基于ADuC812的温度、压力监测系统

基于ADuC 81 2的 Testing& Automatization 设计了一种以数据采集芯片ADuC812为核心的现代数字监测系统，用以实时监 测锅炉运行时其内部的温度、压力，且测量结果采用数字显示，便于观察。 本系统主要由ADuC812单片机、8279键盘、驱动器、一体化压力、温度变 送器等部分组成。再加上采用超限报警装置，增加了安全系数。 余永辉 何道清 裴宏 西南石油学院 髑 暑 在工业生产中，为了正确地指 导生产操作、保证生产安全、保证产 品质量和实现生产自动化，一项必不 可少的工作是准确而及时地检测出生 产过程中的各个参数，例如温度、压 力、物位、流量等。锅炉控制装置，其 主要任务是保证锅炉的安全、稳定、 经济运行 ，减轻操作人员的劳动强 度。采用微计算机控制，能实现对锅 炉进行过程中的自动检测、自动控制 等多项功能。锅炉微计算机控制，是 近年来开发的一项新技术，它是微型 计算机软件 、硬件、自动控制、锅炉 节能等几项技术紧密结合的产物，用 微机进行控制是一件具有深远意义的 工作。 锅炉温度、压力监测有三种方 案。第一种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是使用现成的检测设 备，这种方案的优点是系统完成速 度快，缺点是初期投资比较大 ，而 且报警算法不易实现和更改。第二 种方案是使用微型计算机系统构成检 测系统 ，它的优点是系统开发周期 短，缺点是初期投资比单片机系统稍 大，在较为简单的系统中若采用计算 机直接监控，则显 “大马拉小车”。对 于较为复杂的系统最优方案应选为由 单片机构成一次监测，通过通讯接口 和计算机相连，由计算机实施高级监 控。第三种方案是用单片机，采用该 方案的优点是资金初期投资少。综合 考虑，选择第三种方案。我们研制了 一 种以采集芯片AduC812为核心的多 路数据采集系统 ，该系统能实现温 度 、压力自动检测和显示。 压力和温度监{昊I系统组成 压力和温度监测系统是采用数据 采集芯片ADuC812为核心的微机系 统，是一个全自动的锅炉蒸汽压力和 温度监测系统。它由6个部分组成： ADuC812单片机、驱动器、8279键盘、 显示器接口、一体化温度变送器，一 体化压力变送器，显示报警电路。系 统组成结构框图如图 1所示。 ADuC812的A D转换的 实现 ◆ 概述 ADuC8 1 2是美国模拟器件(AD)公 司最新推出的单片机，内核与8051兼 容。在单个芯片内集成了高性能的自 校准8通道ADC，2个 l2位DAC，片 www．ChinaECD．net 2005．7电子元器件主用 77 维普资讯 http://www.cqvip.com O ] Testing&Automatization 温度 压力 图 1 系统组成结构框图 内还带有8 KB的闪速／电擦除程序存储 器、640 B的闪速，电擦除的数据存储 器256 B的SRAM、看门狗定时器和电 源监视器。在外围接口上， ADuC812 带有 32个可编程I／O口，包括UART 串行口I／O，与I2C兼容的SPI串行I／O。 ADuC812不需要购买专用的单片 机开发系统，只需要有Quick Start软 件包 ，就可以通过串口从微机直接 把程序代码写人ADuC812的程序存储 器中。Quick Start开发系统是一个功 能完善的ADuC812单片机系列开发软 件包，可以从 AD公司下载，也可 在国内代理商网站下载。 ◆ 模拟输入信号处理 ADuC812内A／D转换器的2．5 V基 准电压既可由片内提供，也可由外 部基准经 引脚提供。由于片内基 准高精度、低漂移且经工厂校准，因 此本系统采用内部2．5 V电压基准。 ADC正常工作的模拟输人范围就为 0～+2．5 v，而允许输人的电压范围只 能为正电压0～+5 V。实验证明，若 输人的模拟电压超过+2．5 V(最大值为 +5 V1，ADC的采样结果为最大值 (0FFFH1，虽然结果不对，但并没有 影响 ADuC812正常工作；一旦输人 负的模拟电压，则会影响ADuC812正 常工作，表现为 ADC的基准电压 ( =+2．5 V)消失和采样结果不正 确，且若长时间输人负电压，将有 可能损坏芯片。 ‘ 温度、压力传感器我们选择一 体化的电流输出型的变送器 ，输出 信号为标准的4～20 mA，电源电压 选用 24 V。这样，当回路中通过 4～20 mA的电流时，经过 125 n精 密电阻采样后的模拟电压输人范围是 0．5～2．5 V。模拟量输人原理图如图2 图2模拟输入原理图 ◆ 系统软件设计 应用软件设计采用模块化程序设 计方法。应用软件的组成可分两部 分：主模块和公共子模块。主模块 是整个应用软件的统帅。它存放在 ROM中，自0000H单元起，系统上电 复位后便执行。ADCON0是温度传感 器送来的信号，ADCON 1是压力传感 器送来的信号。单片机分时采样，每 个通道连续采样4次，读取A／D转换 的值并进行数字滤波，标度转换，根 据每个物理量相应的测量计算公式将 其转换成蒸汽温度、压力(用于显示) 的具体数值。如果温度低于低温报警 温度设定值，则显示低温报警，压力 超过设定值时显示压力报警。 ◆ ADuC81 2数据采集子程序 $M0D8l2 0RG 0000H LJMP MAIN MAIN：MOV CHAN,#00H ’从通道 0开始 SETB RS1 ’用工作寄存器组 2 CLRRS0 MOVR0，#40H ’数据存储首地址 40H 78 电手元器件主用 2005．7 www．ChinaECD．