【正文】 機(jī) ， 一 般 情 況 下 帶 有 RS232C 通 信 接 口 ， 鑒 于 RS485 接 口 的優(yōu) 點(diǎn) 與 系 統(tǒng) 實(shí) 際 工 作 環(huán) 境 的 需 要 ， 系 統(tǒng) 采 用 RS485 接 口 標(biāo) 準(zhǔn) ， 使 用 RS232/RS485 轉(zhuǎn) 換 器 與 PC 機(jī) 連 接 進(jìn) 行 通 信 。區(qū) 別 于 RS232， RS485 的 特 性 包 括 ：1) RS485 的 電 氣 特 性 ： 邏 輯 “1”以 兩 線 間 的 電 壓 差 為 ＋ （ 2~6） V 表 示 ； 邏輯 “0”以 兩 線 間 的 電 壓 差 為 － （ 2~6） V 表 示 。s?10量 化 間 隔 ： （21）??絕 對(duì) 量 化 誤 差 ： （22）?相 對(duì) 量 化 誤 差 ： （ 23）%???在 液 位 傳 感 器 誤 差 與 參 考 電 壓 誤 差 不 大 的 情 況 下 ， ADC0804 是 完 全 滿 足 設(shè) 計(jì) 誤差 要 求 的 。 如 果 信 號(hào) 頻 率 不 高 ， A/D 轉(zhuǎn) 換 器 的 轉(zhuǎn) 換 時(shí) 間 短 ， 即 采 樣 高速 A/D 時(shí) ， 也 可 不 用 采 樣 /保 持 器 。轉(zhuǎn) 換 時(shí) 間 的 倒 數(shù) 就 是 每 秒 鐘 能 完 成 的 轉(zhuǎn) 換 次 數(shù) ， 稱 為 轉(zhuǎn) 換 速 率 。 10 位 以 下 的 A/D 芯 片 誤 差較 大 ， 11 位 以 上 對(duì) 減 小 誤 差 并 無(wú) 太 大 貢 獻(xiàn) ， 但 對(duì) A/D 轉(zhuǎn) 換 器 的 要 求 卻 提 得 過 高 。 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案A/D 器 件 和 芯 片 是 實(shí) 現(xiàn) 單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 采 集 的 常 用 外 圍 器 件 。讀 /寫 時(shí) 鐘 或 RAM 數(shù) 據(jù) 時(shí) 有 兩 種 傳 送 方 式 單 字 節(jié) 傳 送 和 多 字 節(jié) 傳 送 字 符 組 方 式 。 DS1302 工 作 時(shí) 功 耗 很 低 ， 保 持 數(shù) 據(jù) 和 時(shí) 鐘 信息 時(shí) 功 率 小 于 1mW。 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 在 不 掉 電 的 工 作 環(huán) 境 下 ； 軟 件 上 ， 上 位 機(jī) 軟 件對(duì) 數(shù) 據(jù) 提 取 后 即 可 保 存 在 PC 機(jī) 中 ， 5000 項(xiàng) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 時(shí) 間 上 的 緩 沖 是 充 足 的 。 NOR 的 傳 輸 效 率 很 高 ， 在1～ 4MB 的 小 容 量 時(shí) 具 有 很 高 的 成 本 效 益 ， 但 是 很 低 的 寫 入 和 擦 除 速 度 大 大 影 響 了它 的 性 能 。 ROM又 分 一 次 性 固 化 、 光 擦 除 和 電 擦 除 重 寫 兩 種 類 型 。 由 于 74LS47 譯 碼 為 共 陽(yáng) 極 數(shù) 碼 管的 碼 表 ， 因 而 選 用 8 段 （ 帶 小 數(shù) 點(diǎn) ） 共 陽(yáng) 極 LED 用 于 數(shù) 據(jù) 顯 示 。 顯示模塊設(shè)計(jì)方案顯 示 器 是 計(jì) 算 機(jī) 的 主 要 輸 出 設(shè) 備 ， 在 簡(jiǎn) 單 的 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 常 用 的 顯 示 器 有數(shù) 碼 管 顯 示 器 （ LED） ， 液 晶 顯 示 器 （ LCD） 等 ， 該 系 統(tǒng) 僅 需 顯 示 液 位 高 度 ， 即 數(shù)字 量 ， 采 用 LED 顯 示 器 已 能 滿 足 系 統(tǒng) 要 求 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè)80C51 產(chǎn) 品 指 令 和 引 腳 完 全 兼 容 。12) 單片機(jī)匯編語(yǔ)言支持。5) 工作溫度范圍，工業(yè)級(jí)還是商業(yè)機(jī)。 單 片 機(jī) 在 30多 年 的 發(fā) 展 歷 程 中 ， 形 成 了 多 公 司 、 多 系 列 、 多 型 號(hào) “百 家 爭(zhēng) 鳴 ”的 局 面 。 