電動輪汽車智能化加油系統(tǒng)-加油控制系統(tǒng)的軟件設計1

第一章緒論1.1課題研究的背景科學技術(shù)的飛速發(fā)展和新的技術(shù)革命,使采礦業(yè)面臨三大問題的挑戰(zhàn),即網(wǎng)絡化、自動化和高效化。由于給礦山電動輪汽車保養(yǎng)的潤滑油粘度較高，傳統(tǒng)的加油模式很難解決油液冬季冷凝的問題，導致礦山用電動輪汽車的保養(yǎng)效率下降。電動輪汽車的維修成本是礦山財務支出的重要組成部分，因此對電動輪汽車加油系統(tǒng)的智能化和管理系統(tǒng)的信息化的要求越來越高。將先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)融入到礦山電動輪汽車加油系統(tǒng)中，可提高礦山加油系統(tǒng)的加油效率，從而也提高了礦山的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)以單片機為核心,達到了工作安全可靠、使用方便、快捷、高效的目的，也為公司節(jié)約了開支。適合小型自助式加油站的建設,同時也可用于加油站舊設備的改造。礦山計算機應用起步于20世紀60年代。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，四十多年來，計算機在采礦業(yè)中的應用中取得了長足進步，同時也積累了寶貴的經(jīng)驗和教訓。國外的礦山潤滑油加油系統(tǒng)發(fā)展相對成熟，有公司生產(chǎn)專門的產(chǎn)品。如20世紀80年代，許多歐洲國家已經(jīng)開始研制了與殼牌等潤滑油配套的加油系統(tǒng)，此時的礦山潤滑油加油系統(tǒng)是采用氣動活塞式油泵供油，加油槍帶電子計量裝置，此加油系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是氣動泵噪聲大，不能實現(xiàn)預置加油；近年來國外卡機聯(lián)動加油系統(tǒng)發(fā)展迅速，Mobil公司的SpeedPass采用非接觸的射頻識別技術(shù)，現(xiàn)已獲得大規(guī)模應用，以色列OTI公司采用非接觸射頻識別技術(shù)的卡機聯(lián)動加油系統(tǒng)也已在多1300座油庫[1](2003年12月統(tǒng)計)。美國的成品油出廠后通過地下的輸油管線或油輪輸送至遍及全美各地的大約1300多個油庫，再用油罐車等方式運送各采礦場。他們通過合同的方式與專業(yè)的獨立運營商合作，實現(xiàn)配送業(yè)務的專業(yè)化和社會化，從而降低了運輸成本及各類及各類人工費用和管理費用。四十多年來，我國的礦山電動輪加油系統(tǒng)已在不斷的發(fā)展，電動輪汽車加油系統(tǒng)已由原來20世紀60到70年代的手動加油方式發(fā)展到90年代的電腦控制自動加油方式。一些科研單位在開發(fā)適用于礦山電動輪汽車智能化加油的控制和管理方面做了大量工作：1999年，東風汽車2公司為了解決因礦山加油系統(tǒng)的潤滑油冬季冷凝而導致加油機的柱塞泵吸油困難的問題，開始對電動輪汽車裝配線潤滑油加注系統(tǒng)進行改造，即利用蒸氣通過蛇型管給油箱預加熱的方式來解決油液的冷凝問題；采用光柵位移傳感器計量潤滑油加注機活塞行程；用單片機技術(shù)對加油量數(shù)據(jù)采集、分析計算、LED顯示[2]。這種加油系統(tǒng)雖然解決了潤滑油冬季加不出油的問題，但種系統(tǒng)比較復雜，要專門用蒸汽來給油箱預熱。1.2論文選題的目的和意義隨著我國采礦業(yè)的發(fā)展和大型電動輪汽車的研制生產(chǎn),目前我國礦山用電動輪汽車在不斷的增加,其年用油量已超過幾百萬噸?！叭加桶l(fā)放”仍采用人工擰閥讀表的普通汽車加油機加油。用這種加油機加油,不但勞動強度大,而且加油精度低和不規(guī)范；特別是給電動輪汽車保養(yǎng)的機油和液壓油的黏度較高，在冬天氣溫較低時，油料冷凝就較為嚴重。致使這種加油機的柱塞泵吸油困難，嚴重影響潤滑油的正常加注數(shù)量也很容易使加油機的計量裝置損壞失效。油料消耗和管理是成本管理的重點，又是安全生產(chǎn)管理的重點。因此電動輪汽車油料的供、管、用、發(fā)是否規(guī)范，對電動輪汽車油料的消耗控制乃至提高整個礦山的效益，都是至關(guān)重要的。計算機技術(shù)的高速發(fā)展為人們利用計算機控制進行工業(yè)控制提供了有效的手段。利用先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)和軟件工程技術(shù)，本文提出了基于AT89C51單片機為核心控制系統(tǒng)的電動輪汽車智能化加油系統(tǒng)的設計思想。此加油系統(tǒng)通過上位機PC機給AT89C51以信號，相應的信號傳給繼電器，通過繼電器的動作控制電動機和電動球閥的開啟和關(guān)閉；此加油系統(tǒng)集電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該加油系統(tǒng)進行供油有其多方面優(yōu)越性能：一是可以提高供油系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供油系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；二同是具有良好的節(jié)能性[3]；三是在開、停機時采用了繼電器，能減小電流對電網(wǎng)及供油油壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。四是能減小油泵、電機自身的機械沖擊損耗。基于以單片機為核心控制系統(tǒng)的電動輪汽車智能化加油系統(tǒng)的設計提高了電動輪汽車加油的自動化、智能化及油料信息的實時性和準確性。使電動輪汽車加油過程安全高效及信息資源共享，減少了手工機械重復勞動,提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。總之，本文的研究對礦山實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)具有重要理論價值和現(xiàn)實指導意義[4]。1.3課題研究的現(xiàn)場分析假設給定某礦山企業(yè)有E型電動車：2輛，油箱體積500L，R型電動車：2輛，油箱體積580L。電動輪運輸車輛在日常生產(chǎn)中，保養(yǎng)的內(nèi)容有：需要定期更換發(fā)動機機油、液壓升降系統(tǒng)的液壓油、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與液壓制動系統(tǒng)的液壓油、輪馬達齒輪箱中的齒輪油、前輪轂中的齒輪油、自動潤滑系統(tǒng)中的潤滑脂等，在本次設計當中，我們將預加油的種類歸納為四種：油液A、油液B、油液C、油液D。同時在三班作業(yè)時也需要對上述油、脂進行必要的補加以保證車輛正常的運行。如果不能按時按量給電動輪汽車加油保養(yǎng)，就很容易使電動輪汽車的發(fā)動機損壞，導致電動輪汽車提前中修或大修。現(xiàn)有的加油系統(tǒng)存在以下問題：1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，加油機油泵眾多，不易管理，而且所使用的加油機氣動泵價格昂貴，其電能消耗和應用維護成本高。2.機油和液壓油在冬季時其流動性差，致使所使用的加油氣液泵負荷大，流量不能達到設計要求，使設備加油時間延長，嚴重影響電動輪汽車保養(yǎng)效率。3.加油機計量裝置易損壞失效，而且人工加油計量不夠準確，極易出現(xiàn)加油過多或過少問題，對設備行為極為不利。同時，由于對每輛電動輪汽車油料消耗情況沒有一個真實的記錄統(tǒng)計，不利于保養(yǎng)庫管理以及設備狀況分析。4.所使用的加油氣液泵需要空壓機提供氣源，空壓機噪聲大，而且空氣可壓縮，輸油存在脈動，輸油精確度不高，計量精度也不高。原加油系統(tǒng)存在的不足嚴重影響了電動輪汽車的保養(yǎng)效率，隨著各礦采礦業(yè)的不斷發(fā)展，原來的加油系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足電動輪汽車的保養(yǎng)了。為滿足現(xiàn)有電動輪汽車的充分保養(yǎng)，實現(xiàn)當前礦山保養(yǎng)庫信息化、自動化管理的目的，提高礦業(yè)部門的經(jīng)濟效益，就急需要對運用在此類礦山企業(yè)的電動輪汽車的加油系統(tǒng)進行改進。1.4本文課題的來源及課題研究目標由1.3節(jié)的課題現(xiàn)場分析可以看出，目前，礦山企業(yè)所用的加油方式，在冬天氣溫較低時，油料冷凝就較嚴重。經(jīng)常導致加油機的柱塞泵吸油困難，嚴重影響了潤滑油的正常加注數(shù)量,從而大大降低了電動輪汽車的保養(yǎng)效率。