CN207281515U - 一种智能限压阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能限压阀，包括单片机及最小系统电路以及与单片机连接的如下电路：晶振电路，为单片机提供基本的时钟周期；复位电路，为单片机提供复位功能；继电器控制电路，连接单片机的P2.2引脚，单片机通过一个作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，进而控制电磁阀的开闭；数据采集电路，采用压力传感器实现压力信号的采样，并由模数转换器实现模拟信号到数字信号的量化；报警电路，实现驱动报警；电源供电模块为上述电路供电。本实用新型公开的一种智能限压阀，采样频率高，成本低，可靠性高，有很高的实用价值。

Description

一种智能限压阀

技术领域

本实用新型涉及压差变送器技术领域，具体涉及一种智能限压阀。

背景技术

根据标准SY/T 6302-2009做支撑剂短期导流能力实验时要使用差压变送器测量导流室两个测压孔之间的压差，并使用该值计算支撑剂的导流能力。但在实验过程中由于人为因素或系统因素会出现堵塞，堵塞严重时压差非常大超过差压变送器量程导致差压变送器受损。

目前，差压变送器出现膜盒卡涩、膜盒漏油、堵塞等故障时，能用的故障处理方法只有观察法、检测法、清洗法，不仅耗时耗力而且影响实验精度、进度。因此有必要提出一种方案能尽可能的减少这些故障的发生频率，延长差压变送器的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种智能限压阀，通过模数转换器采样压力传感器的压力信号，当压力过大时，单片机通过控制继电器的闭合进而关闭电磁阀，并通过蜂鸣器发出报警声，通知实验人员。

为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案：

一种智能限压阀，包括单片机及最小系统电路以及与单片机连接的如下电路：

晶振电路，连接单片机，为单片机提供基本的时钟周期；

复位电路，连接单片机，包括上电复位和按键复位，其中，上电复位在复位引脚RST上连接一个电容到Vcc，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态；按键复位为在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位；

继电器控制电路，连接单片机的P2.2引脚，单片机通过一个作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，继电器的开、关完全由三极管的基极电平进行控制，进而控制电磁阀的开闭；

数据采集电路，与单片机相连，采用压力传感器实现压力信号的采样，并由模数转换器实现模拟信号到数字信号的量化；

报警电路，连接单片机p2.1引脚，实现驱动报警；

电源供电模块，为上述电路供电。

进一步的，所述单片机为STC89C52RC单片机。

进一步的，所述模数转换器为ADC0804连续渐进式模数转换器。

进一步的，所述继电器为松乐SRD-05VDC-SL-C继电器。

进一步的，所述电源供电模块包括电源输入接口J1、限流电阻 R3、电源开关SW2、电源指示灯D1和电容C4，电源输入接口J1的1 脚接SW2，电源输入接口J1的2脚接地，SW2另一端与电容C4正极、限流电阻R3、VCC分别连接，电阻R3另一端连接电源指示灯D1进而接地，电容C4并联在电阻R3和电源指示灯D1上。

进一步的，所述电源供电模块中的开关电源采用明纬D-75A开关电源。

进一步的，所述晶振电路采用11.0592MHz的石英晶振作为单片机的振荡源，在单片机振荡电路外部连接一个晶振和2个30pf的电容。

进一步的，所述数据采集电路中，采用高速模数转换器AD0804 实现压力信号的采集，DB0～DB7分别与单片机的P1.0～P1.0相连， WR、RD和CS分别与P3.6、P3.7和P2.0相连,压力传感器的输入信号接电压输入正极、负极。

进一步的，所述继电器控制电路包括电阻R9，电阻R9一端接单片机P2.2引脚，另一端接三极管Q2A的基极，三极管发射极接VCC，电阻R8一端接三极管集电极，另一端接发光二极管D3，继电器LS1 的第3引脚接VCC，第1引脚接三极管集电极，第2引脚接GND，在第1、2引脚两端反相并联二极管D2，管脚4、5分别接连接器J5的引脚1、2，当单片机P2.2引脚输出低电平时，发光二极管D2点亮，继电器常开点接通，电磁阀关闭。

进一步的，所述报警电路包括电阻R7，电阻R7一端接单片机P2.1 引脚，另一端接三极管Q1A的基极，三极管集电极接GND，发射极接蜂鸣器进而接VCC。

本实用新型公开的一种智能限压阀，以STC89C52单片机为控制单元，通过高速A/D转换器ADC0804实时采样压力传感器输入信号，根据压力值，控制电磁阀的开断。实验证明本设计采样频率高，成本低，可靠性高，有很高的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理图，

图2是本实用新型的程序流程图，

图3是单片机及最小系统电路图，

图4是电源供电模块电路图，

图5是复位电路图，

图6是晶振电路图，

图7是报警电路图，

图8是数据采集电路图，

图9是信号输入接口图，

图10是继电器控制电路图，

图11是智能限压阀作用位置示意图，

图12是智能限压阀工作流程图

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种智能限压阀，以STC89C52单片机为控制单元，通过高速A/D转换器ADC0804实时采样压力传感器输入信号，根据压力值，控制电磁阀的开断。实验证明本设计采样频率高，成本低，可靠性高，有很高的实用价值。