在 啟 動(dòng) 電 機(jī) 與 停 止 水 泵 時(shí) ， 實(shí) 時(shí) 記 錄 時(shí)間 點(diǎn) 與 電 機(jī) 狀 態(tài) 。 為 了 獲 得 大 批 量 的 數(shù)據(jù) ， 得 到 可 靠 的 分 析 資 料 ， 往 往 需 要 長(zhǎng) 期 、 多 網(wǎng) 點(diǎn) 的 監(jiān) 控 記 錄 。微 波 速 度 受 傳 播 介 質(zhì) 、 溫 度 、 壓 力 、 液 體 介 電 常 數(shù) 的 影 響 很 小 ， 但 液 體 界 面 的波 動(dòng) 、 液 體 表 面 的 泡 沫 、 液 體 介 質(zhì) 的 介 電 常 數(shù) 對(duì) 微 波 反 射 信 號(hào) 強(qiáng) 弱 有 很 大 影 響 。● 非 接 觸 式 測(cè) 量 法非 接 觸 式 測(cè) 量 法 包 括 超 聲 波 法 、 調(diào) 制 型 光 學(xué) 法 、 微 波 法 等 。 它 利 用 浸 入 式 刻 度 鋼 皮 尺測(cè) 量 液 位 ， 這 種 方 法 具 有 測(cè) 量 簡(jiǎn) 單 、 可 靠 性 高 、 直 觀 、 成 本 低 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 人 為 讀 數(shù)誤 差 大 、 無(wú) 法 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 檢 測(cè) 和 操 作 。 本 設(shè) 計(jì) 思 想 是用 單 片 機(jī) 做 下 位 機(jī) ， PC 機(jī) 做 上 位 機(jī) ， 單 片 機(jī) 和 PC 機(jī) 相 結(jié) 合 對(duì) 水 箱 液 位 進(jìn) 行 測(cè) 量和 監(jiān) 控 。單 片 機(jī) 應(yīng) 用 發(fā) 展 迅 速 而 廣 泛 。本文從系統(tǒng)方案選擇與論證，硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面介紹了基于單片機(jī)的液位測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，最終實(shí)現(xiàn)了液位的實(shí)時(shí)測(cè)量與監(jiān)控?；趩纹瑱C(jī)的液位測(cè)量裝置具有測(cè)量準(zhǔn)確、重復(fù)性好、功耗低、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，是廣泛采用的技術(shù)。 從 它 的 發(fā) 展 來(lái) 看 ，低 功 耗 CMOS 化 、 微 型 單 片 化 、 主 流 與 多 品 種 共 存 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) 更 進(jìn) 一 步 促 使 了 單 片機(jī) 在 各 個(gè) 行 業(yè) 的 應(yīng) 用 。 這 些 測(cè) 量 方 式 對(duì) 一 般 液 位 的 測(cè) 量 來(lái) 說 各 有 各 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 可 根 據(jù)不 同 的 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 和 要 求 進(jìn) 行 選 擇 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展液 位 測(cè) 量 的 方 法 比 較 多 ， 依 據(jù) 測(cè) 量 方 式 的 不 同 可 分 為 接 觸 式 與 非 接 觸 式 兩 種 類型 。 當(dāng) 液 位 不同 時(shí) ， 電 容 器 的 介 電 常 數(shù) 就 不 同 ， 故 電 容 量 也 不 同 。超 聲 波 法 ： 換 能 裝 置 將 電 功 率 脈 沖 轉(zhuǎn) 換 為 超 聲 波 ， 射 向 液 面 ， 經(jīng) 液 面 反 射 后 再由 換 能 器 將 該 超 聲 波 轉(zhuǎn) 換 為 電 信 號(hào) ， 超 聲 波 法 可 用 于 多 液 面 的 測(cè) 量 。光 纖 液 位 測(cè) 量 有 以 下 優(yōu) 點(diǎn) ： 精 度 高 、 靈 敏 度 好 、 抗 電 磁 干 擾 、 耐 腐 蝕 、 電 絕 緣性 好 、 檢 測(cè) 現(xiàn) 場(chǎng) 無(wú) 電 、 光 路 有 抗 擾 性 以 及 便 于 與 計(jì) 算 機(jī) 連 接 ， 便 于 與 光 纖 傳 輸 系 統(tǒng)組 成 網(wǎng) 絡(luò) 等 。