原加油系統(tǒng)也存在其他許多的不足之處。針對礦山企業(yè)目前保養(yǎng)庫加油系統(tǒng)油料發(fā)放和管理的這些具體問題，本文研究的對象就是德興銅礦電動輪汽車的加油系統(tǒng)。本文提出了一種基于以單片機為核心控制系統(tǒng)的電動輪汽車智能化加油系統(tǒng)的設計。根據(jù)電動輪汽車需要加注油液的情況，本智能化加油系統(tǒng)功能的設計應滿足幾個要求：1.能適應電動輪汽車油箱大小，滿足快速加油的要求;2.可以提高供油系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供油系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;3.具有良好的節(jié)能性；4.在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)及供油油壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊;5.能減小油泵、電機自身的機械沖擊損耗；6.可以相對精確地預置加油。1.5本課題研究內(nèi)容和方法1.加油系統(tǒng)的組成及工作原理;2.加油系統(tǒng)的供給系統(tǒng)的零部件選型設計;3.加油系統(tǒng)的硬件設計及其集成;4.加油系統(tǒng)軟件的設計;5.加油系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的管理與應用;1.6本章小結(jié)本章從總體上闡述了本加油系統(tǒng)設計的背景、目的和意義、課題的來源和應達到的目標以及實現(xiàn)該目標的方法。

第二章加油系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成為實現(xiàn)前敘章節(jié)提到的設計要求，此電動輪汽車智能化加油系統(tǒng)設計時分油料供給系統(tǒng)和計算機控制管理系統(tǒng)兩大部分。本課題主要實現(xiàn)此系統(tǒng)的供給系統(tǒng)的零部件選型設計、硬件設備的設計和集成，即油料供給系統(tǒng)。油料供給系統(tǒng)主要由管路系統(tǒng)部分組成。另作為一個完整的系統(tǒng)，計算機控制管理系統(tǒng)也必不可少，它包括加油控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)兩部分。圖2.1為加油系統(tǒng)的組成圖。管路系統(tǒng)由儲油部分、供油部分、計量加注部分和油料回流部分組成。電動輪加油系統(tǒng)電動輪加油系統(tǒng)油料供給系統(tǒng)計算機控制管理系統(tǒng)管路系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)供油部分儲油部分加注部分回流部分控制加油系統(tǒng)設定數(shù)據(jù)管理信號采集圖2-1加油系統(tǒng)組成圖為適應現(xiàn)場環(huán)境需要，加油系統(tǒng)的各組成部分在空間分布都比較集中[5]。其中，儲油間和保養(yǎng)庫臨近，通過地下油路管道連接。儲油部分、供油部分和油料回流部分管道系統(tǒng)位于儲油間內(nèi)；加注部分管道系統(tǒng)位于保養(yǎng)庫內(nèi)，電動輪汽車在保養(yǎng)庫內(nèi)加油,保養(yǎng)庫內(nèi)有4條車道。計算機控制管理系統(tǒng)位于計算機控制室內(nèi)。計算機控制室內(nèi)有單片機、電控柜、接線端子板以及上位機PC機。計算機控制室與油料間和保養(yǎng)庫之間用電源線和屏蔽信號線連接。2.2系統(tǒng)的工作原理加油系統(tǒng)的工作原理圖見圖2.2所示。其工作原理為：在加油情況下，操作平臺通過對設置在油料輸出主管路上的螺桿泵、及四個并聯(lián)支管路中的電動球閥、刮板式流量計及加油槍，以及獨立的計量控制單元、終端等按照設置的程序控制液體的流動?？刂乞?qū)動電機的啟動喝停止，利用刮板式流量計對輸出的油液進行實時的采集，配合LPJ光電脈沖轉(zhuǎn)換器把信號反饋給單片機，它們組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可調(diào)整輸出油量的啟動和停止，以滿足加油操作對油量的要求。輸出的油量同上位機PC機預置的油量進行比較，控制加油過程的執(zhí)行，并且整個加油過程呈動態(tài)監(jiān)控。當電動機9驅(qū)動主油泵6工作時，而且回油管路上的電動球閥7關(guān)閉時，被加油料從儲油灌2、截止閥3、濾油器4、主油泵6、電動球閥11、流量計12到加油槍15，最后流入被加油油箱。工作過程為，操作人員把加油槍與被加油箱相連結(jié)，打開加油槍開關(guān)，油料經(jīng)加油槍加入油箱中。系統(tǒng)中4個獨立的加油槍單獨加油。工業(yè)PC根據(jù)操作平臺設定的加油數(shù)量指令，控制加油管路上的電動球閥11通斷，電動球閥開啟，即通過操作平臺的加油指令控制電動球閥通電打開電動球閥，當加入油量和加油指令一致時，通過單片機的中斷處理，使供油的電動機提前制動，當電動機停止供油時剛好為PC機預置的加油量，再經(jīng)過單片機的延時處理，出油口的電動球閥關(guān)閉，回油口的電動球閥開啟，此時電動機開始反轉(zhuǎn)，把殘留在管路中的油液回收到回油池中。當加油操作發(fā)生意外時，操作人員可以首先關(guān)閉加油槍口處的開關(guān)，使加油停止，同時，拉下電動機處的刀閘開關(guān)，和按下單片機的中斷按鈕，這時，經(jīng)過單片機的處理，把已經(jīng)加油的油量經(jīng)過計算整理，回傳給上位機PC機，進行數(shù)據(jù)保存工作。這樣就實現(xiàn)了加油系統(tǒng)的相對智能化。下面為加油控制系統(tǒng)的原理圖：1.液位顯示器2.儲油罐3.手動截止閥4.自動控制濾油閥5.異步電機6.螺桿泵7、11儲油池8.主油管9.電動球閥10.溢流閥12.回油管13.流量計14.加油槍15.加油槍皮管圖2-2加油系統(tǒng)原理圖電動輪汽車日常保養(yǎng)中需要加注4種油液，分別是機油A、機油B、油液C、油液D?？紤]到4種油料不能混合的特點，故只可選用四套相同獨立的油料管路供給系統(tǒng)。圖2-2的管路系統(tǒng)是其中一種油料的管路系統(tǒng)，每一車道對應相應的一種油液，四種油料的管路系統(tǒng)相同。系統(tǒng)采用單獨供油方式，分別采用四個油泵供油，保養(yǎng)庫有4條車道。而且油泵安置在儲油間內(nèi)，方便操作管理。供油路形成封閉供油，減少跑漏油和環(huán)境對油的污染。管路系統(tǒng)由儲油部分、供油部分、計量加注部分和回流部分組成。其中儲油部分包括：油池、過濾器、輔助加油泵和儲油罐。但限于本論文各種因素的考慮，此部分不加以詳細設計。供油部分包括：手動截止閥、濾油器、螺桿泵和溢流閥。計量加注部分包括：刮板式流量計(另配備光電脈沖轉(zhuǎn)換器)、油管轉(zhuǎn)盤和加油槍。油料回流部分包括供油部分、回油管路(含一個電動球閥)和儲油池。為解決原管路系統(tǒng)存在的不足,滿足現(xiàn)場加油的需要,其具體的解決方案為:1.每個加油點每次加油數(shù)量要有計量，并能讓單片機與計算機接口，可每個加油管路上串聯(lián)刮板式流量計，并在其上安裝一個光電脈沖轉(zhuǎn)換器即可滿足要求。2.要防止油料因黏度高加不出油的現(xiàn)象，主油泵選用螺桿泵泵油即可滿足要求。由加油系統(tǒng)原理圖可以看出,加油系統(tǒng)管路改造后與原加油系統(tǒng)的管路相比較具有的特點有：1.能滿足加注運動粘度較大油液的使用要求，而且計量準確。2.有節(jié)油功能。取消中間加油罐，供油路形成封閉供油，減少跑漏油和環(huán)境對油的污染。2.3本章小結(jié)本章首先介紹了加油系統(tǒng)的組成；然后對系統(tǒng)的工作原理做了詳細的說明。

