【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片。硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。利用單片機(jī)設(shè)計一個智能化的液體點滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。速度測試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報警等系統(tǒng)組成。點滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時在水到達(dá)警戒線以下時能

　　

【正文】 1 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 4 DTR 輸出 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒（計算機(jī)） 5 SG 信號地 6 DSR 輸入 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒 7 RTS 輸出 請求發(fā)送（計算機(jī)要求發(fā)送數(shù)據(jù)） 8 CTS 輸入 清除發(fā)送 (Modem 準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) ) 9 RI 輸入 響鈴指示 以上信號在通信過程之中可能會全部或部分使用，最簡單的通信僅需 TXD、 RXD和 SG 即可完成，其它的握手信號可以做適當(dāng)處理或者直接懸空，至于是否可以懸空，這根據(jù)通信程序而定。 MAX232 系列芯片是把單片機(jī)輸出的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 標(biāo)準(zhǔn)電平（邏輯 1：15V～ 5V。邏輯 0： +5V～ +15V）。引腳說明如表 5 所示。 T 1 I N11R1O UT12T 2 I N10R2O UT9T 1 O UT14R1I N13T 2 O UT7R2I N8C2 +4C25C1 +1C13VS+2V S 6U1M A X 2 3 2 圖 MAX232 引腳圖 表 MAX232 引腳說明 VCC 供電電壓 T1OUT 第一路 RS232 電平輸出 C+、 C 外圍電容 T1IN 第一路 TTL/COMS驅(qū)動電平輸入 GND 地 R1IN 第一路 RS232 電平輸入 T2OUT 第二路 RS232電平輸出 R1OUT 第一路 TTL/COMS驅(qū)動電平輸出 R2IN 第二路 RS232電平輸入 T2IN 第二路 TTL/COMS驅(qū)動電平輸入 R2OUT 第二路 TTL/COMS驅(qū)動電平輸出 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 第 節(jié) 從站電路設(shè)計 滴速測試程序系統(tǒng)設(shè)計要求滴液速度為 1/3～ 1/5 滴每秒，即頻率為 ～。計數(shù)器最多計數(shù) 65536 次，因此不需要對計數(shù) 單元進(jìn)行擴(kuò)展即可完成計數(shù)需求。計數(shù)器的 TL1 和 TH1 用于計數(shù)。為了增加測量精度，先測出 5s 內(nèi)的液滴數(shù)，然后將 5s 內(nèi)的滴數(shù)乘以 12，便可得到 1 分鐘的液滴數(shù)到 5秒定時到時采集計數(shù)數(shù)據(jù)。 由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變，接收管不能收到較強(qiáng)的信號，產(chǎn)生一個較長的脈動，但是波形不是太好，需要經(jīng)過一級施密特觸發(fā)器整形，輸出一個正向的脈沖信號送給單片機(jī)中斷口，據(jù)此就可以 正確的測出液滴的滴數(shù)，即點滴的速度（滴 /分） [10]。 D1L E DR41kQ12 N 9 3 0R51MR13 0 0 kC11 0 0 0 P FC20 . 0 1 FC30 . 3 3 U FR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U15 5 55V 5VO UT P 3 .4 圖 點滴速度測量電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 系統(tǒng)將點滴速度采集信號和儲液信號進(jìn)行處理后，在相應(yīng)的單片機(jī)的 I/O 控制口輸出對應(yīng)的控制信號來驅(qū)動電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行精確的控制。 圖 所示的電路為電動機(jī)的速度采集電路。在電動機(jī)上安裝一個連桿，連桿的另一頭接 S1 開關(guān)，每當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，四 S1 開關(guān)閉合一次，則通過單片機(jī)的。在單位時間內(nèi)觀察計數(shù)值即可的到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U15 5 5C41 0 0 0 P F5VS W 1S W S P S TC90 . 0 1 U FR73 3 0 KC 1 00 . 3 3 U F5VO UT P 3 .2 圖 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 采集電路 點滴的控制其實是靠單片機(jī)檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號驅(qū)動電動機(jī)，控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動儲液瓶的上升或下降來調(diào)節(jié)滴斗的高度即控制點滴的速度。 