【正文】 圖確定所需硬件，并依次決定硬件型號；對于軟件則由程序流程圖最終確定各部分程序。35大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第二章 系統(tǒng)的總體方案第二章 系統(tǒng)的總體方案 系統(tǒng)設(shè)計的總體要求以常規(guī)無腐蝕性、不易汽化的液體為待測液的控制模型。以單片機(jī)為控制核心的裝置系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳送速度快、控制反饋速度快、工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)使用壽命長、功能損失小等特點。該系統(tǒng)對待測液體進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，由傳感器進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的檢測，并與液位極值進(jìn)行比較，根據(jù)工業(yè)需要進(jìn)行供給液體或排放液體，超出極值時系統(tǒng)蜂鳴器自動報警并自動給液或排液，直至恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)給定值。調(diào)控模型也可實時根據(jù)需要及時調(diào)控數(shù)值。 系統(tǒng)方框圖單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)方框圖： 存儲模塊模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊通信模塊輸入鍵盤與顯示模塊液位檢測模塊電機(jī)模塊時鐘模塊（只做簡述無時間顯示要求可略）圖 1系統(tǒng)方框圖根據(jù)系統(tǒng)的整體控制需求，通過單片機(jī)的總體控制，由數(shù)據(jù)地址總線以及輸入/輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊以及電機(jī)控制等外圍電路組成，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)的調(diào)控需求?？刂葡到y(tǒng)的方框圖為圖1。 硬件控制方案控制模塊的主體是單片機(jī)，不同型號的單片機(jī)具有各自的特點，這樣對于機(jī)體型號的選擇有了更多選項。因此對于系統(tǒng)而言單片機(jī)的選擇非常重要，這將決定著系統(tǒng)的工作效率與經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述可以根據(jù)以下幾點進(jìn)行單片機(jī)的挑選：1. 被選機(jī)型的數(shù)據(jù)參數(shù)。如控制速度與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、程序存儲器容量、輸入/輸出引腳數(shù)量等。2. 被選機(jī)型的增強(qiáng)功能。如看門狗電路、雙指針、EEPROM、雙串口、RTC、CAN接口、RAM延展。3. 被選機(jī)型的一次性可編程以及閃存性能。4. 單片機(jī)的封裝形式：綁定型封裝、直插雙列型封裝。5. 單片機(jī)工作環(huán)境的溫度變化范圍，同時還要根據(jù)機(jī)型選擇領(lǐng)域是工業(yè)還是商業(yè)進(jìn)一步選擇。6. 單片機(jī)功能損耗的大小。 7. 單片機(jī)的電壓工作范圍。如播放機(jī)的遙控器設(shè)計，~。8. 被選機(jī)型的市場價格。9. 機(jī)型能否在線編程以及考慮燒錄器的價格。10. 調(diào)控時其它功能模塊使用的器件型號。11. 所選機(jī)型支持的匯編語言。12. 盡可能資源豐富。13. 被選機(jī)型應(yīng)具有較強(qiáng)的免干擾特性。14. 最后還應(yīng)考慮被選機(jī)型同系統(tǒng)中其他芯片總體考慮?；谏鲜鰩c因素：系統(tǒng)整體的規(guī)模不是很大，又由于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度要求不是很高即系統(tǒng)實時性需求不高，系統(tǒng)的總線使用分時復(fù)用的形式，因而對輸入/輸出串口的數(shù)量要求可以降低。