【正文】 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。本設計中由于內部存儲區(qū)足以滿足本設計需要，因此被設計中選擇內部存儲區(qū)域，即此時該引腳上拉（ 5V）。 由于數(shù)字信號在數(shù)據(jù)處理過程中速遞比較快，有可能會對模擬信號造成干擾，是模擬信號的波形發(fā)生畸變，造成采樣不準間接影響輸出值，因此在模擬信號的電源地與數(shù)字信號的電源地之間需要串聯(lián)一個 0Ω電阻，以達到單點接 地的目的，將數(shù)字信號對模擬信號的影響降低到最小。 在一個單片機控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關重要的作用，因為電源模塊的帶載能力和輸出文波直接影響到單片機系統(tǒng)工作 的穩(wěn)定性和準確性，因此對電源模塊的設計一定要避免以上不良影響。在光耦的輸出端加一個上拉電阻，保證頻率輸出由足夠的功率，便于遠距離傳輸頻率信 號不至于衰減的過多，從而使下級設備能夠正常讀取頻率輸出值。它采用三線串行接口 , 有兩個全差分輸入通道 , 能達到 01003% 非線性的 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出 , 其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設定 , 還可選擇輸入模擬緩沖器 , 以及自校準和系統(tǒng)校準方式。以上三點均是數(shù)碼管比液晶或其他屏所具有的優(yōu)點，所以本設計中考慮使用數(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；在單片機系統(tǒng)和外界輸出接口處也加以隔離，以達到隔離干擾的目的 ，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傳輸，因此有較遠的傳輸距離，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）成本相對較低；其次，液位首先引流至液位管，液體和采樣器件無接觸，這樣不存在液體的化學性質 對采樣原件造成干擾或損壞。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行轉換。 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 米的范圍內能夠清楚的看到顯示數(shù)值。 該高度即為待測容器液位的高度。液位傳感器產(chǎn)品達到 10大類、42 小類、 6000 多個品種，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，但是在我國的所有生產(chǎn)液位傳感器的企業(yè)來看，外資企業(yè)優(yōu)勢明顯，國內外企業(yè)綜合實力懸殊，這是因為我國生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，人才短缺、研發(fā)能力弱，最關鍵的還是技術，難與國外企業(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 當前市場上所能夠看到的液位傳感器種類繁多，測試原理不同測試方法也不盡相同。 LED顯示屏的設計要求 ......................... 錯誤 !未定義書簽。 本傳感器集成了兩種輸出信號，第一種為頻率輸出方式，該輸出信號為國際通用的（ 200~1000） HZ 頻率信號，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，采用標準的 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)，而且可在異地通過發(fā)送總線命令達到現(xiàn)場控制的目的。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，將稱得的重量轉化為電壓信號輸出，再經(jīng)過 A/D 處理將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上以及進行數(shù)據(jù)遠距離傳輸和控制，從而達到自動監(jiān)控的目的。 LED顯示屏發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................. 錯誤 !未定義書簽。 附錄 B ........................................................... 1 附錄 C ........................................................... 1 第 1章 整體設計概述 隨著微電子、計算機、網(wǎng)絡和通訊技術的飛速發(fā)展以及綜合自動化程度的不斷提高，目前廣泛應用于工業(yè)自動化領域的智能儀表，其技術也同樣在過去的二十多年里得到了迅猛的發(fā)展。 按液位傳感器轉換過程中的物理現(xiàn)象分類，可分為結構型和物性型。 液位傳感器的應用場合 液位傳感器 作為液位測量的主要智能儀表廣泛 應用于： 河流、 石油化工、水利水電、環(huán)境監(jiān)測以及自來水廠、污水處理廠等眾多領域 。 液位傳感器整體介紹 整體設計框圖 本設計中液位傳感器采用稱重原理，采 樣器件為稱重傳感器 ，將重量轉換成電壓信號輸出 。 C P UA T 8 9 S 5 2顯 示 模 塊數(shù) 據(jù) 存 儲 模 塊A / D 轉 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 警 模 塊 圖 11 系統(tǒng)框圖 功能單元詳細介紹 CPU 通過整體考慮系統(tǒng)的輸入 /輸出情況，本傳感器所需要的單片機硬件資源如下： 數(shù)碼管顯示需要 11 個 I/O 口；與數(shù)據(jù)存儲芯片通訊需要 2 個 I/O 口； AD 轉換接口需要 4個 I/O 口；紅外接收模塊需要 1 和 I/O 口；頻率輸出需要 1 個 I/O 口； RS485 通訊需要 1個 I/O 口和一組串行接口。 該芯片數(shù)據(jù)通訊采用 I2C 方式，由于本設計中所使用的單片機沒有 I2C 接口，因此這里需要通過軟件（即程序）對 I2C 協(xié)議進行模擬，然后通過通用 I/O 輸出，才能正常建立數(shù)據(jù)存儲關系。 通過查詢相關資料該芯片完全滿足本液位傳感器的量程、精度及響應速度的要求， 5 具體參數(shù)將會在第二章硬件設計中著重介紹。 