【正文】 動化(SchneiderAutomation)部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS23RS42RS485和以太網(wǎng)設備。許多工業(yè)設備，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準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進行校驗，串行協(xié)議中除有奇偶校驗外，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗，因為TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠協(xié)議。另外，Modbus采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù)，在實際使用中如果某Slave站點斷開后（如故障或關機），Master端可以診斷出來，而當故障修復后，網(wǎng)絡又可自動接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。冗余循環(huán)碼（CRC）包含2個字節(jié)，即16位二進制。CRC碼由發(fā)送設備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設備再重新計算接收到信息的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。CRC碼的計算方法是，先預置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數(shù)據(jù)信息進行處理。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。在計算CRC碼時，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的結(jié)果向低位移一字節(jié)，用0填補最高位。再檢查最低位，如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預置數(shù)相異或，如果最低位為0，不進行異或運算。這個過程一直重復8次。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8次。當所有的數(shù)據(jù)信息處理完后，最后寄存器的內(nèi)容即為CRC碼值。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。本設計中液位傳感器作為從設備，上位機作為主設備。當上位機有數(shù)據(jù)請求時，發(fā)請求命令給液位傳感器，液位傳感器接收到命令后首先進行CRC校驗，校驗正確后，分離數(shù)據(jù)，確定傳感器地址，判斷上位機請求的從機地址，若相同發(fā)送所請求的數(shù)據(jù)，如果不同，將該數(shù)據(jù)拋掉等待下次數(shù)據(jù)接收。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。第一個是通信寄存器，它管理通道選擇，決定下一個操作是讀操作還是寫操作，以及下一次讀或?qū)懩囊粋€寄存器。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。上電或復位后，器件等待在通信寄存器上進行一次寫操作。這一寫到通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫€寄存器上發(fā)生。所以，寫任何其它寄存器首先要寫通信寄存器，然后才能寫選定的寄存器。所有的寄存器（包括通信寄存器本身和輸出數(shù)據(jù)寄存器）進行讀操作之前，必須先寫通信寄存器，然后才能讀選定的寄存器。此外，通信寄存器還控制等待模式和通道選擇，此外DRDY狀態(tài)也可以從通信寄存器上讀出。圖39和圖310是AD7705進行解碼的時序圖。圖39所示是從AD7705的輸出移位寄存器讀數(shù)據(jù)的時序圖，而圖310所示則是向輸入移位寄存器寫入數(shù)據(jù)的時序圖。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。必須注意確保在下一次輸出更新進行之前，讀操作已經(jīng)完成。圖39 AD7705讀出時序圖圖310 AD7705寫入時序圖本設計中使用AD7705作為液位傳感器的AD轉(zhuǎn)換器，由于AD7705芯片完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換耗時較長，若實時轉(zhuǎn)換就會使轉(zhuǎn)換過程占用大量的CPU時間，因此本設計中采用分時轉(zhuǎn)換方式，及采用計數(shù)的方式，當達到某一值的時候開始轉(zhuǎn)換一次。