畢業(yè)設(shè)計（論文）氣霧劑泡沫易燃性檢測儀的硬件設(shè)計

1、中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）氣霧劑泡沫易燃性檢測儀的硬件設(shè)計氣霧劑泡沫易燃性檢測儀的硬件設(shè)計hardware design of test instrument for foam flammability of aerosols 學(xué)生姓名 葉勇 學(xué) 號 0500201326學(xué)生專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 班 級 05 測控 3班 二級學(xué)院計量測試工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 王學(xué)影 講師 中國計量學(xué)院2009 年 06 月鄭鄭 重重 聲聲 明明本人呈交的畢業(yè)設(shè)計論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含

2、他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。學(xué)生簽名： 日期： 分類號： tp23 密 級： 公 開 udc： 620 學(xué)校代碼： 10356 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）氣霧劑泡沫易燃性檢測儀的硬件設(shè)計hardware design of test instrument for foam flammability of aerosols 作 者 葉勇 學(xué) 號 0500201326 申請學(xué)位 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師 王學(xué)影 講師 學(xué)科專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 培養(yǎng)單位 中國計量學(xué)院 答辯委員會主席 評 閱

3、人 2009 年 6 月致 謝值此論文完稿之際，謹向辛勤指導(dǎo)我的王學(xué)影、王曉娜老師致以衷心的感謝。大四的時候王曉娜老師擔任我們班的專業(yè)實驗課老師，她嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的作風給我們留下了深刻的印象。王學(xué)影老師雖然不是我們的任課教師，但她平易近人，在我做畢業(yè)設(shè)計期間，多次詢問并指導(dǎo)我，幫我解決疑難，對于我論文的寫作給予了許多的幫助。感謝這幾年來父母對我在生活上的照顧，雖然在學(xué)術(shù)上父母并不是很懂，但在生活上，父母對我照顧的無微不至。他們供我上大學(xué)，每個月給我寄生活費。他們的養(yǎng)育之恩我只能用優(yōu)良的成績來回報。感謝張晟學(xué)長在本課題研究上的幫助，起初對課題了解得很少，基礎(chǔ)也不牢，學(xué)長對我產(chǎn)生的疑問都

4、會耐心回答。雖然在大二的時候?qū)W過一點單片機，但到大四時已經(jīng)不太熟悉，而且對于利用單片機進行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計也沒有過接觸。學(xué)長向我推薦了許多有用的論壇、網(wǎng)站，并及時解決我的疑問。盡管他自己的科研任務(wù)繁忙，但是對于我的咨詢他從不推脫。同時也感謝郭天太老師，朱明輝老師，他們也很關(guān)心我的畢業(yè)設(shè)計，遇到難題的時候他們也會熱心幫助。畢業(yè)在即，感謝量院的所有老師，你們的辛勤勞動讓我們四年的大學(xué)有所學(xué)，有所成。你們以及量院的所有一切，將讓我們在未來更加的自信。i氣霧劑泡沫易燃性測試儀的硬件設(shè)計摘要：摘要：易燃性是噴霧劑泡沫安全性測試中的一種重要參數(shù)。本文針對噴霧劑泡沫安全性測試中普遍存在的火焰高度測量非自動化，效

5、率及精度低等問題，研究了一種基于光敏二極管光電轉(zhuǎn)換原理的對小型穩(wěn)定火焰源高度測試的方法，并設(shè)計了由單片機、光電傳感定位機構(gòu)、直流電機等構(gòu)成的自動檢測系統(tǒng)。對硬件進行相關(guān)測試，火焰高度誤差來源及其解決方案做了詳細的分析，并開發(fā)了相關(guān)的自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)測量精度可達 5mm，具備自動測試和處理數(shù)據(jù)的能力，并能和上位機進行數(shù)據(jù)通信和顯示，能滿足新標準危險品 噴霧劑泡沫易燃性測試方法規(guī)定的測試要求，為噴霧劑易燃性自動測試儀器奠定了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：易燃性 自動檢測 火焰高度 單片機中圖分類號：中圖分類號：tp23iihardware design of a test instrument

6、for foam flammability of aerosols abstract：in the safety test of aerosols foam, flammability is a very important parameter. but there is still some problem in this test: the flame height measurement is not automated, and the accuracy is too low. this thesis proposes a approach to solve these problem

7、s. it uses photosensitive diode to make photoelectric conversion, then measure the height of some stabilization flame .on this basis ,this thesis also researches and develops an automatic detection system, consist of microprogramme control unit(mcu),d. c. motors , and automatic positioning agencies.

8、 they did hardware test, analysisd the source of error, and put forward some method to make the system more efficiency. with a high precision, automatic detection and data processing and display ability, this system can meet the requirements of the new national standard of 2008. it effectively solve

9、d the problem of lack of automatic test equipment for foam flammability of aerosolskeywords: : inflammability; automatic detection; height of the flame; mcuclassification: : tp23iii目目 次次摘要.i目次 .iii1 緒論.11.1 課題的來源與背景.11.2 噴霧劑易燃性測試簡介.21.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.21.4 單片機在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用.31.5 課題的主要內(nèi)容.41.6 本章小結(jié).52 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.62

10、.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu).62.2 主體電路設(shè)計.72.2.1微處理器電路設(shè)計.72.2.2供電電路設(shè)計.92.2.3光電數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計.132.2.4電機控制電路設(shè)計.172.2.5按鍵模塊設(shè)計.182.2.6通訊電路設(shè)計.192.3本章小結(jié).203 系統(tǒng)硬件測試及誤差源分析.213.1 印制電路板設(shè)計圖.213.2 硬件測試.223.2.1 在線編程測試.223.2.2 硬件可靠性測試.223.3 系統(tǒng)誤差源分析及改進措施.243.3.1 自然光影響火焰光譜的探測.243.3.2 氣流擾動引起的火焰不穩(wěn)定性.243.3.3 泡沫燃燒火焰源本身的不穩(wěn)定性.253.3.4 光敏管極限尺寸帶來的精度

