基于单片机控制的煤气表自动负压试漏仪

1、基于单片机控制的煤气表自动负压试漏仪王洪庆 (辽宁机电职业技术学院 自动控制工程系, 辽宁 丹东 118001)摘 要:本文详细地介绍了单片机在煤气表机自动负压试漏仪中的应用,给出详细的硬件电路和软件流程图,在实际工作中,收到了很好的效果。用单片机控制自动负压试漏仪,电路的控制能力明显增强,抗干扰能力明显提高,设备故障率极低,劳动生产率明显 提高,煤气表的质量大幅度提高,获得了可观的经济效益。这种控制方法不仅适合于煤气表,而且同样适用于其它密封容器。关键词:负压试漏;控制原理;硬件设计;软件设计;单片机中图分类号:tp368.1文献标识码:b文章编号:1003-7241(2010)04-007

2、0-04gas meter automatic subatomospheric pressure leak testinginstrument based on single chip microcomputer controlwang hong-qing( automatic control engineering department liaoning machinery-electricityvocational-technical institute, dandong 118001 china )abstract: this paper describes the applicatio

3、n of single chip microcomputer in gas meter automatic subatomospheric pressure leak testing instrument in detail. it is given detailed hardware circuit and flow chart of software, and has achieved good results in practice. the control circuit and anti-jamming capability is enhanced evidetly, equipme

4、nt failure rate is very low, labor productivity is improved significantly, the quality of gas meter is improved greatly, and considerable economic benefits is gained. this control method is not only suitable for gas meters, and the same applies to other sealed container.key words: subatomospheric pr

5、essure leak testing; control principle; hardware design; software design; single chip microcom-puter1引言过去,企业煤气表负压试漏仪都是从法国引进的检劳动生产率明显提高, 表的质量大幅度提高, 获得了可观的经济效益。测仪器, 电路的控制都是采用继电器控制, 继电器数量多, 线路繁琐, 电器控制箱体积庞大, 而且电路的控制 能力差,抗干扰弱,经常出现误动作,设备故障率高,表 的合格率低, 质量也不好。为了彻底改变这种落后技 术,应用先进的单片机控制技术,我采用先进的 89c51 单片机来控制煤气表

6、机自动负压试漏仪, 收到了很好 的效果, 获得了成功。电路的元器件大大减少, 成本降 低, 电路控制箱体积比原来缩小了一半, 电路的控制能 力明显增强, 抗干扰能力明显提高, 设备故障率极低,2煤气表负压试漏原理首先, 把煤气表出气口密封住, 然后打开控制负压的电磁阀, 这时高速流动的压缩空气, 经负压阀产生负压,把表内的气体往外抽,表内形成负压,同时斜管压力 计液面往上升,当抽到设定值时(煤气表工艺要求斜管压 力计显示 270pa),即光电管所在的位置时,关闭电磁阀, 这时斜管压力计的液面要继续往上升,停在一个确定的 位置1。如果在规定的时间内(一般工艺要求 s),斜管 压力计的液面不回落到

7、光电管所在的位置,则表的密封3系统的构成5硬件电路的设计本系统由密封汽缸、定位汽缸、换向汽缸、负压阀、光电检测装置、斜管压力计, 以及由 89c51 为 cpu 的 控制器构成。煤气表机心由二个囊壳通过二个膜片分成四个行 腔。定位汽缸保证滑阀盖处于第一点测试位置,测其中 二个行腔,换向汽缸保证滑阀盖旋转 180 度处于第二点 测试位置,测另外二个行腔2。只有两点测试都合格,表 合格,不漏,否则,表不合格,漏气。硬件电路由 89c51、锁存器 74ls373、输入电路、输出电路、光电检测电路、电源电路等构成,硬件电路 的框图如图 1 所示。4控制原理设: 电磁阀 df1 控制密封汽缸 电磁阀 d

