电子课程设计实训报告传感器06.docx

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电子课程设计实训报告传感器06

实习/实训总结报告

实习/实训名称：

传感器技术实训

实习/实训地点、时间：

彩电实验室2010.6

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师姓名：

完成时间：

2010年6月25日

一、实习/实训目的

1.通过实训，培养学生动手能力，电子产品的维修、调试开发能力。

2.提高学生《传感器应用》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机应用》等知识的综合运用能力。

二、实习/实训主要内容

1.熟悉《电缆自动充气控制系统》的应用、整机的原理、设计思想、技术指标。

2.对《电缆自动充气控制系统》进行硬件调试、故障判断、参数测试、软件调试

三、实习/实训具体内容及过程记录（图、表或程序等）

1.分析整机电路原理、各个模块功能及相互关系。

1.1该电缆自动充气控制系统由五个模块构成，分别是信号采样模块、调理电路模块、A/D转换模块、微处理器模块、键盘显示模块。

这五大模块完成了数据采样、数据处理、反馈控制、数据显示、输出压力上下限的设定等功能。

硬件电路原理框图如（图1）所示。

（图1）

1.2该系统的硬件结构图如（图2）所示：

（图2）

工作原理：

本控制系统使用以AT89C51为核心的控制器。

输入通道由压力传感器、湿度传感器、温度传感器及传感器调理电路组成。

4051芯片是八选一多路开关，由89C51的P1.0、P1.1、P1.2作为地址选择线，分时选择输入信号，完成了多路传感器信号的选择。

所采集的信号经过模数转换器ADC0804,由P0口进入89C51进行数据处理，并进行判断，从而发出控制命令。

湿度传感器采样的湿度信号经变频电路，变成频率信号进入89C51的T1。

上电复位及电源监视功能由MAX813L完成，从而使微处理器可以在发生故障或低电压时安全复位。

24C02为数据存储器串行E2PROM用来存储键盘设定压力的上下限值，和其他需要修改的数据。

通过74LS244缓冲器扩展四个功能按键。

通过74LS374锁存器扩展了一片2003用来驱动固态继电器，从而达到了控制各电磁阀门的目的。

显示驱动由3片7218A组成，7218A采用COMS工艺，每片能够驱动8位共阳LED显示，内含8×8位静态RAM及译码器，驱动电流为200mA，从而实现了20位的数字显示。

传感器采集到的各种模拟信号，经放大调整后进入模∕数转换器AD0804，然后进入主机。

湿度传感器经过调整的信号量为数字量可直接进入主机的T1口，主机部分将采集到的各种信号量进行数据处理，并进行分析判断，最后控制压缩机的开或停，并控制四个固态继电器，用来启动相应的电磁阀，这四个电磁阀的其中两个是气体干燥器，一个是排水阀，一个是排气阀。

压缩机工作时启动时两个干燥器（分子筛）按３０秒左右时间间隔轮番工作，源源不断的向电缆内充入干燥气体，当储气罐的气体压力达到或超过5500hpa或气缆内气体压力达到750hpa时，压缩机自动关机，如果出现下列情况之一，应发出紧急告警信号。

（1）交流电源电压大于250Ｖ或小于180V

（2）压缩机工作温度大于75℃

（3）供气设备内气体压力大于设定值（750hpa）

（4）充入供气设备内的气体相对湿度大于5％的时间超过2小时

（5）压缩机连续工作时间大于250秒

发生紧急告警时，压缩机停止工作，机器通过通讯模块可以利用电话、手机、BP机等通知工作人员到现场处理。

非紧急告警有下列四项，储气罐压力低于设定值350hpa，输出气体湿度高于5％，机器维护时间等到。

这些告警信号通过面板上相应的发光二极管来指示，并不影响机器的正常工作。

外扩的一片串行E2PROM，用于储存压缩机连续工作时间和一些历史记录，以及对各传感器采集的数据进行非线性校正时所需的函数插值点，这些点可以通过面板上的键盘很方便进行修正。

显示板可显示6种功能，即储气罐压力、输出压力、气体相对湿度％RH、充气时间、放气时间、压缩机连续工作时间。

各片的写允许信号由主机板74LS32提供，当选通相应芯片时，89C51即可向7218A写入显示的数据。

1.3整机电路详细电路图及功能原理。

1.3.1主功能控制模块如（图3）：

（1）在实训实际硬件装置中，上电复位控制、看门狗和串行E2PROM三种功能由X5045P芯片实现。

另外，X5045P芯片还有电源电压监控。

具体功能如下：

（a）上电复位控制。

在对X5045通电时，ERSET引脚输出有效的复位信号，并保持至少200ms，使CPU有效复位。

（b）看门狗定时器。

芯片内部状态寄存器的WD1、WD0是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令WRSR修改这2个标志位，就能在3种定时间隔中进行选择或关闭定时器。