11、限制.253.3.5 光敏管接收光強能力的影響因素.263.4 本章小結(jié).264 總結(jié)和展望.274.1 本文結(jié)論.274.2 展望.27參考文獻.28學(xué)位論文數(shù)據(jù)集.29iv附錄 1：系統(tǒng)總電路原理圖.30附錄 2：系統(tǒng) pcb 設(shè)計圖.31附錄 3：在線編程制作電路原理圖.32中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11緒論1.1課題的來源與背景氣霧劑（aerosol）或稱噴霧劑，是指將藥物或其他化學(xué)制劑與適宜的拋射劑裝于具有特制閥門系統(tǒng)的耐壓密閉容器中制成的澄明液體、混懸液或乳濁液，使用時借拋射劑的壓力將內(nèi)容物呈霧粒噴出的制劑。由于氣霧劑本身使用與攜帶方便，加上制備與灌裝等工藝水平的提高，越來越

12、多的氣霧劑類的產(chǎn)品進入到人們的日常生活當中。隨著它的廣泛運用，其概念也得到了擴展，一般能夠噴排出霧、液流、泡沫、凝膠的壓力包裝產(chǎn)品都屬于其范疇1。氣霧劑產(chǎn)品主要有個人護理用品、家庭用品、醫(yī)療用品及工業(yè)用品等,其中殺蟲劑、發(fā)用摩絲及噴發(fā)膠三種產(chǎn)品約占 80%。氣霧劑產(chǎn)品使用的推進劑過去一直是氯氟化碳類物質(zhì), 這些物質(zhì)進入大氣層后破壞臭氧層,影響全球氣候,并導(dǎo)致人類皮膚癌增多,農(nóng)作物減產(chǎn),淺海浮游生物受害。根據(jù)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案,我國決定在氣霧劑行業(yè)(醫(yī)藥用途除外) , 廣泛使用液化石油氣和二甲醚作為氯氟化碳推進劑的替代品,這種替代品價格低廉,對人體和環(huán)境無不良影響。于是，從 1998

13、年開始，環(huán)境少了一個危害，但是消防安全則多了一個對手，就的矛盾解決了，新的矛盾卻又派生出來2,4。通常氣霧殺蟲劑、摩絲、空氣清凈噴霧劑等氣霧劑產(chǎn)品都壓縮在小型高強度焊合金屬罐內(nèi)，推進劑的比例約占 40%左右，可燃有機溶劑(大多為酒精或煤油)約占50%左右，其罐體的爆炸破壞壓力設(shè)計一般為 1700kpa，變形壓力為 1500kpa，這種氣霧金屬罐氣裝后，實際上是一個小小的壓力容器。因此，在貯存運輸、使用時受高溫、震動、碰撞、擠壓，極易使罐內(nèi)液化氣體氣化，蒸汽壓急劇上升, 超過罐體承壓能力就會產(chǎn)生爆炸、燃燒。如果說過去有些氣霧劑產(chǎn)品只產(chǎn)生物理性爆炸不燃燒的話, 那么從 1998 年開始，由于極易燃

14、燒爆炸的液化石油氣、二甲醚作為氣霧劑產(chǎn)品的推進劑，完全替代了氯氟化碳類推進劑(醫(yī)用除外)，化學(xué)性爆炸燃燒的“概率”將大幅度上升。由于人們對氣霧劑的認識不足，因此，氣霧劑產(chǎn)品導(dǎo)致的火災(zāi)爆炸事故屢見不鮮2。由于氣霧劑產(chǎn)品的這些特性，對其進行易燃性測試，并對其易燃性能進行定量的檢測，就變的至關(guān)重要了。2008 年 6 月，新的國家標準 gb/t31632-2008危險品 噴霧劑泡沫可燃性試驗方法頒布，它詳細規(guī)定了對噴霧劑泡沫進行可燃性測試的方法和步驟，并規(guī)定對許多的參數(shù)進行測量考核。但是，目前國內(nèi)使用的檢測手段幾乎是全手工的方式，存在工作量大，測量不準確，重復(fù)性差，存在調(diào)節(jié)點火處和樣品的相對位置困難

15、，準確記錄火焰高度、火焰蔓延時間困難等問題。這與我國氣中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2霧劑生產(chǎn)與消耗大國的現(xiàn)狀是不符合。因此，現(xiàn)在急需開發(fā)一種專用儀器，此儀器要能夠按照新標準規(guī)定，進行各參數(shù)的自動檢測與數(shù)據(jù)處理，以便能進行批量檢測，在保證安全與質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)的效率。本課題便是在這樣的背景下產(chǎn)生。1.2噴霧劑易燃性測試簡介易燃性測試是噴霧劑安全性檢測中的一項重要的參數(shù)，它主要檢測噴霧劑泡沫是否可燃，燃燒后的火焰高度和定量泡沫的燃燒時間等數(shù)據(jù)。根據(jù) gb/t 31642-2008危險品 噴霧劑泡沫易燃性測試方法規(guī)定，噴霧劑易燃性測試要求在通風但無氣流的環(huán)境中進行，溫度控制在 205，在進行

16、火焰高度測試之前還要測量泡沫的流出速率，以便使該噴霧劑噴射量得到準確的計量。按照此標準規(guī)定，測試的方法和步驟如下3：1.根據(jù)噴霧劑的流出速率，釋放適量的噴霧劑泡沫于耐火材料玻璃上；2.5 秒后將火源放于試樣底部的邊緣，同時開始計時。如有需要，可以在 2 秒之內(nèi)將火源移開試樣底部邊緣，以便清楚觀察試樣是否燃燒；如果試樣沒有點燃，應(yīng)將點火源繼續(xù)放于試樣邊緣；3.如果試樣點燃，記錄火焰最大高度、火焰持續(xù)時間，重新稱量噴霧劑重量，計算噴霧劑釋放量；4.若試樣不發(fā)生燃燒，且在整個過程中保持泡沫或糊狀，則使同一試樣再重復(fù)上述步驟；若試樣發(fā)生燃燒，則再取試樣重復(fù)測試兩次或以上。此標準規(guī)定要求測試并記錄以下要

