毕业设计天然气压力监控系统设计

1、湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）1天然气压力监控系统的概念设计本课题设计的天然气压力监控系统是通过调节天然气压力储气罐进 气管道的流量使存气罐中的压力稳定在 200Pa-800Pa之间，从而能使天然 气通过储气罐的出气管稳定的供给给用户使用。 在压力值大于上限值或者 小于下线值时，系统能发出声光报警并控制步进电机转动实现自动监控， 同时也有人性化的人工手动控制。2天然气压力监控系统总体方案设计此天然气压力监控系统来来源于生产实际，设计要求既满足用户要求 又使系统简单、经济、稳定、可靠。本课题打算分四个模块进行解决：压 力数据采集与存储模块、数据显示模块、声光报警与步进电机驱动模块、 人

2、工控制模块。系统硬件电路原理框图如下：系统硬件电路原理框图本系统中，通过扩散硅压力传感器将压力非电量转换为微弱的电信号，通过信号放大电路，将微弱的电信号转化为A/D能转化的阈值，使输入的模拟信号的电压为0-5V,压力传感器的量程为0-1000MPa然后将模 拟信号转化成数字信号传送给 8051单片机进行数据的处理；通过比较设 定在8051单片机内的上、下限压力值参数，来决定是否应启动相应的报 警与控制程序。当前压力值超过设定的上限值时，系统会进行声光报警， 并控制步进电机转动使天然气储气罐进气管的阀口关小，从而达到自动调节储气罐中压力的目的。整个过程中的压力值变化会通过 LED显示屏显示 出来

3、，便于记录与生产管理。软件方面，我们使用汇编语言对8051单片机进行程序设计，用Proteus 搭建仿真系统，用Keil C51进行程序汇编。分为压力数据采集与存储模块、 数据显示模块、声光报警与步进电机驱动模块、人工控制模块、这四大模 块进行编写。除了实现所要求的控制功能外，还要进行数据转换，即将所 采集到的数据转换为十进制数（BCD码）进行显示，符合人们所使用十进 制数的习惯，同时还要将压力值参数换成二进制数，便于8051单片机处理。2.3天然气压力监控系统的硬件电路设计根据总体方案设计，本监控系统的硬件电路可划为：数据采集功能模 块、数据显示功能模块、声光报警模块、步进电机驱动模块以及电

4、路图五 个部分。2.3.1数据采集功能模块压力传感器采用扩散硅压力传感器，在信号的调理电路中用仪表放大器，共模干扰、零漂、温漂的抑制，保证采集数据的精度和可靠度。模数转换采用ADC0809将信号预处理电路传送过来的调理信号进行 模数转换才传送至8051单片机中进行各种处理。ADC0809各脚功能如下：LSB-MSB 8位数字量输出引脚。IN0-IN7 : 8位模拟量输入引脚。VCC +5V工作电压。GND 地。REF（ +）：参考电压正端。REF （-）:参考电压负端。START A/D转换启动信号输入端。ALE地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC转换结束信号输出

5、引脚，开始转换时为 低电平，当转换结束时为高电平。OE输出允许控制端，用以打开三态数据输 出锁存器。CLK时钟信号输入端（一般为 500KHZ。A、B、C:地址输入线。232数据显示模块显示屏采用四位一体LED数码管，由于8051单片机的I/O接口有限， 为了节约I/O 口，我们采用8155芯片对单片机的I/O 口进行扩展，将8051 单片机的P0与8155的AD口做数据总线相连，8155的A 口做LED数码管 的段选信号线，B 口做LED数码管的位选信号线。8155各引脚功能说明如下:RST复位信号输入端，高电平有效。 位后，3个I/O 口均为输入方式。ADA AD7:三态的地址/数据总线。

6、复131416与单1719片机的低8位地址/数据总线（P0 口）相 连。单片机与8155之间的地址、数据、!命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。RD读选通信号，控制对8155的读操作， 低电平有效。WR写选通信号，控制对8155的写操作， 低电平有效。CE片选信号线，低电平有效。IO/M : 8155的RAM存储器或I/O 口选择 线。当IO/M = 0时，则选择8155的片内 中RAM单元的地址（00HFFH；当IO/M ADAAD7上的地址为8155 I/O 口的地址。D D D D D D D D AAAAAAAA26282121 飞240 12 14 5 6 7CEPBO PBlW

