【正文】 技術(shù)，難與國(guó)外企業(yè)抗衡。 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。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?？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 。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。 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。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。 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 。π 20mV～177。 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。 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)。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。 V8R51R52C19AL0A LIGHTSPRK12X412X5D10D1112_OUT12_OUT聲報(bào)警光報(bào)警 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。 因?yàn)椋汗╇婋妷簽?12V，已知 二極管導(dǎo)通壓降為 ，發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降為 ，三極管飽和壓降為 ； 所以：由公式 U=IR； 知： R=U/I； 所以： R=()/=1030Ω； 由于：工作電流 I≤ 10mA； 所以： R＞ 1030Ω； 因此：這里選限流電阻的阻值為 。電路如圖 215 所示。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。 本設(shè)計(jì)中使用的運(yùn)算放大器型號(hào)為 LM358， 該運(yùn)放內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源 電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于SCLK1MCLK IN2MCLK OUT3CS4RESET5AIN2(+)6AIN1(+)7AIN1()8REF IN(+)9REF IN()10AIN2()11DRDY12DOUT13DIN14VDD15GND16U4AD770530pFC1030pFC1112Y2GNDGNDVCC_5GNDVCC_5GNDGNDGNDREFSCLKDINDOUTDRDYSS+ 21 雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。 AD7705 只需 ～ 或 ～ 單電源。H； V=π 由于時(shí)鐘信號(hào)線（ SCL）和數(shù)據(jù)信號(hào)線（ SDA）是漏極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)該兩個(gè)信號(hào)做上拉處理 ，這里選擇上拉電阻值為 10kΩ。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)， 74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。是一款性價(jià)比相當(dāng)高的入門(mén)級(jí)單片機(jī)。該芯片同時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好地濾除干擾信號(hào)。這里就需要用到 A/D轉(zhuǎn)換器， 本設(shè)計(jì)中采用 AD7705 芯片來(lái)完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能， AD7705 是 AD 公司新推出的 16 位轉(zhuǎn)換器。為降低整機(jī)工作的功耗，在報(bào)警狀態(tài)下采用聲光交替形式，即蜂鳴器工作時(shí)發(fā)光二極管不工作，蜂鳴器不工作時(shí)發(fā)光二極管工作，有效的降低了整機(jī)功耗。 3 V 電壓時(shí) , 最大功耗為 1 mW , 等待模式下電源電流僅為 8uA。 通過(guò)上述要求分析可得如下圖 11 所示的系統(tǒng)框圖。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(jià)格比高、使用方便等特點(diǎn)。 參考文獻(xiàn) ....................................................... 45 致 謝 ......................................................... 48 附錄 A ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本液位傳感器 為 主要應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合 的智能儀表 ，比如： 在石油化工、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 。 LED大屏幕顯示系統(tǒng)的分類 ................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 按液位傳感器輸出量的形式分類，可分為模擬式和數(shù)字式傳感器。 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用需求分析，本液位傳感器具有就地顯示功能、參數(shù)設(shè)置功能、聲光報(bào)警功能、 頻率輸出功能、 RS485 總線通訊功能。這種器件還具有高分辨率、寬動(dòng)態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn) , 非常適合儀表測(cè)量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。該芯片同時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好地濾除干擾信號(hào)。 本設(shè)計(jì)中采用 4位數(shù)碼管顯示，第一位數(shù)碼管在參數(shù)調(diào)節(jié)狀態(tài)下作為功能項(xiàng)顯示用，其余三個(gè)數(shù)碼管作為參數(shù)值顯示用。在頻率輸出的信號(hào)端增加瞬態(tài)電壓抑制器加以對(duì)浪涌電壓進(jìn)行抑制保護(hù)光耦免受傷害。 