第三章油液供給的零部件選型設計及硬件設計3.1組成本加油系統(tǒng)的主要組件計算及其選擇在具備了前述知識基礎(chǔ)之后，在總體上遵循機械零部件的設計原則基礎(chǔ)之上，尤其是“三化”原則，即標準化、通用化、系列化。結(jié)合本智能化加油系統(tǒng)實際，先給出本系統(tǒng)油管、螺桿泵、溢流閥、截止閥、管件、法蘭盤、電動球閥、流量計、油管轉(zhuǎn)盤和加油槍等組件對加油系統(tǒng)的流量和壓力控制非要組件的選擇和相關(guān)計算做詳細的介紹。假定現(xiàn)給定已知條件如下：●電動輪汽車日常保養(yǎng)中需要加注四種油液，機油A、機油B、液壓油C和防凍液D。考慮到四種油料不能混合的特點，故只可選用四套相互獨立的油料管路供給系統(tǒng)?！耠妱虞喥囆枰佑拖到y(tǒng)加注油液容積如下：E型電動車：2輛，油箱體積500LR型電動車：2輛，油箱體積580L●每個加油點的加注流量為：30升/分，最大油箱加滿需要20分鐘。每臺車換油保養(yǎng)需要4個小時?！窦幼⒂鸵旱?00℃運動粘度都在11.06cst以上。每種油液采用一套加油系統(tǒng)供油，考慮到實際情況，油泵的流量應為30升/分以上。根據(jù)加油點高度及管路的要求，加油系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為：0.8～1.6Mpa,流量30升●液壓泵的工作壓力為PP，油泵出口處的最高工作壓力為P1，要使系統(tǒng)能正常工作，必須使PP≥P1，因設計要求P1為1Mpa。3.1.1管子的計算與選擇（1）主油管內(nèi)徑的計算與選擇油管內(nèi)徑計算公式[6]d主≥1130（2-1）式中d：油管內(nèi)徑，mm；Q：支油管油液最大流量，m3/s；V：支油管油液流速，m/s；由于支油管Q支max=30L/min=0.5×10-3mQ主max=Q皮max=30L/min=0.5×10-3m3/s,取V=2m/sD主≥1130=1130=17.9mm故主油管選用公稱直徑DN為Φ20，壁厚為3mm的無縫鋼管。（2）與加油槍處相連處皮管內(nèi)徑計算與選擇由加油系統(tǒng)的工作原理可知，每條主油管僅僅流向1個加油槍供油，故皮油管亦選用內(nèi)徑為Φ30的PVC材質(zhì)管。（3）回油管內(nèi)徑的選擇每回油管也是由各自回流回儲油罐的油管，故回油管的內(nèi)經(jīng)大小和壁厚的選取和主油管的選取是一樣的，回油管也選用內(nèi)徑為故主油管選用內(nèi)徑為為Φ30，壁厚為3mm的無縫鋼管。3.1.2液壓泵的選擇[7][8][9]液壓泵的工作壓力為PP，油泵出口處的最高工作壓力為P1，要使系統(tǒng)能正常工作，必須使PP≥P1，因設計要求P1為1Mpa，故液壓泵的工作壓力選為1Mpa；液壓泵流量為QP，根據(jù)此加油系統(tǒng)的加油方式和原理，要使液壓泵泵油量能滿足油管流量的需要，必須使QP≥Q主max,Q主max為主油管的最大流量，根據(jù)現(xiàn)場要求Q主max取為30L/min，故QP≥30L/min?？紤]到加注油液的100℃運動粘度都在11.06cst以上。每種油液采用一套加油系統(tǒng)供油。且系統(tǒng)屬于低壓系統(tǒng)。油泵可選用低壓齒輪泵或者螺桿泵。但為了使系統(tǒng)滿足噪聲盡量小的要求。比較兩者之后，由于螺桿泵具有結(jié)構(gòu)簡單、壓力脈動小、工作平穩(wěn)而可靠、噪聲低、壽命長等特點，在低壓時，其泄露量幾乎與轉(zhuǎn)速無關(guān)，特別適合采用變頻變速調(diào)節(jié)流量。故選用寧波中德螺桿泵制造有限公司生產(chǎn)的3G45X2的螺桿泵。此螺桿泵的流量為Q=3.5m3/h，壓力PP=1.0Mpa，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，進口口徑65mm，出口口徑50mm，功率電動球閥的選擇電動球閥選型首先應該依次遵循安全性、可靠性、適用性和經(jīng)濟性四大原則，其次根據(jù)工況進行選擇。系統(tǒng)要求每個加油點在加油時，該管上的電動球閥應該打開，；加油完畢時，該電動閥應該關(guān)閉，相應的回油管的電動球閥關(guān)閉,以防止產(chǎn)生加油槍口有漏油現(xiàn)象，造成浪費及污染環(huán)境。同時，考慮到某個加油槍檢修更換時不影響其它支路正常工作，故選用故選用Q911W-16H型電動球閥(Q/TH)，它可由輸入控制信號(4-20mADC或1-5VDC)及單相電源可控制運轉(zhuǎn)，具有功能強，體積小，性能可靠，配套簡單和流通能力大等特點，特別適合于介質(zhì)是粘稠，含顆粒，纖維性質(zhì)的場合；公稱口徑選ND為20mm,公稱壓力PN為1.6Mpa。3.2.4流量計的選擇工業(yè)上常用的流量計按其測量方法可分為容積式流量計和速度式流量計兩類。由于設計檢測的流量除了顯示數(shù)據(jù)外，還需根據(jù)流量發(fā)出電信號作為工業(yè)PC的流量采集信號，故選LB型刮板流量計，它是典型的容積式流量計之一。LB型（以下簡稱刮板流量計或流量計）是一種容積式流量測量儀表，用于測量充滿于封閉管道中連續(xù)流過的液體的體積流量[10]。流量計具有現(xiàn)場指示的機械式計數(shù)器，不必外加能源即可獲得直讀的累積體積總量，清晰明了，操作簡便，測量精度高，工作可靠，牢固耐用。除此之外，每臺流量計均有標準的轉(zhuǎn)數(shù)輸出軸，安裝光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器后輸出電脈沖信號。主要適用于原油和石油制品的精確計量（執(zhí)行標準Q/TDSM03－2005）。根據(jù)本系統(tǒng)的需要現(xiàn)選用型號為LB-25A0A3C的刮板流量計，其參數(shù)為：刮板流量計，公稱通徑DN：25mm，特征代號：普通型，公稱壓力：PN1.6MPa,精度等級：0.5級，輸出：有輸出，且配備與LB-25A0A3C的刮板流量計配套的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器型號為3.2油液供給系統(tǒng)的硬件設計本次設計采用了單片機[11]作為下位機，通過PC機控制單片機來控制加油的整個過程，以下就為本次設計的硬件[12][13]設計的電路部分，其中每個模塊的設計結(jié)構(gòu)這里就不再敘述，以下電路只供第四章參考。圖3-1硬件設計電路圖第四章油液供給的軟件設計基于AT89C51單片機[14]對加油系統(tǒng)的控制，以下是針對加油過程的對上位機的信號采集，對加油系統(tǒng)的控制電機油泵，電動球閥的控制，LL流量計同光電脈沖傳感器對油液的控制反饋給單片機的詳細過程，以及加油的反饋。本次設計的油液供給部分的軟件設計部分主要分為以下幾個部分：4.1對AT89C51單片機的介紹下面是針對AT89C51單片機的簡要介紹以及本次設計所關(guān)系到的內(nèi)容。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS的8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。[15]主要性能參數(shù):·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；·4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；·1000次擦寫周期；·全靜態(tài)操作:0Hz-24MHz；·三級加密程序存儲器；·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；·32個可編程I/O口線；·2個16位定時/計數(shù)器；·6個中斷源；·可編程串行UART通道；·低功耗空閑和掉電模式；2.功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。4.2AT89C51的引腳分配及中斷控制[16]根據(jù)系統(tǒng)需要，電源電路，PC機串口，晶振，上電復位，電動機控制，電動球閥控制，光電傳感器。下面為單片機引腳分配圖，包括單片機的輸入和輸出。圖4-1系統(tǒng)引腳分配4.2.1AT89C51單片機的P3口介紹P3口除作為通用I/O口外，還有第二種功能。P3口的第二種功能定義如下：P3.0RXD（串行數(shù)據(jù)輸入口）P3.1TXD（串行數(shù)據(jù)輸出口）P3.2INT0(外部中斷0）P3.3INT1(外部中斷1）P3.4T0（定時器/計數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時器/計數(shù)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）在本次設計中用到了串行通信的，所以用到了P3口的第二功能，TXD和RXD兩個引腳作為與PC機的通信引腳。T1口用作串行口波特率發(fā)生器的定時器，T0口用作接收光電式脈沖傳感器的脈沖計數(shù)器，用來記錄加油量的計數(shù)4.2.2AT89C51單片機的中斷控制[17]概念：引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務A，轉(zhuǎn)去處理事件B。對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機構(gòu)）。80C51的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套（就是可以在嵌套過程中再次響應嵌套）。中斷源1、INT0（P3.2），外部中斷1。可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。