17、素：1.產(chǎn)品是否點火；2.火焰的最大高度(cm)；3.火焰的持續(xù)時間(s)；4.產(chǎn)品的介紹、內(nèi)壓和排放率；5.根據(jù)測試結(jié)果，計算其火焰高度和燃燒時間的平均值。此為標準測試方法。一般在進行測試時，都是以人工記時和借助刻度尺讀數(shù)的方法。這種測試方式存在許多的弊端，具體表現(xiàn)在火焰高度測量非自動化，缺乏效率，同時由于火焰在燃燒時存在閃爍、晃動等，以肉眼目測火焰高度就存在很大的誤差。所以，為了使此項測試更加準確、更加具有參考價值，急需開發(fā)一種專用儀器以滿足高效、準確測試的要求。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從氣霧劑測試標準 gb/t14449-93 版發(fā)布，到 2008 年對其做出修改，氣霧劑泡中國計量學(xué)院本科畢

18、業(yè)設(shè)計（論文）3沫安全性測試受到人們越來越廣泛的關(guān)注。但是，研究與開發(fā)專門對氣霧劑泡沫易燃性進行測量的儀器還處于空白的局面，一方面是由于我國氣霧劑生產(chǎn)與質(zhì)檢行業(yè)發(fā)展比較滯后，另一方面也由于此種儀器的應(yīng)用比較單一。但運用單片機，光電傳感器及步進電機等進行類似的設(shè)計，開發(fā)專用儀器的工作在國內(nèi)有許多的例子。如玩具易燃性測試儀，可燃氣體爆速測試儀等5,6。與本課題類似，數(shù)據(jù)的采集是設(shè)計中十分重要的一環(huán)，玩具易燃性測試儀是利用對步進電機的驅(qū)動脈沖與角位移之間的換算得到試樣以及燒毀的長度，利用溫濕度變送器對環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)進行采集?？扇細怏w爆速測試儀選用的是光纖傳感器，將可燃氣體在一定距離內(nèi)的爆炸時間由顯示

19、屏直觀地顯示出來。火焰高度和燃燒時間是此儀器要測量的主要數(shù)據(jù)。一般對火焰高度進行測量，都是采用人工目測的方法。對于一些跳動、光線較暗、邊緣模糊的火焰就很難以判定，而且完全人工記錄，存在許多缺陷。也有利用面 ccd 采集火焰圖像6，瞬時捕獲火焰突跳，爆火信息，對捕獲圖像數(shù)據(jù)存儲和處理后，計算出火焰高度等數(shù)據(jù)。例如溫州市質(zhì)監(jiān)局利用此方法研制的打火機火焰高度自動測量裝置等7。1.4單片機在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用目前的檢測儀器設(shè)備中，很多已經(jīng)由原來的機械式、刻度讀數(shù)模式，更新?lián)Q代為傳感器采集數(shù)據(jù)，微處理器處理，數(shù)字式輸出的模式。這種轉(zhuǎn)變的發(fā)生，得益于傳感器技術(shù)和集成技術(shù)的發(fā)展。本課題將以單片機為核心設(shè)計專用

20、測量儀器。在一個應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用一塊單片機，這是目前應(yīng)用最多的方式，單片機的在檢測儀器中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在8：1.智能儀表：用單片機改造原有的測量、控制儀表，能促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化發(fā)展。長期以來測量儀器中的誤差修正、線性化處理等難題也可迎刃而解。由單片機構(gòu)成的智能儀表集測量、處理、控制功能于一體，賦予測量儀表以嶄新的面貌。單片機智能儀表的這些特點不僅使傳統(tǒng)的儀器、儀表發(fā)生根本的變革，也給傳統(tǒng)的儀器、儀表行業(yè)技術(shù)改造帶來曙光9。2.控制系統(tǒng)：用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。在這個領(lǐng)域中，有不少是采用通用的 cpu 單片機或通用計算機系

21、統(tǒng)。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，大部分可以用單片機系統(tǒng)或單片機加通用系統(tǒng)來代替。例如，智能人工氣候控制，水閘自動控制，糧倉溫濕度控制、電鍍生產(chǎn)線自動控制、汽輪機的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)等10,11。 單片機在一般自動測量系統(tǒng)的應(yīng)用中具備有測、控目的的前向傳感器通道、后向伺服控制通道以及基本的人機對話手段。它包括了系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置兩部分內(nèi)容。 系統(tǒng)擴展是指單片機中的 rom、ram 及 i/o 口等片內(nèi)部組件不能滿足系統(tǒng)的中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4要求是，在片外擴展相應(yīng)的部分。擴展多少，視需要選擇12。系統(tǒng)配置是指單片機為滿足應(yīng)用要求時，應(yīng)配置的基本外部設(shè)備，如鍵盤，顯示器等13。單片機的典型應(yīng)用系統(tǒng)

22、如圖 1-1 所示，整個系統(tǒng)包括基本部分和測、控增強部分以及外設(shè)增強部分。 單片機光光電電隔隔離離a/d光光電電隔隔離離epromd/arami/o顯顯示示器器鍵鍵盤盤通通用用外外設(shè)設(shè)數(shù)字量檢測模擬量檢測開關(guān)量檢測開關(guān)量檢測光光電電隔隔離離伺服驅(qū)動控制測測控控增增強強基基本本部部分分外外設(shè)設(shè)增增強強圖 1-1 單片機的典型應(yīng)用系統(tǒng) 1.5課題的主要內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容為：依據(jù)行業(yè)標準危險品 噴霧劑泡沫可燃性試驗方法對氣霧劑泡沫的檢測的規(guī)范要求設(shè)計電路，使之能夠?qū)崿F(xiàn)：控制火源移入移出測試區(qū)；迅速對燃燒產(chǎn)生的光信號進行可靠采集；處理采集到的信號，自動判斷火焰高度。要求高度測量范圍大于 20cm

23、，分辨力小于等于 1cm；能與 arm 上位機進行數(shù)據(jù)通訊。方案選擇時，在保證系統(tǒng)的信號采集精度、速度的前提下，盡可能地提高系統(tǒng)經(jīng)濟實用性和提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力。針對以上內(nèi)容，本設(shè)計將完成以下設(shè)計任務(wù)：1.單片機及其外圍電路設(shè)計；2.電源電路設(shè)計；3.火焰數(shù)據(jù)采集部分設(shè)計；4.電機控制及定位部分設(shè)計；5.通訊電路模塊設(shè)計；中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）56.畫出系統(tǒng)總體設(shè)計原理圖和 pcb 設(shè)計圖；7.對硬件進行相關(guān)測試，并分析誤差源。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的技術(shù)指標為：1.火焰高度測量分辨力：510mm； 2 高度測量范圍：24cm；3.具備火源自動定位和自動測試能力，數(shù)據(jù)分析和顯示能力。1.6本