8、f2 控制定位汽缸 电磁阀 df3 控制换向汽缸 电磁阀 df4 控制负压阀系统的初始状态: 所有的电磁阀不得电, 红灯、绿图 15.1 输入回路硬件电路框图平时当没按下时, 发光管不发光, 接收管不导通,经 74ls04 反相后变成低电平输入到 3.4,当 按下时,发光管发光,接收管导通,经 74ls04 反相 后变成高电平输入到 3.4,当单片机检测到 3.4 1 时, 就执行相应的动作。采用光电耦合器 4n25 是为了 抗干扰3,4。输入电路如图 2 所示。灯、都不亮, 斜管压力计液面对应标度尺的零点。当按下启动按钮时,df2 得电,定位汽缸下落,压住 偏心齿轮使滑阀盖处于第一点测试位置

9、, 接着 df1 得 电,密封汽缸下降,密封住出气口,然后稍延时(延时长短 应保证密封气缸和定位气缸到位)这时 df4 得电,负压阀 工作, 斜管压力计的液面往上升, 同时单片机检测光电 信号, 当液面上升到光电管位置, 单片机检测到了这个 信号时,df4 失电, 停止抽负压, 同时定时开始, 如果在 规定的时间内(一般取 s), 液面不回落到光电管的位 置,则第一点测试合格,绿灯亮。同时 df1 失电,密封汽 缸抬起,稍微延时后,df3 得电,换向汽缸使滑阀盖旋转180 度外于第二点测试位置,换向结束后,df1 得电,密 封汽缸压下,压紧后,绿灯灭。这时 df4 得电,又开始抽 负压,当液面

10、上升到光电管位置时,df4 失电,停止抽负 压, 同时定时开始, 如果在规定的时间内液面不回落到 光电管的位置,则第二点测试合格,绿灯亮,这时 df2 先 失电,定位汽缸抬起, 稍延时后,df1 失电, 密封汽缸抬 起,df3 失电, 换向汽缸回位, 同时绿灯灭, 自动返回完 成一个测试的工作循环。注: 检测中当在规定时间内, 液面回落到光电管位 置时,则红灯亮,停止检测,表不合格;或者是:有少数表 由于漏得严重,在抽负压时,很长时间内(一般取 15s)液 面也上升不到光电管位置,则红灯亮,停止检测,表不合 格, 上述两种情况, 系统都不能自动返回, 要手动复位。图 25.2 拨盘开关电路输入

11、电路拨盘开关电路如图 3 所示, 当开始抽负压时, 微控器 89c51 由 3.7 发出读信号,把 74ls373 锁存的数据 经 0 送到累加器中,再送到寄存器中来控制定时器 0 定时时间,为增加实时性,采用定时器溢出中断5,6。 收到了很好的效果。图 3拨盘开关电路电平输入到 3.5,相反,当抽负压时,液面上升到光电管本系统定时器定时 0.1s,其初值计算如下:位置, 圆孔内是白油, 但由于白油密度接近于有机玻璃密度,所以发光管发出入射光,经交界面后,沿直线传播,不改 变方向,所以光比较集中,大都透过了标尺上的圆孔,照射 在接收管上。结果导致接收管导通,变为低电平,经 74ls04 反相变

12、成高电平输入到 3.5,当单片机检测到 3.5 这个信号时,送出输出信号,关断负压电磁阀,停止抽负压。5.4 输出回路输出电路7-9如图 6 所示,由 89c51 的 p1 控制,输出 的低电平信号经 74ls04 反相驱动后变成高电平,光电 耦合器截止,再经 4n25 转换成 +24v 高电平,经 1413 反 相驱动后变成低电平,使继电器导通,常开触点闭合, 电磁阀得电, 汽缸做相应的运动。定时器工作在定时方式, 所以每一个机器周期, 计数器加,由于每一个机器周期包含 12 振荡周期,所以 计数速率是振荡频率的 1/12, 由于本系统采用 mh z 晶振, 所以机器周期: 0 工作在方式则

13、有: (216 x)× 2us 100ms得x 3cb0h所以th0 3chtl0 b0h如要定时 s 即 s 3ch × 0.1s,把拨盘开关设置为 3ch 即 00111100b。5.3 光电检测电路斜管压力计是有机玻璃制成的,中间钻一个斜长圆 管, 里面装着白油, 压力计背面有一个钻着圆孔的铝板 标度尺,发光管和接收管通过支架分别安装在压力计的 正面和背面,而且保证发光管、接收管、标度尺上的圆 孔, 三点在一条直线上。如图 4 所示。图 6输出电路6软件设计软件流程图如图 7 所示。图 4斜管压力计图 5光电检测电路光电检测电路如图 5 所示,平时发光管始终在发光,通

