂鳴器兩端并聯(lián)了一個紅色發(fā)光二極管，以實現(xiàn)同步聲光報警。 硬件電路如下圖所示： 圖3-13 報警電路連接圖 硬件電路仿真圖中，沒有加上報警燈，這個在做實物焊接的時候，是講一個紅色發(fā)光二極管與一個蜂

50、鳴器并聯(lián)后接到P2_5上面的，氣壓值每隔一段時間檢查一次，當(dāng)氣壓值小于某一個設(shè)定值的時候，發(fā)生報警信號，便于工作人員將不合格產(chǎn)品挑除。實物報警信號如下圖： 圖3-14 報警電路實物圖 如上圖所示，當(dāng)氣壓值低于某個范圍值時，則系統(tǒng)亮紅燈，并且蜂鳴器報警。 整體硬件電路圖： 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)軟件編程應(yīng)用 本次畢業(yè)設(shè)計軟件設(shè)計部分用到的編程軟件是 ke

51、il uVision4。 該軟件的使用過程中，學(xué)會設(shè)置晶振頻率，設(shè)置單片機型號，學(xué)會建立一個工程，這一切都設(shè)置好之后，就可以進行程序編輯了，根據(jù)自己設(shè)計好的軟件編程框圖，進行編寫初始主程序程序，然后編寫各個功能模塊子程序，如下圖，最終生成“.hex”文件，這個文件不僅要用在protues硬件仿真中，而且要下載到AT89S52單片機實物中，進行硬件電路的調(diào)試，不斷的調(diào)試，修改程序，并最終達到任務(wù)的要求。 uVision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任何地方，包括支持多顯示器窗口。 uVision4在μVision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能。 多顯示器和靈

52、活的窗口管理系統(tǒng) 系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息 調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局 多項目工作區(qū)簡化與眾多的項目 圖4-1 keil軟件啟動圖片 接著按下面的步驟建立您的第一個項目： （1）點擊Project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的New Project，如圖1－2。接著彈出一個標(biāo)準(zhǔn)Windows文件對話窗口，如圖1－3。在“文件名”中輸入您的第一個C 程序項目名稱，這里我們用“test”，只要符合Windows文件規(guī)則的文件名都行。“保存”后的文件擴展名為uv4，這是KEIL uVisi

53、on4項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開先前做的項目。 圖4-2 keil新建工程示意圖 （2）選擇所要的單片機，這里我們選擇常用的Ateml公司的AT89S52。此時屏幕如圖1－4 所示，完成上面步驟后，我們就可以進行程序的編寫了。 圖4-3 單片機型號設(shè)置示意圖 選擇AT89S52，點擊‘ok’即建立了工程。 （3）然后我們要在項目中創(chuàng)建新的程序文件或加入舊程序文件。如果沒有現(xiàn)成的程序，那么就要新建一個程序文件。

54、 圖4-4 程序文件 圖4-5 晶振頻率設(shè)置 系統(tǒng)編程的最后生成“.hex”文件，這個程序文件是單片機調(diào)試過程中需要用到的。 圖4-6 生成“.hex”文檔 4.2 系統(tǒng)軟件編程整體框圖 軟件設(shè)計系統(tǒng)流程圖如下： 圖4-7 軟件流程圖 如上圖所示， 1） 啟動電源，單片機進行端口選擇，AD初始化，單片機各個通道初始化，DS1

55、8B20初始化，LCD1602初始化。 2） 設(shè)置泄漏量允許范圍值。 3） 采集氣壓傳感器數(shù)字量信號，DS18B20數(shù)字溫度信號。 4） 判斷在正常的溫度范圍內(nèi)，氣壓泄漏量是否符合設(shè)定范圍值。 5） 判斷處理，如果泄漏量不超出設(shè)定范圍，則正常顯示，如果超出，則顯示氣壓值和泄漏量，并且能夠聲光報警。 6） 返回等待下一次定時數(shù)據(jù)采集。 本次設(shè)計要考慮的定時采集，又考慮到現(xiàn)場工業(yè)檢測的精度和效率，需要設(shè)定時間段，讓系統(tǒng)定時采集數(shù)據(jù)，分析處理，并做出判斷，部分相關(guān)應(yīng)用程序可參照下面： /**********定時中斷**********/ void timer0() interrupt

56、 1 { TH0=(65536-60000)/256; TL0=(65536-60000)%256; tt++; if(tt==5) //LCD第二屏顯示 { tt=0; a4=1; if(b1

57、是設(shè)置的循環(huán)時間段參量，初始值為0，每1秒加1，加到tt=5時，剛好5秒，系統(tǒng)中斷采集數(shù)據(jù)，分析處理，并且報警。 5 系統(tǒng)調(diào)試及誤差分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試過程中，需要不斷的修改程序，不斷的修改硬件電路，剛開始的時候，硬件電路圖先焊接的是單片機最小系統(tǒng)，其對應(yīng)的電路圖如下： 圖5-1 最小系統(tǒng)電路圖 在該

