系統(tǒng)以C8051F020單片機(jī)為控制核心，由MCU模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、溫度傳感器模塊等功能模塊組成。檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并進(jìn)行了抗干擾設(shè)計，使其具有較好的抗干擾能力，保證系統(tǒng)可靠工作。

壓力表是工業(yè)、交通運輸、航空及其它許多領(lǐng)域和部門廣泛應(yīng)用的一種檢測儀表。為了給生產(chǎn)和科研提供質(zhì)量保證，要確保壓力表精度、可靠性等性能。壓力表的精度會隨時間的推移發(fā)生變化，必須要對壓力表進(jìn)行定期的校驗。傳統(tǒng)的壓力校驗大都采用人工調(diào)節(jié)和手動敲擊的方式，不僅勞動強度大、工作條件差、校驗效率低，準(zhǔn)確度也很難得到保證。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動進(jìn)行壓力校驗已經(jīng)成為可能。C8051單片機(jī)的便攜式壓力表檢測系統(tǒng)，可自動實現(xiàn)對各種壓力表的自動檢測，系統(tǒng)以液晶屏顯示測量結(jié)果，并可根據(jù)需要打印測量的結(jié)果，與現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)功能精簡，操作智能化，人機(jī)接口友好。

1.方案設(shè)計與論證

為滿足油田壓力儀表現(xiàn)場校驗的需要，提出開發(fā)一種內(nèi)嵌壓力源、能自動完成校驗過程的一體化壓力表自動校驗。本系統(tǒng)采用基于C8051F020單片機(jī)的可編程控制系統(tǒng)方案,由壓力發(fā)生器（壓力校驗栗)、液晶顯示、CONST211數(shù)字壓力表、打印機(jī)、系統(tǒng)校驗軟件以及它們之間的專用通訊電纜構(gòu)成。系統(tǒng)配以高精度的放大單元及A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行嚴(yán)密的零點及滿量程溫度誤差的補償，用單片機(jī)實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的處理、分析、計算。通過面板薄膜開關(guān)作為控制鍵盤，實現(xiàn)各種功能的設(shè)置。測量結(jié)果由液晶顯示器顯示或通過RS-232接口輸出至計算機(jī)。下面在系統(tǒng)總體組成框圖的基礎(chǔ)上簡要介紹幾個主要部分的方案設(shè)計。系統(tǒng)總體組成框圖（圖l)。

1.1控制器方案選擇

C8051F020是集模擬和數(shù)字信號為一體的混合信號系統(tǒng)高速單片機(jī)，它具有與MCS-51指令完全兼容的CIP-51內(nèi)核，具有所有8052外設(shè)器件，采用流水線指令結(jié)構(gòu)，貼片封裝，體積小，運算速度快。此外，C8051F020單片機(jī)還具有豐富的I/O，具有高達(dá)20個中斷源，而且具有豐富的外設(shè)UART，SPI、ADC、定時器等。該單片機(jī)具有高達(dá)128k的FLASH和8k+256的RAM,因此無需外部擴(kuò)展便可實現(xiàn)高速運算和掉電存儲，并具有JTAG接口，便于在線調(diào)試，非常適合于各種工業(yè)控制和儀表的使用。

1.2標(biāo)準(zhǔn)壓力表選擇

基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表應(yīng)考慮如下幾個因素：首先是標(biāo)準(zhǔn)壓力表的精度應(yīng)盡可能的高，至少應(yīng)比被測儀表高2個數(shù)量級；其次是標(biāo)準(zhǔn)壓力表的可靠性要高，要經(jīng)久耐用�；谝陨显瓌t，選擇康斯特儀表科技有限公司的CONST211系列的數(shù)字壓力表，測量精度為0.02%~0.2%FS。它非常適合于現(xiàn)場及實驗室使用，完成精密壓力測量和一般壓力表、精密壓力表等壓力儀表的校驗工作。

1.3信號調(diào)理模塊

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的控制安全，除了采用標(biāo)準(zhǔn)壓力表采集壓力外，還另外安裝了獨立的壓力模塊作為系統(tǒng)的安全控制，當(dāng)壓力模塊測到的壓力超過安全值時，壓力源自動卸壓以保證系統(tǒng)安全。但壓力模塊產(chǎn)生的信號很微弱，需要進(jìn)行調(diào)理和放大。信號調(diào)理電路（圖2)，增益可調(diào)的AD603的放大倍數(shù)可以通過單片機(jī)調(diào)節(jié)，由微控制器來判斷當(dāng)前信號幅度的大小，經(jīng)過一定的運算處理后給出一一對應(yīng)的數(shù)字量控制信號，然后經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)的模擬量來控制放大電路的增益，可以輸出電壓的連續(xù)變化。

