自动化计算机课程设计

计算机控制实验设计

2011-2012学年第∏ 学期

学 院： 专 业： 学 生 姓 名： 课程设计题目：

起 迄 日 期: 课程设计地点: 指 导 教 师: 系主任：

6月4日-6月20日

1教522 赵君

朱里

自动化工程学院

自动化 学 号： 0907240445

汽车轮胎压力控制系统

下达任务书日期: 2012 年 6 月 4 日

摘要：

汽车轮胎压力就是气的压力，压力控制就只有控制气体加入轮胎内的大小来控制它。但一定要保证轮胎气压规定值，气压过低会加快轮胎磨损，气压高了在行驶磨擦而生热增加压力，容易发生胎体爆裂。 系统目标是：检测运行轮胎压力，正常值为2.5MP，误差+-0.1MP，实现上下越线报警并进行控制算法。系统以80C51单片机为基础，使用HM28蓝宝石高温压力变送器，它集合了传感器及变送器于一体，外部A/D转换器使用ADC0809，D/A转换器为DAC0832，执行器ZXN型新系列气动薄膜双座调节阀等。具体方法是使用HM28蓝宝石变送器采集压力信号，进行压力数据采集，经过放大和滤波电路进行A/D转换，再通过CAN总线传输控制参数。

关键词：单片机 蓝宝石变送器 执行器

1.1系统的总体结构及描述

LED显示 轮胎压力 PTC302 ADC0809 AT89C52 键盘 ZXN型新系列气动薄膜LM339 DAC0832

图

1.1 实验流程图

1.单片机及定时复位单元

1.1微处理器AT89C52

AT89C52单片机是最新的一种低功耗、高性能内含SK字节闪电存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS—51指令系列和引脚完全兼容有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程/擦除速度快，它的主要特点有：

(1)内部程序存储器为电擦除可编程只读存储器EEPROM，容量SKB，内部数据存储器容量256B(不包括专用寄存器)，外部数据存储器寻址空间64KB，外部程序存储器寻址空间64KB；

(2)有三个16位的定时器/计数器；

(3)可利用两根I/O口线作为全双工的串行口，有四种工作方式，可通过编程选定；

(4)内部ROM中开辟了四个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的情况；

(5)内部有6个中断源，分为二个优先级，每个中断源优先级是可编程的； (6)堆栈位置是可编程的，堆栈深度可达128字节；

(7)内部有一个由直接可寻址位组成的布尔处理机，在指令系统中包含了一个指令子集，专用于对布尔处理机的各位进行各种布尔处理，特别适用于控制目的和解决逻辑问题

图1.2 89C52其引脚结构

1.2看门狗X5045组成定时复位电路

由于单片机自身的抗干扰能力较差，在工作环境较恶劣的场合，很容易造成单片机因外界干扰导致“死机”现象，造成系统不能正常工作。设置“看门狗”电路是防止单片机系统死机，提高单片机系统抗干扰能力的一条重要途径。 此处选用XICOR公司的专用可编程芯片X5045作为看门狗，引脚见图3.3。 X5045带512B(4Kbits)的E2PROM，具有四种常用功能:上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和存储器块锁(Block Lock)保护。定时时间通过软件可选择:200ms, 600ms和1.41 us。

工作时在程序的适当位置定时安排一条“喂狗”指令，要求其时间间隔小于 X5045的预置间隔，这样只要系统死机或程序“跑飞”，X5045会自动发出溢出脉冲，使单片机复位，从头开始执行程序。由于单片机没有SPI接口，在硬件上要利用I/O口线通过软件来产生SPI接口协议的操作时序，X5045与单片机的连接见图

1.3 X504引脚图

1.3 HM28蓝宝石高温压力变送器

HM28蓝宝石高温压力变送器采用德国HELM高精度蓝宝石压力传感器，并经过特定的信号提取及剥离等专利技术进行温度及线性化补偿，蓝宝石系由单晶硅绝缘元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无P-N漂移，因此HM28系列产品可广泛用于航天、航空、石油、化工、冶金、电力、船舶、医药、环保、科研等领域对高温气体、液体、流体、胶体的测量和控制，是测量高温介质的理想产品。

