??? 摘?要： 介紹了一種瀝青軟化點(diǎn)自動檢測裝置" title="檢測裝置">檢測裝置的設(shè)計方法。以國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4507-84《石油瀝青軟化點(diǎn)測定法》為依據(jù)并結(jié)合實(shí)際操作的具體情況,，提出了自動檢測裝置的總體設(shè)計方案,。主要介紹了溫度檢測通道、光電檢測通道和鍵盤顯示等電路的工作原理及部分程序設(shè)計思想,。
??? 關(guān)鍵詞： 瀝青? 自動檢測? 軟化點(diǎn)
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??? 石油瀝青是國家基本建設(shè)的重要原材料之一,，它廣泛地應(yīng)用在高速公路路面建設(shè)、房屋防水防潮,、絕緣防腐等防護(hù)層工程中,。瀝青質(zhì)量的好壞直接影響工程項(xiàng)目的質(zhì)量和服務(wù)年限。對于瀝青生產(chǎn)單位和以瀝青為原料的施工單位來說,，瀝青軟化點(diǎn)的檢測是保證瀝青質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,。所以，瀝青生產(chǎn)單位和使用瀝青的施工單位都急需一種能自動精確檢測瀝青軟化點(diǎn)的裝置,，來保證瀝青生產(chǎn)和工程質(zhì)量,。瀝青的軟化點(diǎn)是試樣在規(guī)定檢測條件下因受熱而下墜到25.4mm時的溫度。不同的工程項(xiàng)目要求的瀝青軟化點(diǎn)不同,，煉油廠需要根據(jù)不同工程項(xiàng)目控制生產(chǎn)工藝過程,，使其軟化點(diǎn)限制在規(guī)定要求的范圍內(nèi)；而工程施工單位則需要根據(jù)工程的要求檢驗(yàn)瀝青的軟化點(diǎn)以確保工程質(zhì)量,。國外自動檢測裝置比較少,，而且價格很貴，對工作環(huán)境要求較高,、只能在研究部門實(shí)驗(yàn)室中使用,，不適合瀝青生產(chǎn)單位和施工單位使用。本文介紹一種能精確和自動檢測瀝青軟化點(diǎn)且適合現(xiàn)場使用的檢測裝置,。
1 自動檢測裝置的總體設(shè)計
??? 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《石油瀝青軟化點(diǎn)測定法》中提出的要求,，瀝青軟化點(diǎn)自動檢測裝置必須滿足以下幾方面的要求：(1)對燒杯內(nèi)的水或甘油加熱溫度應(yīng)該保持每分鐘上升5±0.5℃，因此需要采用恒功率控制加熱器,；(2)瀝青軟化點(diǎn)不高于80℃的試樣用水作為加熱媒體,，高于80℃的試樣用甘油作為加熱媒體，因此需要對兩種加熱媒體的加熱情況進(jìn)行區(qū)分,；(3)加熱前,，水溫需要保持在5±0.5℃或甘油溫度保持在32±1℃，且恒溫15分鐘,；(4)為自動檢測試樣受熱下墜達(dá)到25.4mm,，需要采用光電技術(shù)檢測瀝青軟化點(diǎn)，以消除人眼觀測誤差。
??? 根據(jù)上述四個方面的要求,，采用單片機(jī)作為核心器件組成瀝青軟化點(diǎn)自動檢測裝置,，這樣可以使瀝青軟化點(diǎn)的自動檢測達(dá)到“智能”化。下面介紹一下軟化點(diǎn)自動檢測裝置的總體設(shè)計,。
??? 圖1是軟化點(diǎn)檢測系統(tǒng)組成原理框圖,。從圖1可以看出，瀝青軟化點(diǎn)檢測系統(tǒng)是由單片機(jī),、溫度傳感器,、光電傳感器、顯示部分,、鍵盤,、微型打印機(jī)和串行口等組成。單片機(jī)是檢測系統(tǒng)的核心,，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,、處理和整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作；溫度傳感器把燒杯中的水或甘油溫度傳送到A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換器,，轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；光電傳感器把被檢測的瀝青試樣受熱后下墜達(dá)到25.4mm的信息通過整形電路送入單片機(jī),，以便確定瀝青軟化點(diǎn),；顯示部分把系統(tǒng)運(yùn)行和操作過程中的信息顯示給操作人員，使其能及時了解軟化點(diǎn)檢測裝置的運(yùn)行情況,；鍵盤是人機(jī)對話的必要工具,，用它可以在軟化點(diǎn)檢測裝置運(yùn)行前輸入必要的信息；微型打印機(jī)用來輸出軟化點(diǎn)檢測結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù),；蜂鳴器用于報警,；串行口是為單片機(jī)與PC機(jī)交換數(shù)據(jù)而預(yù)留的。
