测控电路设计与应用范文

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关键词:包装机;电加热器;自动断电;断路故障

中图分类号:TP277 文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)21-141-03

Design and Application of Measuring and Control Device of

Open Circuit Fault in Electric Heater

LV Yuming,LIU Yingui

(Tianjin Electronic Information Vocational College,Tianjin,300132,China)

Abstract:In equipments such as automatic packing machine and bagging machines which required the electric heater to package plastic products,it is common that electric heater is often in open circuit fault.To detect the inductive voltage of the circuit by current is to determine whether the electric heater is working properly.Alarm output or host control can be realized by using opto-coupler device to determine whether the normal temperature controller is on/off.Electric heater circuit fault monitoring and control devices can automatically identify whether temperature heater is off and whether the electric heater is in open circuit.After trial on the packaging machine,the device of the performance parameters can meet requirements of packaging equipments and users.It also meets the requirement of packaging machinery equipment.

Keywords:packaging machines;electric heater;automatic power-off;open circuit fault

针对目前全自动包装机、制袋机、塑料注塑机等设备均需电加热器进行塑料产品的封装,电加热器烧断(断路)是设备使用中最常见的故障,一旦电加热器出现断路故障,不及时排除,轻则不能保证塑料成形产品的产品质量,重则会造成原材料浪费,增加企业运行成本。本技术及专利产品能正确判断电加热器是温度升高自动断电还是电加热器断路故障。

1 该装置的研究意义

该装置的研究意义主要来源于相关设备厂家(如包装机械、制袋机械、注塑机械等)及产品的直接应用企业,这些企业的生产过程表明:

(1) 在包装行业电加热设备具有广泛的应用市场。

(2) 电加热器烧断(断路)是设备使用中最常见的故障。

(3) 电加热器烧断故障不及时排除,轻则不能保证塑料成形产品的产品质量,重则会造成原材料浪费,造成人力、物力资源损失,增加企业运行成本。

针对塑料包装加工行业的需求,该装置应达到下列要求:

(1) 电加热器断路检测装置能够自动识别温度升高加热器断电和电加热器断路故障。

(2) 电加热器断路后立即控制加工机器停止运行,给出报警信号。

2 该装置提出的背景

中国是世界包装制造和消费大国,在20世纪90年代后由于包装制品工业发展的需要而出现了高速度发展,年平均增长率为30%[1],而塑料包装在包装产业总产值中的比例已超过30%,成为包装产业中的生力军,在食品塑料包装、医药塑料包装、化妆品塑料包装、农药塑料包装及工农业生产各个领域发挥着不可替代的作用[2]。目前国内包装机、制袋机、注塑机等电加热类机械设备产量将大增,但它的电加热器使用寿命却仅有2~3个月,一旦加热器出现烧断故障,将造成原材料的浪费和使产品质量受到影响。

2.1 关键技术

包装机上电加热器一般由温度控制仪表的触点来控制交流电源通断。当电加热器温度低于设定温度时,温度控制仪表的触点接通,电加热器温度上升。当电加热器温度高于设定温度时,温度控制仪表的触点断开,电加热器温度下降。温度控制仪表的触点通断,保证电加热器工作在一定温度范围内。一旦加热器出现烧断故障,操作人员无法判断是温度升高加热器正常断电还是加热器断路故障造成的断电。由于加热器的热惯性,温度需延迟一段时间才降下来,这样当操作人员发现产品不合格后,已造成百上千的产品浪费,使产品质量受到影响。电加热器断路检测装置应能够自动识别温度升高加热器断电和电加热器断路故障[3]。

2.2 国内外的现有技术情况

目前,国外智能温度控制仪表中兼有低温检测及报警功能,而无加热器断路故障检测,如日本富士、欧姆龙公司产品;国内某些企业生产的相关产品体积大、检测及报警配置复杂、可靠性差、不便于安装维护,不能很好满足相关企业的需求。

2.3 市场需求量大,要求该技术产品性价比高、便于安装

目前国内包装机、制袋机、注塑机等电加热类机械设备产量大增,用户多为中小型企业。由于市场竞争激烈,特别是塑料加工机械成形产品的直接用户更需要产品价格低、性能可靠、安装维护方便的电加热器断路故障测控装置以保证塑料包装机械成形产品的质量。

3 该装置的工作原理

电加热器断路故障测控装置是串接于加热器和温度控制仪表触点之间,主要用加热器断路(烧断)的电流检测和仪表触开关点K通断的电压检测。若仪表触点K正常通断,对本装置没有影响,无信号输出;只有当加热器出现断路故障,本装置才有信号输出,再与其他装置(显示、蜂鸣、主机控制等)配合,实现控制功能要求。

系统配置示意图如图1所示。包装机电加热器断路测控装置,由触点动作检测电路、加热器故障检测电路、测控信号输出电路及直流电源组成;横封触点动作检测电路、纵封触点动作检测电路分别并接于横封温度控制仪表触点开关(K1)和纵封温度控制仪表触点开关(K2)的两端,用于对仪表触点开关处的电压检测。当触点开关K1和K2断开时,发光二极管L1和L2发光;当触点开关K1和K2闭合时,发光二极管L3和L4发光。横封(纵封)加热器故障检测电路串接于横封(纵封)加热器和温度控制仪表触点开关K1(K2)之间,用于对横封(纵封)加热器断路的电流检测;当加热器正常时,发光二极管L5(L6)不发光;当横封(纵封)加热器断路时,发光二极管L5(L6)发光报警;同时继电器J吸合,对外给出控制信号。如图2所示[4]。

包装机一般都由横封加热电路和纵封加热电路组成,两电路结构一样,故只分析横封加热电路。横封触点动作检测电路包括电阻(R1,R2)、整流二极管(D1)、滤波电容(C1)、光电耦合器件TLP521-1(U1)及LED发光二极管(L1)。当触点开关(K1)断开时,LED发光二极管(L1)发光;光电耦合器件(U1)输出低电平,测控信号输出电路三极管(Q3,Q5)截止;当触点开关(K1)闭合时,LED发光二极管(L1)不发光,光电耦合器件(U1)输出高电平,二极管(D9)截止,三极管(Q1)导通,LED发光二极管(L3)发光,钳位二极管(D10)导通,测控信号输出电路三极管(Q3,Q5)截止[5]。

