【正文】 要 本液位傳感器系統(tǒng)主要有以下部分功能電路組成： CPU（ AT89S52 單片機）模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、頻率輸出模塊、總線通訊模塊、遙控接收模塊。 second for the bus output, bus output mode selected for RS485, modbusRTU protocol used the standard, not only can receive sensor data, but also through remote transmission bus mand to the control objective. The sensor uses more occasions, especially the bus munication installation and subsequent maintenance are very convenient, and relatively low cost, so it has broad market prospects. Key words： intelligent instruments； weighing sensor； modbusRTU protocol 目 錄 摘 要 .............................................................. II Abstract .......................................................... III 第 1 章 LED 顯示屏簡介 ............................... 錯誤 !未定義書簽。 本章小結(jié) ..................................... 錯誤 !未定義書簽。能量轉(zhuǎn)換型是磁性翻柱液位傳感器直接將被測量的 物理量即為輸出量； 能量控制型是由外部供給液位傳感器能量 ， 而由被測量來控制輸出的 物理量 。 按液位傳感器的功能分類 .可分為傳統(tǒng)型和智能型。 (3)產(chǎn)品在品種、規(guī)格、系列等方面還不夠全面，在測量精度、溫度特性、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)方面仍有不小差別，因此中國浮子液位計傳感器企業(yè)任重道遠。 因此，在設(shè)計之初通過以上需求分析，本傳感器設(shè)計如下功能電路： CPU（ AT89S52 單片機）：對采樣數(shù)據(jù)綜合運算處理，控制各功能模塊工作； 顯示模塊：采用數(shù)碼管，將采樣處理后的實際液位高度顯示出來； 數(shù)據(jù)存儲模塊：存儲對傳感器設(shè)置的一些參數(shù)，如：報警點、零點、總線地址等數(shù)據(jù)； 3 A/D轉(zhuǎn)換模塊：將采樣器件輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量信號，并將該信號傳遞給 CPU； 數(shù)據(jù)采集模塊：即采樣器件，經(jīng)重量物理量轉(zhuǎn)換為電壓信號物理量； 紅外接收模塊：接收紅外遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)； 頻率輸出模塊：輸出（ 200~1000） HZ 頻率信號； 總線通訊模塊：用于 RS485 通訊； 聲光報警模塊：用于非正常狀態(tài)下聲光報警； 電源模塊：給 CPU 以及其他功能模塊電路供電。 在參數(shù)設(shè)置界面下，第一位數(shù)碼管作為功能顯示位，其余三位作為參數(shù)值顯示位；在數(shù)據(jù)顯示界面下，四位數(shù)碼管均作為液位高度顯示值位，實時地顯示液位高度的變化情況。工作電壓 3 V 或 5 V。這里選擇紅外遙控的方式對參數(shù)進行設(shè)置，遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)使傳感器能夠正常接收的最短距離大于 5米，能夠保證數(shù)據(jù)的正常接收。 聲光報警模塊 6 聲光報警模塊采用發(fā)光二極管和蜂鳴器組合的 形式，為能到到足夠的亮度，因此我們選擇兩個 10mm的紅色發(fā)光二極管；為能 夠 達到足夠大的響度，蜂鳴器采用直流 12V規(guī)格。 當(dāng)液位傳感器安裝完成后，通過紅外遙控器對傳感器的各個參數(shù)進行設(shè)置，可設(shè)置的參數(shù)有：零點值、線性度設(shè)置、高限位報警點、低限位報警點、 RS485通訊地址設(shè)置，這些參數(shù)經(jīng)紅外遙控器修改后數(shù)據(jù)將會存儲在 E2PROM 中，即使傳感器斷電后該數(shù)據(jù)仍然存在，不會丟失。 本設(shè)計中采樣器件選用稱重傳感器，該傳感器輸出為模擬量電壓信號，而本設(shè)計中所使用的單片機僅能處理數(shù)字信號，因此在這里就需要將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號才能被單片機接收并處理。 聲光報警電路 采有兩個三極管、兩個 10mm 發(fā)光二極管、一個 12V 蜂鳴器組成。 RS485總線采用 MAXIM公司的 MAX3082芯片， 該芯片采用差分信號傳輸，因此有較遠的傳輸距離，一般 2公里以上。到此 12V直流已經(jīng)獲得，為得到直流 5V和 6V電壓，這里還需要增加 L7805和 L7806，這樣就可 以獲得 5V和 6V電壓。 該單片機具有充足的硬件資源，而且操作簡單，便于開發(fā)，具有較低的成本。 圖 21 復(fù)位電路 + 5 VR STAT 89 S 52CRGND 11 AT89S52 芯片內(nèi)部有一個用反向放大器構(gòu)成的振蕩器，反向放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2把 ATAL1和 XTAL2與外部的石英晶體及兩個電容連接起來可構(gòu)成一個石英晶體振蕩器，兩個電容的一端分別連接在晶體振蕩器的兩只腳上，另一端接地。 利用 S /S2和 /S3可級聯(lián)擴展成 24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32線譯碼器。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。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 三個引腳進行設(shè)置，地址范圍從 000～ 111。 