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2 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計
??? 根據(jù)瀝青軟化點(diǎn)檢測的技術(shù)要求,，設(shè)計了以單片機(jī)為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng),。下面從以下幾個主要方面做一下介紹。
2.1 溫度檢測通道
??? 圖2所示是溫度檢測通道電路原理圖[1],，它由恒流源,、兩級放大和A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。恒流源由U1,、5V穩(wěn)壓管和三極管Q等組成,，在三極管Q的發(fā)射極輸出一個2mA的恒定電流。兩級放大器由U2和U3等元器件組成,。Rt100是溫度傳感器,，它兩端的雙線表示溫度傳感器是通過導(dǎo)線從燒杯引到印刷電路板上；U2和U3之間的R7,、R8,、C1和C2組成一個工頻濾波器,，用以消除工頻信號的干擾。由于溫度的變化相對較慢,，所以采用LM331 V/F轉(zhuǎn)換器,，用于A/D轉(zhuǎn)換[1]。來自放大器的溫度信號通過R11從LM331的7腳輸入,，再從它的3腳輸出一個頻率與溫度成正比的脈沖信號,，然后輸入到單片機(jī)的定時器/計數(shù)器1的輸入端T1。單片機(jī)定時地從定時器/計數(shù)器1取計數(shù)值就可以完成A/D轉(zhuǎn)換,。
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2.2 光電檢測通道
??? 圖3所示是光電檢測通道電路原理圖[2],。它由光電管" title="光電管">光電管D1、電壓比較器LM311,、延時電路和觸發(fā)器組成,。光電管用來檢測瀝青試樣下墜狀態(tài)，發(fā)光源和光電管分別放在燒杯的前后兩面,。當(dāng)瀝青試樣受熱下墜達(dá)25.4mm時,，瀝青試樣正好遮住發(fā)光源射入到光電管的光線，這時光電管兩端呈高阻狀態(tài),，光電管D1的陰極電位升高,，電壓比較器LM311反相輸入端的電位高于同相輸入端的電位，比較器的輸出端輸出低電位,。該低電位輸入到由LM555組成的延時電路并從延時電路輸出,。而且，電壓比較器LM311和延時電路LM555兩部分還組成整形電路,。把CD4013雙D觸發(fā)器的引腳3,、5接地，CD4013便接成基本RS觸發(fā)器,。LM555的3腳輸出的信號送到CD4013的6腳,，觸發(fā)CD4013的一個D觸發(fā)器使CD4013的2腳輸出信號送到單片機(jī)的外部中斷INT1端。一般情況下,，檢測裝置設(shè)計兩個瀝青試樣同時檢測,。圖3是一路瀝青試樣的檢測電路" title="檢測電路">檢測電路，另一路檢測電路與該路相同,。不同的是,，另一路由CD4013另一個D觸發(fā)器組成基本RS觸發(fā)器，其輸出是送到單片機(jī)的外部中斷INT0端,。
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2.3 鍵盤與顯示接口電路
??? 圖4所示是鍵盤與顯示接口電路原理圖[3],，主要由HD7279A、16個按鈕和8個LED數(shù)碼管組成。16個按鈕和8個LED數(shù)碼管用于人機(jī)對話,。HD7279A是一個具有串行接口,、可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片。該芯片同時還可連接多達(dá)64個鍵的鍵盤矩陣,，并含有去抖動電路,。它的內(nèi)部有譯碼器，可以直接接收十六進(jìn)制數(shù)碼,。引腳8（DATA）為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端,，當(dāng)執(zhí)行接收指令時，該引腳為輸入端,，當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時,，該引腳在“讀”指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆耍c單片機(jī)的P1.1連接,；引腳9（KEY）為按鍵有效輸出端,，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時,，此引腳變?yōu)榈碗娖?