智能工业双光柱数显表.ppt

学年设计 智能工业双光柱数显表,哈尔滨理工大学自动化系 2010.1,目录,Ch1. 任务描述 Ch2. 总体方案设计 Ch3. 硬件电路设计 Ch4. 电路板焊接和测试 Ch5. 软件设计 Ch6. 仪表组装 Ch7. 综合调试 Ch8. 进度安排,Ch1 任务描述,目的意义,工业控制中，经常要对各类模拟量信号进行采集和显示。工业现场大多数的模拟量信号都经过变送器转变为DDZIII型仪表的标准信号420mA，因此能够以多种方式显示模拟量的智能工业数显表具有普遍的需求。,Ch1 任务描述,技术指标,四通道模拟信号输入，精度0.5级； 模拟量输入信号类型：05V，15V，420mA，010mA； 显示方式2种：双排数码管，双光柱 带有按键，用户可以配置必要的信息； 具有报警功能，报警输出方式为继电器触点； 具有RS485通讯接口； 带有1路420mA的变送输出； 配置可编程并保存，配置信息包括模拟量通道类型，模拟量量程，报警上下限等； 仪表供电电源为220V/0.2A 标准工业仪表外壳，开孔尺寸76152mm,Ch2 总体方案设计,一、CPU选型,分析技术指标可以看出，仪表的功能虽然很多，但是工作并不复杂，都是常用的功能，对CPU的要求不高，而且对实时性要求也比较宽松，因此选择价格低廉、工作可靠、资源充足的单片机即可完成设计任务。 可以选择的单片机包括： AT89S52：标准52系列单片机，内部有程序存储器 STC89C52RC：增强型52系列单片机，支持ISP编程,Ch2 总体方案设计,二、多路模拟量选通和信号调理,仪表可以输入4路模拟量信号，这4路模拟量信号都要进入AD转换器，因此要选用模拟开关。 选择双4选1的模拟开关CD4052，通过单片机的IO引脚选择通道。 模拟信号进入CD4052之前要进行必要的处理： 低通滤波：RC低通滤波器，滤除高频干扰 信号量程转换：转换为AD转换器的量程以内,Ch2 总体方案设计,三、AD转换器,仪表对实时性没有提出具体要求，因此显示刷新速度200ms一次即可。 显示仪表应该对干扰具有较强的抵抗能力。 可以选择双积分式的AD转换器，这类转换器虽然转换速度不快，但是抗干扰能力强。 可以根据双积分AD转换器的工作原理，仅使用其转换完成引脚的信号，具体的转换计数功能由单片机定时计数器和软件协调完成，从而简化电路设计。 选择ICL7135 考虑AD转换器的参考电源、供电电源、量程和时钟信号,Ch2 总体方案设计,四、显示方案,共阳极光柱2条，为1010点阵式，分左右显示。 共阳极数码管共8只，分上下2排显示。 考虑到显示器件较多，如果选择静态显示方式，则需要扩展大量的元件，而且功耗增加很多。 由于52系列单片机内部有3个定时器，因此可以使用其中一个作为动态显示的刷新定时用。 动态显示的数据共1010828位，需要4个锁存器进行数据锁存，并由CPU的IO脚控制锁存信号。 动态显示的位共10位，可以采用416译码器产生位选通信号； 考虑到单片机的负载能力较弱，因此选择用IO引脚控制三极管的方式驱动发光器件，并且采用灌电流方式；,Ch2 总体方案设计,五、按键,由于仪表面板较小，因此不宜采用过多的按键。 设置4个独立式按键，分别为增加，减小，回车，取消，用户通过不同的按键操作，实现对仪表的配置工作。 为了简化硬件设计，对按键的扫描采用显示单元的位选通信号，在显示选通各个位置的时候，同时完成对按键的读取。 由于位选通信号是灌电流驱动，因此CPU读入按键信息的引脚应该接下拉电阻。,Ch2 总体方案设计,六、420mA变送输出,由于是变送输出，因此仪表必须直接输出电流信号，不能通过集电极开路方式借助外部电源产生电流信号，否则其他测量仪表将无法使用该电流信号。 采用串行接口方式的DA转换器MAX504先输出电压信号，然后通过运放LM324将其转换为电流信号（VI变换）直接输出。 考虑运放的正负供电电源。,Ch2 总体方案设计,七、非易失性存储器,用户的配置信息应该在仪表断电不会丢失，这些配置信息包括通道类型、通道量程、报警上下限以及零点偏移和满度偏移等。 采用线性非易失性存储器作为保存配置信息的元件，每次仪表启动后都从非易失性存储器内部读取当前的用户配置。 采用X25045芯片，并利用其电源监视和看门狗功能加强仪表的可靠性。,Ch2 总体方案设计,八、电源设计,仪表内的元件所需要的电源包括： 集成芯片工作电源（数字电源）：5V 运放工作正电源：24V 模拟负电源：5V AD转换器参考电源：1.25V 仪表的输入电源为220V； 采用开关电源模块由220V输入产生5V和24V电源，5V为集成芯片的工作电源，24V为运放的正电源。 采用7660从5V产生5V电源，给CD4052和ICL7135的负电源供电； 用TL431产生ICL7135的参考电压；,Ch2 总体方案设计,九、工艺设计,仪表壳体分为3部分：主壳体，面板，端子板 根据仪表壳体和电路功能，将整个仪表的电路设计规划为5块印制电路板，各电路板之间通过接插件连接。 显示板：安装在面板上，包含数码管、光柱、发光管以及其驱动电路； 电源板：包含开关电源模块，负责产生5V和24V 主机板：包含CPU、信号处理电路和AD转换电路 报警板：包含继电器及其驱动电路 刻度板：包含发光管，负责照亮仪表面板的刻度线 前面板要加工前面膜，上面设有4个薄膜按键 端子板也要加工后面膜，上面印刷各个端子的定义,Ch3 硬件电路设计,一、电源板,Ch3 硬件电路设计,二、主机板,AD转换,变送输出,信号调理,Ch3 硬件电路设计,三、显示板,位选通,LED数码管,LED数码管,光柱,Ch3 硬件电路设计,四、报警板,Ch3 硬件电路设计,五、刻度板,Ch4 电路板焊接和测试,焊接注意事项,按元件高度从低到高的次序依次焊接 注意元件的方向，包括DIP插座、电解电容、排阻、接插件、发光管、LED数码管、三极管9013和9015等。 电阻元件要先读色环，然后用万用表测量阻值后再焊接，还要注意电阻的功率，1/8W的体积小，1/4的体积大。 每个焊点的焊接时间不宜过长，一般焊点不超过3秒，粗的焊盘可以适当延长焊接时间，直到焊锡渗入焊点为止。 严格按印制板的丝网印刷的元件特征值取元件，相同类型的元件可以先插入焊盘后