防腐监测仪的设计与应用

0 引言

本文介绍的腐蚀仪是为了监测野外输油管道腐蚀度而设计的，由于输油管道的腐蚀度影响到石油的生产，会造成经济损失和安全事故，故对其腐蚀度的监测是非常必要的。本系统中，可以通过检测管道里的微电流，然后通过输入经验参数来换算出管道当前的腐蚀度，并通过上位机程序把数据存档，绘制腐蚀度变化曲线图，以便操作人员可以直观的了解输油管道的腐蚀变化情况。

1 总体方案设计

1.1 设计总体构成方案

设计主要由下位机和上位机两个部分组成。下位机以单片机为核心，运用程序控制来进行电流的采集、处理、显示，并将有关数据存储到IC卡。上位机则是通过计算机与Q系列接触式IC卡读写器之间进行的串口通信，将IC卡里的数据导入计算机。

其下位机系统框图如图1所示。

图1 下位机系统框图

其上位机系统的系统框图如图2所示。

图2 上位机系统框图

1.2 下位机电路的设计

本系统的设计过程中，主要元件包括12位并行模/数转换芯片AD1674、扩展多功能接口芯片8155、时钟日历芯片DS12887、AT89C52单片机。无忧

放大芯片采用了AD524放大器。考虑到腐蚀电流的取值范围为0uA~100uA，故选取固定增益值GAIN=1000，使放大后的电流量满足AD1674的输入端要求。

模拟电流量通过AD1674后转换成对应的数字量。本系统中AD1674与AT89C52的硬件接口电路如图3:采用+12V、-12V双电源供电，单极输入方式，模拟量从10VIN输入。其中CS接GAL16V8的18号管脚,它的启动地址为4000H,高八位地址为4002H,低八位地址为4003H。转换结束信号STS接到INT0上，AT89C52的读写信号W/R、RD通过与非门接到AD1674的操作使能端CE来控制AD1674的读/转换操作。可用中断方式，也可用查询方式。本系统中采用查询方式，其流程如图4所示。

图3 AD1674与AT89C52的硬件接口电路

图4 AD1674转换流程图

其对应的C51语言程序如下所示：

#define ADSEL XBYTE[0x4000] //AD1674相关定义

#define HIGH_READ XBYTE[0x4002]

#define LOW_READ XBYTE[0x4003]无忧

unsigned int ad1674()

{ uchar high,low,j=0;

unsigned int ad_value1;

unsigned int ad_value2,ad[20],sum=0;

for(j=0;j<10;j++)

{ ADSEL="0x00"; //启动12位转换

while(STS==1) ; //等待AD转换完毕

high="HIGH"_READ; //读高八位数据

low="LOW"_READ; //读低四位数据

low>>=4;

ad_value1=high*256+low; //合并12位二进制数为十进制数

ad_value2=ad_value1*0.0002442*10;

//1/0XFFF=0.0002442，这里取单位为mA级

.

ad[j]=ad_value2;

}

for(j=0;j<10;j++) sum+=ad[j]; //对10次采集值求平均值

sum/=10;

return (sum);

}

AT89C52有256B的内部RAM，满足本系统对数据存储器的需求;内部有8KB的可编程只读存储器，构成应用系统时，不需要外扩程序存储器[3]。

DS12887的MOT接GND，即选用Intel工作模式。其读写允许输入脚DS/RD、R/W分别与AT89C52的读写信号相接。它的复用地址数据总线AD0-AD7接AT89C52的P0.0-P0.7,片选输入CS接GAL16V8的15号管脚,它的命令寄存器地址为：分-5002H,小时-5004H，星期-5006H，日-5007H，月-5008H，年-5009H，寄存器A-500ah，B-500bh，C-500ch，D-500dH，不掉电数据存储器为:500EH-507FH。RESET直接接VCC，保证DSI2C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。