24、章小結(jié) 本章介紹了氣霧劑泡沫易燃性測試儀的研究意義,并簡要介紹了國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀。其中重點介紹了單片機在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）62系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本測試儀是以單片機為核心，加上外圍擴展電路共同組成，具備電機自動控制，自動測試數(shù)據(jù)的功能?？梢詫崿F(xiàn)對泡沫易燃性的規(guī)范性自動測試，同時具備通信接口，可以和上位機進行數(shù)據(jù)通信顯示等?？紤]到系統(tǒng)測試環(huán)境及測試物理參數(shù)的特殊性，在設(shè)計的過程中，電子元器件的選用、線路布置等等都要考慮到抗干擾的問題。總體設(shè)計要求其實現(xiàn)如下功能：采集火焰高度、火焰燃燒時間等數(shù)據(jù)，具備電機自動判斷定位，自動進給，自動回退的功能。根據(jù)上

25、面的設(shè)計要求，測試儀的主體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示，系統(tǒng)的總電路圖見附錄 1。 光光電電傳傳感感器器陣陣列列火火焰焰光光信信號號電電信信號號信信號號放放大大電電路路單單片片機機r rs s2 23 32 2按按鍵鍵模模塊塊電電機機驅(qū)驅(qū)動動p pw wm m直直流流減減速速電電機機光光電電對對管管電電源源模模塊塊p pc c機機 圖 2-1 系統(tǒng)總體方案圖設(shè)計的基本思路是：上電后，按下相應(yīng)按鍵，告知測試開始。單片機發(fā)出驅(qū)動脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制電機運動?；鹪丛陔姍C的帶動下向測試區(qū)域前進，光電對管及單片機的協(xié)同作用，控制火源進出測試區(qū)。點火，光電傳感器陣列感受到火焰信號，發(fā)出包含火焰高度的信息，同

26、時單片機計數(shù)器開始計時。單片機對試樣燃燒過程中的高度信號進行處理，與上位機間通信，顯示測量結(jié)果。從圖 2-1 我們可以看出，此測試儀包含六大模塊，分別是：1微處理器電路（單片機模塊） ；2供電模塊；3光電數(shù)據(jù)采集模塊；4電機控制模塊；5按鍵模塊；中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）76通信輸出模塊。下面本文將對這六大模塊逐一進行介紹。2.2 主體電路設(shè)計2.2.1 微處理器電路設(shè)計微處理器部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一。針對設(shè)計任務(wù)的要求，本系統(tǒng)中微處理器具體將完成以下的功能：1. 控制電機運動，并完成火源的定位；2. 監(jiān)控各光電傳感器上信號，完成對火焰數(shù)據(jù)的處理；3. 完成與上位機之間的串行通信與數(shù)據(jù)

27、顯示為保證這些功能的實現(xiàn)，要完成單片機的正確選擇，并規(guī)劃好單片機與各個外圍芯片之間的搭配1.單片機選型：考慮到本設(shè)計中，單片機要實現(xiàn)的功能比較多，對于運算處理的要求比較高，因此本設(shè)計中采用了 at89s52 系列單片機。at89s52 是 atmel 公司的一種低功耗、高性能的 8 位 cmos 工藝處理器。它除了具有與 mcs-51 完全兼容的若干特性外，最為突出的優(yōu)點是片內(nèi)集成了 8k 字節(jié) flash 只讀程序存儲器，可用來存放應(yīng)用程序。這個 flash 程序存儲器除允許用一般的編程器離線編程外，還允許在應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)在線編程。除此之外，此芯片具有的其他良好性能也是選擇它的主要原因，主要

28、來說：(1)at89s52 內(nèi)部具有三個 16 為定時/計數(shù)器，相比只有兩個定時/計數(shù)器的 8051單片機，at89s52 單片機具有更強的實時控制能力，同時也減少了軟件的開銷。(2)低功耗空閑和掉電模式，此兩種特性使得此單片機具有較低的功耗，同時掉電模式的存在使得在突然的斷電情況發(fā)生時，一些重要數(shù)據(jù)能不至于丟失，對于一個測量系統(tǒng)來說，這一點是十分重要的。(3)內(nèi)置看門狗定時器（wdt，watch dog timer） 。它實際上是一個計數(shù)器，一般給看門狗一個大數(shù)，程序開始運行后看門狗開始倒計數(shù)。如果程序運行正常，過一段時間 cpu 應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗復(fù)位，重新開始倒計數(shù)。如果看門狗減到 0

29、就認為程序沒有正常工作，強制整個系統(tǒng)復(fù)位。 此外，wtd 還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護硬件電路。at89s52 單片機芯片的管腳圖如下，它的管腳分布和對應(yīng)管腳的功能和at89c51 單片機相同，同時它具有與 mcs-51 完全兼容的指令系統(tǒng)中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8圖 2-2 at89s52 單片機管腳分布2單片機外圍電路設(shè)計由于要對火焰數(shù)據(jù)進行高度采集并對燃燒時間進行計時，在儀器進行可燃性的自動測試時，一般會對樣品進行幾次重復(fù)測試，以得到較為準確的結(jié)果。這樣，在一次測試時，會有大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而 at89s52 單片機片內(nèi)只有 256b 的數(shù)

30、據(jù)存儲器空間，因此有必要對其擴充外部數(shù)據(jù)存儲器。在本設(shè)計中，我們使用靜態(tài) ram芯片 62256 進行擴展。62256 是 32k 字節(jié)、8 位的靜態(tài)隨機存儲器芯片，它采用 cmos 工藝制造，+5v 電源，其 28 角雙列直插式封裝的引腳配置如圖 2-3，其中 a0a14 為 15 根地址線，io0-io7為雙向數(shù)據(jù)線，cs 為片選信號線，oe 為讀允許信號線，wr 為寫信號線。表 2-1 為 62256 的操作方式。 圖 2-3 62256 管腳圖 表 2-1 65256 操作方式csoewr方式功能000禁止不允許同時為零oe wr010寫入把 d0-d7 的數(shù)據(jù)寫入 62256001讀