产品特点 产品用途

◇ 测量范围宽：-100KPa~0~4Kpa...260Mpa ◇ 工业现场过程压力检测 ◇ 介质温度范围宽：-65~+200℃ ◇ 发电厂、核电站、水利、水电

◇ 精度高 ◇ 航空、航天领域 ◇ 稳定性好：≤0.1%FS/年 ◇ 航海及造船行业 ◇ 抗干扰设计 ◇ 石油、化工行业 ◇ 防腐性好：钛-蓝宝石膜片 ◇ 科研及实验室校验 ◇ 本安防爆 ◇ 食品、建材行业

性能参数

测量范围：-100KPa ~0~4KPa...260MPa

过载能力：10MPa以下为量程的2倍，其他为量程的1.5倍 压力类型：表压、绝压

测量介质：适合钛合金和不锈钢的各种高低温液体和气体 综合精度

线性、重复型、迟滞 介质温度：-65~150℃ ±0.1%FS 环境温度：-40~85℃ ±0.25%FS 长期稳定性：≤±0.1%FS/年 ±0.5%FS 补偿温度：-40~120℃ 零点温度漂移 典型：±0.015%FS/℃ 最大：±0.03%FS/℃ 满度温度漂移 典型：±0.015%FS/℃ 最大：±0.03%FS/℃

供电范围：12~36VDC（一般24VDC）

信号输出：4~20mA / 1~5V DC / 0~5V DC / 0.5~4.5V DC 负载电阻：≤(U-10)/0.02 Ω 外壳防护：IP65或IP67 防爆等级：Ex iaⅡCT5 结构材料：膜片：钛/硅-蓝宝石 外壳：1Cr18Ni9Ti 不锈钢

图1.4 蓝宝石传感器

1.4 ADC0809转换器

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片

1．主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。

2．内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 3．外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。

GND：地。

4.ADC0809的工作过程：

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。

（1）定时传送方式

对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式

A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

（3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效。。

图1.5 ADC0809

1.5 键盘输入、数据显示及报警单元

这部分完成报警临界值输入、压力数据在4位数码管实时显示以及若超出规定限度产生报警信号的功能。

由于本系统中单片机的I/O资源紧张，因而只设了三个按键:换位键(SHIFT )、运行键（RUN）和递增键(INCC)。

换位键(SHIFT ):指定4位数码管中对某一位操作;

递增键(INCC):对指定的某一位数码管进行循环加1操作;

运行键(RUN):接受某一位设定值，并脱离该位设定过程转向下一位操作。 89C52采用查询SHIFT和INCC方式输入，RUN以中断方式(/INT 1)与89C52相连。

1.7 DAC0832转换器 主要特性参数：

* 分辨率为8位； * 电流稳定时间1us；

* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； * 只需在满量程下调整其线性度；

* 单一电源供电（+5V～+15V）； * 低功耗，20mW。 结构：

* D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；

* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； * WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； * IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

* AGND：模拟信号地 * DGND：数字信号地

3.工作方式

DAC0832有如下3种工作方式：

⑴单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。

⑵双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。

⑶直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 CS*，XFER* ，WR1* ，WR2* 均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。

图1.7 DAC0832

1.8 ZXN型新系列气动薄膜双座调节阀

产品说明：

ZXN型新系列气动薄膜双座调节阀采用双导向结构，配用多弹簧执行机构，具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、阀容量大、流量特性精确、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体、蒸汽等介质，工艺参数加如压力、流量、温度、液位保持在给定值。特别适用于允许压差较大，而允许泄漏量也较大的不是很清洁的介质场合。本系列产品有标准型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。产品公称压力等级有PN10、16、40、64；阀体口径范围DN20~200。适用流体温度由-200℃~+560℃，其范围内多种档次。泄漏量标准有II 级或IV级。流量特性为线性或等百分比。