7、 WRPHZPB310/SIALEPB4PB5TIMEROUIPU6PB7PCOTIMERINPCI PC2RESETPC3PC1PC5_03132333537 is12RAM ADA AD7上地址为 8155=1时，选择8155的I/O 口，ALE地址锁存信号。8155内部设有地址锁存器，在 ALE的下降沿将单片 机P0 口输出的低8位地址信息及，IO/的状态都锁存到8155内部锁存 器。因此，P0 口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。PA（PA7: 8位通用I/O 口，其输入、输出的流向可由程序控制。PB（PB7: 8位通用I/O 口，功能同 A 口。PC（PC5有两个作用，既可作为通用

8、的I/O 口，也可作为PA口和PB口 的控制信号线，这些可通过程序控制TIMER IN :定时/计数器脉冲输入端TIMER OUT定时/计数器输出端。VCC + 5V电源233 声光报警模块声光报警电路采用LM386驱动的蜂鸣器与发光二极管，从某一 I/O单 调输出一信号控制LM386驱动蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，避免采 用音乐报警以防止外界各种铃声信号的干扰，同时便于晚上能对报警地点 进行准确快速的定位。2.3.4 步进电机的驱动模块此处步进电机采用三相六拍的驱动方式， 步进电机的主要功能是根据 存储罐中的压力状况，来进行正反转的控制。当存储罐中的压力低于设计 的下限值时，步进电机进行

9、正转，控制阀门开大； 当存储罐中的压力高于 设计的上限值时，步进电机进行反转，控制阀门关小， 使得存气罐中的压 力处于正常压力的范围之内。2.3.5电路图ti* 1riHiSLBBs.8*.8a3*.EsFod8.忘却H生r- -Eil !_i| |rntgLtzd 罩也id 赛躋住 ELWZd 赛两匸中ED- LIHUE Ed GWEd OKS Ede5_i2.4天然气压力监控系统的软件设计软件设计是测控系统的主要内容和重点，设计人员不仅要能够从事硬 件设计，同时还必须掌握测控软建的设计，通常， 软件设计是先画出软件 的流程图，然后根据流程图用汇编语言或者高级语言进行编程。本课题的程序打算分

10、为数据采集与存储、数据显示、声光报警与电机 驱动、人工手动四个模块进行设计。在程序的编写中我们应该按照这设计 的四大模块由上至下的进行编写，一一实现控制的要求。程序的编译器我们选择Keil C51软件,电路仿真我们选择Proteus软 件进行仿真电路的搭建。2.4.1 Keil C51 的介绍Keil C51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。工具栏为一组快捷工具图标，主要包括基 本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编 译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一

11、个目标选择窗口。调试工具栏位于最后，主要包括一些仿真调试源程序的基本操作， 如单步、复位、 全速运行等。在工具栏下面，默认有三个窗口。 左边的工程窗口包含一个 工程的目标（target）、组（group）和项目文件。右边为源文件编辑窗口， 编辑窗口实质上就是一个文件编辑器，我们可以在这里对源文件进行编 辑、修改、粘贴等。下边的为输出窗口，源文件编译之后的结果显示在输 出窗口中，会出现通过或错误（包括错误类型及行号）的提示。如果通过 则会生成“ HEX”格式的目标文件，用于仿真或烧录芯片。MCS-51单片机软件Keil C51开发过程为：1建立一个工程项目，选择芯片，确定选项；2.建立汇编源文件

12、或C源文件；3用项目管理器生成各种应用文件；检查并修改源文件中的错误；编译连接通过后进行软件模拟仿真或硬件在线仿真；编程操作；应用。2.4.2Proteus软件的介绍Proteus软件是它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真 单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然 目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、 致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。它从原理图布图、代码调试 到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概 念到产品的完整设计。是目前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型 仿真软件三合一的设计平台，其处理

13、器模型支持8051、HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件具有的功能：原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE 电路仿真。2.4.3程序设计流程图（1）自动监控程序流程图（2）中断程序流程图（手动控制控制）244源程序ORG 0000开中断开外部中断0开外部中断1选择外部中断低电平触发方式将P1 口置1LJMP MAINSTART EQU P2.5EO

14、C EQU P2.6BEEP_LED EQU 2.3ORG 4000MAIN: SEBT EASEBT EX0SEBT EX1CLR IT0MOV A #0FFHMOV P1 ALOOP1: SEBT STARTJNB EOC $MOV A P1MOV 34HMOV B #4MUL ABMOV R1 AMOV A BMOV B #25MUL ABMOV B #100DIV AB启动 ADC0809等待转换完成读取数据初始数值存于34H单元将数据化为实际的大小低八位暂存R1进行高八位的BCD转换千位数存30H单元MOV 30H AMOV A BMOV B #10DIV ABMOV 31H AMO

