【正文】 90；●封裝形式：TO92。由于本設(shè)計中共4位數(shù)碼管，所以這里輸出信號只需要取Y0～Y3四個即可。這里就需要增加數(shù)據(jù)存儲器，增加數(shù)據(jù)存儲電路單元。該芯片在IIC總線上最多可以同時掛接8個，地址可以在A0～A2三個引腳進(jìn)行設(shè)置，地址范圍從000～111。路如下圖27所示。S；●零點(diǎn)溫飄：%F12）Ω；●絕緣阻抗：大于5000MΩ；●相對濕度：（0～90）RH；●工作溫度：（10～60）℃；●安全過載：150%FS。r2，可得底面積，因?yàn)閮?nèi)徑為已知量，所以S為已知量；所以：V=SV； m=ρ硬件介紹該傳感器工作原理為：當(dāng)有一定的壓力作用在傳感器檢測頭上時，傳感器內(nèi)部會有一定微弱的電壓變化，通過采樣該電壓信號的變化檢測重物的重量變化，從而計算出液位的高度。本設(shè)計中使用的A/D轉(zhuǎn)換芯片型號為AD7705，該芯片是一款16位AD轉(zhuǎn)換器，該芯片還包括2通道差分輸入（AD7705）和3種偽差分通道輸入（AD7706）?！?0mV～177。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。主要參數(shù)介紹如下：●AD7705：2個全差分輸入通道的ADC；●AD7706：%非線性；●可編程增益前端增益：1～128；●三線串行接口 SPITM、QSPITM、MICROWIRETM 和DSP兼容；●有對模擬輸入緩沖的能力；●～～；●3V電壓時，最大功耗為1mW；●等待電流的最大值為8μA；●16腳DIP、SOIC和TSSOP封裝；本設(shè)計中使用的稱重傳感器最大輸出電壓為：6v*40mv/v=240mv,，所以：；，所以這里選擇AD7705放大倍數(shù)為8，*8=，適合硬件設(shè)計要求。該運(yùn)放內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。主要參數(shù)介紹如下：●直流電壓增益高(約100dB)，177。●輸出電壓擺幅大（)，●輸入共模電壓最大值VCC~模擬信號中閑置引腳不宜懸空處理，特別是在電磁干擾較強(qiáng)或有高頻電路的環(huán)境中，會對輸出信號造成很大的干擾，因此這里把運(yùn)放閑置的輸入和輸出腳做接地處理，給其一個穩(wěn)定的地信號，防止其對輸出造成干擾，使采樣信號不準(zhǔn)確。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。原理圖圖213 AD轉(zhuǎn)換電路原理圖 紅外接收電路參數(shù)介紹紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs)）℃；●接收距離：大于8m；●光譜反應(yīng)：950nm。原理圖圖214 紅外接收電路 頻率輸出電路參數(shù)介紹本設(shè)計中為防止外部信號對單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，所以頻率輸出采用光電隔離方式。主要參數(shù)介紹如下： ●正向?qū)娏鳎盒∮诘扔?0mA； ●最大峰值電流：下雨等于1A； ●最高工作電壓：DC 6V； ●輸入功率：70mW； ●基極發(fā)射極電壓：小于等于35V； ●發(fā)射極集電極電壓：小于等于6V； ●輸出功率：小于等于160mW；●工作溫度：（30～100）℃。當(dāng)有信號輸出時LED發(fā)光二極管就會被點(diǎn)亮，當(dāng)沒有頻率信號輸出時，該二極管處于熄滅狀態(tài)。由于總線處于外部電路，所以無法避免會受到外界的干擾；輕者使數(shù)據(jù)傳輸失敗，重者將影響整套系統(tǒng)的運(yùn)行，因此同樣需要采用隔離的方法來抵抗外界的干擾。硬件介紹RS485發(fā)送信號經(jīng)單片機(jī)TX口發(fā)出，經(jīng)光耦隔離后進(jìn)入MAX3082的信號接收端（RX），經(jīng)MAX3082后由TTL信號轉(zhuǎn)換成RS485的差分信號，并有MAX3082的總線輸出口A和B端輸出；當(dāng)有數(shù)據(jù)經(jīng)過總線發(fā)送給液位傳感器時，信號首先經(jīng)總線經(jīng)過MAX3082芯片，這是總線上傳遞的是RS485的差分信號，經(jīng)過MAX3082芯片后RS485的差分信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識別的TTL信號，由MAX3082的TX端經(jīng)過光耦隔離后將信號傳遞到單片機(jī)的RX端，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。