2、INT1（P3.3），外部中斷2?？捎蒊T1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。3、TF0（TCON.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。4、TF1（TCON.7），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。中斷請求標志[18]1、TCON的中斷標志表4-1TCON的中斷標志位位76543210字節(jié)地址88HTF1TR1TFOTROIE1IT1IE0IT0TCONIT0（TCON.0）：外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當IT0=0時：為電平觸發(fā)方式。當IT0=1時：為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1）：外部中斷0中斷請求標志位。IT1（TCON.2）：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3）：外部中斷1中斷請求標志位。TF0（TCON.5）：定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。TF1（TCON.7）：定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位2、SCON的中斷標志表4-2SCON的中斷標志位位76543210字節(jié)地址98HTIRISCONRI（SCON.0），串行口接收中斷標志位。當允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標志位。當CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。3、中斷允許控制CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。表4-3中斷允許控制位位76543210地址A8HEAESET1EX1ET0EX0IEEX0(IE.0)：外部中斷0允許位；ET0(IE.1)：定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)：外部中斷0允許位；ET1(IE.3)：定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)：串行口中斷允許位；EA(IE.7)：CPU中斷允許（總允許）位。4、中斷優(yōu)先級控制80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位的狀態(tài)來規(guī)定的。表4-4中斷優(yōu)先級控制位位76543210地址B8HPT2PSPT1PX1PT0PX0PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設定位；PS?（IP.4），串行口優(yōu)先級設定位；PT2（IP.5），定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設定位。5、中斷優(yōu)先級規(guī)則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優(yōu)先級中斷服務，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷4.3單片機與PC機之間串行通信[19]串行口是計算機與外部設備進行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，所以串行通信在工程實現(xiàn)中有著廣泛的應用。4.3.1串口系統(tǒng)組成系統(tǒng)中采用AT89C51單片機作為下位機，工業(yè)控制PC機為上位機，二者通過串行口接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。傳輸介質(zhì)為二芯屏蔽電纜，接線圖如圖4-2電平轉(zhuǎn)換電路所示。4.3.2單片機與PC主機串口概論本次設計上位機PC與89C51單片機的串口連接采用了目前用的最廣泛的使用的串行通信接口RS232，RS232的電氣接口是單端的，雙極性的電源供電電路。RS232有一系列的不足，主要有：數(shù)據(jù)傳輸速率局限于20KB/S，傳輸?shù)木嚯x局限于15M，但就本次設計而言，上位機PC機與下位機89C51單片機的距離很近，所以我們本次就選用了RS232作為他們的串行通信接口。RS232所采用的電路是單端驅(qū)動單端接受電路。這種電路的特點是：傳送一種信號只用一根信號線，對于多根信號線，它們的地線是公共的。無疑這種電路時傳輸數(shù)據(jù)的最簡單辦法。其缺點是它不能區(qū)分是由驅(qū)動電路產(chǎn)生的有用信號和外部引出的干擾信號。RS232所采用的單端電氣接口，其電平與TTL和CMOS的電平有很大的不同，它的邏輯“0”至少是3V和3V以上，邏輯“1”為-3V或更低（在標準中有時用“Mark”和“Space”分別表示邏輯“1”和“0”）。實際上，電源電壓為±15V或±12V,這樣邏輯“1”和“0”之間的電壓擺幅可能是20V或更高，采用簡單的轉(zhuǎn)換電路即可完成電平轉(zhuǎn)換。圖4-2電平轉(zhuǎn)換電路4.3.3串行通信基礎(chǔ)原理計算機的數(shù)據(jù)傳輸共有兩種方式：并行數(shù)據(jù)傳送和串行數(shù)據(jù)傳送。[21]（1）并行數(shù)據(jù)傳送的特點是：各數(shù)據(jù)位同時傳送，傳送數(shù)據(jù)塊、效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需多少數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。并行數(shù)據(jù)傳送的距離常小于30米，在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送都是并行的。（2）串行數(shù)據(jù)傳送的特點是：數(shù)據(jù)傳送按照位順序進行，最少只需要一根傳輸線即可完成，成本低，但速度慢。計算機和外部的數(shù)據(jù)大多是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。通常把計算機與其外界的數(shù)據(jù)傳送稱之為通信，因此提到的通信就是指串行通信，串行通信又分為異步和同步兩種方式，在單片機中使用的串行通信都是異步方式。本次設計用89C51與計算機通信的，介于89C51單片機具有四個并行和一個串行兩種基本通信方式。為了預留出電動機和電動球閥等的外部控制引腳，所以本次設計采用了89C51單片機中自帶的串行通信模塊。4.3.4單片機的串行通信的參數(shù)在89C51單片機中，涉及串行口操作的寄存器有多個，如SCON，SBUF，PCON，IE，以及定時器T1等等，以下將對這些寄存器以及串行口的基本選用做一個簡要的介紹。SCON是串行口控制寄存器，STR地址0x98，可位尋址，描述如下：SCON.7=SM0：方式選擇位0SCON.6=SM1：方式選擇位1SM0，SM1=00：方式0，同步移位寄存器，波特率固定為f/12（f為主時鐘）。SM0，SM1=01：方式1，10位異步收發(fā)器，波特率由T1、PCON.7指定。SM0，SM1=10：方式2，11位異步收發(fā)器，波特率固定為f/32（PCON.7=1）或f/64（PCON.7=0）時。SM0，SM1=11：方式3，11位異步收發(fā)器，波特率同方式1。本設計采用的是串行通信工作方式1，使AT89C51單片機與上位機PC機通訊。工作方式1是全雙工的10異步收發(fā)器（UART），1位起始位（0），8位數(shù)據(jù)（仍然是低位在前），1位停止位（1），無校驗位。在AT89C51單片里，這是相當常用格的一種方式，RXD引腳負責接收數(shù)據(jù)（REN須置位才能接受），TXD引腳負責發(fā)送數(shù)據(jù)。起始位和停止位是由硬件自動插入的，軟件無需額外的處理。方式1的波特率有定時器T1和PCON7來指定。在方式1和方式3下，主時鐘一般取11.0592MHz或22.1184MHz（不是任意的頻點）。常見的波特率有2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等。數(shù)據(jù)的收發(fā)雙方，一般要事先約定好相同的波特率才能正常通信。BaudRate即串行通信的位速率，單位bps。標準的AT89C51單片機沒有專門的波特率發(fā)生器，因此在串口設置為方式1和3后，必須占用定時器T1來產(chǎn)生波特率。