本設計中設置為當主函數(shù)程序執(zhí)行200次，啟動一次AD轉(zhuǎn)換。這樣同樣能夠達到設計要求，同時節(jié)省了大量的CPU時間。流程圖圖39 AD轉(zhuǎn)換流程圖 數(shù)據(jù)存取函數(shù)軟件介紹本設計中需要存儲一些設置的參數(shù)，在初次使用液位傳感器時就需要對內(nèi)部的參數(shù)進行設置。比如對液位零點的設置、線性度的設置、液位報警點的設置以及RS485總線地址的設置等等。I2C 總線協(xié)議定義如下：1 只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送2 在數(shù)據(jù)傳送過程中當時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)不允許有跳變時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。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。停止信號：時鐘線保持高電平期間數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為I2C 總線的停止信號。時序圖如下圖310所示。圖310 寫時序圖圖311 起始/停止時序圖數(shù)據(jù)存儲過程為：使用遙控器設置參數(shù)，將各參數(shù)放在不同的變量里面，當按下 “退出”按鍵時，將當前設置的參數(shù)通過I2C總線，傳遞到存儲器里，放在預先確定好的地址里面。當傳感器上電時，單片機首先給存儲器通訊獲取當前參數(shù)配置，然后調(diào)用該配置進行相應的數(shù)據(jù)處理。流程圖圖310 數(shù)據(jù)存取流程圖 第4章 調(diào)試過程設計初期跟指導老師交流了一下設計想法以及大致的設計思路，指導老師提出了一些要求，給了一些不錯的建議。得到老師的認可后開始搜集資料，著手設計。為了能夠更好的完成設計，查找了許多相關資料。在具體的設計中還是會出現(xiàn)這樣那樣的問題。遇到的第一個問題就是關于AD7705的外圍電路的設計問題，當時搞不清楚如何將輸入信號耦合到AD7705的輸入端，查找了一些資料仍舊不是很清楚，后來在指導老師的幫助下，解決了該問題。同時老師給了一個建議，要求在耦合端增加運算放大器，作為電壓跟隨器。因為運算放大器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，所以能夠很好的采樣信號的大小，基本不受負載的影響，能夠很好的提高采樣的準確度。之后采納了老師的意見更改了采樣電路，至此該問題解決。在軟甲調(diào)試階段，網(wǎng)存儲器里寫數(shù)據(jù)的時候無法寫入。程序已經(jīng)確認了好多遍，確定沒有問題，可就是無法寫入，參數(shù)無法保存。最后找到了知道老師，老師看了我的原理圖反問道，I2C總線的SLC和SDA管腳為什么沒有上拉？我疑惑的問為什么要上拉？老師講，這兩個引腳內(nèi)部是漏極開路狀態(tài)，不上拉就無法輸出高電平，當然就無法識別單片機發(fā)送過來的時序信號，無法正常相應單片機的請求。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是無法存儲數(shù)據(jù)。告別老師后，分別給AT24C08的SCL和SDA引腳加了上拉電阻，再次調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲成功!感謝萬能的老師（當時的心情）紅外接收程序調(diào)試時，遙控器對準紅外接收頭發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠正常接收，當多次發(fā)送后或稍有偏移接收器時，就無法響應遙控器所發(fā)出的命令。再次使遙控器對準接收器時頁無法正常響應。但重新上電或復位后就好了。最后經(jīng)老師檢查后發(fā)現(xiàn)是由于沒有正確的判斷起始碼，需要對接收數(shù)據(jù)進行限制一下當接收到起始碼，才允許處理后面的數(shù)據(jù)，否則接收到的數(shù)據(jù)是隨意的，一旦接收到錯誤的數(shù)據(jù)后，以后再次接收到的數(shù)據(jù)均為錯誤數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位更新。所以后面的字節(jié)全是錯誤的，接收到數(shù)據(jù)后單片機頁不會執(zhí)行。聽完老師的分析以后，回去更改了一下程序，增加了起始位判斷功能，結(jié)果一下就正常了，可隨意遙控。每次按都有相應。說明內(nèi)部程序運行正常，喜出望外！上述幾個問題是在整個設計過程中耗費時間最多的階段，也是自我提升對多的幾個階段，更是整個設計過程中印象最為深刻的階段。當然在設計過程還有一些小的問題，在個人查找相關資料過程中均一一解決。