产品特点

顶底、层双导向双座调节阀，工作时稳定性好。

有两个阀芯和阀座，采用“四通”阀体，可以方便地由正装改装成反装，气关阀变气开阀。

阀体按流体动力学原理设计的等截面低流阻流道，额定流量系数大。 不平衡力小，允许使用压差较大。

执行机构采用多弹簧结构，高度减小30%。重量减轻30%。 可调范围大，固有可调比为50%。

ZXNV型波纹管密封型调节阀对移动的阀杆形成了完全密封，堵绝流体外漏。 ZXNJ型调节阀带有保温夹套，用于流体冷却后易结晶、凝固造成堵塞的场合。

零件资料

阀体、阀盖：HT200，50ZG芯、阀座：1Cr18Ni9Ti，司太莱合金堆焊 填 料：聚四氟乙烯，柔性石墨波 纹 管：1Cr18Ni9Ti 填 片：橡胶石棉板、10#、1Cr18Ni9Ti、石棉缠绕垫片 膜 盖：A3

波 纹 膜 片：丁晴橡胶夹增强涤纶织物 弹 簧：60SiMn

阀杆、推杆：2Cr13、1Cr18Ni9Ti 衬 套：2Cr13

软密封阀芯：增强聚四氟乙烯

技术参数

公称通径DN（mm） 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 19.4 30.3 48.3 75.9 121 193.6 302.5 484 759 额定流直线 12.1 量系数 等百分11 17.6 27.5 44 69.3 110 176 275 440 693 比

（KV） 额定行程L（mm） 16 膜片有效面积Ae280 （cm2） 公称压力PN（MPa） 固有流量特性 固有可调比 25 400 40 600 60 1000 1.6、4.0、6.4 直线、等百分比 50 信号范围20~100、40~200、20~60、60~100、80~240 Pr(KPa) 气源压力0.14~0.4 Ps(MPa) 允许泄漏量II级（5×10-3×阀额定容量） IV级（10-3×阀额定容（l/h） 量） 常温-20~200、-40~250、-60~250 型 散热-40~450、-60~450 工作温型 度t高温（℃） 450~650 型 低温-60~-100、-100~-200、-200~-250 型 本产业性能指标贯彻GB/T4213-92标准 允许压差:

膜片有胶面积Ae(cm2) 280 400 600 1000 信号范围Pr(KPa) 20-100 40-200 20-100 40-200 20-100 40-200 20-100 40-200 气源压力Ps(MPa) 0.14 0.25 0.14 0.25 0.14 0.25 0.14 0.25 需配附件 公 称 通 径 DN 50 40 25 32 15 20 25 25 32 40

- P - P - P - P 12 5.57 6.40 6.16 6.40 5.57 6.40 6.16 6.40 4.90 6.40 6.16 6.40 4.90 6.40 3.90 6.40

（mm） 65 及 阀 座 直 径 d (mm) 125 100 80 32 40 50 4.48 6.40 3.90 6.40 4.48 6.40 3.63 6.40 4.48 6.40 3.63 6.40 2.90 6.40 65 50 65 70 65 70 3.85 6.40 2.89 6.40 3.85 6.40 3.20 6.40 3.85 6.40 3.20 6.40 150 100 125 100 200 125 150 100 200 125 150 3.85 6.40 3.20 6.40 1.60 4.81

连接标准

法兰标准： 铸铁法兰按JB78-59 铸钢法兰按GB9113-88 、JB/T79.1-94

法兰密封面型式：PN10、PN16为凸面； PN40 、PN64为凹凸面、阀体为凹面。 结构长度按GB12221-89标准

薄膜执行机构气信号接口：内螺纹M16×1.5 夹套保温型夹套载热体接口：对焊φ18×4

阀体法兰及法兰端面距离可以按用户指定的标准制造. 如：ANSI、JIS、DIN等标准

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