见图1-12，一种智能限压阀，作用在如图11所示位置，智能限压阀包括单片机及最小系统电路以及与单片机连接的晶振电路、复位电路、继电器控制电路、数据采集电路、报警电路和电源供电模块。

晶振电路，连接单片机，为单片机提供基本的时钟周期，使单片机正常工作；

复位电路，见图5，连接单片机，以使单片机方便使用，包括上电复位和按键复位，其中，上电复位在复位引脚RST上连接一个电容到Vcc，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态；按键复位为在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

单片机的复位，是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。

(1)上电复位：STC89系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到Vcc，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

(2)按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

继电器控制电路，连接单片机的P2.2引脚，由于单片机输出的电流不足以使电磁继电器的线圈产生足够大的磁力，无法使衔铁与触点簧片吸合，就不能使继电器正常工作。为了使继电器正常工作，需要加入放大电流的驱动电路。单片机通过一个作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，继电器的开、关完全由三极管的基极电平进行控制，进而控制电磁阀的开闭；

数据采集电路，与单片机相连，由于压力传感器输出信号为模拟信号，必须通过模数转换器，转化为单片机可处理的数字信号。采用压力传感器实现压力信号的采样，并由模数转换器实现模拟信号到数字信号的量化；

报警电路，连接单片机p2.1引脚，当压力过大时，蜂鸣器发出警报声，提醒实验人员。

电源供电模块，为上述电路供电。

见图3，在本实用新型的一种实施例中，所述单片机为 STC89C52RC单片机。该芯片是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，工作电压为3.8～5.5V，其具有以下标准功能：8KB FLASH，256B RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口。其使用汇编语言和 C语言2种编程语言，并可使用KeilC51集成工具，性价比高。 STC89C52RC的这些特点使其非常适合于构成一个多功能的单片机应用控制系统。

另外ST89C52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。因此主控制器芯片选择STC89C52RC 单片机。

在本实用新型的一种实施例中，基于转换精度、转换时间、电压输入范围以及成本的考虑，所述模数转换器为ADC0804连续渐进式模数转换器。该器件主要电气特性如下：

工作电压：+5V，即Vcc＝+5V。

模拟输入电压范围：0～+5V，即0≤Vin≤+5V。

分辨率：8位，即分辨率为1/256，转换值介于0～255之间。

转换时间：100us(当fck＝640KHz时)。

转换误差：±1LSB。

参考电压：2.5V，即Vref＝2.5V。

ADC0804是属于连续渐进式模数转换器，这类型的模数转换器除了转换速度快、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

对8位ADC0804而言，它的输出准位共有256种，即它的分辨率是1/256，假设输入信号Vin为0～5V电压范围，则它最小输出电压是5V/256＝0.01953V。

在本实用新型的一种实施例中，所述继电器为松乐 SRD-05VDC-SL-C继电器，通过继电器的闭合和断开来实现对电磁阀的通断控制。在现代自动控制设备中，都存在电子电路(弱电)与电气电路(强电)的相互连接问题，一方面要使电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件(如电动机、电磁铁、电灯等)，另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和工作人员的人身的安全。继电器便能完成这一桥梁作用。

见图4，在本实用新型的一种实施例中，所述电源供电模块包括电源输入接口J1、限流电阻R3、电源开关SW2、电源指示灯D1和电容C4，电源输入接口J1的1脚接SW2，电源输入接口J1的2脚接地，SW2另一端与电容C4正极、限流电阻R3、VCC分别连接，电阻 R3另一端连接电源指示灯D1进而接地，电容C4并联在电阻R3和电源指示灯D1上。

在本实用新型的一种实施例中，所述电源供电模块中的开关电源采用明纬D-75A开关电源。

晶振是单片机正常工作的必要器件，它为系统提供基本的时钟周期，通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。见图6，在本实用新型的一种实施例中，所述晶振电路采用 11.0592MHz的石英晶振作为单片机的振荡源，由于该单片机内部有振荡电路，所以外部只需连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间，本实施例中在单片机振荡电路外部连接一个晶振和2个30pf的电容。

在本实用新型的一种实施例中，所述数据采集电路中，采用高速模数转换器AD0804实现压力信号的采集，DB0～DB7分别与单片机的 P1.0～P1.0相连，WR、RD和CS分别与P3.6、P3.7和P2.0相连,压力传感器的输入信号接电压输入正极、负极。本申请ADC0804的转换频率为fck＝1/(1.1*10K*150pF)＝606KHz。