由法拉第电磁感应定律知道,只要线圈所交链的磁通发生变化,均要在线圈中产生感应电动势,不管所交链的磁通是否是由本线圈的电流产生[6]。所以,横封加热器故障检测电路是由互感电路完成,包括互感器(H1)、整流二极管(D2)、滤波回路电容(C2)、电阻(R4)、三极管(Q1)、LED发光二极管(L3)及双路电压比较器LM393(U3);电阻(R9,R10)组成分压电路为电压比较器(U3)提供1 V的基准电压;当横封加热器正常时,LED发光二极管(L3)发光,指示横封触点开关K1闭合,电压比较器(U3)输出高电平,三极管(Q1)导通,钳位二极管(D10)导通,横封加热回路指示LED发光二极管(L5)不发光,输出驱动电路三极管(Q3,Q5)截止,对外没有输出;当横封加热器断路时,电流检测互感器(H1)上没有感应电压,电压比较器(U3)输出低电平,三极管(Q1)截止,测控信号输出电路三极管(Q3,Q5)导通,发光二极管(L5)发光报警;同时继电器(J)吸合,对外给出控制信号[7]。

电源模块采用三端集成稳压器,在三端集成稳压器中包括了串联型直流稳压的各个组成部分,另外加上保护电路和启动电路。在W7800系列三端集成稳压器中,已将三种保护电路集成在芯片内部,它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路[8]。

电路直流稳压电路由变压器(H3)、整流二极管(D5～D8)、滤波电容(C5,C6)及三端稳压器W7812(U4)组成,为断路测控器提供12 V直流电压[9]。

在电加热器断路故障测控装置设计中主要考虑:

(1) 在实际的电子电路系统中,不可避免地存在各种各样的干扰信号,若电路的抗干扰能力差将导致测量、控制准确性的降低,产生误动作,从而带来破坏性的后果。若硬件上采用一些设计技术,破坏干扰信号进入测控系统的途径,可有效地提高系统的抗干扰能力。采用隔离技术是一种简便目行之有效的方法。隔离技术是破坏“地”干扰途径的抗干扰方法,硬件上常用光电耦合器件实现电一光一电的隔离,他能有效地破坏干扰源的进入,可靠地实现信号的隔离[10]。因此,在输入/输出电路上采用光电隔离技术,保证强弱电间的隔离及干扰的串入。

(2) 独立的外观结构,明确的信号输入/输出接线端子,保证安装维护的安全与快捷。

(3) 电加热器断路后使主机立即停止运行。

经过反复试验和调试,产品如图3所示。

4 申报专利转化成果

该装置已申报实用新型专利,专利号为:ZL2007 2 0096249.2,专利名称:包装机加热器断路测控器。

由天津电子信息职业技术学院研发的 “电加热器断路故障测控装置”已由天津市富航仪表新技术产业有限公司组织生产,并为包装机械行业的电加热器控制系统配套使用。

该项目是天津市高等学校科技发展基金计划项目,项目名称:电加热器断路故障测控装置,项目号:20060617,已于2008年7月通过专家验收结题。

5 结 语

该实用新型装置作为相关设备的配套部件,具备了加热器断路检测,并且在加热器断路后快速报警输出,迅速停止主机运行,同时在故障出现后不浪费塑料成形材料,降低工业生产成本,保证产品质量。经过一年来的使用,该产品结构设计合理,电路构思巧妙、成本低、性能可靠,特别是对于旧包装机械的改造安装方便灵活,取得很好的经济效益和社会效益。

创新点:该装置能够准确判断电加热器是由于温度升高自动断电还是电加热器断路故障,彻底解决了包装行业电加热器断路故障检测难题。

参考文献

[1]戴宏民.中国包装机械的发展战略研究[J].包装工程,2003(3):5-9.

[2]塑料包装机械发展迅速\..cn.2005.

[3]吕玉明,刘福顺,刘印贵.电加热器断路故障传感器 [P].中国:ZL2005 2 0123706.3,2007.1.17.

[4]吕玉明,刘印贵.包装机电加热器断路测控器[P].中国:ZL2007 2 0096249.2,2008.3.26.

[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:人民教育出版社,1983.

[6]石生,韩肖宁.电路基本分析[M].北京:高等教育出版社,2000.

[7]李春林.电子技术[M].大连:大连理工大学出版社,2005.

[8]庄渊昭.实用智能窗帘机的设计[J].现代电子技术,2008,31(4):181-183.

[9]吕玉明.模拟电子技术[M].大连:大连理工大学出版社,2008.

[10]谢子青.光电隔离抗干扰技术及应用[J].现代电子技术,2003,26(13):33-34.

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该设备供电电压为三相380VAC，频率为50HZ，总功率为11KW。

该机的电气控制系统应用了先进的电子技术和微机控制技术，其电气技术水平和自动化控制程度已达到了国内同类产品的先进水平。

自动模切机由五台电动机拖动，主电机采用的是电磁调速电机，可实现恒转矩无级调速。可实现在1500张/小时到7000张/小时的 范围内连续可调，调速平稳。通过PLC控制整个过程，在送纸、输纸、归纸、压切、收纸、计数中，做到全自动化控制，较好的实现了模切机的各项功能。

根据模切机的工艺过程以及对模切机的自动化程度、精度、速度的要求，模切机的电气控制采用PLC控制.利用PLC外部结构简单、内部功能齐全的特点，实现模切机的自动控制。模板位置显示、压切速度及出纸计数均由数字显示。检测部分采用光－电、机－电为一体的检测手段。对错误操作、机械故障及纸张的送、运故障均发出声、光报警。

以上各项技术的应用，确保了整机性能的先进性、可靠性和安全性。

关键字 自动模切机 可编程控制器 梯形图

The molding machine is controlled by PLC

Abstract

This paper introduced the molding machine， including of the development of the birth background and the further， also the process of the working. In this paper， it had realized many functions， for example， the main circuit design， power source circuit design， controlling circuit design， monitoring circuit design and the PLC software design and so on.

According to the working process of the molding machine and the need to the automatic， precision and speed， the molding machine makes use of the PLC control. The PLC has some advantages， which needs connecting less wires， the functions is more， complete the automatic control of the molding machine.

The automatic molding machine has five electrical machines. The main electrical machine makes use of electromagnetism to adjust the speed. because of the PLC control， realize the all parts are automatic， including of sending papers， inputting papers， molding slice， accepting papers and counting.