31、出從 62256 讀出數(shù)據(jù)到 d0-d7011選通62256 選通，但輸出高阻態(tài)1xx沒選通dod7 輸出高阻態(tài)中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）965256 靜態(tài) ram 芯片與單片機的硬件的連接如圖 2-4 所示。在設(shè)計中，由于要外擴 i/o 接口，所以利用了 74ls138 譯碼器做片選信號。以其 y5 輸出口連接62256 的片選，則此時 62256 的地址是 bfff。62256 芯片的容量為 32kb，共有cs15 根地址線，74ls573 作為鎖存器擴展輸出，它直接掛在 p0 口上。 圖 2-4 擴展 62256 靜態(tài) ram 原理圖at89s52 的 i/o 端口與外圍器件的接口

32、的分配情況如下表 2-2 所示： 表 2-2 i/o 分配89s52 引腳外圍電路/器件引腳說明p0.0p0.774ls573外部 ram 擴展接口p2.0p2.76225662256 高八位地址p2.7p2.574ls138譯碼電路做片選信號p1.0繼電器 1，電機停止信號輸入端p1.1繼電器 2，火源進、退信號輸入端p1.2光電門 1，自動定位信號輸入端 1p1.3光電們 2，自動定位信號輸入端 2p1.4按鍵 1，開機信號輸入端p1.5按鍵 2，關(guān)機信號輸入端p1.6按鍵 3，急停鍵，故障信號輸入端p1.7蜂鳴器接口p1.5p1.7isp 在線編程端2.2.2供電電路設(shè)計整個系統(tǒng)電路中需

33、要兩個不同的電壓供電，即直流電機部分需要的+24 伏供電中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）10和芯片需要的+5 伏電壓供電。+24 伏的電壓可以由外界電源供給，考慮到外界電壓輸入時的可能出現(xiàn)脈動及不平穩(wěn)的情況而影響電機的平穩(wěn)運動，在系統(tǒng)中，設(shè)計了對應(yīng)的電路以得到穩(wěn)定的 24 伏直流穩(wěn)壓電源。其具體電路如圖 2-5 所示。 圖 2-5 24 伏直流電源供應(yīng)電路如圖所示，外界 24 伏電源接入時，經(jīng)過超快速整流二極管 sf34 整流，得到較為平穩(wěn)的直流信號。接著，信號在 c1、c2、h1、以及 c3、c4、c5 組成的 型電感電容濾波器（lc 濾波器）的作用下，得到脈動更小的直流信號，最后在穩(wěn)壓管i

34、n5556 的穩(wěn)壓作用下得到穩(wěn)定的 24 伏供壓。+5 伏為芯片所需電壓，可以由直流電機+24 伏的電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換獲得。對于得到+5v 的穩(wěn)壓電源，可以有兩種選擇，分別是線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。兩者的原理及比較如下：1線性穩(wěn)壓電源：線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動電路等部分。下圖是一個比較簡單的線性穩(wěn)壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結(jié)果由誤差放大電路放大后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定 圖 2-6 線性穩(wěn)壓電源原理簡圖中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計

35、（論文）11其特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較小；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。常見的常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78xx 系列（正電壓型），79xx 系列（負電壓型），lm317（可調(diào)正電壓型），lm337（可調(diào)負電壓型）等。2開關(guān)穩(wěn)壓電源：開關(guān)電源是一種比較新型的電源。下圖 2-7 是其原理簡圖。電路由開關(guān) k，續(xù)流二極管 d，儲能電感 l，濾波電容 c 等構(gòu)成。當開關(guān)閉合時，電源通過開關(guān) k、電感 l 給負載供電，并將部分電能儲存在電感 l 以及電容 c 中。由于電感 l 的自感，在開關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢

36、，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后，開關(guān)斷開，由于電感 l 的自感作用，將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負載，從地線返回，流到續(xù)流二極管 d 的正極，經(jīng)過二極管 d，返回電感 l 的左端，從而形成了一個回路。通過脈沖寬度調(diào)制，就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關(guān)的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。圖 2-7 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理簡圖相比線性穩(wěn)壓電源，開關(guān)型個穩(wěn)壓電源具有以下優(yōu)點：(1)體積小，重量輕；(2)穩(wěn)壓范圍寬；(3)濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少；(4)電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，

37、有單端式和雙端式等等，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。出于對以上開關(guān)型穩(wěn)壓電源優(yōu)點的考慮，本文采用了 lm2576 芯片來實現(xiàn)+5v穩(wěn)壓電源的設(shè)計。其電路圖如下：中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）12 圖 2-8 +5 伏電源電路lm2576 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 3a 電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(52khz)和基準穩(wěn)壓器(1.23v)，并具有完善的保護電路.包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。lm2576 系列包括 lm2576(最高輸入電壓 40v)及 lm2576hv(最高輸

38、入電壓 60v)二個系列。各系列產(chǎn)品均提供有 3.3v (-3.3), sv (-5.0),12v (-12) , isv (-15)及可調(diào)(-adj)等多個電壓檔次產(chǎn)品。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳14。由 lm2576 構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路最少僅需四個外圍器件，電路如圖 2-8 所示。其中除 c6，d3，c8，l2 是必不可少的，其他都可以視電路的需要而增減。電感 l1的選擇要根據(jù) lm2576 的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數(shù)選擇。首先，依據(jù)如下公式計算出電壓微秒常數(shù)(et)： et= (vin - vout) vout/ vin1000/f (2-1) 上式中，

39、vin 是 lm2576 的最大輸入電壓、vout 是 lm2576 的輸出電壓、f 是lm2576 的工作振蕩頻率值(52khz)。et 確定之后,就可參照 lm2576 生產(chǎn)商所提供的相應(yīng)的電壓微秒常數(shù)和負載電流曲線來查找所需的電感值了。 該電路中的輸入電容一般應(yīng)大于或等于 100f，安裝時要求盡量靠近 lm2576的輸入引腳，其耐壓值應(yīng)與最大輸入電壓值相匹配。而輸出電容的值應(yīng)依據(jù)下式進行計算(單位 f)： c13300 vin/ voutl (2-2) 上式中，vin 是 lm2576 的最大輸入電壓、vout 是 lm2576 的輸出電壓、l 是經(jīng)計算并查表選出的電感 l2 的值,其單

