【正文】 V8R51R52C19AL0A LIGHTSPRK12X412X5D10D1112_OUT12_OUT聲聲聲聲聲聲 29 變壓器 本設(shè)計(jì)中采用的變壓器的型號(hào)為 EI 41X17，尺寸大小為 :(41*35*29)mm，該變壓器可直接焊接與 PCB 板上面，節(jié)省傳感器內(nèi)部空間，可有效減小殼體大小降低生產(chǎn)成本。 為防止外部浪涌信號(hào)對(duì)內(nèi) 部電路產(chǎn)生不可估量的損壞，因此在信號(hào)輸出端增加浪涌電壓抑制器，防止外部浪涌信號(hào)對(duì)內(nèi)部電路產(chǎn)生破壞 ，電路如圖 217所示 。這里同樣采用光電隔離的方法，不同的是 RS485 接收信號(hào)和發(fā)送信號(hào)不能采用 PC357 光耦進(jìn)行12 34U10PC3571KR24VCC_5FOUTVCC_4851KR25GND212 34L112VD8TVSF+1KR26D8LED0 25 隔離，因?yàn)樵摴怦钅苷９ぷ鞯耐ㄓ嵅ㄌ芈瘦^低，在較高的通訊波特率的情況下將不出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，使接收到的數(shù)據(jù)不完整或錯(cuò)誤。 硬件介紹 為得到較高的輸出功率，因此在光耦輸出級(jí)加上拉電阻，以提供更高的輸出電流；為保證輸出頻率信號(hào)的穩(wěn)定性，在光耦的信號(hào)輸出級(jí)通過(guò)共模電感耦合頻率信號(hào)，以提高輸出信號(hào)波形的穩(wěn)定性。 硬件介紹 本設(shè)計(jì)中所使用的遙控器為市場(chǎng)常見(jiàn)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)中不涉及遙控器的設(shè)計(jì)，僅對(duì)接收電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。 15V)， ●低功耗電流，適合于電池供電， ●低輸入偏流， ●低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流， ●共模輸入電壓范圍寬，包括接地， ●差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍， ●輸出電壓擺幅大（ 0 至 )， ●輸入共模電壓最大值 VCC~ V， ●共模抑制比 80dB， ●電源抑制比 100dB。 AD7705 采用 16 腳塑料雙列直插（ DIP）和 16 腳寬體（ 英寸） SOIC封裝和 16 腳 TSSOP 封裝。 20mV～177。其內(nèi)部由多路模擬開(kāi)關(guān)、緩沖器、可編程增益放大器（ PGA）、Σ Δ調(diào)制器、數(shù)字濾波器、基準(zhǔn)電壓輸入、時(shí)鐘電路及串行接口組成。π 硬件介紹 ○ 1 采樣原理 根據(jù)連通器的原理，將被測(cè)容器內(nèi)的液體通過(guò)引流管引流至液位管內(nèi)，液位管用于盛放液體，液位管安裝在稱重傳感器的上面，稱量液體的重量，被測(cè)容器內(nèi)的液位越高流入液位管的液位也就越高，重量也就越大，稱重傳感器所產(chǎn)生的電壓也就越高，單片機(jī)通過(guò)采樣該電壓的變化量來(lái)確定液位的高度 如圖 29 安裝示意圖所示 。 圖 27 硬件連接 原理圖 圖 28 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 數(shù)據(jù)采集電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計(jì)中使用的液位采集器件為稱重傳感器，型號(hào)為 CXH120，該傳感器為 半導(dǎo)體荷重傳感器適應(yīng)于各種小量程范圍內(nèi)靜、動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，應(yīng)用于皮帶稱、調(diào)速稱等過(guò)程控制 。在本次設(shè)計(jì)中所選取的存儲(chǔ)芯片為：AT24C08。 由于驅(qū)動(dòng)三極管采用 PNP 型，所以這里數(shù)碼管只能選擇共陽(yáng)型。 設(shè)計(jì)中使用的譯碼器的型號(hào)為： 74LS138，該芯片參數(shù)如下： ● 額定工作電壓： DC5V； ● 最大工作電流：小于等于 10mA； ● 電壓波動(dòng)范圍： ~； ● 有效輸入高電平電壓：大于 2V； ● 有效輸入低電平電壓：小于 ； ● 輸出高電平電壓： 5V； ● 輸出低電平電壓：小于 ； ● 輸出高電平電流：小于等于 1mA； ● 輸出低電平電流：小于 20mA； ● 封裝形式： DIP16。本設(shè)計(jì)中由于內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)足以滿足本設(shè)計(jì)需要，因此被設(shè)計(jì)中選擇內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)域，即此時(shí)該引腳上拉（ 5V）。 由于數(shù)字信號(hào)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中速遞比較快，有可能會(huì)對(duì)模擬信號(hào)造成干擾，是模擬信號(hào)的波形發(fā)生畸變，造成采樣不準(zhǔn)間接影響輸出值，因此在模擬信號(hào)的電源地與數(shù)字信號(hào)的電源地之間需要串聯(lián)一個(gè) 0Ω電阻，以達(dá)到單點(diǎn)接地的目的，將數(shù)字信 號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的影響降低到最小。 在一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關(guān)重要的作用，因?yàn)殡娫茨K的帶載能力和輸出文波直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性， 因此對(duì)電源模塊的設(shè)計(jì)一定要避免以上不良影響。