在方式1和3下，串行口發(fā)送和接收的波特率取決于定時器T1的溢出率和PCON.7。定時器T1的工作方式0和工作方式1沒有自動重裝的功能，這會帶來波特率的誤差，進而導致收發(fā)數(shù)據(jù)出錯。所以用到了T1定時器的工作方式2，即8位自動重裝模式。定時器的T1初值計算公式為：PCON.7=0時，TH-TL=256-(f/12)/(32*baudrate)PCON.7=1時，TH-TL=256-(f/12)/(16*baudrate)本次設計選用了PCON.7=1這種方式，其中f=22.1184MHz，baudrate=1152004.3.5單片機串口中斷處理串行口通信可以選擇查詢方式或中斷方式處理，要視具體情況而定，一般，對較大的程序，為了提高處理效率，常采用中斷處理方式進行通信。初始化好串口以后，置位SFR寄存器IE當中的EA和ES后，不管是軟件或硬件的原因，只要使TI或RI置位，就會觸發(fā)串行口中斷。發(fā)送和接收共享同一個中斷向量，入口地址都是0023H。在編寫中斷服務程序時，應當首先判斷TI和RI位，然后再跳轉(zhuǎn)到不同的處理分支。4.3.6串口通信接收程序[22]串口通信接收圖4-4串口通信接收流程圖串口通信#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<control.txt>#include<send.txt>#include<delay12.txt>#include<delay20.txt>#include<delay10ms.txt>voidreceive(){unsignedchara,b;TI=1;/*串行口接收中斷請求標志*/RI=1;/*串行口發(fā)送中斷請求標志*/XTYBE[0x00H]=0；/*握手協(xié)議標志位*/while(XTYBE[0x00H]==0)/*握手協(xié)議,同意開始傳輸*/{if(SBUFr=='?'){SBUFs='?';XTYBE[0x00H]=1；/*同意傳輸結(jié)束標志*/XTYBE[0x01H]=0；/*接收油液類別標志位*/}}while(XTYBE[0x01H]==0)/*接收油液類別*/{if(SBUFr=='#'){SBUFs='#';while(SBUFr!='$'){a=SBUFr;XTYBE[0x01H]==1;XTYBE[0x02H]==0;/*接收油量標志位*/}}}while(XTYBE[0x02H]==0)/*接收油量*/{if(SBUFr=='$'){SBUFs='$'；while(SBUFr!='。'){b=SBUFr;XTYBE[0x02H]==1;SBUFs='。'}}}}4.3.7串口通信發(fā)送程序4.3.7圖4-3串口通信發(fā)送程序流串口通信發(fā)送程序#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<control.txt>#include<receive.txt>#include<delay12.txt>#include<delay20.txt>#include<delay10ms.txt>voidsend(){unsignedcharj;unsignedinti=0;TI=1;/*串行口接收中斷請求標志*/RI=1;/*串行口發(fā)送中斷請求標志*/XTYBE[0x03H]=0；/*握手協(xié)議標志位*/SBUFs="!";while(XTYBE[0x03H]==0)/*握手協(xié)議,同意開始發(fā)送*/{if(SBUFr=='!'){XTYBE[0x03H]=1;XBYTE[0x04H]=0;}}while(XBYTE[0x04H]==0)/*開始傳輸內(nèi)容*/{SBUFs=j;while(SBUFr=='F'){XBYTE[0x04H]=1;}while(SBUFr=='N'){XBYTE[0x04H]=1;}}}4.4驅(qū)動電動機，電動球閥等部件的介紹4.4.1對電動機的控制原理說明第一，根據(jù)機械部分以及系統(tǒng)硬件部分的設計，本次設計選用了380V/2.2KW的電動機分別控制的是油液A、油液B、油液C、油液D的供應油泵的開啟和停止，以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。但由于單片機不能輸出電機所能允許的啟動的電流，因此我們選用了繼電器作為輔助開關(guān)，通過單片機發(fā)出信號，對繼電器進行充電，達到繼電器所能吸合的電流時，使其控制電動機的啟動，但需要停止電動機的工作時，只需將單片機控制電動機的繼電器的控制引腳置零，通過外加的電路使繼電器放電，從而達到了使繼電器的觸點斷開，進而將電動機停止，使用這樣的方法可以很容易的控制油泵的啟動和停止的工作。第二，在成功加油后，在管道內(nèi)部還存有大量的油液，不能送回儲油池，只有使電動機反轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)殘留在油管內(nèi)大量的油液，這里就用到了本次設計中的電動機反轉(zhuǎn)的部分，當加油停止后，供油的電動機正轉(zhuǎn)停止，處在制動的過程，根據(jù)手冊查得，本次設計中選用的電動機的啟動和制動時間大概小于二十秒，這里防止在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時電動機處在短路的狀態(tài)，因此就選擇二十秒作為完全啟動或者完全制動的時間，當電動機供油的正轉(zhuǎn)制動完成時（20S后），電動機的反轉(zhuǎn)引腳有置位，開始讓電動機反轉(zhuǎn)，電動機反轉(zhuǎn)的工作原理和電動機正轉(zhuǎn)的工作原理一致，這里就不在敘述。第三，電動機的正反轉(zhuǎn)用到了單片機的把個引腳，分別連接在以下各引腳正轉(zhuǎn)：P1.0(A)，P1.2(B)，P1.4(C)，P1.6(D)反轉(zhuǎn)：P1.1(A)，P1.3(B)，P1.5(C)，P1.7(D)4.4.2電動機啟動和制動時間延時在本次設計中，采用的電動機的啟動和制動時間分別為20s，這里20s已經(jīng)包含了三極管的飽和導通的時間和繼電器充電導通的時間。在C語言[23][24]中延時程序可以由單片機中的定時器精確的算出，但是由于本次設計中已經(jīng)用掉了兩個定時器T1和T0，因此在這里就用C語言的循環(huán)指令來算出20s的延時時間，以下為20s的延時程序：#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<control.txt>#include<receive.txt>#include<send.txt>#include<delay12.txt>#include<delay10ms.txt>/*延時10s*/voiddelay20(void){unsignedchari;for(i=0;i<=200000;i++){_nop_();}}4.4.3驅(qū)動電機的引腳分配以及電路在控制電動機的模塊部分中，采用AT89C51單片機的P1口作為四個驅(qū)動電動機的啟動和停止的控制端，其中用P1.0、P1.2、P1.4、P1.6分別控制四個電動機A電動機、B電動機、C電動機、D電動機的正轉(zhuǎn)。用P1.1、P1.3、P1.5、P1.7分別控制四個電動機A電動機、B電動機、C電動機、D電動機的反轉(zhuǎn)。下面以驅(qū)動電動機A為例介紹連接驅(qū)動電動機A處的繼電器連接AT89C51的連接電路：圖4-5驅(qū)動電機A同單片機連接電路以上是驅(qū)動電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路圖，當PC機發(fā)送加油指令時，P1.0口置位，首先給三極管Q1充電，當三極管達到它的自身飽和導通電流時開始給繼電器導電，使得繼電器內(nèi)部線圈產(chǎn)生磁感應吸合K1觸點，這樣使電動機正轉(zhuǎn)帶動油泵開始泵油。當加油量達到預置量時，單片機的P1.0口置零，此時就啟動了繼電器盒二極管構(gòu)成的回路，開始給繼電器放電，使電動機停止泵油。當需要電動機反轉(zhuǎn)時，使P1.1口置位，P1.0口置零，這時電動機就開始反轉(zhuǎn)，這就是通過單片機控制驅(qū)動電動機工作的整個過程。4.4.4單片機對電動球閥的控制啟動停止如圖4-6所示，本圖電路為8個電動球閥與單片機的電路連接方法：圖4-6電動球閥同單片機連接電路在本次設計中用到了8個電動球閥控制出油口和回油口的控制，這8個電動球閥是兩兩互相自鎖的電動球閥，它們的完全打開和完全關(guān)閉都需要不同的引腳來分別控制，這里就用到了單片機的P2口，作為電動球閥的打開和關(guān)閉的控制引腳，其中，分別用P2口的P2.0、P2.2、P2.4、P2.6控制電動球閥的開啟的電平輸出端，用P2口的P2.1、P2.3、P2.5、P2.7控制電動球閥的關(guān)閉的電平輸出端口。