14、过调节电位器 w1 使发光管 5glb 发出的光最强。由于系 统各表面光洁,光的反射量很少,可忽略不计。真正起作用 的是折射光。当没有抽负压时,白油在斜长圆管的最底端, 圆孔内是空气,发光管发出的入射光,经交界面后改变了方 向,光比较分散,透过标尺圆孔的光很少,结果导致接收管 不导通,光电检测电路中为高电平,经 74ls04 反相变成低图 7软件流程图（下转第 91 页）频率的信号, 只需提高 d/a 的时钟即可( 可以通过锁相环实现) 。同时, 可以通过增加一个 d/a 转换器, 在fpga 的读写操作下,专门控制模拟信号的幅度;如果需 要其他任意波形,只需要将它们的采样点数据存储在存 储器

15、中, 需要输出该信号时, 直接取出采样数据送入 d/ a 转换器即可,这些采样点数据可以事先经过 matlab 计 算后,存放到存储器中,也可以在 fpga 程序中,利用时 钟的跳变沿依次存储在 ram 中78,其中时钟的频率可 以根据需要由 fpga 分频模块进行分频。图 7fpga 仿真波形图从表 1 中可以看出,当 f<500khz,误差较小,波形比较理想;当 f>500khz,频率误差逐渐变大,主要原因是根 据式(4)的计算,要满足奈奎斯特采样定理,输出的信号 频率值不能大于 500khz。要想输出更高频率的波形,就 需要提高系统时钟频率 fclk ,但这样要想保持较小的频

16、率分辨率,就必须增加相位累加器的位数 n,同时 fclk 和n 的值要有式(2)所确定的对应关系。参考文献:1 王广君,王永涛等.基于 cpld 的高精度任意波形发生 器的研制j.实验技术与管理.2009,26(3):71-74,78.2 林建英,王涛,王晓迪.基于 dds 技术波形发生器的实 验教学研究与实施j.实验科学与技术.2006,4(1):75-78.3 刘文莉,林建英,用单片机与 fpga 实现的 dds 波形发 生器j.研究与开发,2007,26(12):27-284 蒋献丰,钱卫飞,基于单片机与fpga的波形发生器j. 中国测试技术,2008,34(3):78-79.5 王彦,

17、基于 fpga 的工程设计与应用m.西安:西安电 子科技大学出版社,2007:272-279.6 王彦,基于 fpga 的工程设计与应用m.西安:西安电 子科技大学出版社,2007:489-496.7 王彦,方艾,张清明,基于 fpga 的数字波形发生器j. 机械与电子,2004(6):16-16.8 刘源,于亚萍等.基于fpga数控信号发生器的设计j. 自动化技术与应用,2009,28(12):75-77. 表 1输入频率值和示波器观测值对比7结束语根据以上计算和仿真测试结果, 可以看出, 本设计可以实现 1500khz 的任意波形,频率分辨率为 1hz,效果理想,可以应用于音频类信号产生。

18、如需产生更高作者简介: 殷海波(1984-), 男, 研究生, 研究方向: 数字系统设计。 (上接第 72页)与热力,1999,(3).3 徐仁贵.微型计算机接口技术及应用m.北京:机械工 业出版社,1995.4 王幸之.单片机应用系统抗干扰系统m.北京:北京航 空航天大学出版社,2000.5 何立民.单片机高级教程应用与设计m.北京:北京航 空航天大学出版社,2000.6 张振容,晋明武.mcs-51 单片机原理及使用技术m. 北京:人民邮电出版社,2000.7 何立民.单片机应用技术选编5m.北京:北京航空航天 大学出版社,1997.8 陈汝全,林水生.实用微机与单片机控制技术m.成都: 电子科技大学出版社,1993.9 李昌喜.微机化仪器仪表设计m.武汉:华中理工大