【正文】 ：讀寫次數(shù)：1,000,000 次– 數(shù)據(jù)保存：100年●工作溫度：55℃～+125℃；硬件介紹表22 AT24C08引腳說明引腳序號引腳名稱引腳功能1A0器件地址輸入端2A13A24GND電源地5SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端6SCL串行時鐘輸入7VP寫保護使能端8VCC電源芯片是一款I(lǐng)IC接口的EEPROM，引腳功能如上表22所示。硬件介紹～，為保證74LS138正常工作因此這里使能控制端SA接VCC，SB和SC接地。當(dāng)S1為0時，不論/S2和/S3以及（A0、AA2）為什么狀態(tài)，輸出端均為1，當(dāng)/S2和/S3為1時，不論S1以及（A0、AA2）為什么狀態(tài)，輸出端均為1。圖21 復(fù)位電路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。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。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。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。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。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。 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。聲光報警模塊 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。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。工作電壓3 V 或5 V。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。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)； 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。 (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。按液位傳感器轉(zhuǎn)換過程中的物理現(xiàn)象分類，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型。本傳感器通過遙控器設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，在液位高于上線或低于下限時都會輸出報警信號，提示工作異常信號，同時可輸出數(shù)字信號關(guān)斷某些閥門，以達到自動控制的目的。當(dāng)液位下降到高限位以下或上升到低限位以上時，系統(tǒng)將自動開啟相關(guān)閥門同時關(guān)閉報警信息。 液位傳感器的分類當(dāng)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。結(jié)構(gòu)型是依靠液位傳感器結(jié)構(gòu)變化來實現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的。傳統(tǒng)型磁翻板液位傳感器一般是指只具有顯示和輸出功能的液位傳感器，真正意義上的智能液位傳感器，推理、感知、應(yīng)該具備學(xué)習(xí)、通訊等功能，具有精度高、性能價格比高、使用方便等特點。 由此可見，液位傳感器在我國近階段有很不錯的發(fā)展前景，但單單從技術(shù)方面來將還并不是很成熟，還有待于進一步的提高。通過上述要求分析可得如下圖11所示的系統(tǒng)框圖。數(shù)據(jù)存儲模塊CAT24WC08是一個8K位串行CMOS E2PROM 內(nèi)部含有512個8位字節(jié)CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗CAT24WC01 有一個8 字節(jié)頁寫緩沖器CAT24WC08有一個16字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能。3 V 電壓時, 最大功耗為1 mW , 等待模式下電源電流僅為8uA。本設(shè)計中不涉及遙控器的設(shè)計，本設(shè)計中所使用的遙控器由市場采購而得，遙控器具體發(fā)送的命令形式將在第三章軟件設(shè)計中著重介紹。為降低整機工作的功耗，在報警狀態(tài)下采用聲光交替形式，即蜂鳴器工作時發(fā)光二極管不工作，蜂鳴器不工作時發(fā)光二極管工作，有效的降低了整機功耗。傳感器再次上電后，內(nèi)部參數(shù)仍為上一次修改存儲的內(nèi)容。這里就需要用到A/D轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計中采用AD7705芯片來完成A/D轉(zhuǎn)換功能，AD7705 是AD 公司新推出的16 位轉(zhuǎn)換器。報警信號由單片機給出，用三極管來驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管。該芯片同時具有很強的抗干擾能力，能夠很好地濾除干擾信號。到此三種不同等級的電壓均以獲得。是一款性價比相當(dāng)高的入門級單片機。這兩個電容的作用是上電時幫助石英晶體起振，運行時起到穩(wěn)定振蕩頻率的目的。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：%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。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）。20mV～177。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。作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)?！裰绷麟妷涸鲆娓?約100dB)，●輸出電壓擺幅大（)，●輸入共模電壓最大值VCC~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。它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs)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。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。書寫代碼的邏輯越是嚴(yán)謹(jǐn)，單片機運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。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。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)。因此這里我們采用單片機的定時器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。使用紅外遙控器可以對當(dāng)前的一些參數(shù)進行相關(guān)修改和查詢。當(dāng)遙控器按下“設(shè)置”鍵后，數(shù)碼管顯示“1”即此時進入?yún)?shù)設(shè)置模式。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。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現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收過程。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。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。在進行CRC碼計算時只用8位數(shù)據(jù)位，起始位及停止位，如有奇偶校驗位的話也包括奇偶校驗位，都不參與CRC碼計算。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校驗低字節(jié)0x91：CRC校驗高字節(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。圖39和圖310是AD7705進行解碼的時序圖。比如對液位零點的設(shè)置、線性度的設(shè)置、液位報警點的設(shè)置以及RS485總線地址的設(shè)置等等。得到老師的認(rèn)可后開始搜集資料，著手設(shè)計。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。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是無法存儲數(shù)據(jù)。在具體的設(shè)計中還是會出現(xiàn)這樣那樣的問題。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。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。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。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，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。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)。一旦進入串口中斷函數(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。編碼后面還要有編碼的反碼，用來檢驗編碼接收的正確性，防止誤操作，增強系統(tǒng)的可靠性。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。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)。為了避免因溢出而引起中斷，此時應(yīng)禁止T2中斷。這樣一來可以節(jié)省很多寶貴的CPU資源。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會更加深刻。下面介紹一下本設(shè)計的軟件設(shè)計思想。圖219 變壓電路為防止電網(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，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。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。原理圖聲光報警電路原理圖如圖218所示，見下頁。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。原理圖圖215 頻率輸出電路 總線通訊電路參數(shù)介紹本設(shè)計中總線通訊采用的是RS485通訊方式，設(shè)計到的器件有：光耦PC35PC4通訊芯片MAX3082。能夠進行有效地光電隔離。電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。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?！窆材Ｒ种票?0dB，●電源抑制比100dB。表23 AD7705引腳說明引腳編號引腳名稱功能1SCLK串行時鐘信號2MCLKIN為轉(zhuǎn)換器提供的主時鐘信號3MCLKOUT外接晶振引腳或為外部電路提供