Key words automatic molding machine programmable logic controller ladder-shape figure

目录

第一章 绪 论………………………………………………………………………………1

1.1 概述 …………………………………………………………………………………1

1.2 课题研究的意义 ……………………………………………………………………1

1.3 模切机的发展现状 …………………………………………………………………2

1.4 主要技术参数 ………………………………………………………………………3

第二章 MW640模切机方案论……………………………………………………………4

2.1 系统整体设计 ………………………………………………………………………4

2.2 系统的控制方案 ……………………………………………………………………4

2.3 可编程控制器PLC的选择 …………………………………………………………9

2.4 方案的确定…………………………………………………………………………10

2.5 PLC的原理与结构 …………………………………………………………………11

第三章 系统硬件设计……………………………………………………………………17

3.1 主电路设计 ………………………………………………………………………17

3.2 接口控制电路设计……………………………………………………………… 20

3.3 模切控制电路设计 ………………………………………………………………30

3.4 温度控制电路设计 ………………………………………………………………31

3.5收纸台控制电路设计 ……………………………………………………………32

3.6送纸台控制电路设计………………………………………………………………33

3.7电气原理……………………………………………………………………………35

第四章 系统软件设计……………………………………………………………………37

4.1 梯形图设计 ……………………………………………………………………37

4.2 梯形图参照表 …………………………………………………………………46

第五章 结束语……………………………………………………………………………49

致 谢 …………………………………………………………………………………50

参考文献 …………………………………………………………………………………51

附 录 A …………………………………………………………………………………52

附 录 B …………………………………………………………………………………54

第一章 绪论

1．1 概述

自动模切机的发展经过了一段相当长的过程。在模切加工发展过程中，由原始祖先一手握住铁制冲模，一手握住锤子，用锤子敲击冲模顶端，而得到的印刷制品，到现在的专用模切机，已经逐步发展成熟。但是现在模切机仍然利用原始加工的原理，形成了整体模式。

现代模切机用合金钢制成，其锋刃与被切的形状相同。随着技术水平的不断提高，模切机自动化水平提高很快。随着需求量的日益增加，对模切机的自动化的要求也越来越高，液压、程控、PLC控制的模切机已占领越来越多的市场。先进的微机及屏幕直接显示的自动控制系统，可以存储及其复杂的模切程度，并且具有简单的编程方法、多层次的人机对话系统，配备完善的附加设备，为包装业立下了汗马功劳。经过加工的包装印刷品可以大幅度地提高档次，对宣传产品、吸引顾客、增加产品附加值起着重要作用。

我国加入世贸组织之后，包装业有了很大的发展空间，包装品表面整饰成型、加工需求随之有了更大的增长，模切烫金设备与技术市场服务也加倍引起人们的关注，我国的包装印刷工业开始进入发展繁荣的新时期。

1.2 课题研究的意义

随着社会文明的发展和生活水平的提高，新产品的不断问世，销售量逐渐扩大。与国内外客户的进一步交流，促使我国包装工业迅速发展，市场急需大量高性能的自动化包装机械以满足人们日益增长的社会需求。近些年来，由于人们环保意识的不断的加强，折叠纸盒由于它具有易回收、无污染等特点，因而受到各国环保部门的重视，具有很大的应用价值。在各种包装材料中，纸包装容器的应用最为广泛，占总消耗品的45～50%。但是，在要求环保的同时，对产品的包装要求更是越来越高，不仅要求产品外包装上具有较艳丽的印刷图案，而且还要求产品外包装的盒型精美、别致、造型漂亮。

模切机作为一种模压折叠纸盒工艺的专用包装机械，出现在人们的面前，它利用模切刀，根据产品设计要求的图样组合成模切板，在压力作用下，将印刷品或其它板料、坯料轧切成所需形状和切痕的成型工艺，用以进行印品模切压痕加工，制作出来的包装品结实耐用，而且立体美观，满足了人们对美的要求，它的完善发展显现出其巨大的市场价值。

随着科技水平的提高，模切机的自动化水平提高很快，液压、程控、PLC控制的模切机以占领越来越多的市场。很多公司经过很多年的发展已经成为品种齐全、覆盖面很广的专业生产企业，产品大大缩短了与国外先进机器的差距。有些模切机性能已接近欧洲先进水平，但与国外领先的模切机相比，在稳定性、可靠性、新技术的应用、设备制造水平等方面还存在不少的差距。

因此，我们应在如何提高自动模切机的自动化程度以及人机对话等方面努力工作，完善自动模切机的控制系统，改进自动模切机的模切工艺，从而与世界先进的模切机技术接轨。

1.3 模切机的发展现状

1.3.1 国内现状

改革开放的不断深入，入世的实现，我国对外贸易的迅速扩大，包装印刷更加引起人们的重视。不断扩大的市场需求，使得模切压痕、凹凸压印技术及设备越来越广泛应用于包装盒、纸箱、商标的制作。模切机尤其是自动模切机获得了空前的发展机遇，国产自动模切机已成为印后加工设备中发展最快、技术含量及自动化程度最高，与国外先进机器差距最小的印后加工设备之一。

十年前，国产模切机以立式平压平机型为主，该机型自动化程度低，模切质量不高，但由于价格低廉、易调整、适于小批量生产，所以至今应用仍相当广泛。近些年来，由于包装印刷的发展，需求的急剧增加，通过引进、消化、吸收外国先进模切技术及设备，国产自动模切机，尤其是卧式自动平压平模切机、模切烫金两用机发展成为主流机型。国内各个公司生产的模切机以能满足绝大多数的市场需求，有多种模切机通过了欧洲CE认证，产品已销到欧美的许多国家。MY1050—P自动排废模切机具有全清废功能，由PLC可编程控制器控制，实现全过程的自动化，人机界面可自动显示机器的速度、加工数量、运行时间和运行状态，使得操作及故障排除既快捷又方便。电器上采用变频调速，实现了无级变速，最高模切速度达7000次/时，而带排废功能速度为5500次/时，套准精度±0.15mm，适合于复杂纸盒、烟包的自动排废模切。

有些国内产品已接近国际先进水平，令人欣慰。其中MW1050AⅡ自动模切机具有模切速度快、模切精度高自动化程度高等优点。由PLC和电子凸轮分度器对全机运行和故障进行监控，采用LCD触摸屏显示人机对话，使操作直观而方便。该机堪称国产自动模切机先进机型的典型代表。

但就产品的模切精度、速度及精度保持性等方面看，仍存在一定的缺陷，加强此类产品的基础理论研究，采用先进的设计手段，完善和建立各类元器件的试验和分析设备，进一步提高工艺手段，从而保证加工、装配的准确性、统一性，使整机水平有一个质的飞跃。

