基于8031单片机的水泥试块养护测控系统的设计与实现-

第１６卷第４期２００２年１２月济南大学学报（自然科学版ＪｊＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＮＡＮＵＮｌＶＥＲＳＩｒＹ（Ｓ【＝ｉ＆Ｔｅｃｈ．）ｖｏｌ１６Ｎｏ４Ｄｅｃ２００２文章编号：１６７１—３５５９（２００２）０４—０３８７—０３基于８０３１单片机的水泥试块养护测控系统的设计与实现王新江１，赵建王１，冯（１济南大学信息科学与；．程学院．山东济南２５００２２；２济南巾公安局摘要：从低成本，高性能角度出发，论述水泥试块养护测控系统的设计与实现方法。该方法以８０３１单片机为核心，实现水泥试块养护过程中温度、湿度的实时检测、显示、报警及温度、湿度自动控制。关键词：水泥试块；单片机；测拉系统中图分类号：ＴＰ３６８．１文献标识码：Ｂ随着单片机应用技术的日益成熟，在进行系统设计时越来越考虑系统的低成本、高性能。在一定条件下低成本和高性能是相辅相成的。基于以上思想，我们对目前多数水泥试块养护自动控制系统的电气线路和控制系统进行改造，设计了水泥试块养护测控系统。原控制系统为电接点温度计及电子继电器控制系统，控制精度低，用于通断电源的继电器噪音大，有故障率高且需有人值班的缺点。改造后的控制系统为全新的单片机控制系统，通过８０３１单片机的软、硬件技术自动实现水泥试块温度、湿度的实时检测、显示和报警，并利用压缩制冷和电热器加热来对水泥养护室的温度、湿度进行控制，从而可解决原控制系统存在的不足。１水泥试块养护测控系统简介水泥试块养护需要放在养护箱（室）中进行，因此，养护箱（室）的养护条件至关重要．这一养护条件主要指养护箱（室）温度、湿度的测量与控铡。温度的控制是通过控制养护箱（室）的暖风机以及压缩制冷机的投切来实现。湿度的控制是通过控制喷淋水泵的投切和加湿水的温度（控制储水箱中电热器的投切）来实现。箱（室）内的温度通过集成温度传感器ＡＤ５９０来测量，ＡＤ５９０是利用硅晶体管的基本性能实现与温度成正比特性，可将箱（室）内的绝对温度Ｔ代人以下公式从而可计算出流过集成电路中收稿日期：２００２—０３—２１第一作者简介：男，１９６２年生，高级实验师健２，李厥发３陈济南２５００２２；３挤南大学计算中心，山永济南２５００２２的总电流ｆＴ…：鱼～迪Ｔ～Ｋ相对湿度Ｈｒ的测量采用千湿球法，即将干球温度传感器、湿球温度传感器的测量温度及它们的温差，代入以下公式计算Ｈｒ＝幽型丛铲Ｘ１０６１Ｘ１０ｆ（００％．‘１）…”式中，ｆ（ｔ）＝１７５ｔ／（２７３３＋￡）；￡１、ｔ２、Ａｔ分别为干球温度、湿球温度和干湿球的温差。２系统设计２．１系统硬件设计单片机测控系统原理框图如图１所示，主要由电源电路、８０３１单片机基本系统、温湿度检测、变换电路，显示、报警电路及加热、制冷控制电路几部分组成。２．１．１电源电路为单片机系统，温、湿度测量及变换电路，显示、报警电路【“，控制电路提供±５ｖ，±１５ｖ电源。图中未画出。型广’龆ｎ￥０３１～Ｉ＿ｃｎ田１燕统原理框圈２ｌ２Ａ／Ｄ转换与温、湿度控制电路由于当前１２位以上的Ａ／Ｄ转换器价格昂贵，人们正在寻找新的途径来取代它，而Ｖ胆变换便是一种较好的选择。在我们所设计的该测控电路中，采用了ＬＭ３３１ＶＦＣ作为ｖ厅转换器件１３Ｊ３，它可将万方数据济南大学学报（自然科学版）第１６卷标准电压信号转换为一定频率范围的脉冲信号。分辨率可达１６位以上。由于它抗干扰性能强、精度高、线性度好、占用计算机硬件资源少、与计算机接口简单，同时还可以简化电路、降低成本、提高性价比等，因此特别适于非快速的Ａ／Ｄ转换场合。它与８０３１接口电路如图２所示。ｌ毋黼蹦［图２ｖ／Ｆ转换电路在图２的电路中，传感器信号经信号变换器转换成统一的０—５ｖ直流电压后，再经多路转换器（２１３４０５１，作为ＬＭ３３１输入电压ｖｍ，而ＬＭ３３１在对Ｖ，。进行变换的同时，并可进行一定范围的增益调整，从而将输入电压线性地变换为频率信号。其输出频率为，一！蝗兰！星§！坠２。“。２．０９ＸＲＬ×ＲｔＸＣｔ根据图２中的电路参数，由上式可计算出当ｖ．。为Ｏ～５Ｖ时，对应的频率范围在０～５ｋＨｚ之间。若Ｖ，。＝５Ｖ时／０。不为５ｋＨｚ，则可以适当调节ｗｓ的阻值。然后将此频率经Ｄ触发器二分频后接至８０３１的Ｔｎ。当水泥试块所处养护箱（室）的温度高于或低于一定值时，通过双向可控硅将自动启动压缩制冷机制冷或暖风机加热，其电路如图３所示。＋６ＶＰ１＾田３温匿捏科电路在该图中，ＭＯＣ３０４１是适于２２０Ｖ交流使用的光耦双向可控硅驱动器，本身带有过零触发检测器，可保证在电压接近为零时触发可控硅。门极电阻Ｒ则是为了提高抗干扰能力，以防误触发。考虑到温度的热惯性，为使其温度控制在２０±２℃之间，经过我们多次摸索及现场实践，测知当水泥试块所处养护箱（室）的温度低于１８．８℃时，通过软件判断，可置位Ｐ１．４，经７４０１及３０４ｌ后．使双向可控硅动作，暖风机工作，进行养护箱（室）的加热。当温度高于２１．２℃时，空调即开始工作，进行制冷。