58、次調(diào)試中，由于硬件仿真過程中，對于最小系統(tǒng)的復(fù)位電路端的電容設(shè)置為1uf，而真正的電容范圍應(yīng)該是22uf 左右，所以開始的時候，怎么都不能使單片機工作，最后換了一次電容，將其改成10uf的，這個時候會有時候正常工作，有時候不會，最終查看了一下單片機資料，最終將復(fù)位電路電容改為22uf，結(jié)果，系統(tǒng)能夠正常工作了，然后，調(diào)節(jié)LCD1602顯示屏的背光電阻，使屏幕能夠正常的清晰的顯示出數(shù)字，最后調(diào)試的是報警電路，剛開始接一個蜂鳴器的時候，當(dāng)泄漏量大于預(yù)設(shè)范圍時，怎么都不會報警，最后得知蜂鳴器接口電路接錯了單片機管腳。 最后已基本上達到了本次設(shè)計的要求，經(jīng)過多次得數(shù)據(jù)采集，得到以下的數(shù)據(jù)表。第一行為

59、采集到的適時氣壓值，第二行為泄漏量顯示值，本次設(shè)置的初值為1000kpa，隨著泄漏量的上升，壓力值逐漸呈線性下降。 表5-1 壓力與泄漏量采集關(guān)系值 5.2 誤差分析 根據(jù)得到的數(shù)據(jù)可以看出 ，壓力值與泄漏量之和基本上999kpa和壓力初始值1000kpa 相差1kpa，我想可能是硬件電路采集過程中，仿真信號的電壓的影響，或者可能是ad轉(zhuǎn)換芯片不夠精準(zhǔn)，當(dāng)然也可能我在編程的過程中，參數(shù)設(shè)置上出了一點小的毛病。 6 問

60、題及解決方法 在課題的任務(wù)實現(xiàn)的過程中，也遇到一些問題。例如剛開始的時候，LCD1602總是不能顯示，后來經(jīng)過上網(wǎng)查資料，發(fā)現(xiàn)是程序中的一些初始化程序有問題；還有就是在AD轉(zhuǎn)換過程中，有時候會出現(xiàn)亂碼，甚至不出現(xiàn)在數(shù)字，經(jīng)過認(rèn)真查證，已經(jīng)程序的分析對比，發(fā)現(xiàn)ADC0809的時鐘信號管教沒有接；在設(shè)置報警信號和顯示差壓模塊時，由于對AD轉(zhuǎn)換知識的不清晰，總是不知道怎么在LCD 上顯示差值，經(jīng)過反復(fù)的思考和請教同學(xué)，才知道，AD八位二進制數(shù)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后出來的是0-255之間的一個值，即代表的是將5v電壓分成255份，輸出的數(shù)字量為份數(shù)，最后終于解決了這個問題。 在硬件焊接部分，硬件

61、電路與仿真沒有差別，就是查不出來為什么，經(jīng)過請教同學(xué)，才發(fā)現(xiàn)，自己的單片機最小系統(tǒng)復(fù)位接口上的電容值太小，實際要求10-22uF ，而我用的只有1uF，太小了。 硬件焊接時，由于找不到合適的測壓器件，無法對壓力傳感器進行比較精確的標(biāo)定，還有，傳感器調(diào)理電路不知道怎么的，傳感器輸出信號4mv，當(dāng)我把這個信號接到調(diào)理電路上之后，信號就會發(fā)生變化，變成了0.5v，這個問題我想了好長時間，不知道怎么解決，可能是調(diào)理電路沒有設(shè)計好吧，挺遺憾的。 結(jié)論 本次

62、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個 基于單片機的氣密性檢測儀，要求選擇合適的氣壓傳感器和配套的信號調(diào)理電路，將傳感器信號經(jīng)調(diào)理之后給單片機進行處理，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)氣壓顯示和溫度顯示，當(dāng)氣壓泄漏量大于某一個值時，系統(tǒng)能夠發(fā)生報警信號，即亮紅燈和響鈴。 氣密性檢測儀，比起那些原始的人工氣密性檢測法要更快速，更準(zhǔn)確，在現(xiàn)今的社會發(fā)展中所發(fā)揮的作用也越來越大，那么，更快捷效率的氣密性檢測儀也會慢慢的適應(yīng)時代的發(fā)展，取代低級的測量方法。 直壓式的氣密性檢測法，相對于差壓法來說，生產(chǎn)成本低，簡單實用，更方便適用于現(xiàn)場測試，尤其是在車輛制造，監(jiān)控設(shè)備方面，起著尤為重要的作用，挺高檢測精度和效率，就會大大的提高產(chǎn)量和

63、合格率，減少了生產(chǎn)方面因產(chǎn)品不良產(chǎn)生的浪費。 本次畢業(yè)設(shè)計中，由于硬件條件的不足，以及時間的緊迫，設(shè)計任務(wù)中的壓力傳感器模塊，以及與之相匹配的調(diào)理電路模塊沒有真正的做出來，為此感到很遺憾，至于其它各個任務(wù)要求都已經(jīng)基本實現(xiàn)，我覺得本次設(shè)計真正做完后，可以根據(jù)測壓范圍的大小，以及傳感器的接口方面匹配因素，可以將此檢測儀應(yīng)用的汽車制造，工業(yè)控制，胎壓檢測等方面，應(yīng)用廣泛，市場前景比較大。 參考文獻 [1] Jihong Kim，Yongmin Kim.Perf

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