【正文】 銳角會(huì)造成波峰焊困難，而且有橋接的危險(xiǎn)，大面積銅箔 因散熱過快會(huì)導(dǎo)致不易焊接。大面積敷銅：印制線路板上的大面積敷銅常用于兩種作用，一種是散熱，一種用于屏蔽來 減小干擾，初學(xué)者設(shè)計(jì)印制線路板時(shí)常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是大面積敷銅上沒有開窗 口，而由于印制線路板板材的基板與銅箔間的粘合劑在浸焊或長時(shí)間受熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體無法排除，熱量不易散發(fā)，以致產(chǎn)生銅箔膨脹，脫落現(xiàn)象。因此 在使用大面積敷銅時(shí)，應(yīng)將其開窗口設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。 板材與板厚：印制線路板一般用覆箔層壓板制成，常用的是覆銅箔層壓板。板材選用時(shí)要 從電氣性能、可靠性、加工工藝要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方方面考慮。印制線路板的厚 度應(yīng)根據(jù)印制板的功能及所裝元件的重量、印制板插座規(guī)格、印制板的外形尺寸和所承受的機(jī)械負(fù)荷來決定。多層印制板總厚度及各層間厚度的分配應(yīng)根據(jù)電氣和結(jié)構(gòu)性能的需要以及覆箔板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格來選取[6]。第三章 智能水表的硬件設(shè)計(jì)圖31系統(tǒng)硬件組主框圖 AT89C51單片機(jī)的特性與MCS51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51單片機(jī)的引腳說明圖32AT89C51單片機(jī)的引腳VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) /INT0(外部中斷0) /INT1(外部中斷1) T0(記時(shí)器0外部輸入) T1(記時(shí)器1外部輸入) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出[7]。 AT89C51單片機(jī)的振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 ：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 A/D轉(zhuǎn)換電路圖33 A/D轉(zhuǎn)換電路include sbit ST = P3_0。sbit OE = P3_1。sbit EOC = P3_2。sbit CLk = P3_3。unsigned char getdata, temp。void clk() interrupt 1 using 0{ // 軟件延時(shí)產(chǎn)生ADC0809的時(shí)鐘CLK = ~ CLK。}void main(){ST = 0。OE = 0。TMOD = 0x12。 // 定時(shí)器0工作方式2，定時(shí)器1工作方式1TH0 = 216。 // 定時(shí)器0賦初值TL0 = 216。TH1 = (655364000)/256。 //定時(shí)器1賦初值TL0 = (655364000)%256。TR0 = 1。TR1 = 1。ET0 = 1。ET1 =1。EA = 1。ST = 1。 // ST端產(chǎn)生正脈沖ST = 0。while(1){if(EOC == 1) // 轉(zhuǎn)換結(jié)束{OE = 1。 // 輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)getdata = P0。 // 記下得到的數(shù)據(jù)OE = 0。temp = }}} [8] D/A轉(zhuǎn)換電路圖34D/A轉(zhuǎn)換電路圖DAC0809引腳說明DI0—DI7：8位數(shù)據(jù)輸入端ILE： 輸入數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)，高電平有效CS： 片選端，低電平有效WR1： 輸入寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效 WR2： DAC寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效XFER： 數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效IACTI：電流輸出斷，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為全0時(shí)IOUT1=0當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為1時(shí)IAUT1+IOUT2=常數(shù)RFB： 反饋電流輸入端 AGND：模擬地VCC： 基準(zhǔn)電壓輸入端 DGND：數(shù)字地 　　　智能網(wǎng)絡(luò)水表的脈沖采集裝置對(duì)于儀表本身的測(cè)量精度非常重要，是智能網(wǎng)絡(luò)水 表設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前在智能化水表中使用的傳感器主要有光電傳感器、霍爾傳感器、干簧管傳感器等。(1)光電傳感器：光電傳感器屬于非接觸傳感器，可以進(jìn)行隔離和密封，光電 傳感器的基本原理是：在電表的轉(zhuǎn)盤處裝一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)盤上有一條槽，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一圈時(shí)，溝槽經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器，完成一次光電轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)脈沖。但是光電器件的電流消耗大，不適合以電池為動(dòng)力的智能水表。 　　　　　　(2)霍爾傳感器：霍爾傳感器屬于磁性傳感器，霍爾元件型基本原理是在普通 轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)的水表中加裝霍爾元件和磁鐵，即可構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器。霍爾元件固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵 經(jīng)過霍爾元件一次即在信號(hào)端產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖。為抵抗干擾，半導(dǎo)體輸出端增加比較器，因此消耗電流較大，一般不宜作為智能水表計(jì)量的數(shù)據(jù)采集器。(3)干簧管傳感器：在普通轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)的水表中加裝干簧管和磁鐵，干簧管固定 安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過干簧管一次即在信號(hào)端產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖。干簧管傳感器的轉(zhuǎn)換使用方便、成本低、體積小、重量輕。本系統(tǒng)的智能水表中加裝了千簧管和磁鐵，千簧管固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤上，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過干簧管附近一次，即產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖。 根據(jù)這一原理，我們可確定流量的計(jì)算公式為： Q＝K*N，式中，Q為流量，單位平方米；K為基表系數(shù)，；N為轉(zhuǎn)數(shù)?！　　　? 干簧管在一個(gè)通電線圈或永久磁鐵的磁場(chǎng)作用下，兩個(gè)簧片受感應(yīng)，生成一個(gè)北極N 和一個(gè)南極S?；善艽艌?chǎng)吸力產(chǎn)生彎曲直至吸合，當(dāng)磁場(chǎng)消失后，依靠簧片本身的彈力而斷開。 　　　　數(shù)據(jù)處理部分 　　　　將采樣得到的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)累加，將累加值乘以基表系數(shù)即得到累計(jì)流量值，再將累計(jì)流量值從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，然后進(jìn)行從高到低的逐位拆分并轉(zhuǎn)換成 ASCII碼依次存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。干簧管工作原理如圖35所示，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，磁力大到能克服簧片的彈力時(shí)，簧片A和B吸合短接；當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，吸引力小于彈力時(shí)彈片就分開，即發(fā)出一個(gè)脈沖。圖35干簧管工作原理圖　 最初使用的單干簧管傳感器會(huì)影響水表用水量的計(jì)量精度，這是因?yàn)樗硎歉鶕?jù)基表的轉(zhuǎn)芯與干簧管的吸合次數(shù)來計(jì)量脈沖的，以下三種情況影響單干簧管傳感器數(shù)據(jù)的采集精度： 　　　　　　(1)是由于水管發(fā)生水錘現(xiàn)象等因素造成的。在供水管道系統(tǒng)中，如果發(fā)生液流瞬交流動(dòng)，管流的流速、壓力等參數(shù)均隨時(shí)間變化，其變化幅度取決于管流初始流態(tài)、管系特征、瞬變形成條件等，因流速突然變化而引起的一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊，管道將發(fā)生劇烈振動(dòng)和較大的聲響，這種現(xiàn)象稱為水錘現(xiàn)象。正是這種劇烈的抖動(dòng)造成了千簧管簧片在很短時(shí)間里，頻繁地吸合，發(fā)出大量的脈沖，造成了測(cè)量精度的不準(zhǔn)確。 　　　　(2)當(dāng)基表的轉(zhuǎn)芯停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并且停在干簧管吸合的臨近點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成千黃管的顫動(dòng)，從而增加了用水量的計(jì)量。 　　　　(3)單千簧管易受外接強(qiáng)磁的千擾，主要是人為的對(duì)水表進(jìn)行強(qiáng)磁干擾，也造成了采集精度的誤差[9]。 　　　　針對(duì)以上出現(xiàn)的現(xiàn)象，本次設(shè)計(jì)使用了雙干簧管傳感器，即當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)干簧管 吸合時(shí)，先記錄下來，再檢測(cè)另一個(gè)干簧管，只有檢測(cè)到另一個(gè)干簧管吸合后才認(rèn)為 信號(hào)有效，也就是說單一的一個(gè)干簧管即使多次閉合也無效，從而有效地解決了臨界 點(diǎn)顫動(dòng)而誤發(fā)信號(hào)的問題。同時(shí)還可以有效防止人為附加磁鐵而造成的計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，因?yàn)楫?dāng)微機(jī)檢測(cè)到兩管同時(shí)閉合時(shí)，便認(rèn)為有外磁干擾，停止計(jì)數(shù)，同時(shí)報(bào)警。 在本次設(shè)計(jì)中，雙干簧管傳感器雙計(jì)數(shù)脈沖輸入，水表本身有四根線從水表引出 其中兩根數(shù)據(jù)線，兩根地線，通過數(shù)據(jù)采集接插件和AT89C51主控芯片的管腳相連，具體連線如圖36所示。兩個(gè)容量為104的電容用來消除雙干簧管閉合時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)。圖36干簧管和AT89C51的管腳連接圖 LCD顯示 　　　　在本次設(shè)計(jì)中，智能網(wǎng)絡(luò)水表信息顯示模塊采用液晶顯示 (LCD)，目前市場(chǎng)上 用于智能儀表的顯示有LCD和LED兩種，因?yàn)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)水表采用低功耗設(shè)計(jì)，：扭曲向列型、超扭曲向列型和彩色薄膜型三類。扭曲向列型又分為段式、字符點(diǎn)陣式和圖形全點(diǎn)陣式，本次設(shè)計(jì)中的智能網(wǎng)絡(luò)水表需要顯示的內(nèi)容主要有：已用累積水量、現(xiàn)行水價(jià)、所剩水量、本次購水量、水表閥門及電池狀態(tài)等相關(guān)信息，同時(shí)顯示內(nèi)容還可由系統(tǒng)根據(jù)用戶和管理部門的要求進(jìn)行增減。這樣顯示的內(nèi)容包括數(shù)字和漢字，但是由于水表需要顯示的漢字不多且固定不變，所以本次設(shè)計(jì)將要顯示的漢字固定在液晶片上的某些位置，通過運(yùn)行不同的程序點(diǎn)亮其中的一些漢字，同時(shí)配合數(shù)字的變化來顯示不同的信息。由以上分析可知，使用段式LCD就可以滿足要求。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖37 LCD1602實(shí)物圖1602B引腳說明 編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對(duì)比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極注意事項(xiàng)：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳，然后才是1－14腳(線路板上已經(jīng)標(biāo)明)。VDD：電源正極，－，通常使用5V電壓；VL：LCD對(duì)比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為0－5V。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個(gè)10K的電位器來調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地；RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時(shí)，使R