一種簡(jiǎn)易可靠的電纜充氣機(jī)壓力檢測(cè)系統(tǒng)

郭永欣 王夕英

(濰坊工商職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262234)

由于一些內(nèi)置電纜的地下管道鋪設(shè)密封不良，大量的潮氣滲入到電纜內(nèi)，使有些密封不好的電纜長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，久而久之，電纜就會(huì)被氧化腐蝕，導(dǎo)致電纜不能正常工作。為保持電纜的干燥和質(zhì)量，我國(guó)大部分地區(qū)都是使用充氣維護(hù)的方法，收到了較好的效果。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的充氣機(jī)壓力檢測(cè)系統(tǒng)，能夠完成壓力的檢測(cè)、顯示、報(bào)警功能，且安裝簡(jiǎn)單方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、可維護(hù)性好。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，各分電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下：

1.1 壓力檢測(cè)

壓力的檢測(cè)采用壓力傳感器26PCDFA6G，它是最低價(jià)格的帶溫度補(bǔ)償和校正的小型封裝壓力傳感器，該系列壓力傳感器可以測(cè)量負(fù)壓和正壓，其導(dǎo)電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導(dǎo)線粘結(jié)和帶狀連接，增加了介質(zhì)的測(cè)量兼容性。

26PCDFA6G壓力傳感器檢測(cè)到壓力值后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大電路對(duì)電壓信號(hào)放大后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

數(shù)模轉(zhuǎn)換器選用德州儀器公司（TI）的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543，該芯片使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，其特點(diǎn)主要有：12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間；11個(gè)模擬輸入通道；3路內(nèi)置自測(cè)試方式；采樣率為66kbps；線性誤差±1LSBmax；有轉(zhuǎn)換結(jié)輸出EOC；具有單、雙極性輸出；可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)。

1.3 精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓器電路

TI公司生產(chǎn)的TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置S到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。其三個(gè)引腳分別為陰極C、陽(yáng)極A、參考端R，TL431大多采用DIP-8封裝形式，陽(yáng)極使用時(shí)需接地，陰極需經(jīng)限流電阻接正電源；UREF是輸出電壓Uo的設(shè)定端，外接電阻分壓器。

1.4 顯示與按鍵電路

顯示器采用七段LED顯示器，這種顯示器有共陰極和共陽(yáng)極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示器的陽(yáng)極接+5V電源。

LED顯示方式有靜態(tài)方式和動(dòng)態(tài)方式。靜態(tài)顯示占用硬件多，所需要的I/O接口太多。動(dòng)態(tài)顯示是將所有位的段選線并接在一個(gè)I/O接口上，共陰極端或共陽(yáng)極端分別有響應(yīng)的I/O接口線控制。動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描方式），利用人的視覺(jué)滯留，對(duì)每一位顯示器每隔一定時(shí)間點(diǎn)亮一次。即從段選線I/O接口上按位次分別送所要顯示字符的段選碼，在位選控制口上也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位（共陰極送低電平，共陽(yáng)極送高電平），選通的位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時(shí)，未選通位不顯示字符（保持熄滅）。這樣，對(duì)各位顯示就是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。從計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程來(lái)看，在一個(gè)瞬間只有一位顯示字符，而其他位都是熄滅的，但因?yàn)槿说囊曈X(jué)滯留，這種動(dòng)態(tài)變化是覺(jué)察不到的，從效果上看，各位顯示都能連續(xù)而穩(wěn)定地顯示不同的字符。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)每一個(gè)按鍵都有一個(gè)編號(hào)，CPU可以采用中斷方式或查詢方式了解有無(wú)鍵輸入，檢查是哪一個(gè)鍵被按下，并將該鍵號(hào)送入累加器A，然后通過(guò)散轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，最后返回到原始狀態(tài)。

1.5 報(bào)警電路

報(bào)警電路分為聲、光報(bào)警兩部分。光報(bào)警由信號(hào)燈組成，信號(hào)燈由P2.6口控制，信號(hào)燈發(fā)綠光表示壓力值正常測(cè)量范圍內(nèi)，信號(hào)燈不停閃爍表示壓力超限。