以電動球閥A1、A2同單片機連接電路為例介紹電動球閥同單片機的連接和引腳使用。因為電動球閥A1、A2是一對互為自鎖的電動球閥，它們的開啟與閉合是分別使用了兩個相同的繼電器作為開關(guān)，當單片機的引腳P2.0發(fā)出高電平而P2.1口必須發(fā)出低電平時電動球閥A1開啟，A2閉合，這時，球閥處于給車輛加油的待命狀態(tài)。相反，當單片機的引腳P2.0發(fā)出低電平，而P2.1口發(fā)出高電平時電動球閥A2開啟，A1閉合，這時系統(tǒng)處于回流殘余在管道中的油液的狀態(tài)。本次設計中用到了8個如圖圖4-10這樣的繼電器作為電動球閥開關(guān)，來控制輸入、輸出油液的開關(guān)，其中8個電動球閥是兩兩互為開關(guān)，把油液A的出油口處的電動球閥記為A1，把油液A的回油口處的電動球閥記為A2，以此類推，油液B處的出油口處的電動球閥記為B1，油液B的回油口處的電動球閥記為B2；油液C的出口處的電動球閥記為C1，油液C的回油口處的電動球閥記為C2；油液D的出口處的電動球閥記為D1，油液D的回油口處的電動球閥記為D2。那么現(xiàn)在以其中一對A1和A2進行說明。A1、A2兩個電動球閥是互為自鎖的一對電動球閥，當A1開啟式A2是閉合狀態(tài)，當A2開啟時A1是閉合的。這里同電動機一樣，也用到了繼電器來控制每一對電動球閥的開啟和關(guān)閉，電動球閥的開啟和關(guān)閉的工作原理同驅(qū)動電機的工作原理一樣。4.4.5電動球閥的開啟關(guān)閉的延時在本次設計中選用的電動球閥的完全打開和完全關(guān)閉的時間都為10s，但對于給電動球閥供電的三極管的飽和通電時間和繼電器的充電吸合也同樣需要時間，經(jīng)過粗略的計算，本次選用的電動球閥的打開和關(guān)閉的時間小于12s，為例安全起見，把這三部分的時間記為12s，以下為電動球閥的延時程序：#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<control.txt>#include<receive.txt>#include<send.txt>#include<delay20.txt>#include<delay10ms.txt>/*延時12s*/voiddelay12(void){unsignedchari;for(i=0;i<=120000;i++){_nop_();}}4.5對加油過程的反饋控制4.5.1對加油反饋過程的介紹本次設計中用了四個刮板型流量計來實時監(jiān)控輸出的油液的油量，來對加油系統(tǒng)進行實時的檢測和記錄，對于刮板型流量計是發(fā)出的脈沖信號，這里就用到了光電脈沖傳感器，主要是因為光電脈轉(zhuǎn)換器發(fā)出來的是脈沖信號，可以直接和單片機相連接，本次設計師只能允許一個車道加油，所以，可以將四個光電脈沖轉(zhuǎn)化器的四個輸入端和單片機的TO口相連接，把發(fā)來的技術(shù)脈沖累加到TO口的計數(shù)累加器中，當有信號發(fā)出時，T0開始工作，這樣使其能夠?qū)佑拖到y(tǒng)進行實時的檢測、采集、上傳等任務。4.5.2加油反饋的電路圖下面以放置在油液A處的流量計為例介紹流量計和光電脈沖轉(zhuǎn)換器的電路圖：圖4-7轉(zhuǎn)換器同單片機的連接電路4.5.3光電脈沖轉(zhuǎn)換器的參數(shù)計算1．簡要介紹LPJ-12D型光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器[25]（以下簡稱轉(zhuǎn)換器）能把容積式流量計上輸出軸的角位移轉(zhuǎn)變成電脈沖信號，遠傳給相應的接收儀表，以顯示角位移的總量和角速度量，與本公司生產(chǎn)的各種容積式流量計配套使用，可輸出與流量相對應的電脈沖信號，供二次儀表或其它接收儀表作輸入信號，顯示流量計的瞬時流量和累積總量。LPJ-12D/FI型光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器，是在LPJ-12D型光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上增加了電流輸出功能，能同時輸出流量脈沖信號及標準直流電流信號。2．工作原理實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的部件主要由發(fā)光二極管、轉(zhuǎn)軸上二塊刻有間隙很小條紋的玻璃光柵及有關(guān)電路組成，發(fā)光二極管作為光源。工作時通過轉(zhuǎn)軸的角位移，使二塊玻璃光柵作為動光柵和指示光柵相對移動，利用光學原理產(chǎn)生摩爾條紋，發(fā)出一明一暗的光信號由光敏管接收，經(jīng)電路放大得到相應的電脈沖信號。由于動光柵上刻有1000條條紋，所以角位移360°（即軸轉(zhuǎn)一圈），發(fā)出1000個電脈沖信號。正轉(zhuǎn)時，A相超前B相90°；反轉(zhuǎn)時，B相超前A相90°。A、B相信號同時使用時，不宜在同一束屏蔽電纜內(nèi)傳送，以免互相干擾。流量脈沖信號經(jīng)F/I轉(zhuǎn)換單元由單穩(wěn)電路形成一定寬度的矩形脈沖。經(jīng)過積分電路、恒流源輸出4～20mA的標準直流電流信號（LPJ-12D/FI型轉(zhuǎn)換器）。3.加油量的計算（1）油量計數(shù)依據(jù)已知本次設計中的刮板流量計流量系數(shù)K=100，管道上限體積流量為30L/min=0.5ml/s，要求輸出流量脈沖信號及4～20mA標準直流信號，根據(jù)公式4—1f滿=K×Q體滿/3.6=100×0.5/3.6≈13.88889(Hz)（4—1）計算得到當流量為Q=30L/min時的頻率為13.88889(Hz)，那么根據(jù)以上計算，能夠推出每升油液的計數(shù)脈沖的個數(shù)，當總油量不變的情況下，在每分鐘油量變化的過程中，總油量的計數(shù)脈沖的個數(shù)是不變的，本次設計就是依據(jù)這個道理來計量總油量，從而監(jiān)控加油的全過程，通過光電脈沖轉(zhuǎn)換器發(fā)給計數(shù)器T0的脈沖個數(shù)，來控制加油的整個過程。（2）計算油量算法因為AT89C51單片機的計數(shù)器T0接收到得是高電平計數(shù)，在光電脈沖轉(zhuǎn)換器發(fā)來計數(shù)脈沖時時脈沖的周期，只需要計數(shù)器計的是整個脈沖的高電平周期。根據(jù)計數(shù)脈沖的發(fā)出頻率公式4—1，就能夠得知一個計數(shù)脈沖的高電平的周期t為：t=1/2f(4-2當預置加油量為V升時，油量恒定下的周期為T=V/Q，根據(jù)以上就能夠計算出預置加油量的發(fā)送單片機的計數(shù)器的脈沖個數(shù)為n=T/t。4.5.4單片機的計數(shù)器[26]介紹AT89C51單片機內(nèi)部設有兩個16位的可編程計數(shù)器?？删幊痰囊馑际侵钙涔δ埽ㄈ绻ぷ鞣绞?、定時時間、量程、啟動方式等）均可由指令來確定和改變。在計數(shù)器中除了有兩個16位的計數(shù)器之外，還有兩個特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。如圖4-8圖4-8AT89C51單片機的定時器/計數(shù)器的原理圖從上面定計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，16位的計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放計數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標志。當定時器工作在計數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入。單片機的計數(shù)器工作原理從上面計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，16位的計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放計數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標志。當定時器工作在計數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入。當為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。此后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由1至0的跳變需要兩個機器周期，故外部事年的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如，如果選用12MHz晶振，則最高計數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機器周期以上。綜上所述，我們已知計數(shù)器是一種可編程部件，所以在定計數(shù)器開始工作之前，CPU必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時/計數(shù)器。將控制字寫入計數(shù)器的過程叫計數(shù)器初始化。在初始化過程中，要將工作方式控制字寫入方式寄存器，工作狀態(tài)字（或相關(guān)位）寫入控制寄存器，計數(shù)初值。下面就提出的控制字的格式及各位的主要功能?？刂萍拇嫫饔嫈?shù)器T0和T1有2個控制寄存器-TMOD和TCON，它們分別用來設置各個定時器／計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能，控制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。計數(shù)器工作方式的選用圖4-9TMOD的各位