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需要可以使用四路八位輸入/輸出接口，同時系統(tǒng)需要外擴(kuò)存儲器以達(dá)到擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲的目的，三十二萬字節(jié)的存儲量（數(shù)據(jù)）就可以達(dá)到系統(tǒng)使用量，最終系統(tǒng)使用十六位或準(zhǔn)十六位的總BUS線作為傳送數(shù)據(jù)（地址）[7]。在實驗測試測試過程中，系統(tǒng)機(jī)型采用雙列直插封裝的單片機(jī)，不需要對實際生產(chǎn)工業(yè)中被控對象的控制所處具體外界環(huán)境予以考慮。系統(tǒng)控制過程中使用交流二百二十伏作為供電源并且使用直流五伏電源為單片機(jī)供電，被選單片機(jī)支持在線系統(tǒng)編程進(jìn)而省去了仿真器的使用。由以上所述調(diào)控模型可以選取具有51相通性的AT89S52型作為本次所選機(jī)型。單片機(jī)AT89S52型可以在線系統(tǒng)可編程閃存存儲器并且集聚性能較高的CMOS與功率低損耗為一體的八位微型調(diào)控器。閃存既能滿足存儲器（程序）在線編程同時也適用于常用器件編程，使用非易失性高密度存儲技術(shù)的ATMEL公司制造用工業(yè)中，且該系列與51系列突顯出良好的融合性，這也使得AT89C51更能靈活應(yīng)用于嵌入式控制中。被選機(jī)型AT89S52具有下列功能：字節(jié)為二百五十六的RAM，字節(jié)為八千的閃存，看門狗（防系統(tǒng)死飛），三十二位輸入/輸出，數(shù)據(jù)指針為兩個，計數(shù)器/定時器十六位為三個，其中調(diào)控模型的中斷結(jié)構(gòu)為一個六向量二級，時鐘電路、雙工串行端口和振蕩元件（片內(nèi)）。此外單片機(jī)AT89S52可選擇省電模式下的軟件數(shù)量為兩類，且能夠處于零赫茲靜態(tài)下進(jìn)行運算邏輯。 顯示與輸入鍵盤模塊的設(shè)計方案輸入鍵盤模塊主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)液位值的輸入，該部分的軟件任務(wù)主要是檢驗是否有按鍵按下同時檢查是何鍵值，之后根據(jù)輸入值來決定電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進(jìn)而控制液位值，本系統(tǒng)可以采用獨立式鍵盤進(jìn)行數(shù)值輸入。該系統(tǒng)所需屏幕主要用生產(chǎn)設(shè)備計算機(jī)來完成簡單的工業(yè)控制系統(tǒng)，通常用數(shù)字顯示屏幕，LCD等，調(diào)控模型只需表示出液體水平位值即數(shù)字化即可， LCD顯示屏已經(jīng)能夠滿足調(diào)控模型的要求。調(diào)控模型精準(zhǔn)度必須不大于五米測量范圍，十分之一的測量精確度，預(yù)測模型的檢測取值空間五米，十分之一的準(zhǔn)確率，510％=。使用兩位LED將能夠符合模型需求。系統(tǒng)有兩種關(guān)于LED顯示方法：靜態(tài)和動態(tài)顯示方法。靜態(tài)優(yōu)點是規(guī)律容易掌握，屏幕長時間觀看不會感覺眼澀，因為不需要處理器連續(xù)掃視屏幕，因而可節(jié)省處理器的運作量。但靜態(tài)展示需要待改進(jìn)的地方，首先為占用更多輸入/輸出端口，造成資金投入相對上浮。因此屏的靜態(tài)方法數(shù)通常用于小型應(yīng)用系統(tǒng)屏幕。改善元件中靜態(tài)展示的輸入/ 輸出端所占比例過多，采用壓縮BCD生產(chǎn)代碼及八位鎖存數(shù)據(jù)元件，硬件74LS273和壓縮元件連接該驅(qū)動器解碼器上，降低元件需要的運作量。共陽極解碼用八區(qū)共陽極顯示元件進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，采用單片機(jī)控制的輸入/ 出端口的數(shù)值鎖存。 模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計方案模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換是實現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)與外界控制的關(guān)鍵，多種不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計中，第一要看怎樣選擇適當(dāng)?shù)脑_(dá)到系統(tǒng)的要求。