1.6 監(jiān)控電路

監(jiān)控電路選用帶有串行E2PROM的CPU監(jiān)控器芯片X25045。串行芯片成本低、線路簡(jiǎn)單、工作可靠、占用單片機(jī)口線少。X25045芯片功能包括以下4種：（1）上電復(fù)位控制。在對(duì)X25045通電時(shí)，ERSET引腳輸出有效的復(fù)位信號(hào)，并保持至少200ms，使CPU有效復(fù)位。（2）電源電壓監(jiān)控。當(dāng)電源電壓低于內(nèi)部門(mén)檻電壓VTRIP時(shí)，RESET輸出復(fù)位信號(hào)，直至電源電壓高于VTRIP并保持至少200ms，復(fù)位信號(hào)才被撤消。（3）看門(mén)狗定時(shí)器。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的WD1、WD0是看門(mén)狗定時(shí)設(shè)置位，通過(guò)狀態(tài)寄存器寫(xiě)指令WRSR修改這2個(gè)標(biāo)志位，就能在3種定時(shí)間隔中進(jìn)行選擇或關(guān)閉定時(shí)器。對(duì)看門(mén)狗的復(fù)位由CS輸入電平的下降沿完成。（4）串行E2PROM。芯片內(nèi)含512字節(jié)存儲(chǔ)單元，10萬(wàn)次可靠寫(xiě)，數(shù)據(jù)保持時(shí)間100年。XICOR設(shè)計(jì)了3種保護(hù)方式防止誤寫(xiě)。包括：WP寫(xiě)保護(hù)引腳，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，內(nèi)部存儲(chǔ)單元狀態(tài)寄存器都禁止寫(xiě)入；存儲(chǔ)區(qū)域?qū)懕Ｗo(hù)模式，通過(guò)對(duì)狀態(tài)寄存器的BL1、BL0位的設(shè)置，可以選擇對(duì)不同的存儲(chǔ)區(qū)域進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)。

1.7 電源電路

穩(wěn)壓電源采用常規(guī)的變壓—整流—濾波—穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器選用W7812和W7912三端穩(wěn)壓器，輸出電壓為±12V。

1.8 放大電路

放大電路由運(yùn)算放大器構(gòu)成。雖然不同的運(yùn)放結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于外部電路而言，其特性都是一樣的。運(yùn)算放大器一般由4個(gè)部分組成，偏置電路，輸入級(jí)，中間級(jí)，輸出級(jí)。其中輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路（抑制電源），中間級(jí)采用有源負(fù)載的共射負(fù)載電路（提高放大倍數(shù)），輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)電路（提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力）。

設(shè)計(jì)中由5個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓的放大，其中U6A、U6B將壓力傳感器的差動(dòng)信號(hào)放大后送入U(xiǎn)6D，然后將信號(hào)送入電壓跟隨器U7A，其中，U6C實(shí)現(xiàn)壓力值的調(diào)零，U6B實(shí)現(xiàn)壓力值的調(diào)滿。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖2所示，系統(tǒng)上電后進(jìn)行復(fù)位，轉(zhuǎn)入主程序后先進(jìn)行初始化，然后將檢測(cè)到的壓力信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析，如果壓力值小于0帕，則第三個(gè)LED顯示器顯示“FFF”，如果壓力值大于1000百帕，則轉(zhuǎn)入報(bào)警程序，并且指示燈會(huì)不停閃爍。只有在壓力值大于0帕且小于1000百帕?xí)r，三位LED顯示器才正常顯示壓力值。

結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠完成壓力的檢測(cè)、顯示、報(bào)警功能。且系統(tǒng)體積小，安裝使用方便，有較高的穩(wěn)定性、可維護(hù)性和性價(jià)比。

[1]姜志海，黃玉清等.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005.

[2]樓然苗，李光飛等.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[3]朱蘊(yùn)璞，孔德仁，王芳.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:國(guó)際工業(yè)出版社，2005.