電動機(jī)驅(qū)動電路就如圖 示。 圖 采用的是 H 型的開關(guān)驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機(jī)的 I/O 口，用射級跟隨電路加大電流的驅(qū)動能力；第三級才是驅(qū)動電路。當(dāng) 為高電平時， Q5 導(dǎo)通， Q3， Q7導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為 +5V，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 為高電平時， Q6 導(dǎo)通， Q4， Q8 導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為 5V，電動機(jī) 反轉(zhuǎn) [11]。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 R91kQ5C 1 8 1 5R 1 0100R 1 210kQ7D1 2 0 7Q3A 9 2 8 AQ8D 1 2 0 7Q4A 9 2 8 AR 1 310R 1 41kQ6C 1 8 1 5R 1 11 0 05V 圖 電動機(jī)驅(qū)動電路 滴速檢測電路 滴速的檢測對單片機(jī)來說是對外部脈沖信號進(jìn)行頻率計數(shù)。頻率的定義是一秒時間內(nèi)信號變化的次數(shù)。對頻率的測量有兩種方法：計數(shù)法和計時法，即測頻法和測周期法。 設(shè)計中，選用定時器 T0 進(jìn)行定時， T1 作為計數(shù)器。由于每滴液體在經(jīng)過光電感應(yīng)探測器時都會引起一次單片機(jī) T0 口的電平變化，即產(chǎn)生一個下降沿，所以液滴產(chǎn)生的下降沿數(shù)目就可認(rèn)為是所滴下的液滴數(shù)。滴速的采集程序設(shè)計分為兩部分：即定時程序和計數(shù)程序 [6]。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1N E 5 5 5L S 1S P E A K E RC10 . 0 1 FV C C 圖 滴速檢測 電路 本系統(tǒng)采用兩位共陽數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式， 8位字段碼輸入端接入 AT89C52的P0 口，兩位位選端由 。兩位位選端不是與 P2 口直接連接，而是通過三極管連接，這樣是為了增加驅(qū)動能力。 輸出為 0 時，三極管導(dǎo)通。也就是說，當(dāng) 0時，三極管導(dǎo)通，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器開始工作； 輸出為 1時，三極管截止，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器停止工作。因此，在編程時需要考慮引腳的輸出狀態(tài)，以使共陽極數(shù)碼管顯示器正常顯示測得的滴速。 系統(tǒng)設(shè)計 要求滴液速度為 1/3～ 1/5 滴每秒，輸液滴速慢，以頻率的標(biāo)準(zhǔn)方式顯示顯然會影響精度，程序設(shè)計數(shù)碼管以滴 /分的標(biāo)度進(jìn)行顯示，可以減小滴速顯示誤差。在上面的設(shè)計中，為了增加測量精度，先測出 5s 內(nèi)的液滴數(shù)，然后將 5s 內(nèi)的滴數(shù)乘以 12，便可得到 1 分鐘的液滴數(shù)。 于本系統(tǒng) 中采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動 3 個七段數(shù)碼管，來顯示點滴的速度。數(shù)碼管采用共陰極，由于 AT89C52 單片機(jī)每個 I/O 的拉電流只有 1— 2mA。所以在位碼和段碼都加上了反向驅(qū)動器。 鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接 、 、 口上，起到確 定、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定速度值增 1減 1。單片機(jī) XTAL XTAL1 接 12MHZ北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 晶振，提供系統(tǒng)時鐘基值。另 RESET 接上電復(fù)位按鍵。 態(tài)就可得知是否有鍵被按下[12]。 蜂鳴器通過三極管電阻接在了 AT89C51 的 口上， 接三極管的基極輸入端 ，當(dāng) “ 1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器通電而發(fā)音；當(dāng) 輸出低電平“ 0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。發(fā)光二極管接在了 AT89C52的 口上。當(dāng) 輸出低電平“ 0”時， 二極管正向偏置而發(fā)光；當(dāng) 輸出高電平“ 1”時，二極管反向偏置而不發(fā)光。通過軟件延時、循環(huán)編程實現(xiàn)蜂鳴器發(fā)出連續(xù)“嘀、嘀、嘀、?”的聲響，同時使發(fā)光二極管閃爍。當(dāng)液位低于設(shè)定值或按下緊急呼叫鍵（接在 ）時會啟動報警程序，直到按下接在 ，報警停止。 計算機(jī)與計算機(jī)或計算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個 標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 RS232 和 RS485 是目前最常用的兩種串行通信總線。因 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為 RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以 RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。