1.4鍵盤模塊選擇

ZLG7289集成按鍵處理芯片是周立功公司生產(chǎn)的一種具有串行接口，同時聯(lián)接64個按鍵并同時驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管智能驅(qū)動芯片，內(nèi)含去抖和掃描電路，并具有按鍵觸發(fā)中斷的功能，大大提高效率，因此作為鍵盤模塊。

1.5顯示模塊方案選擇

采用OCM12864-8圖形點陣液晶顯示器，該顯示器具有明顯的特點及優(yōu)點：價格便宜、微功耗、尺寸小、薄輕巧，其次顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒服，因此選擇此方案。

2.理論分析與計算

產(chǎn)生高精度的、穩(wěn)定的定點壓力是整個壓力表自動檢定系統(tǒng)的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)壓力控制的難點在于如何兼顧壓力產(chǎn)生的精度及速度。目前，PID控制一直是比較常用的控制方法，優(yōu)點在于其穩(wěn)定性比較好，結(jié)構(gòu)相對簡單。但對于具有時變或者滯后等特點的復(fù)雜系統(tǒng)，PID控制器就難以發(fā)揮其特長。模糊控制理論的出現(xiàn)，解決了PID在這方面的弱點。模糊PID控制是以模糊集合論，模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種數(shù)字控制，它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進(jìn)行修改，以滿足不同誤差e和誤差變化ec對控制參數(shù)的不同要求，使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。模糊PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（圖3).

實現(xiàn)模糊控制可用2種方法：①直接用硬件實現(xiàn)模糊算法，但設(shè)計復(fù)雜，硬件消耗大；②采用離線設(shè)計，得出模糊控制表,然后通過快速査表法實現(xiàn)模糊控制。這里采用后者。

3.程序設(shè)計

測量系統(tǒng)軟件有以下幾個模塊：鍵盤控制模塊，顯示模塊，計算及控制模塊，通訊控制模塊等，軟件控制由C8051F020單片機(jī)實現(xiàn)首先數(shù)字壓力表產(chǎn)生的壓力通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232協(xié)議傳給單片機(jī)，單片機(jī)接受鍵盤發(fā)的控制命令，運行對應(yīng)的控制程序，產(chǎn)生控制輸出，控制壓力發(fā)生器工作，產(chǎn)生相應(yīng)的測試壓力。同時在液晶顯示器上顯示相應(yīng)的控制命令和壓力輸出值，另外可根據(jù)需要進(jìn)行打印輸出。在這—過程中，如果壓力傳感器測得的壓力值超限，系統(tǒng)將自動泄壓，以保護(hù)人員及設(shè)備安全。單片機(jī)軟件流程（圖4)。

4.系統(tǒng)測試

硬件部分測試:硬件電路焊接后，按照分模塊進(jìn)行測試，判斷電路是否存在短路、虛焊，硬件部分全部焊接完畢后，采用自制電源給硬件電路供電。

軟件部分系統(tǒng)測試:采用自下而上調(diào)試的方法，先對每個編程模塊，進(jìn)行測試，最后組合每個模塊的功能進(jìn)行軟件部分整體測試。

系統(tǒng)整體測試：首先主機(jī)發(fā)送信號給造壓系統(tǒng)，控制造壓系統(tǒng)產(chǎn)生所需要的標(biāo)準(zhǔn)壓力，標(biāo)準(zhǔn)壓力表顯示壓力值，同時通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口向主機(jī)傳輸實時壓力值，另外主機(jī)同時開始讀取由壓力標(biāo)準(zhǔn)傳感器反饋回來的電壓信號，并將其轉(zhuǎn)化為壓力信號；最后主機(jī)對獲取的壓力值和標(biāo)準(zhǔn)傳感器指示的壓力進(jìn)行分析處理，完成壓力表的檢驗，并將最終的結(jié)果保存以方便以后査閱。

5.總結(jié)

將C8051F020單片機(jī)的可編程控制系統(tǒng)應(yīng)用于壓力計量標(biāo)準(zhǔn)裝置。通過采用先進(jìn)的壓力測量技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)了壓力計量儀表檢定數(shù)據(jù)的自動采集、自動處理和自動打印。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)0.25級以下精密壓力表的半自動化檢定，能夠滿足對各種類型壓力計量儀表的檢定要求。該系統(tǒng)的投用大大減輕了檢定人員的勞動強度，極大地提高了壓力表檢定的工作效率和檢定測試的準(zhǔn)確性，故有良好的推廣和使用價值。