，與單片機(jī)的P1.2連接；引腳6（CS）為片選輸入端,，該引腳為低電平時,，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)，與單片機(jī)的P1.3連接,；引腳7（CLK）為同步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時,，該引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效,，與單片機(jī)的P1.4連接；引腳10～16（SG～SA）為段g～a驅(qū)動輸出,；引腳17（DP）為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動輸出,；引腳18～25（D0～D7）為數(shù)字0～7位驅(qū)動輸出；引腳26（CLKO）為振蕩器輸出端,；引腳27（RC）為RC振蕩器連接端,；引腳28（RESET）為復(fù)位端。詳細(xì)的應(yīng)用方法請參見參考文獻(xiàn)[1],。
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??? 從上述介紹可以看出瀝青軟化點(diǎn)自動檢測裝置的主要硬件分配為：T0為整個系統(tǒng)的定時器,；T1為由LM331組成的串行A/D轉(zhuǎn)換器的計數(shù)器；INT0和INT1為兩個瀝青試樣下墜達(dá)到25.4mm時的中斷輸入,；p1.0～p1.4分別接到HD7279A的DATA,、KEY、CS和CLK端。
3 軟件設(shè)計
??? 瀝青軟化點(diǎn)自動檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計好后,，就可以進(jìn)行軟件設(shè)計[4],。下面通過幾個主要程序來說明整個檢測系統(tǒng)的設(shè)計思想。
3.1 主程序的設(shè)計
??? 首先設(shè)好堆棧和關(guān)中斷,，清標(biāo)志位和設(shè)優(yōu)先級,，并設(shè)T0和T1的時間常數(shù)和工作方式，然后清時間計數(shù)單元,，測試HD7279A,，開中斷，最后進(jìn)入循環(huán)體,。在循環(huán)體中主要執(zhí)行鍵值處理子程序" title="子程序">子程序和顯示子程序,。
3.2 溫度檢測子程序的設(shè)計
??? 溫度檢測電路是將連續(xù)溫度的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化，轉(zhuǎn)換后的頻率變化由LM311的引腳3送入到單片機(jī)的T1計數(shù)器中,。T1的計數(shù)值則是溫度值,。單片機(jī)的T0設(shè)為定時器，通過定時器每1秒采樣一次,。
3.3 瀝青試樣受熱下墜檢測子程序的設(shè)計
??? 兩個瀝青試樣分別由單片機(jī)的INT0和INT1端檢測,。設(shè)一個標(biāo)志位iball記錄試樣是否有下墜的情況，iball=0為無試樣下墜,，iball=1為有試樣下墜,。再設(shè)兩個試樣分別為Rball和Lball。當(dāng)檢測裝置加熱達(dá)到瀝青試樣的軟化點(diǎn)溫度時,，試樣下墜到25.4mm,，使得光源被遮住，光電管的電阻升高,，通過光電檢測電路觸發(fā)INT0（INT1）進(jìn)入中斷服務(wù)子程序,。中斷服務(wù)子程序首先保護(hù)現(xiàn)場，關(guān)中斷INT0（INT1）,，把當(dāng)前的溫度值送入到顯示緩沖區(qū),；然后檢測iball是否為1，如iball=0,，則iball置1,，如iball=1，則停止T1計數(shù),；在這之后調(diào)用顯示子程序顯示瀝青軟化點(diǎn)溫度值,。
3.4 鍵盤與顯示子程序的設(shè)計
??? 該子程序定義功能和數(shù)字鍵盤，通過HD7279A完成信息輸入和顯示,。
??? 以上提出了瀝青軟化點(diǎn)自動檢測裝置的總體設(shè)計方案,，并且介紹了該裝置的設(shè)計思路,。經(jīng)過對各部分電路的調(diào)試以及對組裝起的一臺樣機(jī)進(jìn)行總體調(diào)試，證明基本達(dá)到設(shè)計所提出來的要求,。
參考文獻(xiàn)
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4馬忠梅.單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,，1997