1.3.2 国外现状

国外模切机已有60多年的发展历史，模切技术已经达到了相当高的水平.而且正进一步向智能化、高速化、高精度、多功能、大幅度、高稳定性及联机化方向发展。当前，国外自动平压模切机的工作速度普遍在7500~9000 张/小时。在DRUPA2000展览会上，瑞士BOBST公司生产的SPRINT EPA106PER自动模切压痕机创造了12000 张/小时的单机模切压痕速度。从模切精度上讲，国外自动平压模切机的模切精度通常可以控制在0.1mm左右。并带有清废装置。触摸监视器上的图象符号、控制信号便可通过独立的微机系统立即传递到工作装置。各印刷和模切装置上的微机能相互交换信息，精确而简单地通过触摸高清晰度彩色显示屏，达到最佳标准。

1.4 主要技术参数

1.供电电源:3相，50HZ，380V；

2.模切速度:1500张/小时到7000张/小时；

3.有连续运行功能和手动运行功能；

4.可实现自动送纸、自动模切、自动收纸功能及自动计数功能；

5．可实现运行纸速、模板位置、纸张计数显示；

6．有故障检测能力及安全保护装置；

7．对错误操作、机械故障及纸张的送、运故障均发出声光报警；

第二章 MW640模切机方案论证

2.1 系统整体设计

本系统采用PLC可编程控制器等先进技术，集光、机、电于一体，可实现自动给纸、输纸、模切、收纸、计数等功能，并有故障检测能力及安全保护装置。完成主电路设计、电源电路设计、控制电路设计、检测电路设计，PLC软件设计，器件选择等。

2.2 系统的控制方案

2.2.1 单片机控制方案

单片机是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存储器和各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。它主要应用于测控领域，用以实现各种测试和控制功能。

单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，以深入到各个领域。它有很多特点：

（1）小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能测控设备及各种智能仪器仪表。

（2）可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，分为民品、工业品、军品、其中工业品、军品具有较强的适应恶劣环境的能力。

（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能的指令。

（4）可以很方便地实现多机和分布式控制系统。

（5）减少硬件系统设计开发的周期，因为单片机、SRAM和FLASH等已经集成在一个核心模块中。

（6）具有强大的存储能力，可以写几万行C语言代码和存储大量的数据

（7）具有竞争力的价格因素。

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防潮是粮食储存过程中一项重要内容，对粮食的储存质量有很重要的作用。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用扦样式玻璃温度计，人工判读等最原始的测温方法，工作量大，难以控制，滞后严重，做好日常的粮情检查工作，可以发现问题，及时处理，以保证储粮的安全。本论文侧重介绍“单片机温度检测系统”的软、硬件设计及相关内容。论文的主要内容包括：采样、LED显示，单片机89C51的开发以及系统应用软件开发等。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度检测系统综合运用了单片机技术、模拟电子技术、通信技术、数码显示技术等诸多方面的知识。

2粮仓湿度检测系统硬件设计

粮情测控系统是计算机硬件与软件的结合体，实现了计算机对储粮的检测与预警。系统硬件由控制部分和信号检测部分组成，其中，控制部分包含五个模块：控制器模块、手动按键、显示模块、通信模块和报警模块；信号检测部分包含一个模块：湿度检测模块。

2.1核心单元电路

综合考虑系统的方便性，可靠性，性价比等因素，系统主机芯片采用AT89C51。AT89C51是控制系统常用的单片机，应用在很多领域，利用它完成的报警系统很多。使用AT89C51单片机构成的计算机系统能够实现准确的采样煤气浓度，能够达到题目的设计要求，而且AT89C51单片机相对于其它型号的单片机，更加易于学习和掌握，性能也相对比较好。

2.2检测传感器和检测电路

湿度检测采用的是湿度传感器HS1101。在粮情测控系统中主要是检测室内与室外的湿度，一般一个粮仓有两个湿度检测点，且精度要求不高。

2.3显示电路设计

系统显示模块采用数码管动态显示原理，清晰的显示实时湿度值

3软件设计

整个系统软件设计分为两个部分，作为主控的上位机的软件设计及作为数据采样的单片机终端节点的软件设计。系统采用模块化编程，将各部分功能分别实现，主要的功能子程序有：数据采集、标度变换、线性校正、数制转换、数值显示、发送、接收和部分中断子程序。

4系统调试

本次设计采用的是模块化电路和模块化程序，因此在联调时只需要把各模块进行正确的连接就可以实现仿真，其模块与电路图在前面已经介绍这里只是给出总体调试的效果，把软件调试的.HEX文件烧入其中的AT89C51中就可以运行了。

5结语

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蒙特卡罗方法是容查分析方法的一种,被大量应用于电路防真分析。蒙特卡罗方法的本质思想是假定所研究问题是若干已知概率分布的随机变量的函数,并据此建立一个数学模型;对随机变量进行反复抽样,并根据模型计算每次抽样下的相关统计量,当抽样足够大的时候,统计量的平均值可作为问题的近似解,而解的可能覆盖范围可用统计量的标准偏差来计算。

关键词:电源可靠性容差分析仿真

容差分析实例:

以下以一车载电源为例,展开蒙特卡罗分析,蒙特卡罗分析是容差分析的一种具体方法。

如图是由LM317等构成的充电器电路。它是采用LM317的恒流充电电路,其输入电压Ui为+17～+30V,输出电压U。最大为13.8V,电流为1A。输出电压与被充电电池的充电终止电压一致,由分压电阻R1和R2进行设定。用R6检测输出电流,再通过Q1和Q2自动调整LM317使其输出电压与电池端子电压一致,输出约0.35A的恒定电流。R6阻值可按下式确定,即R6=UBE/1A=0.7V/0.35A≈2Ω,电路中选用2Ω。

对于电源电路,输出电压的稳定值是电路设计最为关心的指标。输出电压的稳定值由R1和R2电阻所决定,因此对R1和R2两个参数进行分析,他们实际电路取值为240Ω和1.9KΩ,选择电阻精度为1%,输出电压要求为5.0V +/-0.2。如果电阻R1和R2公差精度等级由1%放宽到5%,输出电压要求仍然为5.0V +/-0.2。

根据传统电路设计经验,无法对电路参数和稳定性之间的影响做定量的分析,因此工程师一般就采用低公差高稳定性的高成本元器件,虽然对性能没有影响,稳定性也有所保证,但是元器件成本较高,这样做势必造成产品成本提高,制造困难。

