阐述了将指针式压力表改制成单片机控制的远程智能压力测量表以实现遥测、遥控与报警的方法，介绍了单片机系统的硬件及软件设计，分析了与之配套的电子监控系统的开发及其应用。
随着现代科学技术的发展，越来越多的智能化仪器应用于各行各业，使我们的生产生活更加舒适和快捷。在液压、气动系统中最常用的压力检测部件就是压力表，压力表的结构简单、工作可靠，但普通压力表不能实现远程测量，也没有遥控与报警的功能。虽然在压力表的基础上发展了电接触压力表，可作为压力控制元件，但它只能进行定值控制，在工作中不能更改阈值，适应不了现代控制的要求。另外其触点对工作环境的要求很苛刻，容易出现故障，因此应用范围具有局限性。目前，也有各种电子测量压力的传感器，但多数不能直接用于原有的液压、气动系统中，且其成本较高，不能为低成本的场合所采用。因此，将现有的压力表配合简单实用的单片机系统，改造成智能化压力表，是适合实际需求且简便易行的方法。
1.硬件系统设计
1.1系统总体设计
智能化压力表系统由以下几个部分组成：传感器及压力信号的采集电路、单片机接口及其运算处理电路、控制信号的输入电路、输出显示电路以及扩展输出控制电路等等，系统结构见图1。
1.2压力信号的采集电路
智能化压力表制作的关键是采集压力信号，本设计是在原压力表上配制格雷码盘，利用光电转换采集压力数值。即采用5组微型反射式红外发射、接收对管组件采集5位格雷码数据，该信号的采集、发送电路见图2。当光电组件中发光二极管发射的红外线照射到码盘中黑色部分，无反射光，输出高电平；否则输出低电平。经由运算放大器组成的电压比较器输出到单片机AT89S52的P0口和P2口读入数据。运算放大器的参考电压UREF由限流电阻R3和稳压管Dz组成的电路来提供，其值约为1.5V。
1.3单片机输入与输出系统结构
智能化压力表的单片机输入控制、显示部分系统的结构见图3。由图3可知，该系统包括单片机AT89S52芯片、压力数据采集接口、4X4键盘输入电路及4位数码显示电路等部分。AT89S52单片机是由最新型的电擦写、低功耗、高性能的CMOS八位单片机组成，其内部具有4kB闪存ROM，128B的RAM，32根I/O线，2个16位定时/计数器，5个中断源，它与MCS—51系列单片机的管脚与指令系统完全兼容，并提供了更多的可开发资源。AT89S52芯片的外围电路很简单，只需接入+5V、地、复位(Reset)电路及晶振电路等即可工作，内部程序可通过数据下载线写入内部存储器。压力数据采集接口电路是把压力表的5位格雷码数据经运放传送到AT89C52的输入端。以3个5位传感器为例，共须占用15位端口，可采用单片机P2.0—P2.7和P0.0—P0.7等端口输入数据。
采用键盘输入数值来设定压力的上、下限报警阈值及其他参数。本设计选用标准4X4薄膜按键，键盘接至P1口，由于P1口的内部具有上拉电阻，所以按键电路不需外接上拉电阻，可直接与单片机的输入端相连。
压力值的显示是由单片机将采集的数据经运算处理后，得到压力的十进制数值8421BCD码)，由单片机的RXD和TXD串行口输出串行数据至CD4015转换为并行数据，再经过译码、显示、驱动电路驱动数字显示器。其中CD4015是串入并出的移位寄存器。显示器可以采用LED数码管显示，其译码驱动电路为CD4511等。但当环境照度大时，LED发光管字体不明显，且LED发光管的能耗较大，所以也可以采用能耗极低的LCD液晶显示器，LCD的驱动电路可以采用CD4055芯片。
2.软件系统设计
单片机系统的软件主要包括：键盘读取、数据采集、代码转换、驱动显示及输出控制程序等部分，系统软件工作的主流程见图4。
首先，压力系统工作，读取输入控制数据。44键盘数据的读取可采
用低电平扫描键盘，对P1口的高四位轮流输入低电平，同时单片机读低四位是否有低电平，有则可判断其按键位置，读入相应的数值。键盘输入的是压力的上、下限阈值，以供比较判断压力是否超标。LCD显示器可直接显示键盘输入的数值。初始化完成后单片机从压力数据采集电路上读取格雷码数据，把每个口读取的数据加以处理。将格雷码数据转换为8421BCD码，转换也可由硬件完成，但软件实现起来较为简便、经济，编程采用查表的方法就可以实现。在系统工作时LCD显示器显示运行时的压力数值，显示用单片机的串行口输出数据。最后将实测的压力数据与键入的上、下限阈值进行比较，压力较低时低于阈值），输出升压的控制信号及报警信号；压力较高时高于阈值），输出降压的控制信号及报警信号。软件的工作过程是始终循环检测、比较、显示及输出，该系统是实时的测量与控制过程。
3.应用扩展
该系统可用于使用真空压力表负压系统中。工程热力系统中常用压力温度计作温度测量指示，其表头部分结构与压力表相同，可以使用本文所提出的方法进行测量，也可以用作温度传感而测量温度。由于本系统中使用了单片机，可以编制时间控制程序，而不用增加硬件，可以做到一机多用。多压力表系统复式显示时，压力表数据可由串口输入，而显示数值则由并口输出，节省资源，节约了器件。以下是几个应用实例。
3.1医用低负压吸引器
医用低负压吸引器是用来排除病人体内积液的，工作时需维持一定的低负压，如果负压超过300kPa，真空泵停止工作，而低于150kPa，真空泵又要重新启动，其负压传感部分即可用智能化压力表来测量。该仪器还可设有定时开启、间歇关闭、总工作周期设定等功能，采用多窗口显示，这些要求都可以由单片机系统通过编程来实现。
3.2锅炉压力和温度与水位的检测和控制
锅炉压力温度参量的拾取如上所述，水位的检测采用水压表，装在锅炉低水位处，水位降低则压力减小，各参数经单片机处理后可以输出显示，并可控制热力系统工作。
3.3油罐储量的检测
油罐储量的测量原理与锅炉水位的测量原理相同，由于本传感器的电器部分与液体隔离，是非接触型、无触点、低电压、微电流几十毫安）、全封闭的。非常适合于防火、防爆要求比较严格的场合，如汽油库、加油站等处。由于单片机可以实现简单的运算，根据油罐的形状，得出压力一液位一体积一重量4个量值间的关系，经过单片机运算可以直接显示罐内液体体积或重量，并能提前报警显示。
3.4潜水艇仰伏姿态的控制
潜水艇的仰伏及沉浮是靠其水柜内的存水量来控制的，如果前舱水箱水少而后舱水箱水多，则潜水艇呈前仰姿态；反之则呈倾伏姿态。由于潜水艇的水柜依艇舱形状而定，很不规则，必须根据上述的压力一液位一体积一重量4量值间函数关系来确定水量，制定合适的调水方案，单片机的内存空间足以实现多种控制方案，以适合于各种情况。本系统即可以替代原有不完善的设备或作为后备系统。
4.结语
将现有的压力表智能化，配合简单实用的单片机系统，可以实现压力的远程测量与监控，实现压力系统的闭环控制，结合其他非电量的电测传感技术，实现整个工艺流程的全自动控制。系统通过测试，运行正常。该压力表所采用的传感器是非接触型、无触点式的，具有防爆性能，适合于恶劣的工作环境，实用性强。 |
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