40、位是 h。電容 c 鐵耐壓值應(yīng)大于額定輸出電壓的 1.52 倍。對于 5v 電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為 16v 的電容器。二極管d3 的額定電流值應(yīng)大于最大負載電流的 1.2 倍,考慮到負載短路的情況,二極管的額定電流值應(yīng)大于 lm2576 的最大電流限制.二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25 倍.生產(chǎn)商提供的資料中推薦使用 1n582x 系列的肖特基二極管。vin 的選擇應(yīng)考慮交流電壓最低跌落值(vac-min)所對應(yīng)的 lm2576 輸入電壓值及 lm2576 的最小輸入允許電壓值 vmin(以 5v 電壓輸出為例,該值為 8v)，因此，vin 可依據(jù)下式計算：中國計量學(xué)院本科

41、畢業(yè)設(shè)計（論文）13 vin(220vmin/vac-min) （2-3） 如果交流電壓最低允許跌落 30%(vac-min=154v)、lm2576 的電壓輸出為5v(vmin=8v)，則當 vac=220v 時，lm2576 的輸入直流電壓應(yīng)大于 11.5v，通?？蛇x為 12v。在本設(shè)計中為 24v，根據(jù)計算是可行的。2.2.3 光電數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計這部分電路是本設(shè)計的關(guān)鍵部分。對火焰信號進行有效的采集，有許多的方案可以做到。比如光敏電阻，光敏二極管，光敏三極管等。不同的方案有不同的特點【9】:(1)光敏電阻：它是在絕緣材料上裝有梳狀光電導(dǎo)體封閉在金屬或塑料外殼內(nèi)，再在兩端連上歐姆接觸的電

42、極而成。一般為避免外界干擾，入射窗口裝有透明的保護窗，起到特殊的濾光作用。光敏電阻具有靈敏度高，工作電流大（達到毫安級） ，光譜響應(yīng)范圍與所測光強范圍寬，無極性使用方便的優(yōu)點。但有響應(yīng)時間長，強光線性差與受溫度影響大的缺點。在本設(shè)計中，將對火焰光信號進行探測，火焰溫度的對其可能產(chǎn)生影響15。(2)光敏二極管：相比于普通的二極管，它具有更淺的 pn 結(jié)深度，更大的工作面以獲得盡可能大的光生電流。(3)光敏三極管：光敏三極管是一個相當于在基極和集電極之間接有光電二極管的普通三極管。針對泡沫火焰高度檢測精度要求不高的實際情況，本設(shè)計采用了一種基于光敏二極管光電轉(zhuǎn)換原理的氣霧劑泡沫燃燒火焰高度檢測方法

43、。將數(shù)個光敏管在火焰源適當距離處以一定規(guī)律排列后，通過光敏管感光與否的輸出信號判斷該物理位置有無火焰，以此得到火焰高度值。兩鄰近光敏管的物理距離決定了檢測到的火焰高度的最小分辨率。運用高頻的數(shù)據(jù)采集電路對光敏管的輸出信號采集到微處理器，數(shù)據(jù)處理后顯示結(jié)果（如圖 2-9）16,17。試試樣樣燃燃燒燒火火焰焰光光敏敏管管陣陣列列微微處處理理器器顯顯示示光光信信號號電電平平信信號號測測試試結(jié)結(jié)果果圖 2-9 測量原理圖對應(yīng)此原理，我們選擇了東芝公司生產(chǎn)的 tps806 光電探測器件。其內(nèi)部集成有光電二極管，放大電路及濾波模塊，在接收到光信號時，其輸出端會變成低電平，這樣就可以知道在對應(yīng)的位置有火焰的

44、直射。采用此芯片，可以省去外圍的濾波及中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）14其放大電路部分。其具體的參數(shù)如下：高速反應(yīng)能力:延遲參數(shù) tplh=6us，tphl=2us；可用電壓范圍：4.5v16v；工作溫度范圍：070；接受光照時，輸出變?yōu)榈碗娖健Ｏ聢D 2-10 為 tps806 的光譜敏感系數(shù)分布圖，可以看出，它對于在波長在8001000nm 的光反應(yīng)較為敏感，對于波長在 900 左右的近紅外紫光具有最大敏感度。同時圖中還標注了人眼可視光的分布（380780nm,實線） ，以及氣霧劑泡沫火焰中的光譜分布（虛線） ，可以看出，此器件對于氣霧劑火焰中的波長較長的黃光部分和近紅外紫光部分有較高的敏

45、感度。波波長長（nm）敏敏感感度度圖 2-10 器件、人眼感光、火焰光波長分布其外形圖如右 2-11 所示。其中，管腳 1 為接地腳，管腳 2 為輸出腳，管腳 3 為+5 伏電源輸入腳。中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15圖 2-11 tps806 外形將此芯片以一定的距離（1cm 左右）鋪成感光陣列，這樣就形成了類似于直尺的特殊的尺。在有火焰直射的位置，傳感器 tps806 將產(chǎn)生低電平信號，通過三態(tài)八輸出緩存器 74hc245 將信號輸入到單片機。單片機對信號進行處理，可以知道火焰的高度。具體的連接電路如圖 2-12 所示： 圖 2-12 光電傳感器連接電路圖設(shè)計要求高度測試范圍大于 20

46、cm，分辨力小于等于 1cm。在設(shè)計時，我們選用了 27 個光電傳感器 tps806，將它們以 1cm 的間距排列成直線。這樣，就使得儀器可測的火焰最高高度達到 27cm，同時就有 27 個傳感器向單片機傳遞數(shù)據(jù)。所以，我們采用 4 個 74hc245 芯片，實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)的輸入，如下圖 2-13 所示。系統(tǒng)使用中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16了 74ls138 譯碼器，高位地址 a13、a14、a15 作為譯碼電路的輸入信號進行譯碼，譯出的信號則為不同芯片的片選線。tps806 的信號輸入控制是由譯碼信號和信號合成控制的。當二者同時為“0”rd時，74ls32 的“或門”輸出為 0，選通對

