一种简易可靠的电缆充气机压力检测系统

2012-05-12郭永欣王夕英

中国新技术新产品 2012年16期

郭永欣王夕英

(潍坊工商职业学院，山东潍坊 262234)

由于一些内置电缆的地下管道铺设密封不良，大量的潮气渗入到电缆内，使有些密封不好的电缆长期处于潮湿的环境中，久而久之，电缆就会被氧化腐蚀，导致电缆不能正常工作。为保持电缆的干燥和质量，我国大部分地区都是使用充气维护的方法，收到了较好的效果。本系统设计的充气机压力检测系统，能够完成压力的检测、显示、报警功能，且安装简单方便、系统稳定、可维护性好。

1 系统硬件设计

系统总体结构如图1所示，各分电路的设计实现如下：

1.1 压力检测

压力的检测采用压力传感器26PCDFA6G，它是最低价格的带温度补偿和校正的小型封装压力传感器，该系列压力传感器可以测量负压和正压，其导电密封弹性连接系统消除了传统的导线粘结和带状连接，增加了介质的测量兼容性。

26PCDFA6G压力传感器检测到压力值后转换为电压信号，然后经过放大电路对电压信号放大后送到模数转换器，将模拟信号转换为数字信号。

1.2 数模转换电路

数模转换器选用德州仪器公司（TI）的12位串行模数转换器TLC2543，该芯片使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，其特点主要有：12位分辩率A/D转换器；在工作温度范围内10μs转换时间；11个模拟输入通道；3路内置自测试方式；采样率为66kbps；线性误差±1LSBmax；有转换结输出EOC；具有单、双极性输出；可编程的MSB或LSB前导；可编程输出数据长。

1.3 精密基准稳压器电路

TI公司生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置S到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。其三个引脚分别为阴极C、阳极A、参考端R，TL431大多采用DIP-8封装形式，阳极使用时需接地，阴极需经限流电阻接正电源；UREF是输出电压Uo的设定端，外接电阻分压器。

1.4 显示与按键电路

显示器采用七段LED显示器，这种显示器有共阴极和共阳极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极接地，当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示器的阳极接+5V电源。

LED显示方式有静态方式和动态方式。静态显示占用硬件多，所需要的I/O接口太多。动态显示是将所有位的段选线并接在一个I/O接口上，共阴极端或共阳极端分别有响应的I/O接口线控制。动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描方式），利用人的视觉滞留，对每一位显示器每隔一定时间点亮一次。即从段选线I/O接口上按位次分别送所要显示字符的段选码，在位选控制口上也按相应的次序分别选通相应的显示位（共阴极送低电平，共阳极送高电平），选通的位就显示相应字符，并保持几毫秒的延时，未选通位不显示字符（保持熄灭）。这样，对各位显示就是一个循环过程。从计算机的工作过程来看，在一个瞬间只有一位显示字符，而其他位都是熄灭的，但因为人的视觉滞留，这种动态变化是觉察不到的，从效果上看，各位显示都能连续而稳定地显示不同的字符。

在单片机应用系统中对每一个按键都有一个编号，CPU可以采用中断方式或查询方式了解有无键输入，检查是哪一个键被按下，并将该键号送入累加器A，然后通过散转指令转入执行该键的功能程序，最后返回到原始状态。

1.5 报警电路

报警电路分为声、光报警两部分。光报警由信号灯组成，信号灯由P2.6口控制，信号灯发绿光表示压力值正常测量范围内，信号灯不停闪烁表示压力超限。

1.6 监控电路

监控电路选用带有串行E2PROM的CPU监控器芯片X25045。串行芯片成本低、线路简单、工作可靠、占用单片机口线少。X25045芯片功能包括以下4种：（1）上电复位控制。在对X25045通电时，ERSET引脚输出有效的复位信号，并保持至少200ms，使CPU有效复位。（2）电源电压监控。当电源电压低于内部门槛电压VTRIP时，RESET输出复位信号，直至电源电压高于VTRIP并保持至少200ms，复位信号才被撤消。（3）看门狗定时器。芯片内部状态寄存器的WD1、WD0是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令WRSR修改这2个标志位，就能在3种定时间隔中进行选择或关闭定时器。对看门狗的复位由CS输入电平的下降沿完成。（4）串行E2PROM。芯片内含512字节存储单元，10万次可靠写，数据保持时间100年。XICOR设计了3种保护方式防止误写。包括：WP写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的BL1、BL0位的设置，可以选择对不同的存储区域进行写保护。

1.7 电源电路

稳压电源采用常规的变压—整流—滤波—稳压电路。稳压器选用W7812和W7912三端稳压器，输出电压为±12V。

1.8 放大电路

放大电路由运算放大器构成。虽然不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。其中输入级采用差动放大电路（抑制电源），中间级采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级采用互补对称输出级电路（提高驱动负载的能力）。

设计中由5个运算放大器实现电压的放大，其中U6A、U6B将压力传感器的差动信号放大后送入U6D，然后将信号送入电压跟随器U7A，其中，U6C实现压力值的调零，U6B实现压力值的调满。

2 系统软件设计

主程序流程图如图2所示，系统上电后进行复位，转入主程序后先进行初始化，然后将检测到的压力信号进行A/D转换后进行分析，如果压力值小于0帕，则第三个LED显示器显示“FFF”，如果压力值大于1000百帕，则转入报警程序，并且指示灯会不停闪烁。只有在压力值大于0帕且小于1000百帕时，三位LED显示器才正常显示压力值。