对看门狗的复位由CS输入电平的下降沿完成。

WD1、WD0组合的含义如下：

WD1WD0看门狗定时值

001.4s

01600ms

10200ms

11禁止看门狗工作

（c）串行E2PROM。

芯片内含512字节存储单元，10万次可靠写，数据保持时间100年。

XICOR设计了3种保护方式防止误写。

包括：

WP写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的BL1、BL0位的设置，可以选择对不同的存储区域进行写保护；在进行任何写操作前都必须打开写使能开关，而且在上电初始化写操作完成时，写使能开关自动关闭。

显然，在几方面的保护之下，产生误写的可能性极小，BL1、BL0组合的含义如下：

BL1BL0写保护的单元地址

00没有保护

01180H～1FFH

10100H～1FFH

11000H～1FFH

（图3）

（2）4051在电路中功能及使用。

4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。

当“INH”=1时，各通道均不接通。

此外，4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。

例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。

通过TA98C51芯片软件设置地址码，输出端输出输入通道对应一模拟量。

经过模数转换器ADC0804，转换为二进制信号，输入单片机。

（3）LN2003也是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平，继电器得电吸合。

1.3.2气压信号采集传感器控制模块如（图4）：

采集的压力信号经放大器集成芯片LM124对其放大，输出接4051输入端。

其中，LM258输出稳压供传感器工作。

（图4）

1.3.3数码管及LED驱动模块如（图5）：

ICM7218A构成的8位LED动态显示电路。

采用软件译码使显示器显示。

（图5）

1.3.4数显及各功能信号LED灯指示模块。

输出显示ICM7218A译码结果。

2.进行硬件调试，记录调试内容、数据、故障现象和解决方法。

2.1静态调试。

先断电测量，用万用表等工具，据硬件原理图，检查连线，元件型号及规格是否合乎要求，特别注意电源系统的检查；然后加电检查，测量各点电平是否正常。

其中，检测出是4051芯片是双电源芯片，其余为单电源芯片。

2.2接通电源，在联机仿真和在线动态调试中，结合软件设计，进一步排除硬件设计的错误，以及调试有关器件，直到设计的参数要求。

经检测，可知所有芯片都是+5V电压供电，除LM258芯片是12V电压供电。

调试温度传感器AD590电位器，经计算，70℃对应输出电压调至3.6V。

再调节其它电位器，输出合理的显示结果。

3.绘出软件主程序流程图。

软件是该控制系统的指挥中心，它控制完成了各种预定的功能及数据的运算和处理。

通过软件编程控制多路转换开关，实现各控制单元的自动控制及显示，该控制系统软件主程序、中断服务程序、数据处理子程序、显示子程序、键盘扫描子程序等组成。

在主程序中完成了系统初始化，系统控制，紧急报警等功能。

中断服务程序中完成了数据采集功能。

数据处理子程序中包括BCD码转换子程序，BCD码多字节加、减、乘、除运算子程序，非线性校正子程序，延时子程序等。

这里给出主程序控制流程如图（图6）所示。

为了提高系统的可靠性与性能指标，在软件设计上采取了以下措施。

（1）采用模块化结构设计，并在每个模块中采用了软件冗余技术。

（2）采用线性插值法来补偿传感器采集信号的非线性。

（3）为了提高系统的可靠性，防止程序飞掉，我们还设计了“看门狗”程序

（4）为了提高采样的可靠性，保证系统的稳定性，在不增加硬件的基础上，采用中值滤波法进行数字滤波。

（图6）

四、实习/实训总结及分析

1.通过此次传感器技术综合实训，使我深刻认识到传感器技术、数字电子技术、模拟电子技术以及单片机等基础理论认识如何应用到实践中。

在整个课程项目的设计过程中，我们遇到了许多困难和问题，但是凭着良好的心态和不放弃的精神，我们最终顺利完成这次实训。

2.在任何应用系统设计中，硬件是系统的基础。

单片机系统硬件综合性设计是重点，也是难点。

因此，要注重硬件设计学习。

同时要有扎实的理论基础知识。

同时，也要兼顾单片机软件设计的学习，单片机系统综合设计达最优化。

3.另外，系统硬件测试与调试，是保证质量产品的重要环节。

其中，理解其原理是关键。

五、实习/实训设备

数字万用表，稳压电源，电缆自动充气控制硬件系统

六、参考/实训资料

[1]胡宴如.高频电子线路[M].高教出版社.2001.9：

12-19

[2]卢屹.数字锁相环的参数设计及其应用[J]通信技术2001，（9）：

12-15

成绩评定表

指导教师评定

平时表现

总结报告

验收

及

考核情况

总评

评定成绩：

指导教师：

实习/实训考核小组评定

评定成绩：

实习/实训负责人：

年月日