由圖4-13可見，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4種符號的含義如下：GATE：門控制位。GATE和軟件控制位TR、外部引腳信號INT的狀態(tài),共同控制定時器／計數(shù)器的打開或關(guān)閉。C／T：定時器／計數(shù)器選擇位。C/T＝1，為計數(shù)器方式；C／T＝0，為定時器方式。M1M0：工作方式選擇位，定時器／計數(shù)器的4種工作方式由M1M0設定，工作方式如表4-1所示。表4-5計數(shù)器方式寄存器TMOD工作方式功能描述00工作方式013位計數(shù)器01工作方式116位計數(shù)器10工作方式2自動再裝入8位計數(shù)器11工作方式3在本次設計中使用單片機中的計數(shù)器TO作為光電脈沖轉(zhuǎn)換器的脈沖接收端口，因為計數(shù)器的工作方式1是16位的計數(shù)器，為了使光電脈沖轉(zhuǎn)化器的信號完全存入，就使用T0的工作方式1。4.5.5計數(shù)器T0的初值設定由4.5.3和4.5.4以上兩個部分的關(guān)系，以下為接收光電脈沖轉(zhuǎn)換器的TO計數(shù)器的工作的初始值的設定說明：本次設計中用到了計數(shù)器T0的工作方式1，對于計數(shù)器T0的工作方式1是16位的計數(shù)器，它最多可計數(shù)65535次，在工作之前，設定相應的初值，開始計數(shù)時當T0計數(shù)器的溢出時，TF0=1,這樣就停止了加油工作，因為根據(jù)4.5.3中的對光電脈沖轉(zhuǎn)換器的參數(shù)計算中，設定n為計數(shù)脈沖的個數(shù)，在驅(qū)動電機開始制動到制動結(jié)束需要二十秒的時間，所以在設定初值時，需要加上電動機制動時加油的數(shù)量值，才能夠精確地加油，設計中把電動機制動時所能供給的油量設定為5L，因此計數(shù)器T0的計數(shù)初值為x=65535-n，x就為計數(shù)器T0的計數(shù)初值。對于計數(shù)器T0存儲計數(shù)初值的為TH0和TL0，其中TH0存儲數(shù)據(jù)的高八位，TL0存儲數(shù)據(jù)的低八位，對于這樣在程序中用到了算法，使計數(shù)初值賦給TO的存儲單元，算法如下：num=x;TH0=num>>4;/*送入高八位*/TL0=num&0x0f;/*送入低八位，位與用來屏蔽高八位*/4.5.6強制停止加油時的返回油量在加油過程中遇到終止加油的時候，就需要對已加的油液數(shù)量進行保存后回送給PC機，它的算法如下：回送的油液的脈沖個數(shù)仍然存在計數(shù)器T0的TH0和TL0中，首先將脈沖的個數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制，后將其轉(zhuǎn)換成油量，然后回傳給PC機，作為保存油液的數(shù)量。if(TR0==0) {y=(TH0<<4)+TL0; y=y-x; back=y*q/f; a[1]=back; j=a[0]; send(); if(XBYTE[0x04H]!=0) {j=a[1]; send(); }4.6加油系統(tǒng)的集成與優(yōu)化對于本次加油控制系統(tǒng)來時有其相應的不同的程序模塊作為支撐，同時又構(gòu)成了一個統(tǒng)一的整體，它們針對各自對應的元器件，分別完成不同的功能。對于AT89C51單片機與上位機PC機的串口通信完成以下功能：接收PC主機傳給單片機的數(shù)據(jù)（包括加油種類和機油數(shù)量）；單片機發(fā)送加油信息給PC機；對PC機的數(shù)據(jù)實時采集，滿足時刻控制的目的；發(fā)生意外后數(shù)據(jù)的回傳工作2．單片機與傳感器之間滿足的功能：（1）單片機對傳感器的數(shù)據(jù)采集；（2）單片機接收傳感器發(fā)來的加油實時數(shù)據(jù)。3．單片機與電動機，電動球閥之間滿足的功能：（1）單片機控制電動機的啟動和停止，正反轉(zhuǎn)，控制加油的啟停；（2）單片機控制電動球閥的啟動和停止，從而控制加油系統(tǒng)的輸出與回油；以上為AT89C51單片機對外圍設備的控制的功能，以下為針對以上的設計做的程序部分。4.6.1Ke11C51開發(fā)環(huán)境KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51、55系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中uVISion與IShell分別是C51forWindows和forDOS的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C5l及A5l編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope5l使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。4.6.2主程序main()設計流程圖本次設計主要完成對車輛的預置加油工作，首先使用上位機PC機預置要加油的種類和加油數(shù)量，通過對AT89C51單片機的控制實現(xiàn)這一加油的全過程，以下是設計主程序的流程圖：圖4-10加油系統(tǒng)主程序流程圖4.6.3主程序main()程序#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<control.txt>#include<receive.txt>#include<send.txt>#include<delay12.txt>#include<delay20.txt>#include<delay10ms.txt>#defineMCIK22118400/*定義CPU主頻（hz）*/#defineBaudRate115200/*設置波特率*/main(){unsignedcharw,SBUFr,SBUFs;EA=1;/*中斷允許總控制位*/ES=1;/*串口中斷允許位*/TXD=1;RXD=1;ET1=1;/*計數(shù)器T1允許中斷*/SP=0x60;SCON=0x50;/*串口工作方式1（01010000）*/TMOD=0x20;/*定時器T1工作方式2（00100000）其它沒有自動重裝功能*/PCON=0x80;TH1=256-(MCIK/12)/(16/BaudRate);TL1=TH1;TR1=1;/*啟動定時器1*/XBYTE[0x00H]=0;XBYTE[0x01H]=0;XBYTE[0x02H]=0;XBYTE[0x03H]=0;XBYTE[0x04H]=0;SBUFs='@';receive();if(SBUFs=='。'&&SBUFr=='。'){SBUFs='@';/*空閑狀態(tài)通信@*/control();}send();}4.6.4加油控制程序流程圖圖4-11加油控制程序流程圖4.6.5加油控制程序#include<reg51.h>#include<math.h>#include<AT89c51.h>#include<receive.txt>#include<send.txt>#include<delay12.txt>#include<delay20.txt>#include<delay10ms.txt>voidcontrol(){unsignedint;unsignedcharm[4]={A,B,C,D},n[580],back,a[2]={'N'};unsignedintk,l;unsignedintQ=0.5,T,k=100,f,n,x,num,y;TMOD=0x05;/*T0工作方式1,16位計數(shù)器（00000101）不使用gate門控位*/while(a!=m[k])/*初始化有的類別*/{k++;}while(b!