在光耦的輸出端加一個(gè)上拉電阻，保證頻率輸出由足夠的功率，便于遠(yuǎn)距離傳輸頻率信號(hào)不至于衰減的過(guò)多，從而使下級(jí)設(shè)備能夠正常讀取頻率輸出值。它采用三線串行接口 , 有兩個(gè)全差分輸入通道 , 能達(dá)到 01003% 非線性的 16 位無(wú)誤碼數(shù)據(jù)輸出 , 其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定 , 還可選擇輸入模擬緩沖器 , 以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。以上三點(diǎn)均是數(shù)碼管比液晶或其他屏所具有的優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)中考慮使用數(shù)碼管顯示?？紤]到干擾的存在，因此在 5V電壓中，需使用隔離電源；在單片機(jī)系統(tǒng)和外界輸出接口處也加以隔離，以達(dá)到隔離干擾的目的 ，保證傳感器系統(tǒng)的正常工作 。 通信芯片使用 MAXIM公司生產(chǎn)的 MAX3082芯片，該芯片采用差分信號(hào)傳輸，因此有較遠(yuǎn)的傳輸距離，一般 2公里以上。這樣做的目的是：首先采樣器件（稱重傳感器）成本相對(duì)較低；其次，液位首先引流至液位管，液體和采樣器件無(wú)接觸，這樣不存在液體的化學(xué)性質(zhì) 對(duì)采樣原件造成干擾或損壞。能直接將傳感器測(cè)量到的多路微小信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 顯示模塊 考慮到該傳感器使用的特殊性，有可能安裝在較高的位置，因此需保證在 3~5 米的范圍內(nèi)能夠清楚的看到顯示數(shù)值。 該高度即為待測(cè)容器液位的高度。液位傳感器產(chǎn)品達(dá)到 10 大類、42 小類、 6000 多個(gè)品種，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但是在我國(guó)的所有生產(chǎn)液位傳感器的企業(yè)來(lái)看，外資企業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，國(guó)內(nèi)外企業(yè)綜合實(shí)力懸殊，這是因?yàn)槲覈?guó)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，人才短缺、研發(fā)能力弱，最關(guān)鍵的還是技術(shù)，難與國(guó)外企業(yè)抗衡。 按液位傳感器的用途分類 .可分為重 量 、位移、速度、加速度、力、電壓、電流、溫度、壓力、流 量 、功率參數(shù)等等。 液位傳感器的 分類 當(dāng)前市場(chǎng)上所能夠看到的液位傳感器種類繁多，測(cè)試原理不同測(cè)試方法也不盡相同。 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)要求 ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本傳感器集成了兩種輸出信號(hào)，第一種為頻 率輸出方式，該輸出信號(hào)為國(guó)際通用的（ 200~1000） HZ 頻率信號(hào)，高電平≥ ，低電平＜ ，脈沖寬度＞ ；第二種為總線輸出方式，選用的總線輸出方式為 RS485，采用標(biāo)準(zhǔn)的 modbusRTU 協(xié)議傳輸，不僅可以接收液位傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，而且可在異地通過(guò)發(fā)送總線命令達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制的目的。本傳感器的工作原理是利用連通器的原理，將罐體或池中的液體通過(guò)引流管將液體引流至液位管中，液位管底部裝有稱重傳感器，將稱得的重量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，再經(jīng)過(guò) A/D 處理將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上以及進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸和控制，從而達(dá)到自動(dòng)監(jiān)控的目的。 LED 顯示屏發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 B ............................................................ 1 附錄 C ............................................................ 1 第 1章 整體設(shè)計(jì)概述 隨著微電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展以及綜合自動(dòng)化程度的不斷提高，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的智能儀表，其技術(shù)也同樣在過(guò)去的二十多年里得到了迅猛的發(fā)展。 按液位傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)程中的物理現(xiàn)象分類，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型 。 液位傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合 液位傳感器 作為液位測(cè)量的主要智能儀表廣泛 應(yīng)用于： 河流、 石油化工、水利水電、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及自來(lái)水廠、污水處理廠等眾多領(lǐng)域 。 