選基于下列參值模塊： 逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次逼近邏輯結(jié)構(gòu)的，從MSB順序為每個輸送電壓和輸出DA轉(zhuǎn)換器內(nèi)置數(shù)碼比較N次后輸出。它的優(yōu)點是速度快、損耗功能低，分辨率低（12）的是價格比較便宜的；但精度高（12），其價格高。 用多個比較器，只看到當(dāng)前比較并執(zhí)行轉(zhuǎn)換，也被稱為閃光（快速）型。由于該轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化率高，需要2n1個比較器進(jìn)行n位轉(zhuǎn)換，從而使電路規(guī)模加大，也造成價位高的現(xiàn)象，因而只適用于高速AD轉(zhuǎn)換視頻的特定區(qū)域。比較串并的原理借鑒了并行和逐次比較轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）的工作機(jī)理，經(jīng)典的由N的半值比較并行轉(zhuǎn)換元件（數(shù)/模）與轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）構(gòu)成組合體，比較兩次后實施轉(zhuǎn)換，即所謂的半閃光（半快速）型。有的模塊被劃分成三個階段以上的步驟來實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換并被稱為分級（多步）型，從第一視角轉(zhuǎn)換的角度可以稱為管道（流水線）型的A/D，多層次的AD加入更多的結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字運算和糾錯等功能。模塊規(guī)模比并聯(lián)式線路精簡。積分型的運作方式（模/數(shù)）在頻率（脈沖頻率）或一個時間（脈沖寬度信號）下轉(zhuǎn)換輸送電壓，然后由定時器/計數(shù)器獲取的數(shù)值。它的優(yōu)點高的分辨率可以通過簡單的電路來獲得，但缺點是積分時間決定著轉(zhuǎn)換精度導(dǎo)致極低的轉(zhuǎn)化率。電壓頻率變換型（電壓頻率轉(zhuǎn)換器），系統(tǒng)取得的模擬信號，然后轉(zhuǎn)換成一對頻率的數(shù)字量，通過間接的模擬轉(zhuǎn)換得到數(shù)字。在理論上，這中模塊的分辨率會增加并且?guī)缀跏菬o限增長的，只要該頻率分辨率樣品生產(chǎn)時間能夠滿足寬度脈沖的累計數(shù)。其優(yōu)良特性是分辨性能高，具有低廉價位，損耗功能小，但要有外部電路計數(shù)電路模板一齊完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)需要的轉(zhuǎn)換（模/數(shù)）的位數(shù)被設(shè)置時，該數(shù)值應(yīng)被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)考慮到這兩個區(qū)域的動靜態(tài)精度平滑特性。由靜態(tài)精度的角度出發(fā)，應(yīng)考慮所產(chǎn)生的原始信號數(shù)據(jù)錯誤最后由系統(tǒng)傳遞制造的最終誤差，這種誤差信號的主要是由于數(shù)字化模擬造成的。轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）位數(shù)與量化誤差有著一定聯(lián)系。被稱為低分辨率的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）通常低于八位的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)），中分變率的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）為九至十二位，超過十三位的被稱作高清晰度的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）。 低于十位的轉(zhuǎn)換器誤差值較大，高于十一位的轉(zhuǎn)換元件對降低輸入誤差并沒有太大的改變，但由于轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）的要求定得太高。因此需要定位于十或十一位為宜。