基于C8051F單片機(jī)的氣流儀

引 言 　　本課題研究的棉花氣流儀是根據(jù)gb6468－1992棉纖維"馬克隆值"測(cè)試方法的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合目前的微電腦監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，采用單片機(jī)c8051f，具有測(cè)試速度快、容易維修、費(fèi)用低、效率高等特點(diǎn)?！　●R克隆值為在特定條件下一團(tuán)棉花的透氣性的度量。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，馬克隆值與紡紗有著密切的關(guān)系，馬克隆值過(guò)高或過(guò)低，其棉纖維可紡性能都較差，只有馬克隆值適中的棉纖維才能獲得較全面的紡紗經(jīng)濟(jì)效益?！　?氣流儀的基本原理　　本儀器是氣流式的馬克隆值測(cè)定儀。馬克隆氣流儀的基本原理是以一定壓力的氣流通過(guò)固定容積內(nèi)的定質(zhì)量的纖維塞，由于纖維的表面積不同，對(duì)氣流的阻力大小不同，在纖維塞兩端產(chǎn)生的壓力差或流量大小也不同。表面積小的纖維，對(duì)氣流的阻力小流量大(或壓差小)；反之，流量大(或壓差大)。因此可根據(jù)流量或壓力差的變化，指示出纖維的透氣性。試樣的質(zhì)量和體積對(duì)儀器是常數(shù)，透氣性的變化可用馬克隆值單位來(lái)標(biāo)定?！　∈街校篴為試樣筒內(nèi)截面積；l為試樣筒高度；△p為試樣筒兩端壓力差；s為纖維比表面積；μ為空氣粘滯系數(shù)；ε為試樣筒內(nèi)纖維的空隙率(纖維集合體內(nèi)空間體積與集合體總體積之)；k為常數(shù)?！　墓娇梢钥闯觯豪w維的表面積越小(即纖維越粗)，通過(guò)的流量越大，表示纖維的透氣性越好，所測(cè)的馬克隆值越高，表明纖維的成熟度越好。因此，一般情況下，纖維成熟度越好，其馬克隆值也越高，即兩者是正相關(guān)。 2 硬件設(shè)計(jì)?！　「鶕?jù)氣流儀的原理，我們采用c8051f023單片機(jī)為核心控制。該單片機(jī)內(nèi)核為高速8051微控制器?！　x器傳感器有兩個(gè)，分別為氣壓傳感器和稱(chēng)重傳感器。據(jù)本儀器的設(shè)計(jì)精度要求，選擇微重傳感器和微壓傳感器?！　x器工作過(guò)程：在電子稱(chēng)上稱(chēng)8 g棉樣后均勻地放入試樣筒內(nèi)，形成固定密度的纖維塞。氣泵向儲(chǔ)氣筒充氣產(chǎn)生恒壓，恒壓氣流經(jīng)氣阻(試樣筒內(nèi)的纖維塞)流入儀器，在試樣筒的兩端形成了氣壓差。由于不同馬克隆值的棉纖維對(duì)氣流的阻力不同，因此形成的壓差也不同，氣壓傳感器將此壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后，顯示出馬克隆值及馬克隆值等級(jí)，同時(shí)還能完成平均值的運(yùn)算?！　?軟件設(shè)計(jì)　　儀器控制程序設(shè)計(jì)是按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的，將整個(gè)程序細(xì)分為若干子程序，以方便調(diào)試與檢查。　　儀器開(kāi)機(jī)上電后，單片機(jī)首先查詢(xún)儀器是否需要砝碼校準(zhǔn)，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行砝碼校準(zhǔn)，否則判斷是否馬值校準(zhǔn)，如果是進(jìn)行馬值校準(zhǔn)，否則判斷是否稱(chēng)重。當(dāng)稱(chēng)量了8 g的棉花后，程序判斷p1.7口是否為低電平，如果是則進(jìn)行馬值測(cè)定，否則仍進(jìn)入稱(chēng)重子程序。由于我們的儀器只能測(cè)量馬值范圍為2.5～7.0的馬值，因此得到馬值時(shí)首先判斷馬值是否滿度。當(dāng)測(cè)量值低于1 v時(shí)，也就是馬值低于2.5時(shí)，認(rèn)為馬值滿度，并顯示e000，若馬值沒(méi)有滿度則依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算馬值真值。最后進(jìn)行馬值等級(jí)的判斷，依據(jù)國(guó)標(biāo)的規(guī)定，馬值范圍在3.7～4.2的為a級(jí)，3.5～3.6，4.3～4.9的為b級(jí)，3.4以下或5.0以上為c級(jí)。判斷結(jié)束后，單片機(jī)調(diào)用顯示子程序，顯示出被側(cè)棉樣的馬值及相應(yīng)的等級(jí)。　　整個(gè)軟件子程序包括砝碼校準(zhǔn)子程序，馬值校準(zhǔn)子程序，稱(chēng)重子程序，馬值測(cè)量子程序，顯示子程序以及一些算法子程序等。　　通過(guò)對(duì)傳感器及其放大電路的設(shè)計(jì)，我們知道當(dāng)氣壓為零點(diǎn)時(shí)，電壓為0.500 v，當(dāng)氣壓滿度為400 pa時(shí)，電壓為2.46 v，曲線如圖3所示?！　目紤]精度的要求出發(fā)，我們選擇a／d轉(zhuǎn)換為10位，參考電壓為2.5 v，當(dāng)輸入模擬量為2.5 v時(shí)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量為210=1 024(800h)，根據(jù)硬件電路，當(dāng)試樣筒沒(méi)有放入棉花時(shí)，氣流通過(guò)后測(cè)得的氣壓差0，送入單片機(jī)的電壓為0.500 v，即由方程：　　換算成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為0cdh，根據(jù)式(4)和表1的數(shù)據(jù)可以算出馬克隆值和數(shù)字量的一個(gè)對(duì)應(yīng)表，將此表輸入程序中作為馬值計(jì)算的基準(zhǔn)?！　∮蓢?guó)標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)棉樣的馬值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們找出了其對(duì)應(yīng)的電壓值，發(fā)現(xiàn)它們不是線性關(guān)系，也不能用-個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，因此采用分段處理的方法表示出他們的邏輯關(guān)系。并依據(jù)這個(gè)規(guī)律進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。

　　上述馬值真值沒(méi)有考慮校準(zhǔn)偏差的情況，因此應(yīng)進(jìn)行馬值補(bǔ)償。首先判斷該馬值是低、中、高中的哪一個(gè)等級(jí)，然后從eeprom存儲(chǔ)器中調(diào)出在馬值校準(zhǔn)中得到的偏差，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到同實(shí)際值相吻合的馬值?！　?實(shí)驗(yàn)測(cè)試　　根據(jù)國(guó)標(biāo)gb6468-1992棉纖維"馬克隆值"測(cè)試方法的有關(guān)規(guī)定對(duì)所設(shè)計(jì)的儀器進(jìn)行校驗(yàn)。用馬克隆值分別為a、b、c級(jí)的不同棉樣，在室