頻率輸出模塊 考慮到本傳感器與其他類似設備兼容，進行數(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，輸出國際標準的（ 200~1000） HZ的頻率信號，該信號高電平＞ ，低電平＜ ，占空比為 50%，脈沖寬度＞ 。 電源模塊 在一個單片機控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關重要的作用，因為電源模塊的帶載能力和輸出文波直接影響到單片機系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準確性，因此對電源模塊的設計一定要避免以上不良影響。 另外還具有頻率信號查詢功能，即通過紅外遙控器查看功能 6內容，可以查看到當前的頻率輸出。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器 (PGA ) 組成的前端模擬調節(jié)電路 , 可編程數(shù)字濾波器等部件。考慮到盡可能的降低整機功耗，因此兩個三極管分別用 PNP 型和 NPN型，保證在同一時刻只用一種報警狀態(tài)，能夠有效地降低整機功耗。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 不可恢復的后果。 下一步就要考慮電壓對系統(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備如電動機等，在起動和停止的過程中會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，因此輸出的 12V電壓就會有很大的波動，造成單片機系統(tǒng)無法正常工作；或者電網(wǎng)中使用到變頻器，這樣在電動機的起停過程中也會對電網(wǎng)造成很大的干擾信號，導致單片機系統(tǒng)無法正常工作。因此本設計 中選擇該單片機作為液位傳感器的 CPU。該電容的取值范圍是：5~30pF，該單片機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，當輸出端為低電平時可以拉出高達 20mA 的電流，而為高電平時僅能輸出最大 1mA的電流信號，因此本設計中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。 A1B2C3SA6SB5SC4GND8Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U274LS1384K7R34K7R44K7R54K7R6GNDVCC_51KR13VCC_5VD19012VD29012VD39012VD49012VCC_5P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2A T 8 9 S 5 2圖 24 顯示驅動電路 參數(shù)計算 由三極管 9012 參數(shù)可知集電極電流小于 500mA，所以可以推算出基極的最大電流，這里按照 30倍的放大系數(shù)計算： 14 由 Ib=VCC/R=5/4700=，此時三極管處于飽和狀態(tài)； 所以，三極管集電極的電流大小取決于發(fā)射極與地之間串接的限流電阻的大小； 由于數(shù)碼管每段的正常工作電流為（ 3～ 10） mA； 所以可取 10mA計算限流電阻； 由經(jīng)驗值知 :三極管飽和導通時 Uce=，三極管導通壓降為 ； 可得： Ib≈ Ic=（ ） /R＜ 10mA； 計算得： R＞ 430Ω； 這里取限流電阻 R大小為： 1kΩ，滿足計算要求。 VP 引腳為寫保護使能端， VP 為高電平時處于寫保護狀態(tài)，無法存儲數(shù)據(jù)，因此該引腳接地，保證數(shù)據(jù)能夠正常存儲。 S/10℃； ● 輸入阻抗：（ 120177。r2 原理圖 U i nU oR 1R 2R 3R 4 圖 210 稱重傳感器內部電路 A/D 轉換電路 參數(shù)介紹 液位檢測元件輸出信號為模擬信號，而本設計中所使用的單片機只能處理數(shù)字信號，因此這里需要對信號進行轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號。 AD7705 是雙通道全差分模擬輸入， 19 而 AD7706 是 3 通道偽差分模擬輸入，二者都帶有一個差分基準輸入。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。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組 ,音頻放大器、工業(yè)控制、 DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。本設計中使用的電壓基準源電壓為 ，型號為 。紅外接收完成對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，并解調出遙控編碼脈沖。能夠進行有效地光電隔離。 原理圖 圖 215 頻率輸出電路 總線通訊電路 參數(shù)介紹 本設計中總線通訊采用的是 RS485 通訊方式，設計到的器件有：光耦 PC35 PC4通訊芯片 MAX3082。 26 圖 216 光電隔離電路 為便于觀察上行及下行數(shù)據(jù)的通訊情況，在 MAX3082 芯片的發(fā)送和接收端均增加發(fā)光二極管，能夠比較直觀的觀察出數(shù)據(jù)通訊情況，便于維護以及現(xiàn)場故障排查。 原理圖 聲光報警電路原理圖如圖 218 所示，見下頁。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。本傳感器中共需要以下直流電源：直流 12V、直流 6V、直流 5V，需要電壓轉換芯片，下面 分 別介紹。為保證介質連續(xù)就需要對傳輸電纜進行阻抗匹配，查閱相關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的電阻以達到阻抗匹配的目的，實現(xiàn)信號無反射的正常傳輸。 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)的運行，因此同樣需要采用隔離的方法來抵抗外界的干擾。主要參數(shù)介紹如下： ● 正向導通電流：小于等于 50mA； ● 最大峰值電流：下雨等于 1A； ● 最高工作電壓： DC 6V； ● 輸入功率： 70mW； GNDVCC_5HW_ININ1GND2VCC3U9HS0038B1KR31VCC_5 VCC_5GND10uFC19 24 ● 基極發(fā)射極