微型计算机控制技术第9章 微型计算机控制系统应用实例

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1、第9章 微型计算机控制系统应用实例 9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用9.3 IC卡智能煤气表的设计9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制9.5 单片机与微机RS-485通信9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统9.7 温度控制系统的设计9.1.1 煤气表机心负压试漏原理1将煤气表出气口密封住，然后打开控制负压的电磁阀，压缩空气高速流经负压阀产生负压，抽出表内的气体，使表内形成负压，则斜管压力计液面上升；2 当抽到设定值时（要求斜管压力计显示270Pa，此液面处设置一个光电管），关闭电磁阀，斜管压力计的液面要继续上升一段，停在一个确定的位置。3如

2、果在规定的时间内（一般要求6s），斜管压力计的液面不回落到光电管位置，则表的密封性合格，否则表的密封性不合格。 9.1 煤气表机心负压试漏中的应用9.1.2 系统的构成检测系统由密封汽缸、定位汽缸、换向汽缸、负压阀、光电检测装置、斜管压力计，以及Intel8031为核心的控制器构成。煤气表机心由二个囊壳通过二个膜片分成四个行腔。定位汽缸保证滑阀盖处于第一点测试位置，测其中二个行腔，换向汽缸保证滑阀盖旋转180处于第二点测试位置，测另外二个行腔。两点测试都合格，则表合格，视为不漏；否则不合格。设: 电磁阀DF1 控制密封汽缸 电磁阀DF2 控制定位汽缸 电磁阀DF3 控制换向汽缸 电磁阀DF4

3、控制负压阀系统的初始状态：所有的电磁阀不得电，红灯、绿灯、都不亮，斜管压力计液面对应标度尺的零点。当按下启动按钮时， DF2得电，定位汽缸下落，压住偏心齿轮使滑阀盖处于第一点测试位置，接着DF1得电，密封汽缸下降，密封住出气口，然后稍延时（延时长短应保证密封气缸和定位气缸到位），这时DF4得电，负压阀工作，斜管压力计的液面往上升，同时单片机检测光电信号。9.1.3 控制原理当液面上升到光电管位置，单片机检测到该信号时，DF4失电，停止抽负压，同时定时开始。若在规定的时间内（取6s）液面不回落到光电管的位置，则第一点测试合格，绿灯亮。DF1失电，密封汽缸抬起，稍微延时后，DF3得电，换向汽缸使滑

4、阀盖旋转180处于第二点测试位置，换向结束后，DF1再得电，密封汽缸压下，压紧后，绿灯灭。DF4得电，又开始抽负压，当液面上升到光电管位置时，DF4失电，停止抽负压，同时定时开始。若在规定的时间内液面不回落到光电管的位置，则第二点测试合格，绿灯亮。DF2先失电，定位汽缸抬起，稍延时后，DF1失电，密封汽缸抬起，DF3失电，换向汽缸回位，同时绿灯灭，自动返回，完成一个测试的工作循环。注：当在规定时间内，液面回落到光电管位置时，则红灯亮，停止检测，表不合格。另外，对于少数表由于漏得严重，在抽负压时，很长时间内（一般取15s）液面也上升不到光电管位置，则红灯亮，停止检测，表不合格。上述两种情况下，系

5、统都不能自动返回，要手动复位。9.1.硬件电路的设计硬件电路由89C51、锁存器74LS373、输入电路、输出电路、光电检测电路、电源电路等构成，如上图（图9-1）所示。1输入回路输入电路如下（图9-2）所示。当AN1没按下时，发光管不发光，接收管不导通，经74LS04反相后变成低电平；当AN1按下时，发光管发光，接收管导通，反相后变成高电平。当计算机检测到3.41时，就执行相应的动作。采用光电耦合器4N25是为了抗干扰。 本系统定时器定时0.1s，其初值计算如下：定时器工作在定时方式，所以每一个机器周期，计数器加，由于每一个机器周期包含12振荡周期，所以计数速率是振荡频率的1/12，由于本系

