基于C8051單片機的壓力表自動檢測系統設計
系統以C8051F020單片機為控制核心，由MCU模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、溫度傳感器模塊等功能模塊組成。 檢測系統結構簡單，并進行了抗干擾設計，使其具有較好的抗干擾能力，保證系統可靠工作。
壓力表是工業、交通運輸、航空及其它許多領域 和部門廣泛應用的一種檢測儀表。為了給生產和科 研提供質量保證，要確保壓力表精度、可靠性等性 能。壓力表的精度會隨時間的推移發生變化，必須要 對壓力表進行定期的校驗。傳統的壓力校驗大都采 用人工調節和手動敲擊的方式，不僅勞動強度大、工 作條件差、校驗效率低，準確度也很難得到保證。隨 著自動化技術的不斷發展，自動進行壓力校驗已經 成為可能。C8051單片機的便攜式壓力表檢測系統， 可自動實現對各種壓力表的自動檢測，系統以液晶 屏顯示測量結果，并可根據需要打印測量的結果，與 現有的檢測系統相比，該系統功能精簡，操作智能 化，人機接口友好。
1.方案設計與論證
為滿足油田壓力儀表現場校驗的需要，提出開 發一種內嵌壓力源、能自動完成校驗過程的一體化 壓力表自動校驗。本系統采用基于C8051F020單片 機的可編程控制系統方案,由壓力發生器（壓力校驗 栗)、液晶顯示、CONST211數字壓力表、打印機、系 統校驗軟件以及它們之間的專用通訊電纜構成。系 統配以高精度的放大單元及A/D轉換器，進行嚴密 的零點及滿量程溫度誤差的補償，用單片機實現各 種數據的處理、分析、計算。通過面板薄膜開關作為 控制鍵盤，實現各種功能的設置。測量結果由液晶顯 示器顯示或通過RS-232接口輸出至計算機。下面 在系統總體組成框圖的基礎上簡要介紹幾個主要部 分的方案設計。系統總體組成框圖（圖l)。
1.1控制器方案選擇
C8051F020是集模擬和數字信號為一體的混合 信號系統高速單片機，它具有與MCS-51指令完全 兼容的CIP-51內核，具有所有8052外設器件，采 用流水線指令結構，貼片封裝，體積小，運算速度快。 此外，C8051F020單片機還具有豐富的I/O，具有高 達20個中斷源，而且具有豐富的外設UART，SPI、ADC、定時器等。該單片機具有高達128k的FLASH 和8k+256的RAM,因此無需外部擴展便可實現高 速運算和掉電存儲，并具有JTAG接口，便于在線調 試，非常適合于各種工業控制和儀表的使用。
1.2標準壓力表選擇
基準的標準壓力表應考慮如下幾個因素：首先 是標準壓力表的精度應盡可能的高，至少應比被測 儀表高2個數量級；其次是標準壓力表的可靠性要 高，要經久耐用?；谝陨显瓌t，選擇康斯特儀表科 技有限公司的CONST211系列的數字壓力表，測量 精度為0.02%~0.2%FS。它非常適合于現場及實驗 室使用，完成精密壓力測量和一般壓力表、精密壓力 表等壓力儀表的校驗工作。
1.3信號調理模塊
為了實現系統的控制安全，除了采用標準壓力 表采集壓力外，還另外安裝了獨立的壓力模塊作為 系統的安全控制，當壓力模塊測到的壓力超過安全 值時，壓力源自動卸壓以保證系統安全。但壓力模塊 產生的信號很微弱，需要進行調理和放大。信號調理 電路（圖2)，增益可調的AD603的放大倍數可以通 過單片機調節，由微控制器來判斷當前信號幅度的 大小，經過一定的運算處理后給出一一對應的數字量控制信號，然后經過DA轉換輸出一個對應的模 擬量來控制放大電路的增益，可以輸出電壓的連續 變化。