=l)/*初始化油量*/{l++;n[l]=l;}T=(n[l]-5)/Q;f=k*Q/3.6;n=2*T*f;/*加油計數(shù)脈沖的個數(shù)n*/x=65535-n;/*加油的計數(shù)起點*/num=x;TH0=num>>4;/*送入高八位*/TL0=num&0x0f;/*送入低八位*/if(k==1) { TR0=1;/*計數(shù)器T0運行控制位*/ p2_1=0; p2_0=1;/*A電動球閥開*/ delay12(); p1_1=0; p1_0=1;/*A電動機正轉(zhuǎn)*/ }while(p1_0==1||TF==0)/*正常加油*/ {delay10ms(); if(INTO==1)/*出現(xiàn)中斷*/ {delay10ms(); TR0=0; p1_0=0;/*電動機正轉(zhuǎn)制動*/}}if(TF0==1)/*正常加油完成*/ { p2_0=0;/*A電動球閥開狀態(tài)掉電*/ p1_0=0;/*A電動機正轉(zhuǎn)制動*/ delay20();/*A電動機制動完成*/ p1_1=1;/*A電動機反轉(zhuǎn)回油*/ delay20(); p2_1=1;/*A電動球閥關(guān)*/ SBUFs='F';/*等待和上位機通信回傳*/ send(); }if(TR0==0)/*強制制動A電動機停轉(zhuǎn)*/ { y=(TH0<<4)+TL0; y=y-x; back=y*q/f; a[1]=back; j=a[0]; send(); if(XBYTE[0x04H]!=0) {j=a[1]; send();}}if(k==2) { TR0=1;/*計數(shù)器T0運行控制位*/ p2_3=0; p2_2=1;/*B電動球閥開*/ delay12(); p1_3=0; p1_2=1;/*B電動機正轉(zhuǎn)*/}while(p1_2==1||TF==0)/*正常加油*/ { delay10ms(); if(INTO==1)/*出現(xiàn)中斷*/ { delay10ms(); TR0=0; p1_2=0;/*B電動機正轉(zhuǎn)制動*/} }if(TF0==1)/*正常加油完成*/ { p2_2=0;/*B電動球閥開狀態(tài)掉電*/ p1_2=0;/*B電動機正轉(zhuǎn)制動*/ delay20();/*B電動機制動完成*/ p1_3=1;/*B電動機反轉(zhuǎn)回油*/ delay20(); p2_3=1;/*B電動球閥關(guān)*/ SBUFs='F';/*等待和上位機通信回傳*/ send();}if(TR0==0)/*強制制動B電動機停轉(zhuǎn)*/ { y=(TH0<<4)+TL0; y=y-x;back=y*q/f;a[1]=back; j=a[0]; send(); if(XBYTE[0x04H]!=0) {j=a[1]; send();} }if(k==3) { TR0=1;/*計數(shù)器T0運行控制位*/ p2_5=0; p2_4=1;/*C電動球閥開*/ delay12(); p1_5=0; p1_4=1;/*C電動機正轉(zhuǎn)*/}while(p1_4==1||TF==0)/*正常加油*/ { delay10ms(); if(INTO==1)/*出現(xiàn)中斷*/ { delay10ms(); TR0=0; p1_4=0;/*C電動機正轉(zhuǎn)制動*/} }if(TF0==1)/*正常加油完成*/ { p2_4=0;/*C電動球閥開狀態(tài)掉電*/ p1_4=0;/*C電動機正轉(zhuǎn)制動*/ delay20();/*C電動機制動完成*/ p1_5=1;/*C電動機反轉(zhuǎn)回油*/ delay20(); p2_5=1;/*C電動球閥關(guān)*/ SBUFs='F';/*等待和上位機通信回傳*/ send();}if(TR0==0)/*強制制動C電動機停轉(zhuǎn)*/ { y=(TH0<<4)+TL0; y=y-x; back=y*q/f; a[1]=back; j=a[0]; send(); if(XBYTE[0x04H]!=0) {j=a[1]; send();} }if(k==4) {TR0=1;/*計數(shù)器T0運行控制位*/ p2_7=0; p2_6=1;/*D電動球閥開*/ delay12(); p1_7=0; p1_6=1;/*D電動機正轉(zhuǎn)*/ }while(p1_6==1||TF==0)/*正常加油*/ { delay10ms(); if(INTO==1)/*出現(xiàn)中斷*/ {delay10ms(); TR0=0; p1_6=0;/*D電動機正轉(zhuǎn)制動*/} }if(TF0==1)/*正常加油完成*/ { p2_6=0;/*D電動球閥開狀態(tài)掉電*/ p1_6=0;/*D電動機正轉(zhuǎn)制動*/ delay20();/*D電動機制動完成*/ p1_7=1;/*D電動機反轉(zhuǎn)回油*/ delay20(); p2_7=1;/*D電動球閥關(guān)*/ SBUFs='F';/*等待和上位機通信回傳*/ send();}if(TR0==0)/*強制制動D電動機停轉(zhuǎn)*/ { y=(TH0<<4)+TL0; y=y-x; back=y*q/f; a[1]=back; j=a[0]; send(); if(XBYTE[0x04H]!=0) {j=a[1]; send();} }}4.7系統(tǒng)的抗干擾本次設計用到了硬件抗干擾和軟件抗干擾兩個部分，以下就是對系統(tǒng)的抗干擾介紹。4.7.1干擾的的形成形成干擾的基本要素有三個：（1）干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設備或信號，如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。（2）傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。（3）敏感器件，指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數(shù)字IC，弱信號放大器等。4.7.2干擾的措施干擾源：主要來自外部電源、內(nèi)部電源，印制板排版走線互相干擾，周圍電磁場干擾，外部干擾一般通過IO口輸入等。為敘述方便，我們分硬件、軟件抗干擾措施來講：（一）硬件抗干擾措施1．交流電源盡量采用電壓穩(wěn)定的電網(wǎng)；2．交流端用電感電容濾波，去掉高頻低頻干擾脈沖；3．變壓器雙隔離措施，變壓器初級輸入端串接電容，初、次級線圈間屏蔽層與初級間電容中心接點接大地，次級外屏蔽層接印板地，這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手段；4．次級加低通濾波器，吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓；5．采用集成式直流穩(wěn)壓電源，有過流過壓過熱等保護；6．IO口光電磁電繼電器隔離，避免公共地；7．通訊線用雙絞線，排除平行互感；8．防雷電，用光纖隔離最為有效；9．A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場轉(zhuǎn)換，減少誤差；10．外殼接大地，解決人身安全及防外界電磁場干擾；11．加復位電壓檢測電路，仿止復位不充份CPU就工作，尤其有EEPROM的器件，復位不充份會改變EEPROM的內(nèi)容；12．印制板工藝抗干擾：(1)電源線加粗，合理走線接地，三總線分開，減少互感振蕩(2)CPU／RAM／ROM等主芯片，VCC和GND間接電解電容及瓷片電容，去掉高低頻干擾脈沖(3)獨立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少接插件與連線，提高可靠性，減少構(gòu)障率；(4)集成塊與插座接觸可靠，用雙簧插座，最好集成塊直接焊在印制板上，防止器件接觸不良故障；(5)有條件采用四層以上印制板，中間兩層為電源和地；（二）軟件抗干擾措施1．多用查詢代替中斷，把中斷源減到最少，中斷信號連線不大于0.1米，防止誤觸發(fā)、感應觸發(fā)；2．A/D轉(zhuǎn)換采用數(shù)字濾波，平均法，比較平均法等，防止突發(fā)性干擾；3．MCS-51單片機空單元寫上00H，最后放跳轉(zhuǎn)指令到ORG0000H，因干擾程序走飛，可能抓回去；4．多次重復輸出，輸出信號保持在RAM中，防止干擾信號輸出；5．開機自檢自診斷，RAM中重要內(nèi)容要分區(qū)存放，經(jīng)常進行比較檢查，機器不能帶病工作；6．表格參數(shù)放在EPROM中，檢驗和存于最后單元，防止EPROM內(nèi)容被修改；7．加看門狗，軟件走飛可從頭開始；8．開關(guān)信號延時去抖動；9．IO口正確操作，必須檢查口執(zhí)行命令情況防止外部故障不執(zhí)行控制命令；10．通訊應加奇偶校驗或查詢表決比較等措施，防止通訊出錯。4