液晶显示器NS1602，它能显示16字符X2行的内容。系统运用的是间接访问方式8位数据总线接口电路。其3个控制信号RS、R/W、E分别与AT89C52的P3.3、P3.4、P3.5口相接，8位数据信号接8155的PB端口。对液晶显示器的操作要严格遵守LCD1602的接口时序。其操作分两类：写指令代码，写显示数据。两者的区别取决于RS，RS=0时访问命令寄存器，RS=1时访问数据寄存器[6]。另外，对LCD的初始化工作是非常重要的，包括清屏、数据格式设置、显示器特性设置、显示地址设置等。

键盘输入采用4*4键盘，其中键盘行线接P1.0-P1.3，输出接地信号;键盘列线接P1.4-P1.7,输入回馈信号，来检测按键是否按下。键盘是非编码键盘，要通过软件编程来识别键盘。键盘输入信息的主要过程是：判断是否有键按下，扫描确定按下的是哪一个键;把此键代表的信息翻译成计算机所能识别的代码。

由于IO口不够用，外加一片扩展多功能接口芯片8155。其片选端接GAL16V8的14号管脚，IO/M端接地址A8，8155的命令口地址为2100H，A口地址为2101H，B口地址为2102H，C口地址为2103H。8155的PB口为LCD的数据口。

1.3 上位机电路的设计

利用接触式IC卡读写器跟计算机之间进行串口通信将IC卡里的数据导入计算机。读写器提供了性能完善、可靠的接口函数库，在用VB编程时可直接运用这些函数。

首先要调用通讯口初始化函数IC_InitComm(Port)来检测串口，再设置卡型，成功后输入页码就可读入该页的数据了。读入的数据可通过保存控件保存到指定的路径下。程序退出之前要执行IC_ExitComm()函数关闭串口释放串口设备句柄否则再次初始化串口将出错。

2. 数据的串行存储

2.1 I2C总线通信原理

I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。SDA总线上的数据仅在SCL为低电平时可以改变，每一个SCL周期表示传送一位串行码。若SCL高电平期间,SDA由高转低,表示“开始”状态，提示一个通信进程的激活。而SDA由低转高，表示“停止”状态,该状态终止所有通信。所有地址和数据均以8位串行码为数据单位输入输出，总线上任何接收设备必需在接收到8位串行码后，将SDA总线置1位低电平以确认它成功地收到一个字节数据。写操作需在“开始”状态后, 发出一个8位的控制及器件地址码并得到确认,再发出一个8位或16位数据码地址并在被确认后随时钟不断滚动输出8位数据码,直至“停止”状态发生[2]。

2.2 I2C总线的编程实现

本系统中是用P3.0和P3.1分别作为SDA和SCL信号,单片机所用晶体振荡器的频率为12MHz。当无卡插入时开关闭合，PC0为低电平，当有卡插入时开关断开，PC0为拉为高电平。每个机器周期为1us，设计可根据I2C总线的工作时序用软件模拟I2C总线产生起始位、停止位以及发送字节。

3. 结束语

现有一块美国FANN公司生产的机械电流测量表，价格一万多元人民币。本文以AT89C52单片机为核心处理器设计的防腐监测仪则只需几百元的成本，而且能自动定时将腐蚀相关数据进行存储，与传统的机械电流测量表相比，无需专门的工作人员来记录相关数据，操作起来更简单方便。在外形上，本设计利用液晶屏显示，其体积更小巧。本设计能较好的对石油管道的腐蚀状况进行监测，将对减少石油管道事故和降低由此带来的经济损失起到良好效果。

本文作者创新点：与国外的同类仪器相比具有价格上的绝对优势，从使用的角度看读数精确，携带方便。无忧电子开发网

参考文献

[1] 杨振江，蔡德芳.新型集成电路适用指南与经典应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.10

[2] 杨金岩，郑应强，张振仁.8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M].北京：人民邮电出版社,2005.1

[3] 李群芳，张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术(第二版)[M].北京：电子工业出版，2005.1无忧电子开发网

[4] 王述全,孟臣.智能型LED键盘显示技术及其在仪器仪表中的应用[J].微计算机信息,2004,(10).

[5] http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/346669145AD1674_c. pdf[S].

[6] /upload/eWebUpload/200805/20080524001955393.pdf[S].

[7] The I2C Bus concept and Specification[S]. Philips Semiconductors.1992