继电器是感性元件，所以不能用单片机的I/O口直接控制，而且必须在三极管等控制器件上加反相保护电路。因为每个继电器都有一个常开转常闭的接点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。在本实用新型的一种实施例中，所述继电器控制电路包括电阻 R9，电阻R9一端接单片机P2.2引脚，另一端接三极管Q2A的基极，三极管发射极接VCC，电阻R8一端接三极管集电极，另一端接发光二极管D3，继电器LS1的第3引脚接VCC，第1引脚接三极管集电极，第2引脚接GND，在第1、2引脚两端反相并联二极管D2，管脚4、5 分别接连接器J5的引脚1、2，当单片机P2.2引脚输出低电平时，发光二极管D2点亮，继电器常开点接通，电磁阀关闭。本申请采用单片机通过作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，继电器的开、关完全由三极管的基极电平进行控制，即可由单片机的P2.2引脚控制。当三极管基极为高电平时，PNP型三极管截止，继电器不工作，反之三极管导通，继电器得电吸合。从而控制电磁阀的通断。

在单片机系统中，除了显示器件外经常用到发声器件，最常见的发声器件就是蜂鸣器。蜂鸣器一般用于一些要求不高的声音报警及发出按键操作提示音等。因为蜂鸣器是感性负载，单片机I/O口不能直接驱动，需要加一只PNP型三极管驱动，报警电路如图7所示。在本实用新型的一种实施例中，所述报警电路包括电阻R7，电阻R7 一端接单片机P2.1引脚，另一端接三极管Q1A的基极，三极管集电极接GND，发射极接蜂鸣器进而接VCC。要使蜂鸣器发声，只要将单片机P2.1口置为低电平就可以了。

本实用新型工作过程如图2所示：

(1)对整个程序系统进行初始化，完成单片机控制引脚的定义。

(2)控制ADC0804芯片进行正确采样，读取采样结果。

(3)对采样值进行运算变换，得到压力值。

(4)根据压力值，控制电磁阀与蜂鸣器的开断。

综上，本实用新型实现了：

(1)正常实验时，智能限压阀不工作，差压变送器正常运行；实验出现堵塞等故障时，智能限压阀工作，差压变送器中断。实现自动控制，确保实验精度。

(2)实验出现异常时，智能限压阀工作、差压变送器停止、蜂鸣器发声，提醒实验人员，从而提高实验的准确度与效率。

(3)智能限压阀能有效的降低差压变送器出现膜盒漏油、卡涩等等一系列故障的频率。并很大程度能预防这些故障发生的概率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种智能限压阀，其特征在于，包括单片机及最小系统电路以及与单片机连接的如下电路：

晶振电路，连接单片机，为单片机提供基本的时钟周期；

复位电路，连接单片机，包括上电复位和按键复位，其中，上电复位在复位引脚RST上连接一个电容到Vcc，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态；按键复位为在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位；

继电器控制电路，连接单片机的P2.2引脚，单片机通过一个作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，继电器的开、关完全由三极管的基极电平进行控制，进而控制电磁阀的开闭；

数据采集电路，与单片机相连，采用压力传感器实现压力信号的采样，并由模数转换器实现模拟信号到数字信号的量化；

报警电路，连接单片机p2.1引脚，实现驱动报警；

电源供电模块，为上述电路供电。

2.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述单片机为STC89C52RC单片机。

3.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述模数转换器为ADC0804连续渐进式模数转换器。

4.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述继电器为松乐SRD-05VDC-SL-C继电器。

5.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述电源供电模块包括电源输入接口J1、限流电阻R3、电源开关SW2、电源指示灯D1和电容C4，电源输入接口J1的1脚接SW2，电源输入接口J1的2脚接地，SW2另一端与电容C4正极、限流电阻R3、VCC分别连接，电阻R3另一端连接电源指示灯D1进而接地，电容C4并联在电阻R3和电源指示灯D1上。

6.根据权利要求5所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述电源供电模块中的开关电源采用明纬D-75A开关电源。

7.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述晶振电路采用11.0592MHz的石英晶振作为单片机的振荡源，在单片机振荡电路外部连接一个晶振和2个30pf的电容。

8.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述数据采集电路中，采用高速模数转换器AD0804实现压力信号的采集，DB0～DB7分别与单片机的P1.0～P1.0相连，WR、RD和CS分别与P3.6、P3.7和P2.0相连,压力传感器的输入信号接电压输入正极、负极。

9.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述继电器控制电路包括电阻R9，电阻R9一端接单片机P2.2引脚，另一端接三极管Q2A的基极，三极管发射极接VCC，电阻R8一端接三极管集电极，另一端接发光二极管D3，继电器LS1的第3引脚接VCC，第1引脚接三极管集电极，第2引脚接GND，在第1、2引脚两端反相并联二极管D2，管脚4、5分别接连接器J5的引脚1、2，当单片机P2.2引脚输出低电平时，发光二极管D2点亮，继电器常开点接通，电磁阀关闭。

10.根据权利要求1所述的一种智能限压阀，其特征在于，所述报警电路包括电阻R7，电阻R7一端接单片机P2.1引脚，另一端接三极管Q1A的基极，三极管集电极接GND，发射极接蜂鸣器进而接VCC。