47、應(yīng)的 74hc245 芯片。對應(yīng) 74hc245 芯片上的 8 個 tps806 上的電平信號被輸入到總線。單片機在有火焰產(chǎn)生時，會分時選通四塊 74hc245 芯片，在信號的共同作用下，分時調(diào)用四塊芯片上的數(shù)據(jù)，這樣rd就可以實時監(jiān)控不同位置的火焰信號。 圖 2-13 系統(tǒng)擴展火焰信號輸入連接圖這部分的裝置外形設(shè)計如圖 2-14 所示。以光電傳感器 tps806 組成的“光電尺”呈對稱分布于試樣測試區(qū)的兩側(cè)，火源（蠟燭）位于試樣測試區(qū)的底部位置，當泡沫試樣被點燃時，有火焰產(chǎn)生，兩邊的“光電尺”將對火焰進行探測，有火焰直射的位置，傳感器有電平的變化。各個光電傳感器經(jīng)緩沖器將數(shù)據(jù)傳至單片機，單片

48、機分析數(shù)據(jù)即可得到火焰的高度值。采用兩邊對稱式分布，既可以使測得的數(shù)據(jù)更加準確，也可以避免火焰晃動時產(chǎn)生的誤差。中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）17 2 27 7cm 試試樣樣測測 試試區(qū)區(qū)光光電電傳傳感感器器陣陣列列蠟燭 圖 2-14 測試儀光電數(shù)據(jù)采集部分外形設(shè)計示意對于火焰燃燒時間的測定也可以通過此電路實現(xiàn)。當試樣被點燃時，即當光電探測器整列上有電平變化時，通過程序控制啟動單片機內(nèi)定時器開始定時。當火焰燃燒結(jié)束，光電探測器件上的信號恢復(fù)為初始狀態(tài)時，計時結(jié)束。這樣，就可以自動、靈活、準確地實現(xiàn)對燃燒時間的記錄。2.2.4電機控制電路設(shè)計 根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，在測試中，火源要能在開始鍵按下

49、時能夠向測試區(qū)運動；在試樣被點燃后兩秒，火源要向出發(fā)點回退。所以，控制火源運動的直流電機必須能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。同時，為了實現(xiàn)自動測試，以及保證能準確點火，必須使系統(tǒng)具備自動判斷定位的功能。于是，在電機控制模塊中，必須有此兩個主要的功能實現(xiàn)。本系統(tǒng)中設(shè)計的電機正反轉(zhuǎn)控制部分電路如下圖所示。 圖 2-15 電機正反轉(zhuǎn)控制部分上圖電路原理為：單片機的 p1_1 口發(fā)出高電平，三極管導(dǎo)通，電流由+5v 流經(jīng)中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18繼電器的線圈，q2 到地。線圈中有足夠的電流流過，致使動接點和常閉觸點斷開。這樣，電機的 2 腳為接地端，1 腳為+24 伏電壓輸入，電機正轉(zhuǎn)。當試樣點燃，單片

50、機在 p1_1 口發(fā)出低電平，三極管截止，繼電器線圈中的電流不能突變，經(jīng)由二極管d6 續(xù)流。動接點和常閉觸電閉合，此時電機的 2 腳為+24 伏電壓輸入，1 腳為接地端，電機發(fā)轉(zhuǎn)，使火源回到出發(fā)點。這樣就實現(xiàn)了電機的正反轉(zhuǎn)控制18。繼電器 k1 主要實現(xiàn)電機的啟動和停止控制。在到達指定的位置時，或者當試樣不能夠被點燃時，都要求火源停在試樣的底部邊緣。此時，單片機的 p1_0 發(fā)出高電平，三極管導(dǎo)通，k1 線圈中有足夠的電流流過，致使動接點和常閉觸點斷開，電機電源供給被切斷，停止運轉(zhuǎn)，火源停止在原地；當 p1_0 發(fā)出低電平，繼電器發(fā)出相反的動作，電機得電，帶動火源退回出發(fā)位置【19】。電機模塊

51、中自動定位的實現(xiàn)將依靠圖 2-16 所示的電路完成。 圖 2-16 自動定位控制系統(tǒng)如上圖所示，op1 是光電門，當有物體擋在光電門的中間時，接收管因為接收不到發(fā)光二極管的光而截至，這樣致使三極管 q3 截至，pos-1 處為高電位，單片機接收到 pos-1 發(fā)來的高電平，判斷得出已到設(shè)定位置，它發(fā)出相應(yīng)的電平信號控制電機的停止等。這樣，就實現(xiàn)了對位置的自動檢測判斷20,21。在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，我們采用對稱式分布的安排。在火源運動軌跡的兩側(cè)對稱放置位置判斷電路。這樣可以避免由于運動偏轉(zhuǎn)等所產(chǎn)生的誤判。2.2.5按鍵模塊設(shè)計由于設(shè)計中，需要按鍵提示的情況很少，在按鍵模塊，我們設(shè)定了簡單的 3

52、個獨立式按鍵，作用分別是：按鍵 s1：開機鍵，提示測試開始；按鍵 s2：關(guān)機鍵，測試結(jié)束；按鍵 s3：急停鍵，在電機出現(xiàn)故障或出現(xiàn)某些不可預(yù)知的情況時急停使用。電路圖如下 2-17 所示：中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19圖 2-17 按鍵模塊電路 這種獨立式按鍵結(jié)構(gòu)電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵需要占有一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口的浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故只適用于類似本設(shè)計這種按鍵較少的場合。其中的 p1-7 接口是蜂鳴器接口，當系統(tǒng)處于開機狀態(tài)，初始化結(jié)束，可以進行測試是會發(fā)出蜂鳴聲，提示測試者開始進行測試。2.2.6通訊電路設(shè)計系統(tǒng)采用 max232 芯片實現(xiàn)單片

53、機和 pc 機的 rs-232c 標準接口通信電路。max232 芯片是 maxim 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的 ic 芯片，適用于各種 rs-232c 的通信接口。max232 芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5v 電源電壓變換成為 rs-232c 輸出電平所需的10v 電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的+5v 電源就可以了。對于沒有12v 電源的場合，其適應(yīng)性更強，加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。max232 芯片的引腳分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）20 圖 2-18 max232 管腳分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在連接時，