为简便起见，图中只画出了温度加热控制的电路原理图，至于温度制冷以及湿度控制的电路原理图及工作过程，与上述类似，区别仅在于控制输出口不同，此处就不再赘述了。２１３显示、报警接口电路为使工作人员及时了解水泥试块所处养护箱（室）的安全状况，在硬件电路中我们设计了声光报警、显示装置”Ｊ。在该电路中，通过软件判断养护箱（室）中温度、湿度的大小，当其中任一个参数超限（上限或下限）时，通过８１５５某一Ｃ口输出高电平，再经７４ＬＳ０６反相后驱动发光二极管发光，进行闪光报警，并且当温度、湿度任有一个超限时，８１５５的ＰＣＡ口就输出高电平，通过警笛进行蜂呜报警。温度、湿度的显示是将Ａ／Ｄ转换后的数据经标度变换、ＢＣＤ转换成段码后，通过８１５５Ａ口、Ｂ口进行的，其中Ａ口为段选码输出口，Ｂ口为位选码输出口。温度的显示位数为３位，精确到一位小数，湿度的显示位数为２位整数。２．２系统软件设计水泥试块养护测控系统软件用８０３１单片机汇编语言编写，运用模块化结构形式，便于功能扩展。各模块问既互相独立又互相关联，低级模块可被高级模块重复调用，这样既节省了内存空间，又便于程序的编制和维护。控制程序主要由主程序、Ａ／Ｄ转换、数据处理、显示、报警、控制等子程序模块所组成。其主程序如图４所示。图一圈＿『闺一圈＋圈＋圈．圈一罔一圈一田４主程序在系统初始化程序里，主要对ＣＰＵ内部各寄存器置初值，使其处于预定的工作状态，例如对有关单元清零，送零点码值、变换系数、装定时器Ｔ０、Ｔ１常数、启动Ｔｏ、Ｔ１工作、启动Ａ／Ｄ转换等。温度、湿度万方数据第４期下新江，等：蔗于８０３１单片机的水泥试块养护捌控系统的设计与吏施的处理子程序对Ａ／Ｄ转换后的数据进行线性标度变换。通过零点码值和变换系数进行浮点二进制数运算，然后转换为髓Ｄ码，再转换为段码，以便在显示子程序中进行温度、湿度的显示。同时将采样值与温、湿度控制值进行比较，以便决定是否需要进行加热或制冷控制。在Ａ／Ｄ采样中断服务子程序中，定义Ｔ０为定时工作状态，Ｔ，为计数工作状态，定时时间为ｌＯＯｍｓ，在定时时间内，对ｖ／Ｆ转换的脉冲信号进行计数，从而实现了Ａ／Ｄ转换。３结束语本文中设计的基于８０３１单片机的水泥试块养护测控系统，将水泥试块养护箱（室）温度、湿度的检测、报警、显示、控制功能于一体，解决了以往显示不准确，控制精度低、噪音大且故障率高的缺点。在数据采集处理方面，强化了可靠性设计。从系统运行结果看，温度、湿度检测误差不大于２％，参数越限报警准确可靠，加热、制冷动作正确，表明该系统具有价格低廉、体积小、可靠性高、抗干扰能力强等特点。在水泥试块养护和其他相关行业中具有较高的推广价值。参考文献：【１］何市民．单片机应用技术选编［Ｍ］北京：北京航空航天大学出版社．１９９３：１２４１２５［２］王新江，黄明键．孙奕奇校圊网网管中心监控系统的没汁与实（上接第３８６页）ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｅｗＴｙｐｅＤｒｉｌｌｉｎｇＦｌｕｉｄＬｕｂｒｉｃａｎｔＨＭＬ一１７１１１Ｑｔｌａｎｔａｌ，ＬｉｕＢａ∞ｍａｎ矛．ＴａｎｇＤａｉ灯，ＬｉＨａｉｂｉｎ２（ＩＴｈｅＦｉｒｓｔＣｏｍｐａｎｙｏｆＢ。岫Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆画ｎｅ酣ｆｌｇ．ＳｈｅｎｇｌｉＩｈｔ幽ｍＡｄｍｉｎ女ｒａｔｌｖｅ＆ＥⅧ，Ｉ）ｚｑｇｙｉｎ９２５７１３７，ＣＨｍ；２．Ｏｉｌｏｍ‘５ｃＩｙ眄ｗ㈣ｃ，Ｒｅ．ａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｂａｌｌ啦Ｔｅｃｌｎ：ｄｏｇｙ。ＳｈｅｎｇｌｉＰｅｔｒｄｅｕｍＡｄｍｉｎｉｓｔｒｍｉｖｅＢｔｎⅡｕ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０１７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｌｒ＇ａｃｔ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄｔｕｂｒｉｅａｎｔｉｓａｒｔｉｍｐｏｒｔａｎｔａｄｄｉｔｉｖｅｉｎ觋［Ｊ］仪表技术１９９８（４）：１５１８３］张毅刚ＭＣＳ一５１单片机应用设ｉｉ［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版｝Ｅ，１９９６：２６１４］李秉操．张登举，付寿英，等单片机接口技术厦其在工业控制中的应用［Ａ］西安：陕西电子编辑部，１９９１：１６９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭａｉｎｔａｉｎｉｎｇａｎｄＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｏｆＣｅｍｅｎｔＴｅｓｔＢｌｏｃｋＢａｓｅｄｏｎ８０３１ＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＣｏｍｐｕｔｅｒＷｅｔｌｃＪＸｉｎｊｉａｒ目１．