設計中出現(xiàn)上電后程序無法正常執(zhí)行，是因為復位電路參數(shù)計算錯誤，沒有達到復位的要求。數(shù)碼管無法正常顯示，是應為譯碼器的控制腳連接錯誤，AD無法正常轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，是因為AD轉(zhuǎn)換器漏焊接晶體振蕩器等等。參考文獻[1]. 劉坤等。51單片機C語言應用開發(fā)技術大全［M］。人民郵電出版社，2008[2]．胡大可。C51單片機C語言程序設計與開發(fā)［M］。北京航空航天大學出版社，2002:150153.[3]． 秦龍。C51單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例［M］。中國電力出版社，2005:167173.[4]．例說8051［M］。郵電出版社2005:1617.[5]．趙建領等。零基礎學單片機C語言程序設計［M］。機械工業(yè)出版社，2009致 謝 兩年多的本科學習即將結(jié)束，現(xiàn)在正是考察我們在這兩年多的學習中對所學知識的掌握和理解的時候了，首先感謝我的全體代課老師，是你們付出了艱辛的汗水，才使我能夠在知識的海洋里自由的游弋。個人的提高不忘諸位老師的付出！通過對電子電路的學習，我對電路有了更深刻的認識，特別是學習了單片機之后，使我瞬間對單片機產(chǎn)生了濃厚的興趣，因此才決定畢業(yè)設計圍繞單片機來寫。基于單片機的設計避免不了會涉及到電子電路方面的知識。通過查找資料，我對一些元器件有了新的認識，感覺自己之前對電子器件的認識是感性的、膚淺的、不全面的。通過實際的操作，我知道了驅(qū)動一個芯片并不是想象的那樣簡單，可能會遇到這樣那樣的問題。比如實際設計中遇到的I2C總線無法正常通訊，原因是該總線是漏極開路形式的，沒有上拉電阻就不會輸出高電平，也就無法與單片機進行正常通訊。還有紅外接收出現(xiàn)失靈的情況，是由于沒有判斷起始碼，導致數(shù)據(jù)出錯，從而無法正?？刂?，還有一些其他的小問題等等。在本次畢業(yè)設計中，我成功完成了畢業(yè)設計課題《一種工業(yè)用液位傳感器的設計》。從一開始的課題認知、資料的查找，材料的整理，在同學的幫助下，在老師的指導下，我認真學習、仔細分析，遇到問題及時商量查找資料，當查找資料后還有不明白的地方及時請教老師，咨詢同學。通過各種研究終于完成了該設計，在設計中，由于本人知識的局限性，設計選擇了一些相對膚淺的設計理論，設計略顯不足，還望老師能夠批評指證通過本次畢業(yè)設計的實際操作，我個人感覺所獲得的不是學到了某個元器件的使用方法或者是怎樣的編程思想，而是一種學習的方法和解決問題的方法。授人以魚不如授人以漁，深有體會。在這里還要特別的感謝一下我的指導老師，莊老師。是莊老師教會了我一種學習的方法，一種獨立解決問題的方法。以后的日子里，老師不可能常伴左右，有許多事情需要自己獨立去解決。莊老師的諄諄教誨我將銘記于心。我想這將是我今后走向研發(fā)之路的墊腳石，將是我人生中的一筆財富。最后還要感謝一下和我一起努力奮斗過的同學們，兩年多的時間里，我們相互幫助，共同進退。因為你們，我的學習和生活過得精彩而又充實！附錄A 設計原理圖附錄B 元器件清單序號代號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1B1蜂鳴器HYD30261DC 12V2C1電解電容22uF13C2,C4,C5,C6,C9,C12,C13,C14,C16,C17,C18,C20電容 uF124C3,電解電容 uF15C7,C8,C10,C11,滌綸電容30pF46C15電解電容17C19電解電容10uF18D1整流橋KBP30719D2電源模塊110D3電源模塊K7805111D4電源模塊78L06112D5,D8,D9發(fā)光二極管直徑3mm3紅色13D6數(shù)碼管1共陽14D7電源模塊B12051隔離15D10發(fā)光二極管直徑3mm1綠色16D11,D12二極管1N4007217D21,D22發(fā)光二極管直徑10mm2紅色18L1共模電感744222 WE102119Q1電壓基準120R1,R14,R29,R30,電阻10k421R2電阻0Ω122R3,R4,R5,R6電阻423R7~R13,R15~R28,R31~R34電阻1K2524R21,R35電阻10225S1單排插針126T1變壓器127U1單片機AT89S52128U2譯碼器74LS138129U3存儲器AT24C08130U4AD轉(zhuǎn)換器AD7705131U5RS485通訊芯片MAX3082132U6 ,U7高速光耦PC410233U8, U10光耦PC357234U9紅外接收器HS0038B135U11運算放大器LM358136V8三極管9013137VD1, VD2, VD3, VD4三極管9012438VD5, VD6, VD7, VD8浪涌瞬態(tài)抑制器SMBJ5CA439X1, X2, X3, X4, X5, X6接插件DT1032640Y1晶體振蕩器141