15、V 32H B百位数存31H单元十位数存32H单元MOV A R1进行低八位数的BCDMOV B #100BCD转换，读百位数DIV ABADD A 31H低八位数与咼八位数的百位数相加MOV 31H A相加结果存入31HMOV A BBCD转换，读十位数MOV B #10DIV ABADD A 32H低八位数与咼八位数的十位数相加MOV 32H A结果存入32HMOV 33H B个位数存入33H数据显示模块读千位数，进行十进制转换寻千位数的段码号DP指针指向段选地址送入段选码LOOP2: MOV A 30HDA AMOV DPTR #TABMOVC A A+DPTRMOV DPTA #7F0

16、1HMOVX DPTR AMOV DPTA #7F02HDP指针指向位选地址MOV A #07HMOVX DPTR A送入位选码ACALL DELAY延时0.2SMOV A 31HDA AMOV DPTR #TABMOVC A A+DPTRMOV DPTA #7F01HDP指针指向段选地址MOVX DPTR A送入段选码MOV DPTA #7F02HDP指针指向位选地址MOV A #0BHMOVX DPTR A送入位选码ACALL DELAY延时0.2SMOV A 32HDA AMOV DPTR #TABMOVC A A+DPTRMOV DPTA #7F01HDP指针指向段选地址MOVX DP

17、TR A送入段选码MOV DPTA #7F02HDP指针指向位选地址MOV A #0DHMOVX DPTR A送入位选码ACALL DELAY延时0.2SMOV A 33HDA AMOV DPTR #TABMOVC A A+DPTRMOV DPTA #7F01HDPMOVX DPTR AMOV DPTA #7F02HDPMOV A #0EHMOVX DPTR AACALL DELAYMOV R0 #20HDJNZ R0 LOOP2LOOP3: MOV A #32HCLR CYSUBB A 34HJC LOOP5MOV A #8CHCLR CYSUBB A 34HJNC LOOP4CLR BEE

18、P_LEDLJMP MAIN指针指向段选地址送入段选码指针指向位选地址送入位选码延时0.2S持续显示一段时间设定下限值32H表示200Pa清零进位标志比较初始值是否小于200小于200则跳转电机反转程序设定下限值32H表示800Pa大于800则跳转电机正转程序关闭蜂鸣器和发光二极管跳转主程序继续检测湖南铁路科技职业技术学院毕业设计(论文)SETB P2.1电机B相得电(BC)ACALL DELAYL00P4: SETB BEEP_LEDSETB P2.0ACALL DELAYSETB P2.1ACALL DELAYCLR P2.0ACALL DELAYSETB P2.2ACALL DELAYC

19、LR P2.1ACALL DELAYSETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.2CLR P2.0LJMP MAINL00P5: SETB BEEP_LEDSETB P2.2SETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.0ACALL DELAY启动蜂鸣器和点亮LED电机A相得电(A)延时0.2S电机B相得电(AB)延时0.2S电机A相失电(B)延时0.2S电机C相得电(BC)电机B相失电(C)电机A相得电(CA)电机C相失电电机A相失电跳转主程序继续检测电机C相得电电机A相得电(CA)电机A相失电(C)湖南铁路科技职业技术学院毕业设计(论文)SETB P2.2ACALL DE

20、LAYCLR P2.2ACALL DELAYSETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.1ACALL DELAYCLR P2.0LJMP MAINORG 0003INTO; PUSS ACCPUSS PSWPUSS BPUSS 30HPUSS 31HPUSS 32HPUSS 33HPUSS 34HSETB P2.0ACALL DELAYSETB P2.1ACALL DELAYCLR P2.0ACALL DELAY电机C相失电(B)电机A相得电(AB)电机B相失电(A)电机A相失电跳转主程序继续检测湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）SETB P2.2CLR P2.1ACALL D

21、ELAYSETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.2CLR P2.0POP 34HPOP 33HPOP 32HPOP 31HPOP 30HPOP BPOP PSWPOP ACCREITORG 0013INT1: PUSS ACCPUSS PSWPUSS BPUSS 30HPUSS 31HPUSS 32HPUSS 33HPUSS 34H湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）SETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.0ACALL DELAYSETB P2.1ACALL DELAYCLR P2.2ACALL DELAYSETB P2.0ACALL DELAYCLR P2.1ACALL DELAYCLR P2.