設(shè) 計(jì) 具 體 內(nèi) 容 分 為 以 下 幾 個(gè) 方 面 ：系 統(tǒng) 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì) 以 及 單 片 機(jī) 選 型 ；系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì) ；上 位 機(jī) 軟 件 設(shè) 計(jì) 以 及 上 位 機(jī) 與 下 位 機(jī) 通 信 設(shè) 計(jì) 。 系統(tǒng)框圖根 據(jù) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 采 用 單 片 機(jī) 為 主 控 芯 片 ， 通 過 單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 地 址 總 線 及I/O 端 口 ， 擴(kuò) 展 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 模 塊 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 、 顯 示 模 塊 、 時(shí) 間 模 塊 、 串 口 通 信 模塊 以 及 A/D 轉(zhuǎn) 換 、 電 機(jī) 控 制 等 外 圍 電 路 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 系 統(tǒng) 所 需 的 設(shè) 計(jì) 功 能 。例如看門狗、雙指針、雙串口、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）、EEPROM、擴(kuò)展RAM、CAN接口、I2C接口、SPI接口、USB接口。河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 9) 價(jià)格。 使用 4 路 8 位 I/O 接 口 即 可 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 ； 系 統(tǒng) 中 需 要 擴(kuò) 展 外 部 存 儲(chǔ) 器 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 存儲(chǔ) ， 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 量 為 32KB 已 滿 足 要 求 ， 因 此 采 用 16 位 或 準(zhǔn) 16 位 地 址 總 線 的 單 片 機(jī)即 可 滿 足 設(shè) 計(jì) 需 要 ； 由 于 是 實(shí) 驗(yàn) 階 段 ， 采 用 DIP（ 雙 列 直 插 ） 封 裝 的 芯 片 便 于 實(shí)驗(yàn) ， 暫 不 考 慮 實(shí) 際 工 業(yè) 控 制 中 的 對(duì) 外 界 環(huán) 境 的 具 體 要 求 ； 系 統(tǒng) 采 用 AC220V 供 電 ，且 對(duì) 功 耗 沒 有 具 體 要 求 ， 使 用 DC5V 為 芯 片 供 電 ， 便 于 系 統(tǒng) 外 圍 電 路 的 設(shè) 計(jì) ； 芯 片支 持 ISP 可 節(jié) 省 仿 真 器 的 投 入 。 掉 電 保 護(hù) 方 式 下 ， RAM 內(nèi) 容 被 保 存 ，振 蕩 器 被 凍 結(jié) ， 單 片 機(jī) 一 切 工 作 停 止 ， 直 到 下 一 個(gè) 中 斷 或 硬 件 復(fù) 位 為 止 。 但 靜 態(tài) 顯 示 也 有 其 缺 點(diǎn) ， 主 要 是 占 用I/O 口 資 源 較 多 ， 硬 件 成 本 較 高 。RAM 是 存 儲(chǔ) 單 元 的 內(nèi) 容 可 按 需 隨 意 取 出 或 存 入 ， 且 存 取 的 速 度 與 存 儲(chǔ) 單 元 的 位置 無(wú) 關(guān) 的 存 儲(chǔ) 器 。這 區(qū) 區(qū) 8 個(gè) I/O 端 口 只 能 以 信 號(hào) 輪 流 傳 送 的 方 式 完 成 數(shù) 據(jù) 的 傳 送 ， 速 度 要 比 NOR閃 存 的 并 行 傳 輸 模 式 慢 得 多 。 鑒 于 系 統(tǒng) 的 復(fù) 雜 程 度 ， 暫 時(shí) 不 考 慮 使 用 FLASH作 為 存 儲(chǔ) 單 元 。 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 /日 歷 電路 提 供 秒 、 分 、 時(shí) 、 日 期 、 日 、 月 、 年 的 信 息 ， 每 月 的 天 數(shù) 和 閏 年 的 天 數(shù) 可 自 動(dòng) 調(diào)整 ， 時(shí) 鐘 操 作 可 通 過 AM/PM 指 示 決 定 采 用 24 或 12 小 時(shí) 格 式 。串 行 I/O 口 方 式 使 得 管 腳 數(shù) 量 最 少 。與 DS1202 兼 容 。 