net MUVR3．#04H ’每个通道连续采样 4次 ORG 0033H MOV @R0．ADCDATAL ’A／D转换结果的低位字节存放寄存 器 R0 INCR0 MOV@R0．ADCDATAH DJNZ R3，START ’判断4次转换完没有? LJMP CHANG INCCHAN ’选择另一通道 MOVR3，#04H ’重新设定连续采样4次 RETI ORG 0O4BH START：MOV ADCCON1，#64H ’写ADC的控制字 MOV ADCCON2．#CHAN SETBEA ’开 中断 SETB EADC ’开 ADC中断 SETB CCONV 启动连续转换 CHANG：⋯⋯ ’转数据处理(中值滤波，标度转换子 程序) END ◆ 抗干扰措施 抗干扰措施有硬件措施和软件措 施。一个成功的抗干扰系统是由硬 件和软件相结合构成的。 ◆ 硬件措施 11良好接地，系统既有模拟电 路又有数字电路，因此数字地与模 拟地要分开，最后只在一点相连 ， 如果两者不分，则会互相干扰。 维普资讯 http://www.cqvip.com 2)模拟电压输入前进行低通滤 波，滤除输入信号的高频噪声，为了 防止前端异常信号损坏器件用2个二 极管作为过压保护电路 (见图2)。 3)配置去耦电容器，原则上每 个集成电路芯片都应安置一个0．01 F 的陶瓷电容器，这样可以消除大部 分高频干扰。 4)硬件看门狗的使用 ◆ 系统软件的抗干扰 在本设计中，软件抗干扰技术 用了数字滤波技术，以消除模拟输入 信号的噪声；程序运行混乱时使程序 重人正轨的方法。针对后者提出一种 有效的软件抗干扰方法：CPU取指令 过程是先取操作码，再取操作数。当 PC受干扰出现错误，程序便脱离正常 Testing&Automatization 轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令， 若取指令时刻落在操作数上，误将操 作数当作操作码，程序将出错。若“飞” 到了三字节指令，出错机率则更大。 在关键地方人为插入一些单字节 指令，或将有效单字节指令重写称为 “指令冗余”。通常是在双字节指令和 三字节指令后插入两个字节以上的 NOP。这样，即使乱飞程序 “飞”到 操作数上，由于空操作指令NOP的存 在，避免了后面的指令被当作操作数 执行，程序自动纳入正轨。 此外，对系统流向起重要作用的 指令如RET、RETI、LCALL、UMP、JC 等指令之前插入两条NOP，也可将 “乱 飞”程序纳入正轨，确保这些重要指 令的执行。 总结 ADuC812单片机具有丰富的片内 资源，在系统设计时具有很大的灵活 性，同时具有8051内核，对于熟悉8051 单片机的用户，在产品设计、升级方 面可以大大缩短开发时间。温度 、压力 ． 监测系统，具有使用元器件数量少、体 积小、抗干扰能力强、性能稳定可靠等 特点，可以在应用过程中推广。田皿I 参考文献 [1】 李刚，ADuC8XX系列单片机原 理与应用技术．北京航空航天大 学出版社．2002．1． [2】 胡乾斌，李光斌，李玲 ，甘锡 英．单片微型计算机原理与应用． 武汉 ：华中理工大学出版社． 1996． 9—10． ( 接第74页) DB15(最高有效位) PDl IPD0 IDl3 IDl2 IDl1 IDlO l D9 l D8 I D7 l D6 I l l I竺l l !l — — · — - — - - - - — - - - - - - - - — — - - - — - - - - - - - - — - — 图3 输入移位寄存器的数据格式 ◆ 典型接口电路 飞利浦公司 (PHILIPS)生产的 80C5 1型单片机在微控制器领域有着 十分广泛的应用，而AD5641的通用 3线串口可方便与其接口。图4给出 了AD5641型与80C5 1型单片机传输数 据的接口原理。当RxD信号驱动 AD5641的串行数据线 (DIN)时， T x D 信号用来作 为串行 时钟 线 图4 AD5641与80C51的接口 (SCLK)的驱动信号。当数据传输到 AD5641时，P3．3应被置为低电平。因 为 80C5 1是以8位数据 (1个字节 ) 作为数据传输的单位 ，所以传输周 期只经历 8个时钟的下降沿。为了 将数据加载到转换器 ，当前 8位数 据 (1个字节 )传输完毕时，P3．3就 应该置为低电平，启动 1个新的写 周期以传输下 1个字节 (8位 )。当 完成 1个写周期后，P3．3即变为高 电平。传输数据时，80C51先输出数 据的最低有效位 (LSB)，而AD5641 则只能先接收数据的最高有效位 (MSB)，这一点是在对 80C51编程 结束语 AD5641采用SC70型封装，接口 简单，使用方便、灵活，便于精密 输 出控制 ，同时又具备很低 的功 耗。该电路具有很强的实用性，能够 满足当前系统对低功耗、小封装和 低成本的要求 ，为大批量应用提供 优秀的解决方案。田皿 [1]Analog Devices Instruments．1lano DAC D／A in SC70 Package· AD5641[Z]．2004，6—12． [2] 刘书明．高性能模数与数模转换 器件．2000，31-39． [3】 周立功．增强型80C51单片机速 成与实战．2003，127—156． [4】 张友德．飞利浦80C51系列单片 机原理与应用技术手册．1992， 42．56． www．ChinaECD．net 2005．7 电子元器件主用 79 维普资讯 http://www.cqvip.com