54、可以在 max232 芯片的兩路發(fā)送和接收中的任選一路，注意其發(fā)送、接收的引腳的對應(yīng)關(guān)系。如 t1in 接單片機的發(fā)送端 txd，則 pc 機的 rs-232c 的接收端 rxd 一定要對應(yīng)接 t1out 引腳。同時，r1out 接單片機的 rxd 引腳、pc 機的 rs232c 的發(fā)送端 txd 對應(yīng)接到 r1in 引腳15。其接口電路如圖 2-19 所示： 圖 2-19 max232 串行通信電路圖2.3本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計。系統(tǒng)采用光電傳感器 tps806 采集火焰信號，它具有靈敏度高，外圍電路簡單等特點。同時還介紹了電源電路，電機控制電路，通信電路，鍵盤電路等。中國計量

55、學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）213系統(tǒng)硬件測試及誤差源分析 設(shè)計好電路原理圖后的工作就是畫好電路的 pcb 圖，做好布線設(shè)計與規(guī)劃。最后做出的電路板實物能否得以正常工作，需要各個環(huán)節(jié)原理正確，并且充分考慮好設(shè)計中的各種細節(jié)。硬件測試則是測試實物能否實現(xiàn)任務(wù)中的各種功能要求。本章介紹對電路實物進行功能測試的一般步驟，并對火焰測量誤差來源進行分析。3.1印制電路板設(shè)計圖本設(shè)計中電路原理部分的 pcb 設(shè)計圖如下所示。其中 3-1 為光電采集部分電路板設(shè)計，圖 3-2 為其他部分的電路板 pcb 設(shè)計圖。 圖 3-1 光電采集部分 pcb 設(shè)計圖圖 3-2 系統(tǒng)主電路板 pcb 設(shè)計主電路板中國計量學(xué)院

56、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）223.2硬件測試硬件測試要求在設(shè)計要求中各種既定功能都能實現(xiàn)，并且要對理想狀態(tài)下的設(shè)計轉(zhuǎn)換為實際操作環(huán)境中的實物時可能出現(xiàn)的未曾考慮到的諸如干擾、屏蔽、可靠性等問題提出相應(yīng)的解決方案。3.2.1在線編程測試 進行硬件測試時，一般在單片機輸入正確的軟件的狀態(tài)下，測試各個擴展芯片的狀態(tài)，數(shù)據(jù)情況。通過相應(yīng)的外接顯示模塊，監(jiān)控各個模塊、地址中的數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計時的預(yù)期。在進行軟、硬件同時測試時，一般要有仿真器的輔助，本系統(tǒng)中使用的芯片 at89s52 芯片具有 8k 字節(jié)可反復(fù)擦寫 flash 閃速存儲器，這樣就使得 at89s52 芯片具有了在線編程（isp）的功能。用戶可以

57、通過 at89s52 在線編程接口直接對電路板上的 cpu 進行在線編程，方便了程序的修改與燒寫工作。isp 進行在線編程時，使用 at89s52 芯片的 p1.5, pl.6, pl.7 引腳及 rst 端口，通過 pc 并口，根據(jù) isp 協(xié)議制作簡單的編程器就可對cpu 進行編程。在線編程(isp)器的紅色 led 是電源指示燈，綠色 led 是復(fù)位指示燈，黃色 led 是時鐘信號指示燈，每個 led 約消耗 0.6ma 的電流，它們使用獨立的緩沖器不會影響下載線和用戶板，當執(zhí)行菜單命令 reset 時可以看到綠色 led 閃爍一下，表示電腦已經(jīng)可以控制下載線；其下載線正常工作電壓為 d

58、c3.6- 6v，部分電腦即使不連接 vcc 也可以正常工作，10 心的插頭和插座有三角形標志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號清晰，其在線編程制作電路原理圖見附錄 3.3.2.2硬件可靠性測試單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是指在規(guī)定的條件下,在規(guī)定的事件內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。由于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的實際工作過程中.可能會受到各種內(nèi)部和外部的干擾而發(fā)生異常狀態(tài)，因此抗干擾設(shè)計與測試是系統(tǒng)研制中不可忽視的一個重要內(nèi)容。3.2.2.1電源系統(tǒng)可靠性： 電源系統(tǒng)的可靠性可以通過采取以下措施來保證： (1) 分別建立交流、直流和數(shù)字信號的接地通路；(2)在接電面上。電源接地和數(shù)字信號接地要互相隔離。減少

59、地線間的禍合；(3)電源接地通路，以盡可能直接的路徑接到阻抗最低的接地導(dǎo)體上；(4)將幾條接地通路接到電源公共接點上，以保證電源電路有低的阻抗通道；中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）23(5)不要采用多端接地母線或橫向接地環(huán)；(6)接地母線中盡量少用串聯(lián)接頭；(7)交流中線必須與機架地線絕緣.也不能作為設(shè)備接地線使用。3.2.2.2印刷電路板可靠性：(1)地線設(shè)計:單片機系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)一般分系統(tǒng)地、數(shù)字地、模擬地和屏蔽地等.在實時控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾的重要辦法，如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用可以解決大部分干擾問題。a正確選擇單點接地與多點接地；b數(shù)字、模擬電路應(yīng)分開；c接地線應(yīng)盡星加粗；

60、d接地線應(yīng)構(gòu)成閉合環(huán)路。(2)去耦電容20的放置:a.電源輸入端跨界 1010uf 的電解電容器；b.原則上每個集成電路芯片都應(yīng)安置一個 0.01uf 的陶瓷電容器:亦可每個 410個芯片安置一個 110uf 的限噪聲用電容器。這種器件的高頻阻抗特別小，在500khz20mhz 范圍內(nèi)阻抗小于 1，且漏電流很小(0.5ua)；c. 對抗噪聲能力弱，關(guān)斷時電流變化大的器件和 rom、arm 存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線間直接接入去耦電容。(3)印制電路板尺寸與器件布置:印制電路板大小要適宜。過大時，印制線條長。阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過小時，則散熱不好。同時易受鄰近線的干擾。