從 靜 態(tài) 精 度 方 面 來(lái) 說 ， 要 考 慮 輸 入 信 號(hào) 的 原 始 誤 差 傳 遞 到 輸 出 所 產(chǎn)生 的 誤 差 ， 它 是 模 擬 信 號(hào) 數(shù) 字 化 時(shí) 產(chǎn) 生 誤 差 的 主 要 部 分 。目 前 ， 大 多 數(shù) 測(cè) 量 裝 置 的 精 度 值 不 小 于 %~%， 故 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 的 精 度 取% ~ %即 可 ， 相 應(yīng) 的 二 進(jìn) 制 碼 為 10~11 位 ， 加 上 符 號(hào) 位 ， 即 為 11~12 位 。 對(duì) 一 般 的 單 片 機(jī) 而 言 ， 要 在采 樣 時(shí) 間 內(nèi) 完 成 A/D 轉(zhuǎn) 換 以 外 的 工 作 ， 如 讀 數(shù) 據(jù) 、 再 啟 動(dòng) 、 存 數(shù) 據(jù) 、 循 環(huán) 計(jì) 數(shù) 等 已經(jīng) 比 較 困 難 了 。5) 滿 刻 度 誤 差滿 度 輸 出 時(shí) 對(duì) 應(yīng) 的 輸 入 信 號(hào) 與 理 想 輸 入 信 號(hào) 值 之 差 。RS232C 標(biāo) 準(zhǔn) （ 協(xié) 議 ） 的 全 稱 是 EIARS232C 標(biāo) 準(zhǔn) ， 其 中 EIA（ Electronic Industry Association） 代 表 美 國(guó) 電 子 工 業(yè) 協(xié) 會(huì) ， RS（ Emeded Standard） 代表 推 薦 標(biāo) 準(zhǔn) ， 232 是 標(biāo) 識(shí) 號(hào) ， C 代 表 RS232 的 最 新 一 次 修 改 （ 1969） ， 在 這 之 前 ，有 RS232B、 RS232A。 而 RS485 接口 在 總 線 上 是 允 許 連 接 多 達(dá) 128 個(gè) 收 發(fā) 器 。選 用 繼 電 器 作 為 電 機(jī) 控 制 的 元 件 。3) 吸 合 電 流 。5) 觸 點(diǎn) 切 換 電 壓 和 電 流 。 當(dāng) 訪 問 外 部 程 序 和數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， P0 口 也 被 作 為 低 8 位 地 址 /數(shù) 據(jù) 復(fù) 用 。引 腳 號(hào) 第 二 功 能 ：（ 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 T2 的 外 部 計(jì) 數(shù) 輸 入 ） ， 時(shí) 鐘 輸 出（ 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 T2 的 捕 捉 /重 載 觸 發(fā) 信 號(hào) 和 方 向 控 制 ） MOSI （ 在 系 統(tǒng) 編 程 用 ） MISO （ 在 系 統(tǒng) 編 程 用 ） SCK （ 在 系 統(tǒng) 編 程 用 ）P2 口 ： P2 口 是 一 個(gè) 具 有 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I/O 口 ， P2 輸 出 緩 沖 器 能 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏 輯 電 平 。 對(duì) P3 端 口 寫 “1”時(shí) ， 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 時(shí) 可 以作 為 輸 入 口 使 用 。 要 注 意 的 是 ：每 當(dāng) 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) 將 跳 過 一 個(gè) ALE 脈 沖 。 如 EA 端 為 高 電 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 則 執(zhí) 行內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 的 指 令 。由 于 單 片 機(jī) P0 口 作 普 通 I/O 口 時(shí) 不 能 輸 出 高 電 平 ， 因 此 需 接 上 拉 電 阻 ， 實(shí) 際電 路 中 ， 使 用 8*10KΩ 電 阻 作 為 上 拉 電 阻 。XTAL1： 振 蕩 器 反 相 放 大 器 和 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 發(fā) 生 電 路 的 輸 入 端 。 如 有 必 要 ， 可 通 過 對(duì) 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR）區(qū) 中 的 8EH 單 元 的 D0 位 置 位 ， 可 禁 止