蒙特卡罗分析利用一种统计分析方法,分析电路元件的参数在一定数值范围内在按照指定的误差分布变化时对电路特性的影响。对电路进行蒙特卡罗分析时,一般要进行多次仿真分析。首先按电路元件标称值进行仿真,然后在电路元件参数标称值基础上加减一个δ值进行仿真分析,所去的值取决于所选择的δ概率分布类型。

蒙特卡罗参数仿真器参数设置主要有以下几个部分:

1、蒙特卡罗分析次数。最小值必须大于等于2

2、模型参数公差设置。即选择公差范围百分比

3、输出节点选择

Multisim 软件在蒙特卡罗性能参数设置:电阻R1和R2为电路中需要进行蒙特卡罗仿真的双参数,电阻值分别为240Ω和1.9KΩ。本例仅以选择电阻精度等级角度(精度等级由1%放宽到5%)来说明Multisim 仿真方法在定量进行容差分析中的蒙特卡罗分析中的应用。蒙特卡罗分析精度与仿真次数(抽样次数)直接相关,抽样次数直接在“分析参数”中按照需要设定。假设本例中30次已经能够满足统计精度要求,则在运行次数中设定30次.在对该电路仿真前同时按照要求设定公差,此例中电阻R1和R2公差设置为5%。

输出波形是仿真后得到的30条输出电压响应曲线,如图(Car Power Supplier Monte Carlo Analysis)所示。

根据图示蒙特卡罗分析,可以得出:基于Multisim仿真方法,对电路参数进行定量分析,证明该电路电阻R1和R2公差精度等级由1%放宽到5%完全能够满足系统工作的要求。

结论:

容差分析作为电路系统可靠性设计与分析的一个重要环节,提供了同时研究多个变量对一个输出变量的效应的方法。这些实验有一系列运行或检验组成,其中对输入变量进行有目的更改,并在每次运行后收集数据。特别是在开发阶段通过防真软件(Saber, Multisim)的容差分析技术和方法的应用研究,可以实现在电路设计阶段中对元器件公差选择和最终电路的输出特性分布做出预测,并得到批量生产时产品的系统性能可靠性以及电路参数变化对系统性能的影响,由此为电路可靠性设计和研究提供了一种有效的方法。

参考文献:

[1]熊伟、侯传教、梁青、孟涛. 电路设计及仿真应用. 清华大学出版社.

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超声促渗是指运用超声波对人体皮肤产生的空化作用、热效应等，促进药物透过皮肤进入软组织的过程。本电路设计具有频率、功率可调，过压和过流保护，克服目前超声透皮仪智能化低、安全性差等缺陷。相关实验取得了良好的效果，具有一定实用价值。

【关键词】超声促渗 前置放大器 msp430f149

1 引言

经皮给药是指给定的药物通过皮肤经过毛细血管吸收进入体循环产生药效的一种给药方式，它能提供十倍于常规给药方法的持续稳定的渗透率。其次，温度对于经皮给药也有一定的影响，但超声具有热效应，因此既要保证安全的条件下，尽量提高渗透率；本文采用TI单片机msp430f149作为控制芯片，具有可调频率、功率以及可控恒温的特点。

2 硬件设计

本系统核心为mspf430f149，核心电路包括：温度检测控制电路、超声功放电路、过流保护电路、显示模块；总体框图如图1。

2.1 温度检测控制电路

温度的检测采用铂电阻Pt100，接线方式采用三线制，采样电路为桥式测量电路，经采样后输出正电压，A/D转换后变为数字量，然后送入单片机进行分析、处理，经过数字滤波后，在读入DS18B20测定的数值，二者先做一个比较，取较小值，将其温度与设定温度值相比较，然后在单片机进行模糊PID运算，输出通断控制脉冲信号，通过过零触发驱动双向晶闸管（MOC3601），控制其导通时间，控制电阻丝的电源电压，改变加热功率，从而控制温度。

在电路系统中，对生理信号的放大，前置放大器选用仪表放大器INA326，它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低漂移、低噪声等特点；它和Pt100构成的温度检测和前置放大如图2。

上式表明：该电路可以通过调节RG进行增益的控制。

在温度检测控制电路中，设计模糊PID控制器，如图3所示，它由两部分构成，直接控制器和间接控制器，直接控制器采用PID控制器，间接控制器为模糊推理；通过对测定温度值与用户设定温度值的偏差|e|和偏差变化率|e'|的分析判断，而且根据实际控制结果，修正参数KP，KD，KI，使控制效果达到最佳。

2.2 超声功放电路

超声波功放电路主要是由msp430f149产生脉冲，驱动电路（IR2110）、变压器耦合电路和阻抗匹配电路四部分组成。

如图4所示：用单片机msp430f149作为信号源，产生f=20kHz功率为 的方波；送入IR2110驱动电路，放大后驱动功率管交替导通，产生相应的激励信号加载到变压器的副边；经过变压器的耦合，送入阻抗匹配电路从而驱动超声换能器；阻抗匹配使超声换能器负载实现最大功率传输。而由D1、R3、C4构成的回路能吸收功率管开、断产生的尖峰脉冲，从而有效保护功率开关管。为了防止电路系统的不稳定而产生大电流，因此加入了过流保护电路。

3 软件设计

整体程序包括主程序、温度控制程序、超声发生程序、温度采集与显示、人机交互程序等。整体程序如图5。

4 小结

本文通过控制温度、频率和功率等多种因素来促进超声波经皮的渗透性。整个电路目前在实验室标测中均表现出显著的效果和良好的实测值，但在临床上的应用，还将继续实验。

参考文献

[1] 张国良，史宗道. 低频超声透皮给药的研究进展[J]. 华西药学杂志，2001 16（5）：367-368.

[2]楚斌. IR2110功率驱动集成芯片应用[J]. 电子工程师，2004，（10）.

[3]杨哲，靳晓东.压电换能器阻抗匹配研究[J]. 高压电技术，2007，33（1）：77-80.

[4]袁燕玲，周红.单片机控制的脉宽调制功率放大器设计与研究[J]. 电子元器件应用，2008， 10（4）：36-39.

