基于P87C591单片机的管道气体检测系统设计

基于P87C591单片机的管道气体检测系统设计

徐鹿眉

(黑龙江工程学院󰀁黑龙江哈尔滨󰀁150050)

摘󰀁要:应用P87C591单片机对管道气体检测系统进行设计,检测项目包括温度、压力和流量,并且具有设置检测参数和显示测量值的功能。管道气体检测系统的设计充分利用了P87C591的软、硬件资源,通过I2C总线组成了测量系统。系统适用于测量点多、测量精度要求高的场合,且易于扩展。

关键词:单片机;温度;压力;流量

中图分类号:TP206+.1󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1004373X(2006)1200602

DesignofthePipelineGasMeasuringSystemBasedonP87C591

XULumei

(HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin,150050,China)

Abstract:P87C591isappliedinthistext,andsinglechipisdesignedtothepipelinegasmeasuringsystem,themeasuringitemincludestemperature,pressureandflow,possessesthefunctionsettingupthecheckoutparameterandshowingthemeas-urementvalue.ThedesignofpipelinegascheckoutsystemhasfullyusedsoftandthehardwareresourcesofP87C591.Throughtotalthreadhasformedthemeasurementsystem.Thesystemissuitableinmeasurementprecisionhighoccasionofrequire-ment,thehighandresistedinterferenceabilityofreliabilityisstrongandeasytotheexpansion.

Keywords:singlechip;temperature;pressure;flow

󰀁󰀁管道气体检测在医药、化工和食品等工业领域应用非常广泛,管道内流动的气体不同,其温度、压力和流量等指标都会有所不同。管道气体的检测信号种类多,测量点数多,对检测系统要求较高。

SDA,另一根是时钟线SCL,支持所有的NMOS,CMOS、IC工艺制造的器件。所有连接到IC总线上的器件的串行数据都接到SDA线上,各器件的时钟都连接到SCL上。

I2C总线系统如图1所示,I2C总线是双向I/O总线,通过上拉电阻接正电源,当总线空闲时,两根总线均为高电平,连接到总线上的器件的输出级必须是开漏或集电极开路,任一器件输出低电平,都将使总线信号变低,即各器件的SDA是󰀁与󰀁的关系,SCL也是󰀁与󰀁的关系。I2C总线芯片有A/D转换器MAX128、静态RAMPCF8570,EPROM24LC16和液晶显示驱动器PCF8577等。

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1󰀁管道气体检测系统的硬件设计

本系统采用基于I2C总线的单片机系统,通过I2C总线将分散于管道网路上的各种传感器组成网络,实现高可靠性、高精度和多功能的检测。可进行上、下限参数设置,测量值可通过液晶显示器显示。

1.1󰀁单片机选型

单片机选择Philips公司的P87C591单片机,与80C51单片机完全兼容,其具有16kB内部程序存储器,512B片内数据存储器,6路模拟输入的10位ADC,1个

片内看门狗定时器,带硬件IC总线接口等。如果单片机不带IC总线接口,可由软件进行模拟,必须通过软件不断监视总线状态,会占用大部分工作时间。所以本系统单片机选择带有硬件I2C总线接口的P87C591。

图1󰀁I2C总线系统示意图

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1.2󰀁IC总线系统设计

I2C总线是由Philips公司推出的一种串行总线,近年

来应用较多。他只有2根信号线,一根是双向数据线

收稿日期:2005

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2󰀁传感器设计

管道气体检测涉及多方面待测信号,有温度、压力和流量,通过传感器以一定的精度把被测量转换成与之有确定对应关系的、便于应用的电信号。下面分别介绍3种传感器。

6《现代电子技术》2006年第12期总第227期

2.1󰀁温度传感器

气体温度测量范围0~1000󰀁,敏感元件选用镍铬镍铝热电偶(分度号为K),高温段测量误差约为0.4%~1%。镍铬镍铝热电偶具有线性好、精度高、价格适中等

优点。图2为用PN结温度传感器(硅二极管D3)进行冷端补偿的线路。输出电压为0~5V,送给MAX128进行A/D转换,后经I2C总线传送给P87C591单片机。

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新型元器件󰀁

(读)。每个字节必须为8位长度,每个字节后必须跟一个应答位。每次传送的字节数据不受,数据传送总是由主设备产生的结束信号来终止。IC总线只有一根数据线,不另接地址线或外设片选线,只是利用启动信号后的前几个字节数据传送地址信息及控制信息。地址的选择和数据的传送问题解决后,控制系统软件问题就基本完成了。

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图3󰀁补偿线路和线性输出电路

图2󰀁冷端补偿线路

2.2󰀁流量传感器

流量传感器选择压电式涡街传感器,其是利用卡门涡街原理设计而成的。压电材料是铌酸锂晶体,时间稳定性好、居里点高,适于高温。压电元件前置放大器的输入电阻应极高,前置放大器可以放大压电元件的微弱电信号并

把高阻抗输入变换为低阻抗输出。前置放大器一般有电压放大器和电荷放大器2种形式,其电路非常简单,这里就不做介绍。前置放大器输出电压是0~5V。

图4󰀁数据传送过程

4󰀁结󰀁论

管道气体检测系统的设计充分利用了P87C591单片机的软、硬件资源,通过IC总线组成了测量系统。系统适用于测量点多、测量精度要求高的场合,可靠性高、抗干扰能力强、易于扩展。如果测量点数目增加,增加传感器和A/D转换器数量。如果A/D转换器增加过多,也可增加一个单片机作为IC总线第二主机,这样其功能会大大提高。

参󰀁考󰀁文󰀁献

[1]何立民.I2C总线应用系统设计[M].北京:航空航天大学出

版社,2003.

[2]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:航空航天

大学出版社,2002.

[3]李军.51系列单片机高级实例开发指南[M].北京:航空航

天大学出版社,2004.

[4]求是科技.PIC单片机典型模块设计实例导航[M].北京:人

民邮电出版社,2004.

[5]黄贤武.传感器原理与应用[M].第2版.成都:电子科技大

学出版社,1999.

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2.3󰀁压力传感器

压力传感器采用霍尔压力传感器,他是由弹性膜盒将被测压力变换成位移。霍尔元件固定在膜盒的自由端上随弹性膜盒一同移动。霍尔元件在线性变化的磁场中移动

时,将输出霍尔电势。他选择砷化镓霍尔元件,不等位电势小,稳定性和线性度优良。图3是霍尔元件应用时的补偿电路和线性输出电路,Vo为0~5V。

3󰀁管道气体检测系统软件设计

系统软件用于完成气体温度、流量和压力信号的采集、传送、处理、测量参数设置、测量数据显示等功能。包括主程序、初始化子程序、信号采集子程序、数据处理子程序、键盘/显示子程序和通信子程序等程序。控制系统软件设计中的关键部分是P87C591单片机与IC总线芯片间的通信程序,完整的数据传送过程如图4所示。

开始信号以后送出一个从设备地址,地址为7位,第8位为方向位(读/写),󰀁0󰀁表示发送(写),󰀁1󰀁表示请求数据

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作者简介󰀁徐鹿眉󰀁1975年出生,黑龙江工程学院电子工程系,讲师。

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