【正文】 量范圍 ≤5m，測量精度為 10%，假設(shè)測量范圍為 5m，在 10%精度的 要求下，其測量的有效值為 5*10%=。 11) 仿真器 。 2 硬件設(shè)計方案 主控模塊設(shè)計方案 單片機(jī)作為主控模塊，使得對單片機(jī)選型上有了較大的空間。在某些工業(yè)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的測量這一基本功能已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，往往需要對大批數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對其進(jìn)行后期處理分析， 實(shí)現(xiàn) 差錯控制、工藝改善、資源優(yōu)化等一 系列 工作。Liquid Level Measurement。 Realtime monitoring。為了獲得大批量的數(shù)據(jù)，得到可靠的分析資料，往往需要長期、多網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān) 控記錄 。 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 “ 百家爭鳴 ” 的局面。 12) 單片機(jī)匯編語言 支持 。因而 采用 2位 LED顯示器便能滿足設(shè)計要求。 NOR和 NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。 時間模塊 設(shè)計方案 通過單片機(jī)的定時器，可以設(shè)計時間功能，然而單片機(jī)自身的產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)大大占用了系統(tǒng)的資源，降低了工作效率，甚至影響了其他功能的實(shí)現(xiàn) ，因此在本設(shè)計方案中，采用了外部芯片提供時間信號，用以系統(tǒng)記 錄時間信息。 ? 簡單 3線接口 。一般把 8位以下的 A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器， 9~12 位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器， 13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。對 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。兩個芯片的管腳圖如 圖 4。 X1和 X2是振蕩源接口，外接。 /INTR 中斷請求信號輸出 ,低地平動作 。由于 MAX485為半雙工通信方式，不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過控制 RE和 DE引腳的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編 C語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標(biāo)文件和庫，創(chuàng)建 HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。傳送以字節(jié)為單位，發(fā)送命令與數(shù)據(jù)。 上位機(jī)軟件 設(shè)。 2) 通信 模塊的 控制 該模塊在控制上設(shè)計兩個函數(shù)，一個是發(fā)送函數(shù)，另一個是接收函數(shù)。 系統(tǒng)主要模塊流程圖 系統(tǒng)初始化 開始啟動 A / D 轉(zhuǎn)換讀取液位數(shù)據(jù)當(dāng)片液位 = 高警戒液位且電機(jī)已啟動關(guān)閉電機(jī)記錄數(shù)據(jù)當(dāng)片液位 ≤ 高警戒液位且電機(jī)關(guān)閉否是是啟動電機(jī)記錄數(shù)據(jù)返回否開始初始化檢測液位處理顯示處理檢測響應(yīng)通信請求開始判斷是否有通信請求通信響應(yīng)處理判斷請求信息響應(yīng)處理 1 響應(yīng)處理 n滿足條件 1 滿足條件 n??是返回否圖 16： 主程序流程圖 圖 17： 通信檢測流程圖 圖 19：液位檢測流程圖 19 該模塊 在 系統(tǒng)上電開機(jī)時 將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、標(biāo)志位、指針、地址等賦予有含義的值。定義RE和 DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為 E，接入單片機(jī) P1口，用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。 AGND,DGND 模擬信號以及數(shù)字信號的接地 。 RST輸入有兩種功能：首先 RST接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的 傳送手段。 12 74LS47上 BI/ROB,LI， RBI引腳為控制引腳，主要用于測試和脈沖控制，均為低電平有效，設(shè)計上不適用此項(xiàng)功能，因此均接高電平。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活。在訪問外部程 序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。 2 硬件電路設(shè)計 AT89S52硬件設(shè)計 AT89S52引腳定義及功能介紹如 圖 2。是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。接口信號電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL電平兼容，可方便與 TTL電路連接。 4) A/D轉(zhuǎn)換器量程 A/D轉(zhuǎn)換時需要的是雙極性的，有時是單極性的。因此，取 10位或 11位是合適的。 ? 可選工業(yè)級溫度范圍 40至 +85攝氏度。 DS1302是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實(shí)時時鐘 /日歷和 315 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。 NAND 閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的 I/O 端口只有 8個，比 NOR要少多了。靜態(tài)顯示法的優(yōu)點(diǎn)是顯示程序十分簡單，顯示亮度大，由于 CPU不必經(jīng)常掃描顯示器，所以節(jié)約了 CPU的工作時間。 14) 抗干擾性能好。大致總結(jié)出以下幾點(diǎn)： 1) 單片機(jī)的基本參數(shù) 。液位的變化分析，有助于人們進(jìn)一步對自然環(huán)境、天氣變化甚至是災(zāi)害預(yù)警提供可靠的支持。 1976 年單片機(jī)的推出為電子電路設(shè)計提供了新的思路，也促進(jìn)了模擬電路向數(shù)字電路發(fā)展的歷程。最后，本文 總結(jié)了設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法，簡要敘述了液位檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理方法，引出了 進(jìn)一步設(shè)計開發(fā)的 思路。重點(diǎn)討論基于單片機(jī)的液位測量監(jiān)控系統(tǒng)的硬件總體以及軟件實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計功能。 9) 價格 。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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 ROM通常指固化存儲器 (一次寫入，反復(fù)讀取 )，它的特點(diǎn)與 RAM 相反。因此選用 32K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，可以記錄大于 5000項(xiàng)記錄點(diǎn)數(shù)據(jù)，考慮到水塔上水與耗水的頻繁 程度 不高 ， 5000項(xiàng)數(shù)據(jù)已基本滿足后期數(shù)據(jù)處理的 需求。 ? 工作電流 ， 小于 300nA。 1) A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù) 6 A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定，應(yīng)該從 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動態(tài)平滑性這兩個方面進(jìn)行考慮。