篇6

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUSII为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。如以下两个程序：（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsifa<btheny<=''''0''''；endif；endprocess；end；（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsey<=''''0''''；endif；endprocess；end；（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

篇7

关键词：多媒体课件 电路仿真软件 三维扫描仪 数控加工仿真系统

在课堂教学中采用多媒体技术已经成为现代教育的必备手段和方法。与板书的教学方法相比，不仅课堂的信息量成倍增加，而且利用声、光、音频、视频、动画和仿真等多媒体技术可以使讲授内容更加逼真地、全视角、多维地展现在学生面前，有利于学生全面、深入地掌握所讲授内容。测控电路课程为测控技术与仪器专业的必修专业课，其主要讲授测控系统中常用的各种单元电路，使学生熟悉怎样运用电子技术解决测量与控制中的任务，在电子学和实际测控任务之间架起一座桥梁[1]。由于此课程是一门实践性非常强的课程，在课堂讲授中各种多媒体技术的应用比较广泛，但目前主要采用静止的PPT播放方式，多媒体技术的作用没有得到充分发挥。因此，将电路仿真软件、测量系统工作视频和数控机床仿真加工软件等技术用于测控电路课程课件的制作，提高了课件的质量和授课效果。

1 课件制作

1.1 自动输送与喂料演示系统

图1a所示为自动输送与喂料系统组成示意图。系统机械部分由输送单元和加料单元组成，电路系统包括传感器及其转换电路、输送电机控制电路和加料执行机构控制电路。传感器类型为光电开关式位置传感器和光电计数式加料检测传感器。控制电路接口包括正向运动（Fwd）、反向运动（Rev）、运动停止（Stop）、加料控制（Drop）和速度控制（Speed）等信号。

在Multisim[2]软件环境下进行仿真电路设计，实现此系统功能所需要的传感器信号转换电路、处理电路以及驱动电路。在电路仿真调试过程中，利用Multisim软件中提供的多路示波器实时演示传感器输出信号和驱动接口信号。如图1b所示，当容器经过位置传感器1时，位置传感器输出一个与容器宽度相关的正脉冲信号，并且控制传输带速度的模拟电压信号减小，传输带以低速运动，以便精确控制容器停止位置。当位置传感器2输出信号变为高电平时，表明容器已到达预定位置，传输带停止运动，加样控制信号开始有效，开始往容器内加样。每加一个样品，光电计数式加料检测传感器就输出一个脉冲信号，当加到所需要的样品数时，停止加样，控制电路输出速度控制信号，传输带载着加满了样品的容器又重新开始运动。当容器到达位置传感器3时，位置传感器输出高电平，传输带停止运动，完成自动输送和加样任务。

通过传输带运动过程、样品加样过程演示以及和传感器输出波形、有关电路波形的实时对比，可以更直观、形象地了解有关测控电路的作用。

1.2 三维激光扫描仪扫描视频

图2a所示的三维激光扫描仪可以获取人的足部、鞋楦等被扫描对象三维点云数据，建立三维模型，并且可以同步采集足部负荷的大小，得到足部三维尺寸随负荷变化规律。通过图2b所示扫描过程工作视频、图2c所示系统电路框图和原理的讲解，了解三维扫描仪中涉及的电路及其在系统中起的作用。如图2c所示，在一维运动系统中涉及伺服电机控制电路、光电隔离电路、伺服放大器电路和电源滤波器电路；图像采集系统中涉及半导体激光器驱动电路、图像采集卡电路和多路同步信号发生器电路；在压力测量系统中涉及压力传感器信号转换电路、LED显示电路以及RS232接口电路。

1.3 数控铣床加工仿真

图3所示为数控铣床课件组成部分，其中图3a数控铣床组成结构图，通过此图的介绍可以全面了解数控铣床的基本组成部分，每一个模块在铣床中的位置和作用以及铣床加工工件的大致过程。在数控铣床加工仿真软件[3]环境下，通过编写加工“测控”两个字控制程序，逼真地模拟数控铣床的工作过程，图3b为数控铣床仿真加工“测控”两个字的视频截图。通过加工仿真过程的演示，可以更深入地了解主轴的运动以及工作台的运动过程，了解电路部分所起的作用。图3c所示为系统电路框图，通过此图的介绍，可以掌握数控铣床包含哪些单元电路，以及每个单元的作用。图3d比较详细地介绍了其中一个控制轴的反馈控制系统框图及所涉及的测控单元电路，例如，在位置检测部分可能涉及光电转换、放大器、比较器、细分和辨向电路、可逆计数器和调制解调等单元电路。反馈控制系统由3个控制环组成，最内部的为电流控制环，中间为速度控制环，最外部为位置控制环，3个环路组成的反馈控制系统根据工件加工给定路径对工作台在这个轴的位置进行控制。

2 结束语

介绍了电路仿真软件、激光三维扫描仪工作视频和数控机床加工仿真软件等多媒体技术在测控电路、现代电子技术及应用课程教学课件中的应用，提高了课件的制作质量和授课效果。这些技术也可以用于智能仪器、测控仪器设计等其他专业课程的课件制作。当然，只有各种多媒体技术和所要讲授的内容有机结合，才能充分发挥多媒体的作用，否则事倍功半。

参考文献

[1] 张国雄.测控电路[M].北京：机械工业出版社，2011.

篇8

关键词：项目驱动；测控仪器设计；教学模式；实践

0引言

测控仪器是利用测量和控制的理论，采用机械、电子、光学等各种计量测试原理及控制系统与计算机技术相结合的一种范围广泛的测量仪器。测控仪器设计课程是对机械设计、微机原理、单片机、传感器、测控电路、信号分析、误差理论等课程内容的深化和延伸，实践性很高。学生通过该门课的学习，应该掌握测控仪器的开发、设计方面的专业知识，具有很强的动手能力。

1问题的引出

在实际教学中，这门课的现有教学模式存在如下弊端：一是仍然采用传统的灌输教育，使学生产生厌倦情绪，失去对课程的兴趣。二是实践教学不具有系统性，因实践教学课时的限制，学生只能对测控仪器设计的少数环节进行实践学习。三是缺乏对已学知识的综合应用，对学生创造力的训练有限[1]。基于此，改变测控仪器课程的教学模式，建立以项目为中心的教学模式，突出项目在课程教学中所扮演的角色，整个教学活动的主线是学生围绕项目开展自主学习，教师主要起辅导、答疑的作用。

2项目驱动法

项目驱动法是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学方法。这种方法认为学生学习的动力来自生存环境的压力———待解决的问题。项目驱动法是实施探究式教学方法的一种，以老师为引导、以学生为主体、以任务为驱动。主要目标是使学生置身于探索知识的情景之中，即在真实世界中应用相关的知识解决特定的项目问题，从而促使学生主动吸收、重组自己的知识结构。从根本上将传统课堂中老师“满堂灌”转变为“学生为主体，教师为主导”的教学模式。这种教学的关键在于培养学生自我学习、认知能力和团队协作能力，并使教学理念的实施更符合人的认知学习规律[2]。