1.4鍵盤模塊選擇
ZLG7289集成按鍵處理芯片是周立功公司生產 的一種具有串行接口，同時聯接64個按鍵并同時驅 動8位共陰數碼管智能驅動芯片，內含去抖和掃描 電路，并具有按鍵觸發中斷的功能，大大提高效率， 因此作為鍵盤模塊。
1.5顯示模塊方案選擇
采用OCM12864-8圖形點陣液晶顯示器，該顯 示器具有明顯的特點及優點：價格便宜、微功耗、尺 寸小、薄輕巧，其次顯示信息量大、字跡清晰、美觀、 視覺舒服，因此選擇此方案。
2.理論分析與計算
產生高精度的、穩定的定點壓力是整個壓力表 自動檢定系統的關鍵，標準壓力控制的難點在于如 何兼顧壓力產生的精度及速度。目前，PID控制一直 是比較常用的控制方法，優點在于其穩定性比較好， 結構相對簡單。但對于具有時變或者滯后等特點的 復雜系統，PID控制器就難以發揮其特長。模糊控制 理論的出現，解決了 PID在這方面的弱點。模糊PID 控制是以模糊集合論，模糊語言變量和模糊邏輯推 理為基礎的一種數字控制，它以誤差e和誤差變化 ec作為輸入，利用模糊控制規則在線對PID參數進 行修改，以滿足不同誤差e和誤差變化ec對控制參 數的不同要求，使被控對象有良好的動、靜態性能。 模糊PID控制系統結構框圖（圖3).
實現模糊控制可用2種方法：①直接用硬件實 現模糊算法，但設計復雜，硬件消耗大；②采用離線 設計，得出模糊控制表,然后通過快速査表法實現模 糊控制。這里采用后者。
3.程序設計
測量系統軟件有以下幾個模塊：鍵盤控制模塊， 顯示模塊，計算及控制模塊，通訊控制模塊等，軟件 控制由C8051F020單片機實現首先數字壓力表 產生的壓力通過標準RS-232協議傳給單片機，單 片機接受鍵盤發的控制命令，運行對應的控制程序， 產生控制輸出，控制壓力發生器工作，產生相應的測 試壓力。同時在液晶顯示器上顯示相應的控制命令 和壓力輸出值，另外可根據需要進行打印輸出。在這 —過程中，如果壓力傳感器測得的壓力值超限，系統 將自動泄壓，以保護人員及設備安全。單片機軟件流 程（圖4)。
4.系統測試
硬件部分測試:硬件電路焊接后，按照分模塊進 行測試，判斷電路是否存在短路、虛焊，硬件部分全 部焊接完畢后，采用自制電源給硬件電路供電。
軟件部分系統測試:采用自下而上調試的方法， 先對每個編程模塊，進行測試，最后組合每個模塊的 功能進行軟件部分整體測試。
系統整體測試：首先主機發送信號給造壓系統， 控制造壓系統產生所需要的標準壓力，標準壓力表 顯示壓力值，同時通過RS-232標準接口向主機傳 輸實時壓力值，另外主機同時開始讀取由壓力標準 傳感器反饋回來的電壓信號，并將其轉化為壓力信 號；最后主機對獲取的壓力值和標準傳感器指示的 壓力進行分析處理，完成壓力表的檢驗，并將最終的 結果保存以方便以后査閱。
5.總結
將C8051F020單片機的可編程控制系統應用 于壓力計量標準裝置。通過采用先進的壓力測量技 術和計算機技術，實現了壓力計量儀表檢定數據的 自動采集、自動處理和自動打印。本系統可以實現 0.25級以下精密壓力表的半自動化檢定，能夠滿足 對各種類型壓力計量儀表的檢定要求。該系統的投 用大大減輕了檢定人員的勞動強度，極大地提高了 壓力表檢定的工作效率和檢定測試的準確性，故有 良好的推廣和使用價值。
