智能工业双光柱数显表

,标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学年设计,智能工业双光柱数显表,哈尔滨理工大学自动化系,2010.1,目录,Ch1. 任务描述,Ch2. 总体方案设计,Ch3. 硬件电路设计,Ch4. 电路板焊接和测试,Ch5. 软件设计,Ch6. 仪表组装,Ch7. 综合调试,Ch8. 进度安排,Ch1 任务描述,目的意义,工业控制中，经常要对各类模拟量信号进行采集和显示。工业现场大多数的模拟量信号都经过变送器转变为DDZIII型仪表的标准信号420mA，因此能够以多种方式显示模拟量的智能工业数显表具有普遍的需求。,Ch1 任务描述,技术指标,四通道模拟信号输入，精度,0.5,级；,模拟量输入信号类型：,0,5V,，,1,5V,，,4,20mA,，,0,10mA,；,显示方式,2,种：双排数码管，双光柱,带有按键，用户可以配置必要的信息；,具有报警功能，报警输出方式为继电器触点；,具有,RS485,通讯接口；,带有,1,路,4,20mA,的变送输出；,配置可编程并保存，配置信息包括模拟量通道类型，模拟量量程，报警上下限等；,仪表供电电源为,220V/0.2A,标准工业仪表外壳，开孔尺寸,76152mm,Ch2 总体方案设计,一、CPU选型,分析技术指标可以看出，仪表的功能虽然很多，但是工作并不复杂，都是常用的功能，对,CPU,的要求不高，而且对实时性要求也比较宽松，因此选择价格低廉、工作可靠、资源充足的单片机即可完成设计任务。,可以选择的单片机包括：,AT89S52,：标准,52,系列单片机，内部有程序存储器,STC89C52RC,：增强型,52,系列单片机，支持,ISP,编程,Ch2 总体方案设计,二、多路模拟量选通和信号调理,仪表可以输入,4,路模拟量信号，这,4,路模拟量信号都要进入,AD,转换器，因此要选用模拟开关。,选择双,4,选,1,的模拟开关,CD4052,，通过单片机的,IO,引脚选择通道。,模拟信号进入,CD4052,之前要进行必要的处理：,低通滤波：,RC,低通滤波器，滤除高频干扰,信号量程转换：转换为,AD,转换器的量程以内,Ch2 总体方案设计,三、AD转换器,仪表对实时性没有提出具体要求，因此显示刷新速度,200ms,一次即可。,显示仪表应该对干扰具有较强的抵抗能力。,可以选择双积分式的,AD,转换器，这类转换器虽然转换速度不快，但是抗干扰能力强。,可以根据双积分,AD,转换器的工作原理，仅使用其转换完成引脚的信号，具体的转换计数功能由单片机定时计数器和软件协调完成，从而简化电路设计。,选择,ICL7135,考虑,AD,转换器的参考电源、供电电源、量程和时钟信号,Ch2 总体方案设计,四、显示方案,共阳极光柱,2,条，为,1010,点阵式，分左右显示。,共阳极数码管共,8,只，分上下,2,排显示。,考虑到显示器件较多，如果选择静态显示方式，则需要扩展大量的元件，而且功耗增加很多。,由于,52,系列单片机内部有,3,个定时器，因此可以使用其中一个作为动态显示的刷新定时用。,动态显示的数据共,10,10,8,28,位，需要,4,个锁存器进行数据锁存，并由,CPU,的,IO,脚控制锁存信号。,动态显示的位共,10,位，可以采用,4,16,译码器产生位选通信号；,考虑到单片机的负载能力较弱，因此选择用,IO,引脚控制三极管的方式驱动发光器件，并且采用灌电流方式；,Ch2 总体方案设计,五、按键,由于仪表面板较小，因此不宜采用过多的按键。,设置,4,个独立式按键，分别为增加，减小，回车，取消，用户通过不同的按键操作，实现对仪表的配置工作。,为了简化硬件设计，对按键的扫描采用显示单元的位选通信号，在显示选通各个位置的时候，同时完成对按键的读取。,由于位选通信号是灌电流驱动，因此,CPU,读入按键信息的引脚应该接下拉电阻。,Ch2 总体方案设计,六、420mA变送输出,由于是变送输出，因此仪表必须直接输出电流信号，不能通过集电极开路方式借助外部电源产生电流信号，否则其他测量仪表将无法使用该电流信号。,采用串行接口方式的,DA,转换器,MAX504,先输出电压信号，然后通过运放,LM324,将其转换为电流信号（,VI,变换）直接输出。,考虑运放的正负供电电源。,Ch2 总体方案设计,七、非易失性存储器,用户的配置信息应该在仪表断电不会丢失，这些配置信息包括通道类型、通道量程、报警上下限以及零点偏移和满度偏移等。,采用线性非易失性存储器作为保存配置信息的元件，每次仪表启动后都从非易失性存储器内部读取当前的用户配置。,采用,X25045,芯片，并利用其电源监视和看门狗功能加强仪表的可靠性。,Ch2 总体方案设计,八、电源设计,仪表内的元件所需要的电源包括：,集成芯片工作电源（数字电源）：,5V,运放工作正电源：,24V,模拟负电源：,5V,AD,转换器参考电源：,1.25V,仪表的输入电源为,220V,；,采用开关电源模块由,220V,输入产生,5V,和,24V,电源，,5V,为集成芯片的工作电源，,24V,为运放的正电源。,采用,7660,从,5V,产生,5V,电源，给,CD4052,和,ICL7135,的负电源供电；,用,TL431,产生,ICL7135,的参考电压；,Ch2 总体方案设计,九、工艺设计,仪表壳体分为,3,部分：主壳体，面板，端子板,根据仪表壳体和电路功能，将整个仪表的电路设计规划为,5,块印制电路板，各电路板之间通过接插件连接。,显示板：安装在面板上，包含数码管、光柱、发光管以及其驱动电路；,电源板：包含开关电源模块，负责产生,5V,和,24V,主机板：包含,CPU,、信号处理电路和,AD,转换电路,报警板：包含继电器及其驱动电路,刻度板：包含发光管，负责照亮仪表面板的刻度线,前面板要加工前面膜，上面设有,4,个薄膜按键,端子板也要加工后面膜，上面印刷各个端子的定义,Ch3 硬件电路设计,一、电源板,Ch3 硬件电路设计,二、主机板,AD转换,变送输出,信号调理,Ch3 硬件电路设计,三、显示板,位选通,LED数码管,LED数码管,光柱,Ch3 硬件电路设计,四、报警板,Ch3 硬件电路设计,五、刻度板,Ch4 电路板焊接和测试,焊接注意事项,按元件高度从低到高的次序依次焊接,注意元件的方向，包括,DIP,插座、电解电容、排阻、接插件、发光管、,LED,数码管、三极管,9013,和,9015,等。,电阻元件要先读色环，然后用万用表测量阻值后再焊接，还要注意电阻的功率，,1/8W,的体积小，,1/4,的体积大。,每个焊点的焊接时间不宜过长，一般焊点不超过,3,秒，粗的焊盘可以适当延长焊接时间，直到焊锡渗入焊点为止。,严格按印制板的丝网印刷的元件特征值取元件，相同类型的元件可以先插入焊盘后一起焊接。,可以参照印制板的照片进行焊接。,Ch8 进度安排,每个班级,7,天,硬件设计讲解：,0.5,天,电路板焊接和测试：,1.5,天,软件开发讲解：,0.5,天,软件编程：,3.5,天,显示程序,键盘程序,X25045,程序,AD,转换程序,报警输出程序,变送输出程序,综合调试和组装：,1,天,