為保證介質(zhì)連續(xù)就需要對傳輸電纜進(jìn)行阻抗匹配，查閱相關(guān)資料知通訊電纜的特性阻抗值為120Ω，因此在液位傳感器的末端需要并聯(lián)一個120Ω的電阻以達(dá)到阻抗匹配的目的，實(shí)現(xiàn)信號無反射的正常傳輸。硬件介紹本設(shè)計中需要對發(fā)光二極管限流電阻值進(jìn)行必要計算，因?yàn)橄蘖麟娮柽^小可能會對發(fā)光二極管產(chǎn)生致命的傷害，導(dǎo)致發(fā)光二級管燒壞；若限流電阻選的過大又將會影響發(fā)光二極管的亮度，不易被人眼發(fā)現(xiàn)，所以限流電阻阻值的選取至關(guān)重要。本傳感器中共需要以下直流電源：直流12V、直流6V、直流5V，需要電壓轉(zhuǎn)換芯片，下面分別介紹。電源模塊B1212S2W為防止電網(wǎng)電壓的波動或干擾對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，所以整流橋輸出電壓經(jīng)過12V轉(zhuǎn)12V的隔離電源模塊進(jìn)行隔離，使用的隔離電源模塊型號為B1212S2W，主要參數(shù)介紹如下：●電壓輸入范圍：DC ～；●輸出電壓：DC 12V；●最大輸出電流：168mA；●輸出功率：2W；●輸出紋波：70mV?？商峁?V的輸出電壓，輸出電流超過100mA。硬件介紹在工業(yè)控制環(huán)境中，一般不會存在直流電源，使用較為廣泛的為交流380V和交流22V電源。給采樣器件稱重傳感器供電的電源模塊采用78L06，該芯片輸出電壓為6V，輸出電流大于100mA，稱重傳感器的工作電流小于30mA，完全滿足需要。書寫代碼的邏輯越是嚴(yán)謹(jǐn)，單片機(jī)運(yùn)行時的出錯概率就越小，同樣也能在一定程度上提高系統(tǒng)的抗干擾能力。本軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用簡潔的代碼，提高代碼的編譯程度，進(jìn)一步提高軟件的執(zhí)行效率。在軟件編寫過程中，盡量避免了一些編譯效率較低的語句，提高了程序的編譯效率，增加了代碼的執(zhí)行效率。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。其次是對其他子函數(shù)的調(diào)用，如顯示函數(shù)、紅外遙控函數(shù)、頻率輸出函數(shù)、RS485通訊函數(shù)、AD轉(zhuǎn)換函數(shù)、報警輸出函數(shù)、數(shù)據(jù)存儲函數(shù)。有一些函數(shù)如顯示函數(shù)、紅外遙控函數(shù)、數(shù)據(jù)存儲函數(shù)等，如果等一段時間更新數(shù)據(jù)的話就會出現(xiàn)問題。因此這里我們采用單片機(jī)的定時器T2，使用波特率發(fā)生器功能，波特率的作用是從輸入時鐘轉(zhuǎn)換出需要的波特率。因此硬件顯示對驅(qū)動信號的實(shí)時性要求就比較高，如果驅(qū)動信號延時時間較長的話就會導(dǎo)致數(shù)碼管顯示不連續(xù)，出現(xiàn)單個數(shù)碼管跳動顯示的情況。使用紅外遙控器可以對當(dāng)前的一些參數(shù)進(jìn)行相關(guān)修改和查詢。第一位數(shù)碼管的顯示范圍為1～5，第2～4位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容為參數(shù)值。當(dāng)遙控器按下“設(shè)置”鍵后，數(shù)碼管顯示“1”即此時進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式。二進(jìn)制信號的調(diào)制由單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號調(diào)制成頻率為38kHz遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16位地址碼（8 位地址碼、 8 位地址碼的反碼）和16位操作碼（8 位操作碼、 8 位操作碼的反碼）組成。以脈寬為 0. 56ms 、周期為 1. 12ms 的組合表示二進(jìn)制的 “0” ；以脈寬為 1. 68ms 、周期為 2. 24ms 的組合表示二進(jìn)制的 “1” 。本設(shè)計中紅外接收部分采用定時器和外部中斷相互配合的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收過程。