主機(jī) (上位機(jī) )和從機(jī) (下位機(jī) )間的信息交換方式采用串行通信方式。通信的轉(zhuǎn)送方式采用 RS485半雙工配置。通信接口芯片采用 MAX485， MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。其引 腳圖和結(jié)構(gòu)圖見圖 324 它主要實現(xiàn) AT89C51 的異步串行接口與 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)串行通信電路之間的電平轉(zhuǎn)換。 MAX485采用單一電源+5V工作，額定電流為 300μ A，采用半雙工通訊方式。它完成 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS485電平的功能 [13]。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 第 4 章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程來實現(xiàn)各項功能。 主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，接收從傳感器傳來的信號，并對此信號進(jìn)行處理，輸出調(diào)整信號控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，掃描鍵盤進(jìn)行動態(tài)顯示。 用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制 點滴的速度 。 軟件設(shè)計是指在硬件電路的基礎(chǔ)上，以程序的形式實現(xiàn)算法，進(jìn)而實現(xiàn)液體點滴速度監(jiān)控的功能。該系統(tǒng)的軟件采用 C52 編寫，分為若干個子程序模塊，包括鍵盤、顯示模塊，電動驅(qū)動模塊等，以此實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定、顯示、調(diào)整等處理 [14]。 第 節(jié) 檢測點滴速度子程序 檢測點滴速度子程序主要是用與系統(tǒng)信號的采集。經(jīng)過光電傳感器采集，后由施密特觸發(fā)器整形，輸出到單片機(jī)的端口送入單片機(jī)內(nèi)部。檢測點滴速度子程序如圖 所示。 圖 檢測點滴速度子程 序 開始 滴速檢測，讀出 6秒內(nèi)點滴的數(shù)目 送數(shù)目到 BUFFER，累加得到滴速 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 第 節(jié) 儲液檢測子程序 本程序主要是用于測量儲液瓶內(nèi)部的液位高度的，當(dāng)液位低于 2～ 3cm 時，發(fā)出報警信號。如果液位的高度不在此區(qū)間內(nèi)，則點滴的速度照常采集，并送入單片機(jī)內(nèi)部。其儲液子程序流程圖如圖 2 所示。 圖 儲液子程序流程圖 第 節(jié) 點滴速度控制子程序 根據(jù)題目的設(shè)計要求，首先讀出 6 秒內(nèi)的點滴的數(shù)目（將一分種平均劃分成十分），進(jìn)而得到當(dāng)前的點滴的速度。根據(jù)其設(shè)定的速度值與當(dāng)前的點滴的速度的誤差來確定電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，即控制儲液 瓶的位置的高低，進(jìn)一步影響下一個 6 秒內(nèi)的點滴的速度，如此的循環(huán)往復(fù)。其點滴速度的電動機(jī)控制程序流程圖如 所示 [15]。 開始 光電傳感信號變化否 發(fā)出報警信號，儲液面進(jìn)23厘米的警戒水位 進(jìn)入檢測點滴速度 子程序 Y N 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 圖 點滴速度的電動機(jī)控制程序流程圖 第 節(jié) 鍵盤顯示子程序 鍵盤及顯示字程序主要是用于判斷速度有沒有調(diào)整的動向和點滴速度的顯示（包括當(dāng)前值和設(shè)定值）。其程序流程圖如 所示。 開始 當(dāng)前值與設(shè)定值比較 電動機(jī)正轉(zhuǎn)動，儲液瓶下降 電動機(jī)維持，低速穩(wěn)定 電動機(jī)轉(zhuǎn)動，儲液瓶上升 = 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 圖 系統(tǒng)鍵盤顯示子程 第 節(jié) 系統(tǒng)的主程序設(shè)計 開始 初始化 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 BCD 碼，查表送入顯示緩沖區(qū) 判斷有沒有鍵盤按下 延時子程序 顯示 繼續(xù)掃描顯示 N Y 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 開 始 初 始 化 判斷液位的高度，有沒有產(chǎn)生中斷 有沒有調(diào)整鍵按下 調(diào)用按鍵處理程序 數(shù)據(jù)的 BCD 碼轉(zhuǎn)換 顯 示 繼續(xù)執(zhí)行等待 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果 第 節(jié) 系統(tǒng)的調(diào)試 儲液瓶最高液位與受液瓶之間有效高度為 180cm。測試步距為 1cm。測試的結(jié)果從多次測量統(tǒng)計的平均可以看出，點滴速度與滴斗內(nèi)液位到受液瓶之間高度的關(guān)系近似線性關(guān)系。即每上升 1cm，平均增加 1 個滴速。這個統(tǒng)計平均滴速為步行電機(jī)以最佳時間（并非最短時間，否則上升過程中產(chǎn)生速度突變，改變滴速）接近預(yù)設(shè)點滴速度區(qū)提供了數(shù)量依據(jù)。