把轉(zhuǎn)換時間減小，信號頻率可提高。 不同設(shè)備間串口通信的過程中，需要采用相同的的接口標(biāo)準(zhǔn)才能通信。 電機(jī)控制模塊設(shè)計方案 由于設(shè)計中 沒有 規(guī)定水泵電機(jī)的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路上的設(shè)計差異較大，因此在此僅作理論演示 。這時的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。此外， 定時器 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。 根據(jù)電路設(shè)計規(guī)范和 AT89S52芯片手冊，設(shè)計 時鐘電路與復(fù)位電路如 圖 3： 11 圖 3 復(fù)位電路及時鐘電路 圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 RST連接單片機(jī) RST引腳，具有上電復(fù)位與手動復(fù)位的功能； XTAL1與 XTAL2連接單片機(jī) XTAL1和 XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個 30pF匹配電容使晶振起振。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連14 續(xù)運(yùn)行。 /RD為高電平時， DB0~DB7處于高阻抗： /RD為低電平時，數(shù)據(jù)才會輸出。為了簡化設(shè)計調(diào)試過程，使 用系統(tǒng)內(nèi)部 5V電壓作為模擬輸入， VIN()直接接地，通過接入 傳感器 分壓 將阻抗轉(zhuǎn)換為電壓信號，接入電位器可實(shí)現(xiàn)模擬輸入 。他兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。兩個階段中可加如適當(dāng)?shù)难舆t，以滿足 ADC0809 100ns的轉(zhuǎn)換時間。我們最終 處理的 對象是時間數(shù)據(jù)或狀態(tài)數(shù)據(jù)， 在獲取數(shù)據(jù)時 ,首先寫入地址，然后讀取數(shù)據(jù)；寫入數(shù)據(jù)時，先寫入地址，再輸出數(shù)據(jù)。 接收過程：清零 E，使系統(tǒng)處于接收狀態(tài)；等待，直到接收完畢，讀串行通信緩沖區(qū)SBUF；繼續(xù)保持接收狀態(tài)。對 8位 A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對滿偏電壓比率、相對電壓幅值的關(guān)系對應(yīng)如表 3： 20 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 滿刻度比率 相對電壓幅值 Vref= 高四位 低四位 高四位電壓 低四位電壓 F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 0 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0/16 0/256 表 3： A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表 綜上，電壓幅值與液位高度在數(shù)值上是相等的。 由于使用單片機(jī) I/O口的驅(qū)動電流較弱，不滿足繼電器吸合電流參數(shù)的要求，所以時需使用三極管驅(qū)動繼電器吸合。 VCC 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓 。上電運(yùn)行時，在 Vcc≥， RST必須保持低電平。 為了保護(hù) LED數(shù)碼管，在 74LS47與 LED之間添加限流電阻，以滿足數(shù)碼管的工作需要。 EA/VPP——外部訪問允許，欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。在 flash編程和校驗(yàn)時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P0端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 4) RS485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米，另外 RS232C接口在總線上只允許連接 1個收發(fā)器，即單站能力。在使用中，影響 A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置；雙基準(zhǔn)電壓；A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。也就是說，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著地擴(kuò)大測量誤差；另一方面必須根據(jù)目前測量裝置的精度水平，對 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)提出恰當(dāng)?shù)囊蟆? 雙電源管用于主電源和備份電 源供應(yīng) 。時鐘 /RAM的讀、寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá) 31個字節(jié)的字符組方式通信。 NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行 (XIP, eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在 flash閃存內(nèi)運(yùn)行 ,不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM中。為了解決靜態(tài)顯示占用I/O口資源的缺點(diǎn)， 在軟件上采用壓縮 BCD碼輸出顯示數(shù)據(jù)，硬件上使用一個 8位鎖存器74LS273與兩個 BCD數(shù) 碼顯示譯碼驅(qū)動芯片 74LS47連接，減少對系統(tǒng)資源的占用時間。使用 4路 8位 I/O接口即可滿足設(shè)計要求；系統(tǒng)中需要擴(kuò)展外部存儲器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲量為 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)控制中的對外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)采用 AC220V供電，且對功耗沒有具體要求， 使用 DC5V為芯片供電，便于系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計； 芯片支持 ISP可節(jié)省仿真器的投入。 例如看門狗 、 雙指針 、 雙串口 、 RTC（實(shí)時時 鐘 ） 、 EEPROM、擴(kuò)展 RAM、 CAN接口 、 I2C接口 、 SPI接口 、 USB接口。 目 錄 1 系統(tǒng)總體方案 ..................................................................................................................... 1 系統(tǒng)設(shè)計要求 ..................................................................................................................... 1 系統(tǒng)框圖 ............................................................................................................................. 1 硬件設(shè)計方案 ..................................................................................................................... 2 主控模塊設(shè)計方案 ........................................................................................................ 2 顯示模塊設(shè)計方案 ....................................................