待操作完成之后，清除當(dāng)前數(shù)組內(nèi)的數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)再次執(zhí)行，導(dǎo)致錯誤的發(fā)生。Automation)部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個面向連接的可靠協(xié)議。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。在進(jìn)行CRC碼計算時只用8位數(shù)據(jù)位，起始位及停止位，如有奇偶校驗(yàn)位的話也包括奇偶校驗(yàn)位，都不參與CRC碼計算。在計算CRC碼時，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的結(jié)果向低位移一字節(jié)，用0填補(bǔ)最高位。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。數(shù)據(jù)格式為：0x01 0x03 0x02 0x00 0x32 0x39 0x910x01：傳感器地址號為10x03：讀傳感器寄存器命令(功能碼)0x02：數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（液位高度值共兩個字節(jié)）0x00：液位高度值高字節(jié)0x32：液位高度值低字節(jié)0x39：CRC校驗(yàn)低字節(jié)0x91：CRC校驗(yàn)高字節(jié)流程圖圖38 RS485通訊流程圖 AD轉(zhuǎn)換函數(shù) 軟件介紹AD7705片內(nèi)包括8個寄存器，這些寄存器通過器件的串行口訪問。這一寫到通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫€寄存器上發(fā)生。圖39和圖310是AD7705進(jìn)行解碼的時序圖。圖39 AD7705讀出時序圖圖310 AD7705寫入時序圖本設(shè)計中使用AD7705作為液位傳感器的AD轉(zhuǎn)換器，由于AD7705芯片完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換耗時較長，若實(shí)時轉(zhuǎn)換就會使轉(zhuǎn)換過程占用大量的CPU時間，因此本設(shè)計中采用分時轉(zhuǎn)換方式，及采用計數(shù)的方式，當(dāng)達(dá)到某一值的時候開始轉(zhuǎn)換一次。比如對液位零點(diǎn)的設(shè)置、線性度的設(shè)置、液位報警點(diǎn)的設(shè)置以及RS485總線地址的設(shè)置等等。時序圖如下圖310所示。得到老師的認(rèn)可后開始搜集資料，著手設(shè)計。同時老師給了一個建議，要求在耦合端增加運(yùn)算放大器，作為電壓跟隨器。程序已經(jīng)確認(rèn)了好多遍，確定沒有問題，可就是無法寫入，參數(shù)無法保存。再次使遙控器對準(zhǔn)接收器時頁無。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是無法存儲數(shù)據(jù)。之后采納了老師的意見更改了采樣電路，至此該問題解決。在具體的設(shè)計中還是會出現(xiàn)這樣那樣的問題。當(dāng)傳感器上電時，單片機(jī)首先給存儲器通訊獲取當(dāng)前參數(shù)配置，然后調(diào)用該配置進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。起始信號：時鐘線保持高電平期間數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為I2C 總線的起始信號。這樣同樣能夠達(dá)到設(shè)計要求，同時節(jié)省了大量的CPU時間。即使是在第一次讀操作后DRDY線返回高電平，也可能出現(xiàn)兩次從輸出寄存器讀到同樣數(shù)據(jù)的情況。所有的寄存器（包括通信寄存器本身和輸出數(shù)據(jù)寄存器）進(jìn)行讀操作之前，必須先寫通信寄存器，然后才能讀選定的寄存器。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。本設(shè)計中液位傳感器作為從設(shè)備，上位機(jī)作為主設(shè)備。第8次移位后，下一個8位再與現(xiàn)在寄存器的內(nèi)容相相異或，這個過程與以上一樣重復(fù)8次。CRC碼的計算方法是，先預(yù)置16位寄存器全為1。CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)液位傳感器處于液位檢測界面的狀態(tài)下，按下遙控器“設(shè)置”鍵，數(shù)碼管顯示“1”即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，通過遙控器上面的“設(shè)置”、“參數(shù)+”、“參數(shù)”、“功能+”、“功能”、“退出”按鍵對傳感器的參數(shù)進(jìn)行查看和修改。一旦進(jìn)入串口中斷函數(shù)后同時定時器開始計時，根據(jù)接收到的高低電平的時間來判斷接收到的數(shù)據(jù)是“0”還是“1”，并將所接收到的數(shù)據(jù)存放在定義的數(shù)組里面。紅外接收是紅外發(fā)送的反過程，需要將已經(jīng)編碼過的數(shù)據(jù)采集采集到并且將該數(shù)據(jù)解碼為單片機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)的過程。編碼后面還要有編碼的反碼，用來檢驗(yàn)編碼接收的正確性，防止誤操作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號如圖33二進(jìn)制碼的調(diào)制所示。當(dāng)按下 “退出”鍵時，傳感器將當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)保存在存儲器中，并且將顯示界面返回到液位測量狀態(tài)下。下面就對參數(shù)設(shè)置及查看狀態(tài)下，各功能碼的作用以及參數(shù)可設(shè)置的具體范圍介紹如下：功能碼1：零點(diǎn)設(shè)置，調(diào)節(jié)當(dāng)前狀態(tài)下的顯示零點(diǎn)值；功能碼2：線性調(diào)整，用于修正傳感器產(chǎn)生的線性誤差；功能碼3：報警點(diǎn)設(shè)置，用于設(shè)置報警點(diǎn)的液位顯示值；功能碼4：總線地址設(shè)置，用于設(shè)置傳感器當(dāng)前的的RS485通信地址；功能碼5：頻率查看，用于查看當(dāng)前的頻率顯示值。次數(shù)數(shù)碼管顯示的是參數(shù)設(shè)置和查詢的一些數(shù)據(jù)。另一方面在主函數(shù)中需要對顯示函數(shù)進(jìn)行頻繁的調(diào)用，否則也會出現(xiàn)上述情況。為了避免因溢出而引起中斷，此時應(yīng)禁止T2中斷。因此子函數(shù)的調(diào)用要全方位考慮問題，否則就會出現(xiàn)各種問題。這樣一來可以節(jié)省很多寶貴的CPU資源。3．2功能函數(shù)介紹 主函數(shù)軟件介紹本設(shè)計中主函數(shù)比較簡單，主要是針對各子函數(shù)的調(diào)用。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會更加深刻。各函數(shù)之間相互獨(dú)立，各子函數(shù)的執(zhí)行均是被主函數(shù)或其他子函數(shù)調(diào)用后執(zhí)行數(shù)據(jù)傳遞。下面介紹一下本設(shè)計的軟件設(shè)計思想。圖223 RS485隔離電源原理圖 電源電路整體原理圖如下圖224所示：圖224 電源電路原理圖第3章 軟件設(shè)計3．1軟件總體概述軟件是產(chǎn)品的靈魂，一個產(chǎn)品的好壞不僅僅看硬件配置，軟件業(yè)同樣起到了至關(guān)重要的作用。圖219 變壓電路為防止電網(wǎng)電壓的波動或干擾對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，所以整流橋輸出電壓經(jīng)過12V轉(zhuǎn)12V的隔離電源模塊進(jìn)行隔離，使用的隔離電源模塊型號為B1212S2W，為便于觀察電源的輸出情況，因此在電源的輸出端加一個發(fā)光二極管作為指示燈，這里選取發(fā)光二極管的限流電阻為10kΩ，如下圖220所示。該電源模塊用于給稱重傳感器供電，稱重傳感器的工作電流小于30mA，完全能夠滿足需求，只要參數(shù)介紹如下： ●輸入電壓：7V～30V； ●輸出電流：大于100mA； ●輸出電壓：6V； ●工作溫度：20℃～85℃；●封裝形式：TO92。它效率高，損耗小，發(fā)熱低，使用時無需外加散熱片，主要參數(shù)介紹如下：●輸入電壓：～32V。該變壓器能夠?qū)⒔涣?20V轉(zhuǎn)換為交流12V，功率為5W，完全滿足設(shè)計需求。原理圖聲光報警電路原理圖如圖218所示，見下頁。原理圖圖217 總線通訊電路 聲光報警電路參數(shù)介紹本設(shè)計中所示用的光報警器件發(fā)光二極管，為保證能夠提供足夠的亮度，因此在選型時特地選擇紅色發(fā)光二極管而且直徑特別大，足以提供明顯的亮度便于觀察，主要參數(shù)介紹如下：