邱 燁 馬 棟 羅 維 葛亦斌

[摘要]基于8255A和ADC0809芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)壓力控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況之下。主要用到的硬件有傳感器、步進(jìn)電機(jī)和CPU外圍接口芯片可編程外圍接口芯片——8255A，A／D轉(zhuǎn)換器AOC0809。系統(tǒng)既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項(xiàng)繁瑣而又難實(shí)現(xiàn)的工作變得簡(jiǎn)單又輕松。真正實(shí)現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測(cè)和控制。

[關(guān)鍵詞]壓力控制系統(tǒng)風(fēng)道壓力8255A傳感器

中圖分類號(hào)：TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—7597(2009)1020028--01

一、引言

我們經(jīng)常要控制壓力在某一范圍內(nèi)變化，是壓力不超過某以上限值也不低于某一下限值。而壓力控制系統(tǒng)在實(shí)際中也有較廣泛的應(yīng)用。

實(shí)例1：某大型化肥廠輔助鍋爐生產(chǎn)10Mpa的高壓蒸汽。在正常情況下，高壓蒸汽全部通過高壓蒸汽透平，然后抽氣得4Mpa的中壓蒸汽。中壓蒸汽又分別通過空壓機(jī)、原料壓縮機(jī)、冰機(jī)等蒸汽透平，充分利用了整齊的能量。為了確保蒸汽透平整長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，要求高壓蒸汽壓力不致過高(<10.2Mpa)，要求低壓蒸汽不致鍋底(>3.8)但并不要求壓力維持在某一值不變。

實(shí)例2：如果要控制水塔內(nèi)的水在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)管線水壓低于設(shè)定的下限時(shí)，控制補(bǔ)水泵開啟，自動(dòng)補(bǔ)水。當(dāng)管線水位上升至上限時(shí)，控制補(bǔ)水泵停止工作。

由此，我們想到，如何控制其壓力大小，使其在一定的范圍內(nèi)按照我們的期望變化。

對(duì)于在由風(fēng)門控制的風(fēng)道系統(tǒng)中，由人工來監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)門附近的壓力是一項(xiàng)很繁瑣的工作，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)要求監(jiān)測(cè)者進(jìn)到再次行連續(xù)的不間斷的循環(huán)工作。監(jiān)測(cè)之后要進(jìn)行判斷，并在數(shù)據(jù)不符合要求的情況下進(jìn)行循環(huán)控制，直監(jiān)測(cè)時(shí)所得的數(shù)據(jù)符合要求為止。而且，在某些情況下人工控制是很難實(shí)現(xiàn)的，例如，當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的壓力很大的時(shí)候，或者是監(jiān)測(cè)對(duì)象很難接近的時(shí)候。

為此，我們目前很需要開發(fā)一種簡(jiǎn)單的壓力控制系統(tǒng)來替代人的工作。這樣既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項(xiàng)繁瑣而又難實(shí)現(xiàn)的工作變得簡(jiǎn)單又輕松。真正實(shí)現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測(cè)和控制。

二、電路設(shè)計(jì)及其功能

(一)設(shè)計(jì)任務(wù)

該設(shè)計(jì)項(xiàng)目要完成一個(gè)壓力控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)中要用到的硬件有傳感器、步進(jìn)電機(jī)和CPU外圍接口芯片可編程外圍接口芯片——8255A，A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809。本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)的壓力控制系統(tǒng)要求具有以下功能：應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況下。其中風(fēng)門附近裝有傳感器可以采集瞬時(shí)的壓力大小，并轉(zhuǎn)換為0～5v的模擬信號(hào)，送給壓力控制系統(tǒng)。該壓力控制系統(tǒng)可以根據(jù)接收到的模擬信號(hào)來判斷風(fēng)門附近的壓力是否處在正常范圍內(nèi)，如果正常，則繼續(xù)檢測(cè)；如果超出范圍，系統(tǒng)則通過步進(jìn)電機(jī)來控制風(fēng)門的開合。從而達(dá)到控制壓力的目的。