A/D轉(zhuǎn)換器所要處理的信號需要先經(jīng)過測量裝置的數(shù)值測量后方可進(jìn)行后期處理，量化的誤差值與測量的誤差值構(gòu)成了系統(tǒng)整體的誤差。系統(tǒng)裝置的測量精準(zhǔn)度必須與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度相符合，換句話說為了不造成測量誤差的擴(kuò)大，需要總體造成的誤差與量化的誤差值百分比小盡可能的?。环催^來應(yīng)依照測量精度對轉(zhuǎn)換器規(guī)定特定的位值需求。在當(dāng)今情況下，精確度值為大于百分之零點一至百分之零點五的測量器居多，因此系統(tǒng)的精度要求可以確定在此區(qū)間，加之?dāng)?shù)值的符號位十至十一位即為對應(yīng)的二進(jìn)制代碼位數(shù)。雙精度轉(zhuǎn)換法可以解決對轉(zhuǎn)換位數(shù)需求更多的系統(tǒng)應(yīng)用問題。 / D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率從轉(zhuǎn)換開始到結(jié)束轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過一段過渡時間后穩(wěn)定的數(shù)值才能被輸出。轉(zhuǎn)換率被定義是在完成該變換（模/數(shù)）所需時間倒值。系統(tǒng)的采樣率應(yīng)當(dāng)在轉(zhuǎn)換率被確定后被予以考慮，在當(dāng)前需要下同時應(yīng)考慮到采樣的普遍性，隨機(jī)取得樣品個數(shù)為十個并且為同一波形的同一周期，高達(dá)一千赫茲的信號頻率將成為該轉(zhuǎn)換器的最大值。為了使頻率信號得到改善，可以通過降低轉(zhuǎn)換時間從而達(dá)到目的。輸送信號由自然數(shù)起步作為該值最小值，而有些從無到有。某些轉(zhuǎn)換器提供各種各樣的管腳，要保護(hù)好轉(zhuǎn)換的精度必須要先確保管腳正確使用，雙擊性的偏置以及量程的變換是決定轉(zhuǎn)換器可控量程的因素。 當(dāng)在變化非常緩慢的模擬數(shù)據(jù)信號及直流信號的情況下不需使用保持器，除此之外則都將使用該器件。頻率信號如果不高則所需轉(zhuǎn)換的時間將會變短，換而言之高速取樣轉(zhuǎn)換的情況下是不需要使用保持器件和采樣器件。 當(dāng)系統(tǒng)滿量程輸出時理想的輸入值被對應(yīng)的信號輸入值減掉之后所得值即為滿刻度誤差值。當(dāng)電壓和被選傳感元件誤差相近時，滿足設(shè)計要的元件即為ADC0804。 電機(jī)模塊的設(shè)計方案由于液泵參數(shù)在設(shè)計中不需要被具體確定，液泵的電動機(jī)規(guī)格和類型的各有千秋，由于參數(shù)的不同導(dǎo)致了電路的差異，該設(shè)計中僅簡述其功能原理。 在系統(tǒng)模塊中負(fù)責(zé)電動啟動器的部分由繼電器進(jìn)行調(diào)控。作為調(diào)控器件大家庭中的一員，繼電器又是這電子家庭成員中的一個重要成員。該元件集聚了調(diào)控系統(tǒng)（輸入端回路）與被調(diào)控系統(tǒng)（輸出端回路），此元件的存在其實就是使用更少的電流來調(diào)控一個較大的自動刀閘。由此可以看出該元件在電路中的職責(zé)是對電路整體進(jìn)行保護(hù)以及改變電流流向等。關(guān)于繼電器自身所涉獵的技術(shù)參數(shù)：，該參值指的是在正線圈常規(guī)運行的狀況下需要電壓的供給值，該元件有兩種型號可供選擇分別為AC型與DC型。 ,該值能夠在直流狀態(tài)下使用萬能表測量線圈得到所需值。，該參值是由元件動作后造成的吸和現(xiàn)象，并在此狀態(tài)下?lián)p耗的電流最小值。為了使繼電器能夠在常規(guī)狀態(tài)下進(jìn)行工作，這就要考慮吸和狀態(tài)下的參值不大于電流的給定參值。至于施加給線圈的電壓參值，常規(guī)為額定情況下電壓值的一倍至兩倍之間，在此范圍之外將會由于過強(qiáng)電流流過線圈時造成燒毀現(xiàn)象。，即由繼電器操控時釋放最大電流值。在目前情況下繼電器電流值被降低到一定幅度時該器件將返回?zé)o動力下釋放情況，此時吸和電流將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該時刻電流值。，該值是被允許加載在器件上的電流/電壓值。這一數(shù)值的出現(xiàn)確定了繼電器的電壓/流值不得超過