3项目驱动教学法在测控仪器设计课程中的实施

教学中选择的项目应尽可能覆盖测控仪器设计课程的所有知识点，项目完成后学生能理解和掌握测控仪器设计课程所涉及的所有理论知识，掌握运用这些理论知识的技能。同时，项目要具有开放性，不同项目小组的学生可以采用不同的方案、选择不同的元器件实现。此为，尽量选择实际的工程项目，可以锻炼学生从事工程项目开发能力，从而拓宽学生毕业就业渠道。因此，选择DGB-5B型电感测微仪的数字化作为项目开展教学活动。电感测微仪作为本院实验室的仪器，在精密测量领域应用广泛。项目的研究内容包含在测控仪器设计课程的不同章节，由不同的理论知识进行指导。在总体设计这一章的课程上完后，项目小组可以根据设计需求，讨论电感测微仪的数字化的总体方案（单片机还是PC机作为主控单元）。在电路和软件设计这一章的课程上完后，学生可以完成调理电路的设计（模拟电路还是集成电路设计调理电路），AD采样电路的设计（数据采集卡还是独立的AD芯片完成模数转换），软件的开发（开发单片机程序还是PC机程序）。在仪器的精度理论这一章上完后，学生可以讨论如何对数字化后的测微仪进行标定，提高仪器的测量精度。下面以其中一组学生实施的方案，简要说明项目实施的过程。该组学生设计的总体方案如图1[3]。线性位移传感器的结构剖面图如图2。AD698信号调理电路连接及学生制作的实物图如图3。USB-6002数据采集卡外观如图4。程序采用LabVIEW开发，学生开发的程序界面如图5，程序框图（代码）略。项目完成后，各项目小组将项目过程中形成的设计方案、图纸、软硬件整理后，结合项目的心得体会撰写项目报告，其他小组成员可以对该组的项目展开讨论，提出改进意见。

4结论

通过在测控仪器设计课程的教学中引入项目驱动教学法，学生对该课程产生更大的兴趣，加强了与教师的交流，学生的理论知识和实践技能得到了系统训练，有助于学生尝试创新设计和进行科研活动[4]，同时，更多的学生通过课程项目的训练，参与到各类竞赛中，增强了学生的专业自信。

参考文献：

[1]戴金桥，俞阿龙，孙华军.项目驱动法在智能仪器设计课程教学中的应用[J].中国教育技术装备，2015（16）：83-85.

[2]刘贵云.《传感器与自动检测技术》的项目驱动法研究[J].教育教学论坛，2014（36）：150-151.

[3]蒋彦，侯建伟，黄智，等.DGB-5B型电感测微仪的数字化设计初探[J].数字技术与应用，2014（8）：150.

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关键词： 飞机充氧车 测控系统 单片机

1.信号检测与报警系统的工作原理

飞机充氧车的单片机检测、报警系统以8031单片机为核心，对两个模拟量、11个开关量进行循环检测。两个模拟量包括：压缩机转速和压缩机排气压力；11个数字量包括：压缩机左缸膜片破裂、压缩机右缸膜片破裂、压缩机左随动阀膜片破裂、压缩机右随动阀膜片破裂、压缩机滑油压力低、压缩机滑油温度高、压缩机排气温度高、压缩机舱温度高、火灾、汽车发动机滑油压力低、汽车水箱温度高。循环检测频率达40次/秒。

工作正常期间通过4个数码管实时显示工作时间、压缩机转速和压缩机排气压力。当检测的参数超出正常范围时，发出汽车喇叭鸣叫报警，并显示故障代码。当有严重故障（如火灾、膜片破裂等）时，将自动停机。故障代码与发生故障的时刻将记入系统内部的EEPROM中，可供查询。

2.硬件电路设计

系统的工作电源由汽车自带的12V直流电源提供，可直接供12V继电器使用。11个检测的开关量高电平大于10V，低电平小于1V。单片机、存储器、A/D转换芯片的工作电源由12V经7805稳压器输出5V提供。

充氧车的单片机检测、报警系统硬件电路系统包括：8031单片机及其时钟、复位电路，程序存储器2764和数据存储器2864扩展电路，A/D转换0809和检测信号输入电路，报警输出及控制系统停机电路，数码显示电路，等等。

2.1 8031单片机及其时钟、复位电路。

8031的P0口与P2口作为扩展系统的数据/地址总线。P1口作为开关量输入和报警、停机信号输出。P3口作为开关量输入、读/写信号控制、显示的串行输出等。复位电路能够完成上电复位功能。时钟电路向单片机提供6MH时钟信号。

2.2程序存储器和数据存储器扩展电路。

程序存储器2764EPROM地址范围：0000H―1FFFH，存储控制程序及常数。数据存储器2864EEPROM地址范围：6000H―7FFFH，记录工作时间与故障代码。

2.3 A/D转换0809和检测信号输入电路。

A/D转换接口芯片0809的地址范围：0000H―0007H，属于数据存储器空间。由它输入的量有：两个模拟量，四个开关量，两个按键开关量：单项/循环显示开关――控制三个显示量是单项显示还是循环显示，电脑查询开关――控制是否查询并显示故障。

2.4报警输出及控制系统停机电路。

当系统出现故障时，由8031的P1.6输出低电平信号，使继电器K1吸合，报警喇叭鸣叫。当出现严重故障时，由P1.7输出低电平信号，使继电器K2动作，继电器K3自锁，电磁阀断开，停机。

2.5数码显示电路。

利用8031串行口的方式0外接移位寄存器54LS164扩展4个数码显示管，显示被测参数和故障代码。

3.软件系统流程

下图是充氧车检测、报警系统的软件流程图。

4.结语

本文所介绍的飞机充氧车的测控系统在检测信号进入单片机，经过计算比较后发出相应的控制信号，控制系统的执行机构性能良好，系统能按指定要求工作，在系统出现危险或错误时能够及时报警。

参考文献：

［1］梁洁婷.单片机原理与应用.高等教育出版社.

［2］王义方.微型计算机原理及应用.机械工业出版社.