(二)部件的主要性能和其所實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介

1、傳感器。傳感器是一種以測(cè)量為目的，以一定的精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于處理的另一種物理量的測(cè)量器件。傳感器的輸出信號(hào)多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。

傳感器由敏感元件(Elastic sensor)、傳感元件及轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件是在傳感器中直接感受被測(cè)量的元件。即被測(cè)量x通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成一與x有確定關(guān)系的非電量或其它量。這一非電量通過傳感元件后就被轉(zhuǎn)換成電參量。轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量。應(yīng)該指出，不是所有的傳感器都有敏感、傳感元件之分，有些傳感器是將二者合二為一了。

在該設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該采用的是壓力傳感器。

壓力傳感器在該設(shè)計(jì)中要完成的主要功能是代替人工來采集風(fēng)道風(fēng)門附近壓力大小的模擬量，并把該模擬量轉(zhuǎn)換為0～5v的電壓信號(hào)送給模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。

2、8255A。計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的信息交換帶來了以下一些問題：(1)速度布匹配；(2)信號(hào)電平布匹配；(3)信號(hào)格式不匹配：(4)時(shí)序不匹配。而8255A就是專門為解決與外設(shè)之間的不匹配、不協(xié)調(diào)工作而設(shè)置的，一種通用的可編程并行I／O接口芯片，它是微處理器設(shè)計(jì)的配套電路，也可以用于其他的微處理器系統(tǒng)中。通過對(duì)它進(jìn)行編程，芯片可工作與不同的工作方式。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用8255A作為接口時(shí)，通常不需要外加邏輯電路就可直接為CPU與外設(shè)提供數(shù)據(jù)通道因此得到了廣泛的應(yīng)用。

8255A內(nèi)部包含了3個(gè)8位的輸入輸出端口A、B和C，通過外部的24更輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。各端口在結(jié)構(gòu)和功能上有不同的特點(diǎn)：端口A包含了一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器，因此A口作輸入輸出時(shí)數(shù)據(jù)均能鎖存。端口B包含了一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端LIC包含了一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器／緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。無輸入鎖存功能，當(dāng)他被分成兩個(gè)4位端口時(shí)，每個(gè)端口有一個(gè)4位的輸出鎖存器。

三、電路設(shè)計(jì)原理

我們所設(shè)計(jì)的壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)無限的循環(huán)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中從第一次采集被監(jiān)測(cè)對(duì)象的受控?cái)?shù)據(jù)為入口進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

我們用傳感器來采集受控對(duì)象的模擬數(shù)據(jù)，并由傳感器將采集到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～5v的模擬電壓信號(hào)。然后，將該模擬電壓信號(hào)送到與傳感器相連接的A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由CPU控制啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量，CPU通過8255A~PC3檢測(cè)ADC0809轉(zhuǎn)換是否完成。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，所得的8位數(shù)字量被送入CPU進(jìn)行軟件判斷處理，并由CPU選擇最終的控制方案。CPU經(jīng)過判斷選擇后確定唯一的控制方案，再通過8255A的A端口PAO、PAl、PA2進(jìn)行控制三項(xiàng)六拍步進(jìn)電機(jī)來控制風(fēng)門的開與合。至此，一次循環(huán)結(jié)束，從第二次采集開始進(jìn)入下一輪循環(huán)。

四、結(jié)束語

本文基于傳感器、步進(jìn)電機(jī)和CPU外圍接口芯片8255A，A／D轉(zhuǎn)換器和ADC0809設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)了壓力控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于用風(fēng)門控制風(fēng)道壓力的情況下。不光節(jié)省了人力，還在一定程度上簡(jiǎn)化了操作，為實(shí)際生產(chǎn)帶來了很大的方便。相信在不久的未來，這種開發(fā)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便的壓力控制系統(tǒng)不光會(huì)高效應(yīng)用于風(fēng)道的壓力測(cè)量，還會(huì)更加廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。