S； ● 零點溫飄：小于 %Fr2，可得底面積，因為內(nèi)徑為已知量，所以 S 為已知量； 所以： V=S ○ 2 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 18 位的高度。 AD7705 的 PGA 可通過指令設(shè)定，對不同幅度的輸入信號實現(xiàn) 1 364 和 128 倍的放大，因此 AD7705 芯片既可接受從傳感器送來的低電平輸入信號，亦可接受高電平（ 10V）信號，它運用Σ―Δ技術(shù)實現(xiàn) 16 位無誤碼性能；它的輸出速度同樣可由指令設(shè)定，范圍由 20Hz到 500Hz；它能夠通過指令設(shè)定對零點和滿程進行校正； AD7705與微處理器的數(shù)據(jù)傳送通過串行方式進行，采用了節(jié)省端口線的通訊方式，最少只占用單片機 的兩條端口線。 。 20 表 23 AD7705 引腳說明 引腳編號 引腳名稱 功能 1 SCLK 串行時鐘信號 2 MCLKIN 為轉(zhuǎn)換器提供的主時鐘信號 3 MCLKOUT 外接晶振引腳或為外部電路提供時鐘源 4 /CS 片選使能信號 5 RESET 復(fù)位信號 6 AIN2(+)[AIN1] 差分模擬輸入通道 2 的正輸入端 7 AIN1(+)[AIN2] 差分模擬輸入通道 1 的正輸入端 8 AIN1()[COMMON] 差分模擬輸入通道 1 的負(fù)輸入端 9 REFIN(+) 基準(zhǔn)源輸入端 10 REFIN() 11 AIN2()[AIN3] 差分模擬輸入通道 2 的負(fù)輸入端 12 / DRDY 邏輯輸出信號 13 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端 14 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端 15 VDD 電源電壓， +～ + 16 GND 內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點 本設(shè)計中采用外加石英晶體振蕩器的方式，石英晶體負(fù)載電容取值為 30pF， AD7705外圍電路如圖 211 所示： 圖 211 AD7705 外圍電路 為了保證傳感元件在接入負(fù)載的情況下輸出電壓沒有明顯的下降，就要求 AD 轉(zhuǎn)換器有較高的輸入阻抗，但 AD 轉(zhuǎn)換器無法將輸入阻抗做的過高，因此這里就需要用電壓跟隨器進行耦合，主要采用運算放大器來實現(xiàn)，由于運算放大器的輸入阻抗較高，而且它的輸出阻抗較低；這樣一來不僅可以提供較高的輸入阻抗，而且還可以提供較低的輸出阻抗，使輸出信號衰減較少有利于驅(qū)動 AD 轉(zhuǎn)換器，獲得的采樣值較為準(zhǔn)確，提高傳感器的精度。 LM358 連接電路如下圖212 所示。 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。 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系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，所以頻率輸出采用光電隔離方式。當(dāng)有信號輸出時 LED 發(fā)光二極管就會被點亮，當(dāng)沒有頻率信號輸出時，該二極管處于熄滅狀態(tài)。 硬件介紹 RS485發(fā)送信號經(jīng)單片機 TX口發(fā)出，經(jīng)光耦隔離后進入 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的RX 端，進行數(shù)據(jù)接收。 硬件介紹 本設(shè)計中需要對發(fā)光二極管限流電阻值進行必要計算，因為限流電阻過小可能會對發(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。 電源模塊 B1212S2W 為防止電網(wǎng)電壓的波動或干擾對單片機系統(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。該變壓器能夠?qū)⒔涣?220V 轉(zhuǎn)換為交流 12V，功率為 5W，完全滿足設(shè)計需求。 RO1RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U5MAX308213456U6PC41013 456U7PC41012 34U8PC3571KR16GND21KR17VCC_485VCC_4851KR18VCC_485GND2GND1KR19VCC_5RXDTXD485_ENVCC_485GND21KR22VCC_51KR23VCC_5PortPort 27 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： ● 直徑： 10mm； ● 顏色：紅色； ● 最大工作電流： 10mA； ● PN結(jié)導(dǎo)通壓降： ； ● 封裝形式：直插。 這里我們就需要使用肖特基結(jié)構(gòu)的高速光耦 PC410，這種光耦能夠?qū)⑤斎胄盘栂拗圃跍\飽和區(qū)，這樣就能夠使輸入信號快速地退出飽和，提高光耦的開關(guān)速度。 為防止外部浪涌信號對內(nèi)部電路產(chǎn)生不可估量的損壞，因此在信號輸出端增加浪涌電壓抑制器，防止外部浪涌信號對內(nèi)部電路產(chǎn)生破壞。為防止單片機接收到錯誤的數(shù)據(jù)，因此在芯片的輸出腳加電阻進行上拉，保證在空閑狀態(tài)下接收器輸出信號穩(wěn)定（為高電平）。主要參數(shù)介紹如下： ● 可編程輸出電壓為 36V； ● 電壓參考誤差：177。 本設(shè)計中所需的信號為同向信號，所以該放大器所組成的電壓跟隨器也必須是同向電壓跟隨器， LM358 運算放大器本身具有兩路完全相同的運放組成，實際設(shè)計中僅用到一路。 主要參數(shù)介紹如下： ● AD7705： 2 個全差分輸入通道的 ADC； ● AD7706： 3 個偽差分輸入通道的 ADC16 位無丟失代碼 %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 ； ● ～ 或 ～ 工作電壓 ； ● 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, 由于 AD轉(zhuǎn)換器所使用的基準(zhǔn)電壓源為 ， 所以： ； 由于電壓基準(zhǔn)為 ，所以這里選擇 AD7705 放大倍數(shù)為 8，可知達到最大電壓的時候為 *8=，即輸出的最大電壓小于 ，適合硬件設(shè)計要求。 的雙極性輸入信號，對于 AD7705 是以 AIN()輸入端為參考點，當(dāng)電源電壓為 3V、基準(zhǔn)電壓為 時，可處理 0～ +10