6、统采用MHZ晶振，所以，0工作在方式时机器周期： 2拨盘开关电路 拨盘开关电路如下页（图9-3）所示，当开始抽负压时微控器89C51由3.7发出读信号，把74LS373锁存的数据经0送到累加器中，再送到寄存器中来控制定时器0定时时间，为增加实时性，采用定时器溢出中断。 则有： (216 X)2us100ms （9-1） 得 X3CB0H 所以 TH03CH TL0B0H 如要定时s即s3CH0.1s，把拨盘开关设置为 3CH即00111100B。图9-3拨盘开关电路3光电检测电路 斜管压力计是有机玻璃制成的，中间钻一个斜长圆管，里面装着白油，压力计背面有一个钻着圆孔的铝板标度尺，发光管和接收管

7、通过支架分别安装在压力计的正面和背面，而且保证发光管、接收管、标度尺上的圆孔，三点在一条直线上。如图9-4所示。图9-4斜管压力计 光电检测电路如图9-5所示，平时发光管始终在发光，通过调节电位器W1使发光管5GLB发出的光最强。由于系统各表面光洁，光的反射量很少，可忽略不计。真正起作用的是折射光。 当没有抽负压时，白油在斜长圆管的最底端，圆孔内是空气，发光管发出的垂直入射光，经交界面后改变了方向，光比较分散，透过标尺圆孔的光很少，结果导致接收管不导通，光电检测电路中为高电平，经74LS04反相变成低电平输入到 P3.5。 相反，当抽负压时，液面上升到光电管位置，圆孔内是白油，但由于白油密度接

8、近于有机玻璃密度，所以发光管发出的垂直入射光，经交界面后，沿直线传播，不改变方向，所以光比较集中，大都透过了标尺上的圆孔，照射在接收管上。结果导致接收管导通，变为低电平，经74LS04反相变成高电平输入到P3.5，当计算机检测到P3.5这个信号时，送出输出信号，关断负压电磁阀，停止抽负压。图9-5光电检测电路4输出回路输出电路如图9-6所示，由89C51的P1控制，输出的低电平信号经74LS240反相驱动后变成高电平，光电耦合器截止，再经4N25转换成+24V高电平，经1413反相驱动后变成低电平，使继电器导通，常开触点闭合，电磁阀得电，汽缸做相应的运动。图9-6输出电路 5软件设计图9-7软

9、件流程图9.2 微型机在阀门定位器中的应用9.2.1 系统工作原理 阀门定位器的控制系统采用的是89C51为核心的单片机控制系统，它接收来自调节器的设定阀门开度的电流信号（420mA），用这个信号与从调节阀阀杆反馈回来的实际开度信号进行比较，如果微处理器得到一个偏差信号，就利用这个信号去控制压电阀，使一定量的压缩空气经过压电阀进入到调节阀的执行机构的气室，推动阀芯移动或转动，从而达到阀芯的准确定位。 阀门定位器的控制原理图如下（图9-8）所示。图9-8 阀门定位器的控制原理9.2.2 系统的控制要求 阀门定位器对单片机控制系统的设计要求 1）能够接受来自调节器的电流信号并能将它转换成为电压信号

10、，能够采集阀位反馈回来的模拟信号；2）能对以上采集到的信号进行运算、整理，最后根据偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉冲来控制压电阀；3）利用数码管能现场显示输入的参数以及阀门开度；4）利用按键能在现场对阀门的工作流量特性的参数，以及阀芯的最大、最小行程等参数进行设定；5）调节阀在自动运行过程中，当阀芯开度大于90%或小于10%时，以及阀芯被卡住时，控制系统能进行报警；6）具有断电保存功能、看门狗功能、电源电压监测功能；7）能够和上位机实现通信，使上位机能够对阀门定位器实现数据的设定、管理，并且可以显示、打印。9.2.3 系统的硬件设计1系统的基本组成2A/D转换电路3键盘、显示器接口电路芯片

11、Intel8279与 89C51的连接电路4压电阀控制电路5电源监测电路及RS-232接口转换电路 图 9-9 单片机控制系统电路原理图1调节阀开度显示的设计系统设计中要求0100%的阀门开度，而通过A/D转换后得到的是0255的数，因此进行线性的标度变换，采用如下公式来把A/D转换的数据换算成阀门的开度。hHhXK100% （9-2） 其中：X为电位器动触点输出的转换后的实际值；H为电位器动触点最大行程时输出的转换后的值，其默认值为255；h为电位器动触点最小行程时输出的转换后的值，其默认值为0。9.2.4 软件设计通过公式（9-2），我们可以为阀门定位器的电位器在现场与阀芯反馈杆的连接带来