液位傳感器整體介紹 整體設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)中液位傳感器采用稱重原理，采樣器件為稱重傳感器 ，將重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出 。 C P UA T 8 9 S 5 2顯 示 模 塊數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 模 塊A / D 轉(zhuǎn) 換 模 塊頻 率 輸 出 模 塊總 線 通 訊 模 塊電 源 模 塊數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊紅 外 接 收 模 塊聲 光 報(bào) 警 模 塊 圖 11 系統(tǒng)框圖 功能單元詳細(xì)介紹 CPU 通過(guò)整體考慮系統(tǒng)的輸入 /輸出情況， 本傳感器所需要的單片機(jī)硬件資源如下： 數(shù)碼管顯示需要 11個(gè) I/O 口；與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片通訊需要 2 個(gè) I/O 口； AD 轉(zhuǎn)換接口需要 4個(gè) I/O 口；紅外接收模塊需要 1 和 I/O 口；頻率輸出需要 1 個(gè) I/O 口； RS485 通訊需要 1個(gè) I/O 口和一組串行接口。 該芯片數(shù)據(jù)通訊采用 I2C 方式，由于本設(shè)計(jì)中所使用的單片機(jī)沒(méi)有 I2C 接口，因此這里需要通過(guò)軟件（即程序）對(duì) I2C 協(xié)議進(jìn)行模擬，然后通過(guò)通用 I/O 輸出，才能正常建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)關(guān)系。 通過(guò)查詢相關(guān)資料該芯片完全滿足本液位傳感器的量程、精度及響應(yīng)速度的要求， 5 具體參數(shù)將會(huì)在第二章硬件設(shè)計(jì)中著重介紹。 頻率輸出模塊 考慮到本傳感器與其他類似設(shè)備兼容，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，因此本傳感器集成了頻率輸出功能，可根據(jù)采樣到的數(shù)據(jù)（ 0~1000） cm，輸出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的（ 200~1000） HZ的頻率信號(hào)，該信號(hào)高電平＞ ，低電平＜ ，占空比為 50%，脈沖寬度＞ 。 電源模塊 在一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關(guān)重要的作用，因?yàn)殡娫茨K的帶載能力和輸出文波直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此對(duì)電源模塊的設(shè)計(jì)一定要避免以上不良影響。 另外還具有頻率信號(hào)查詢功能，即通過(guò)紅外遙控器查看功能 6內(nèi)容，可以查看到當(dāng)前的頻率輸出。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器 (PGA ) 組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路 , 可編程數(shù)字濾波器等部件?？紤]到盡可能的降低整機(jī)功耗，因此兩個(gè)三極管分別用 PNP型和 NPN 型，保證在同一時(shí)刻只用一種報(bào)警狀態(tài)，能夠有效地降低整機(jī)功耗。在芯片的輸出端增加了瞬態(tài)電壓抑制器，能夠很好的抑制總線上的浪涌電壓，從而保證通訊芯片免受其害，造成不可恢復(fù)的后果。 下一步就要考慮電壓對(duì)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的影響，由于交流電網(wǎng)中有可能使用大功率電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)等，在起動(dòng)和停止的過(guò)程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，因此輸出的 12V 電壓就會(huì)有很大的波動(dòng)，造成單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作；或者電網(wǎng)中使用到變頻器，這樣在電動(dòng)機(jī)的起停過(guò)程中也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的干擾信號(hào)，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此本設(shè)計(jì)中選擇該單片機(jī)作為液位傳感器的 CPU。該電容的取值范圍是：5~30pF，該單片機(jī)晶體振蕩器的取值范圍為： 2~33MHZ。 表 21 74LS138真值表 輸入 輸出 S1 /S2+/S3 A2 A1 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 13 從 74LS138 的參數(shù)介紹中可以看出，當(dāng)輸出端為低電平時(shí)可以拉出高達(dá) 20mA 的電流，而為高電平時(shí)僅能輸出最大 1mA的電流信號(hào)，因此本設(shè)計(jì)中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。 A1B2C3SA6SB5SC4GND8Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U274LS1384K7R34K7R44K7R54K7R6GNDVCC_51KR13VCC_5VD19012