篇10

关键词 24位A/D转换器；16位单片机接口

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0197—02

0 引言

随着嵌入式系统在测控领域的不断发展，单片微处理器已被广泛地应用于测量系统，利用其处理速度快、集成度高、系统结构简单、控制功能强、易于模块化等优点，降低了测量系统的制造成本，大幅提升了测量系统的数据处理能力，增强了系统运行效率与稳定性。在测量系统中，诸如温度、压力这些模拟量的采集处理主要靠A/D转换器来实现，而要实现高精度的数据测量，则必须采用高分辨率的A/D转换器。

AD771X是Analog Devices公司推出的24位A/D转换器系列，采用电荷平衡技术，可直接测量传感器输出的微弱信号，测量精度达到24位无丢失编码，适用于宽动态范围低频、高精度工业级的信号测量。80C196是Intel公司推出的一种准16位单片机系列，寄存器兼有RAM和累加器的功能，消除了一般累加器结构存在的瓶颈现象，提高了数据处理执行效率，且中断源丰富，具有全双工串行接口和多种功能的并行接口。AD771X与80C196的特点，决定了二者组合非常适合应用于高精测量、自动化仪表与控制等领域。本文将以AD7710与80C196之间的数据通信接口为例，详细分析AD771X型A/D转换器与单片微处理器之间接口电路设计方法。

1 硬件设计

1.1 串行口连接电路

单片机通常都具有全双工的硬件串行接口，可以方便地利用它与AD771X进行串行口通信。在外部时钟工作方式下，利用单片机查询方式，AD7710可直接与单片机80C196的硬件串行接口连接。将80C196的P1.5与AD7710的DRDY非直接连接置为输入端接受查询信号，串行口的RXD连接SDATA读写数据，TXD连接SLCK输出串行时钟，其接口电路设计原理图如图1所示，此时，80C196的串行口工作于方式0，查询方式。

图1 AD7710与80C196单片机串行口连接电路

1.2 高速输入（HSI）口连接电路

AD771X是一种先转换后输出的串行输入输出的A/D转换器，芯片本身对数据传输的波特率没有严格要求。基于AD7710的这一特点，可扩展80C196的串行接口，利用高速输入口进行连接，其接口电路设计原理图见图2。先在80C196的P1.6上通过软件来产生同步移位脉冲信号SCLK，用P1.7收发数据，用P1.2～P1.4控制AD7710的读写状态，然后将80C196的HSI.0与相连，利用HSI.0中断源，在中断程序中接收A/D转换后的数据。

图2 AD7710与80C196单片机高速输入口连接电路

1.3 普通输入输出口连接电路

在高速输入口连接电路设计中，80C196单片机与AD7710A/D转换器之间是利用了HSI.0中断源，采用中断方式进行数据交换，也可以采用查询方式工作，将P1.5与相连，通过查询P1.5口上的信号即的状态来接收A/D转换后的数据，接口电路设计如图3所示。

图3 AD7710与80C196单片机普通高速输入输出口连接电路

2 软件设计及程序实现

程序设计分为主程序和外部中断两部分，主程序主要包括程序初始化、读写校准系数、数据处理标志判断以及ADD710读写操作等，中断服务程序实现数据处理功能。读操作时，先将SCLK置低，然后检测SDATA引脚是否处于高电平，保持所有数据位在SCLK下降沿至下一个上升沿期间有效。写操作时，发送SDATA电平后产生时钟信号，保持SCLK 高电平有效，且数据位先于SCLK 的上升沿。

2.1 程序初始化

AD7710与80C196单片机串行口连接时，AD7710必须初始化。首先置P1.5为输入方式，直接接受查询信号DRDY非，然后置P1.2～P1.4输出1使TFS非、RFS非、A0=1，接着P2.0切换为TXD管脚，设置串行口方式0的波特率，置串行口为方式0，发送状态，置AD7710写命令字状态A0=0，TFS非=0。

2.2 ADD710读操作子程序

首先，将待接收存储数据的串行缓冲器SP1_BUF内存空间清零，并置P1.7～P1.5初始化状态为高电平“1”；其次，根据P1口的状态查询数据处理标志读取数据，读P1.7脚的电平值移位至SP1_BUF中，并置P1.6状态为低电平“0”；最后，按照时钟信号SLCK的读操作时序，80C196中SP1_BUF中送入AD7710，在SDATA上输出。由于一字节数据为8位，上述读数据程序需循环8次，串行缓冲器SP1_BUF才完成一字节数据的接收，并且已接收的数据高位排在SP1_BUF高位。实现读操作的子程序如下：

SP1_IN： LDB AL+1，#08H

CLRB SP1_BUF；串行缓冲器清零

SP1_L2： LDB BL，P1

ORB BL，#11100000B

STB BL，P1；读P1口状态

LDB AL，P1

SHLB AL，1

ADDCB SP1_BUF，SP1_BUF

LDB BL，P1；缓冲器接收数据

ORB BL，#10100000B

ANDB BL，#10111111B；P1.6置低电平

STB BL，P1

DJNZ AL+1，SP1_L2；循环8次

RET

2.2 ADD710写操作子程序

ADD710写操作时，将串行缓冲器SP1_BUF存储的字节，按照从高位至低位的顺序依次送入P1.7，其他位状态保持不变；其次，改变P1.6状态送入一个上跳脉冲，P1.6=1时，将数据位从P1.7送入AD7710中，在SDATA上输出。最后，由于一字节数据为8位，其余7位数据按照从高位至低位顺序依次移位到P1.7上，重复上述写操作过程，即完成一个字节的串行数据发送。实现写操作功能的子程序如下：

SP1_OUT：LDB AL+1，#08H

SP1_L1：LDB AL，SP1_BUF

ANDB AL，#10000000B

LDB BL，P1

ANDB BL，#01111111B

ORB BL，#00100000B；P1.5输入

ORB AL，BL

STB AL，P1；待发字节高位送到P1.7

SHLB SP1_BUF，1

LDB BL，P1

ORB BL，#01100000B；P1.6输出上跳脉冲

STB BL，P1

LDB BL，P1

ORB BL，#00100000B

ANDB BL，#10111111B；P1.6置低电平

STB BL，P1

DJNZ AL+1，SP1_L1；循环8次

RET

3 结论

以本文设计的AD771X与80C196单片机的接口电路，进行实验将模拟电压转换为数字信号输出，并模数转换与数据处理。实验表明，几种接口方式下系统设计成本低、数据处理精度高、速度快，产品易于模块化，具有较高的实用价值。

参考文献

[1]刘军，等.基于AD7710的高精度测温仪表[J].船海工程，2005，6.