ＺｈａｏＪｉａｎｙｕｌ，ＦｅｎｇｄｉａｒＬ２．ＬｉＪｕｅｆａ３（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｍｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｍｎ２５００２２，Ｃｈｉｎａ；２ｊｉｎａｎＰｏｌｉｃｅＯｆｆｌｅｅ。Ｊｉｒａｎ２５００２２．Ｃｈｉｎａ；３Ｃｏｍｐｕｔｅｒｃｅｎｔｅｒ，ＪｉｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｊｉｎａｎ２５００２２，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｌｏｗｅｘｐｅｎｓｅａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｘｎｏｆｃｅｎｌｅｎｔｔｅｓｔｂｌｏｃｋｈａｓｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｕｓｉｎｇ８０３１ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｅｅｘｎｐｕｔｅｘ－ｔｈｅｔｉｍｅｌｙｔｅｓｔａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｄｉｓ—ｐｌａｙ，ａｌａｒｍａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｌｙａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｃｅｍｅｎｔｔｅｓｔｂｌｏｃｋＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔｔｅｓｔｂｌａｃｋ；ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｍｏｎｉ—ｔｏｔｉｎｇｓｙｓｔｅｎｌ●‘～～…一＿－…＿●Ｉ…．一●一■…■ｏｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄ，Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄｌｕｂｒｉｃｉｔｙ，ｒｅ—ｄｕ∞ｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｗｅｌｌｗａｌｌａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｔｃｏｌｓ（ｏｒｃａｓｉｎｇ），ｒｅｄｕｃｅｓｒａｃｍｅｎｔｏｆｔｏｒｑｕｅｄｕｒｉｎｇｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅａｎｄｒｅ—ｓｉｓｔａｎｃｅｄｕｒｉｎｇｒｏｕｒｌｄｔｒｉｐ，ｔｈｅｒｅｂｙｒｅｄｕｃｅｓｒｉｓｋｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｓｔｉｃｋｉｎｇ．Ｔｈｂｐａｐｅｒｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｒｅｃｉｐｉｅｎｔａｂｏｕｔｄｅｖｅｌｏｐ—ｉｎｇｉｒｌｅｌｖｔｙｐｅｌｕｂｒｉｃａｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｈｏｒｔａｇｅｉｎｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄｌｕｈｒｉｃａｍｔｈａｔａｎｂｅｉｎｇｕｓｅｄ．ＥｘｅｄｌｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｎｔｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｃｈｏｓｅｎｂｙｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＴｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｎｔｌｕｈｒｉｃｉｔｙｉｓｇｏｏｄａｎｄｉｔｓｃｏｍｐａｔｉｂｉｌ—ｉｔｙｉｓｇｏｏｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄｈａｓｂｅｅｎｖａｌｉ—ｄａｔｅｄｂｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｆｉｅｌｄｐ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