單元電路介紹 CPU 參數(shù)介紹 本 設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)為 ATMEL公司的 AT89S52 單片機(jī)， 經(jīng)綜合考慮分析設(shè)計(jì)需求及性價(jià)比，該單片機(jī)資源及運(yùn)行速度均符合設(shè)計(jì)要求，具體參數(shù)如下： ● 兼容 MCS51系列產(chǎn)品； ● 8k字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器支持在系統(tǒng)編程，可承受 1000次擦寫(xiě)周期； ● 256字節(jié)片內(nèi) RAM。 工作原理： 當(dāng)一個(gè)選通端 S1為高電平，另兩個(gè)選通端 /S2和 /S3均 為低電平時(shí)，可將地址端（ A0、 AA2）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 該芯片是一款 IIC 接口的 EEPROM， 是低工作電壓的 8K 位串行電可擦除只讀存儲(chǔ)器，內(nèi)部組織為 1024 個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié) 8 位，該芯片被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。 儀 表 頭液 位 管被測(cè)容器稱 重 傳 感 器 圖 29 安裝示意圖 本設(shè)計(jì)液位管的內(nèi)徑為 6cm，高度為 1m， 以液體是水為例，密度為： *103kg/m3, 根據(jù)體積公式可以計(jì)算出液體的體積： 由： V=S其中串行接口包括寄存器組，它由通訊寄存器、設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、零點(diǎn)校正寄存器 和滿程校正寄存器等組成。 主要參數(shù)介紹如下： ● AD7705： 2 個(gè)全差分輸入通道的 ADC； ● AD7706： 3 個(gè)偽差分輸入通道的 ADC16 位無(wú)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(duì)模擬輸入緩沖的能力 ； ● ～ 或 ～ 工作電壓 ； ● 3V電壓時(shí)，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(jì)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(dá)到最大電壓的時(shí)候?yàn)?*8=，即輸出的最大電壓小于 ，適合硬件設(shè)計(jì)要求。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。 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。 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(bào)警電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計(jì)中所示用的光報(bào)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(shí)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。 電源模塊 B1212S2W 為防止電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，所以整流橋輸出電壓經(jīng)過(guò) 12V轉(zhuǎn) 12V 的隔離電源模塊進(jìn)行隔離，使用的隔離電源模塊型號(hào)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 RS485發(fā)送信號(hào)經(jīng)單片機(jī) TX口發(fā)出，經(jīng)光耦隔離后進(jìn)入 MAX3082的信號(hào)接收端（ RX），經(jīng) MAX3082 后由 TTL 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS485 的差分信號(hào)，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(guò)總線發(fā)送給液位傳感器時(shí)，信號(hào)首先經(jīng)總線經(jīng)過(guò) MAX3082 芯片，這是總線上傳遞的是 RS485 的差分信號(hào)，經(jīng)過(guò) MAX3082 芯片后 RS485 的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的 TTL 信號(hào)，由 MAX3082 的 TX 端經(jīng)過(guò)光耦隔離后將信號(hào)傳遞到單片機(jī)的RX 端，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。 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(jì)中為防止外部信號(hào)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，所以頻率輸出采用光電隔離方式。 LM358 連接電路如下圖212 所示。 。 ○ 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(cè)頭上時(shí)，傳感器內(nèi)部會(huì)有一定微弱的電壓變化，通過(guò)采樣該電壓信號(hào)的變化檢測(cè)重物的重量變化，從而計(jì)算出液 18 位的高度。 S； ● 零點(diǎn)溫飄：小于 %F由于本設(shè)計(jì)中共 4位數(shù)碼管，所以這里輸出信號(hào)只需要 取 Y0～ Y3 四個(gè)即可。 圖 21 復(fù)位電路 + 5 VR STAT 89 S 52CRGND 11 AT89S52 芯片內(nèi)部有一個(gè)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(gè)電容連接起來(lái)可構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器，兩個(gè)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。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。 聲光報(bào)警電路 采有兩個(gè)三極管、兩個(gè) 10mm 發(fā)光二極管、一個(gè) 12V 蜂鳴器組成。 當(dāng)液位傳感器安裝完成后，通過(guò)紅外遙控器對(duì)傳感器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可設(shè)置的參數(shù)有：零點(diǎn)值、線