【導讀】題目名稱電容式液位傳感器及積算儀表的研制。專業(yè)班級自動化60902. 時間20xx年9月15日至20xx年6月8日

　　

【正文】 P0 口作為數據位， , 作為控制位。 設計論述 第 15 頁 (共 23 頁 ) RS485 串行口設計電路 本課題選用 RS485 轉換芯片為 MAX483，它是使用 RS422 和 RS485 通信線路的低功率收發(fā)器，它的內部集成了一個發(fā)送驅動器和一個接收器。 MAX483 采用單 +5V電源供電，電源電流為 120150μ A，在低電流待機方式下的電流僅為 A。 MAX483的驅動器具有短路限流功能，因此，可以借助使驅動器輸出端進入高阻狀態(tài)的熱帶及電路防止功耗超限，其接收器輸入端具有保險功能，若輸入端開路，可以確保邏輯高電平輸出。 MAX483 芯片引腳功能說明如下： RO：接收器輸出。 /RE：接受器輸出使能。 /RE=0，允許接收器輸出； /RE=1，接收器輸出被禁止， RO 為高阻。 DE：驅動器輸出使能， DE=1，允許驅動器工作； DE=0，驅動器被禁止，輸出端為高阻。 DI：驅動器輸入， DI=1，輸出端 A輸出為高， B 輸出為低； DI=0，反之。 A：接收器非反相輸入和驅動器非反向輸出端。 B；接收器反向輸入和驅動器反向輸出端。 RS485 串口通信部分的具體接口電路如圖 11 所示： 圖 11 MAX483 與單片機接口電路 電容式液位傳感器及積算儀表 的研制 第 16 頁 (共 23 頁 ) MAX483 可以達到的數據傳輸速率為 250Kbps，為半雙工通信方式，通信狀態(tài)的轉換通過設置接受器使能信號 /RE 和驅動器使能信號 DE 實現。同時設置 /RE 和 DE 為高電平和低電平可以使 MAX483 進入低功耗待機狀態(tài)，為了保證 MAX483 可靠進入待機狀態(tài)，應使 /RE 為高電平和 DE為低電平的時間不少于 600ns。在此接口電路設計中，對/RE 和 DE 的控制采用單片機的一個 I/O 口實現，該引腳置低使 MAX483 處于接收使能狀態(tài)，該引腳置高使 MAX483 處于發(fā)送使能狀態(tài)。 看門狗及復位電路 看門狗、復位電路 選用 Maxim 公司推出的低成本并具有監(jiān)控功能的微處理芯片MAX813L，它主要有以下四個功能；①具有獨立的看門狗計時器，如果看門狗輸入在 內無變化，就會產生看門狗輸出；②掉電或電源電壓低于 時，產生掉電輸出；③上電時能自動產生 200ms 寬的復位脈沖；④具有人工復位功能，當人工復位端輸入低電平時，產生復位信號輸出。 MAX813L 與單片機 AT89C51 的接口電路如圖 12所示。 圖 12 MAX813l 與單片機接口電路 從圖 12 中可以看出 MAX813L 的電源故障輸出端（ /PFO）與單片機的 /INT0 端相設計論述 第 17 頁 (共 23 頁 ) 連；看門狗信號輸出端（ /WDO）通過一個二極管與手動復位輸入端（ /MR）相連，可組成上電復位及看門狗、復位電路； /MR 端與按鍵相連后接地，實現手動復位；復位信號輸出端（ RESET）與 AT89C52 的 RST 端相連；看門狗信號輸入端（ WDI）與單片機的 腳連接。電路中巧妙地利用了 MAX813L 的手動復位輸入端（ /MR），一旦程序跑飛引起“死機”，若 CPU 在 內不能給出“喂狗”信號，則 /WDO 跳變?yōu)榈碗娖?，由?/MR 端有一個內 部 250mA 的上拉電流，所以二極管導通， /MR 獲得有效低電平，RESET 端輸出復位脈沖，這時單片機復位。此時看門狗定時器清零，重新計數， /WDO又恢復成高電平。因此，在該電路中，僅外接一個二極管和 MAX813L 芯片即可完成監(jiān)控、復位的功能。在系統(tǒng)對抗干擾要求不太高的情況下，這種電路就可以滿足需要。另外，在調試中將二極管斷開，就可以不考慮“喂狗”信號。該電路也可以隨時使用手動復位按鈕使 MAX813L 產生復位脈沖，產生復位脈沖的前提是 /MR 端低電平至少保持 140ms，這樣可以有效的消除開關抖動。 硬件部 分 的抗干擾措施 硬件部分的抗干擾在單片機應用的現場有十分重要的作用，因為單片機應用中存在著各種各樣的干擾侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性，只有考慮了硬件可靠性的設計，才可能在系統(tǒng)調試中避免各種問題，使單片機能夠正常工作。本設計從以下幾個方面考慮了系統(tǒng)硬件抗干擾設計： （ 1）元器件要精密調整 元器件在使用前或經過一段運行時間之后，都應對元器件及部件進行精確調整，因為元器件的精度是保證系統(tǒng)完成既定功能的重要保證。如 A/D 芯片的調零及滿量程調整等。 （ 2）精心選擇元器件 元器件是構成部件或系統(tǒng)的基礎，同時也是控制系統(tǒng)可靠性設計中的重要環(huán)節(jié)選用的元器件是否合理、優(yōu)質，將直接影響到整個系統(tǒng)的性能與可靠性水平，也關系到經濟成本和日后的維護和使用。因此，要選擇集成度高、抗干擾能力強、功耗小的電子器件。 （ 3）輸入、輸出通道抗干擾措施 輸入、輸出通道是前向接口、后向接口與主機之間進行信息傳輸的路徑，在過程電容式液位傳感器及積算儀表 的研制 第 18 頁 (共 23 頁 ) 通道中長線傳輸的干擾是主要因素，為了保證傳輸的可靠性，常用的抗干擾措施有光電耦合隔離，光電耦合器可切斷主機與前向、后向電路的聯系有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通 道上的信噪比大大提高。長線傳輸時阻抗匹配也是抗干擾的重要手段。若阻抗不匹配傳輸線會產生反射，使信號失真，因此要進行阻抗匹配，其中包括：終端并聯阻抗匹配，始端串聯阻抗匹配，終端并聯隔直流匹配，終端鉗位二極管匹配；在長線傳輸中采用雙絞線輸出也是常用方法，因為此方法具有體積小，柔軟，抗共模干擾能力強等優(yōu)點，因此本設計采用了雙絞線的輸出方式。 （ 4）模擬電源與數字電源分開 模擬電源對電壓的穩(wěn)定性要求比數字電路高，所以盡量將模擬電源與數字電源的供電走線分開，其處理方式同模擬地和數字地的處理方法同時，還需要對模 擬電源本身進行處理，進一步減小模擬電源中的干擾信號。電源去耦，配置去耦電容，在各芯片的電源端與地線端之間直接跨接一個 F 的去耦電容。對于低頻濾波要用大容量的電容器，一般選用 10μ F 的鉭電解電容，并且將其跨接在電源端輸入處的電源與地線之間。對于較小的高頻瞬態(tài)電流，必須采用容量較小的去耦電容，一般選用 陶瓷電容。在有條件時，還可以采用分散獨立模塊供電來切斷來自電源的干擾。 （ 5）地線系統(tǒng)的抗干擾處理 地線系統(tǒng)的設計，對系統(tǒng)的抗干擾性能影響極大。良好的接地可以在很大程度上減少外部干擾的侵入 ，抑制系統(tǒng)內部噪音耦合，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。設通常頻率小 2MHz 采用一點接地，頻率大于 10MHz 時采用多點接地；采用系統(tǒng)浮地，機殼接保護地 (保護地即大地 )。所謂系統(tǒng)浮地是指將系統(tǒng)電路的各個部分地線浮置起來，不與大地相連，系統(tǒng)與大地的絕緣電阻不能小于 50MΩ。數字地與模擬地分開交流地與信號地不共用；傳感器信號地采用浮空隔離，并可采用三線采樣雙層屏蔽浮地技術。 設計論述 第 19 頁 (共 23 頁 ) 整體 程序 設計 框圖 開始 初始化 取液位值 是否達到警戒液位值 ? 顯示 led 小燈閃爍報警 是 否 圖 13 整體程序框圖 結果分析 第 20 頁 (共 23 頁 ) 本 次 課題 設計 的 電容 傳感器 的 參數： 測量范圍 :03000mm 環(huán)境溫度： 7080℃ 介質溫度： 7090℃ 精度： % 此傳感器 滿足 1%的精度。采用的 AD 轉換芯片 TLC549 也是 8 位的轉換器，其測量范圍在 3V6V 之間，根據公式計算精度 =（ 63） /256=,也基本滿足設計要求。 綜合可得：此次設計采用的傳感器和芯片均滿足設計的要求，測量精度在 1%以內。 參考文獻 第 21 頁 (共 23 頁 ) 參考文獻 [1]《智能化測量控制儀表原理與設計》．北京航空航天大學出版社，徐愛鈞 [2]《電容式液位測量系統(tǒng)的設計》 . 招惠玲、周美娟、胡遠忠，傳感器技術 .20xx,23 [3]《幾種液位計在沉降槽上的應用》．王麗杰、韓紅芳，自動化與儀器儀表 20xx,(1) [4]《儲罐液位檢測技術研究》．丁濤，合肥工業(yè)大學碩士學位論文 .20xx [5]《國內外液位計量儀表技術發(fā)展動向》．李冬梅，儀器儀表用戶 .20xx,9 [6]《單片機的 C 語言程序設計》 .馬忠梅等編著 .第四版 .北京航空航天大學出版社， [7]《 51 單片機 C 語言教程》 .郭天祥編著 .北京 :電子工業(yè)出版社 , [8]《單片機原理及其接口技術 .第二版》 . 胡漢才編著 .北京 :清華大學出版社 , [9]《 8051 單片機典型模塊設計與應用 .第一版》 .鐘富昭 ,張晨 .北京 :人民郵電出版社 , [10]《智能傳感器系統(tǒng)設計與應用》 .沙占友主編 .北京 :電子工業(yè)出版社 , [11]《 RS485 接口芯片的介紹以及多機通訊的實現》 . 郭華 ,馬勝前 .甘肅科技縱橫 ,(2):3233 [12]《用 MAX813L 設計單片機看門狗與電源監(jiān)控電路》 .《單片機與嵌入式系統(tǒng)應用》 .張良 .20xx.(5):5152 [13]《 MAX813L 工作原理及其在 51 單片機系統(tǒng)抗干擾中的應用》 . 王三勝 ,徐茵 ,顧彪 ,楊大智 .20xx.(3):5355 [14]《微機控制系統(tǒng)中的干擾與抗干擾措施》 . 黃子俊 .1996.(6):4951 [15]《單片機應用系統(tǒng)的抗干擾措施》 .王軍 ,張廣溢 .四川工業(yè)學院學報 ,(2):5759 致謝 第 22 頁 (共 23 頁 ) 致謝 從我們步入長江大學工程技術學院的開始，我時刻都在受到這個美麗而又好學的學校的滋潤，如今我們即將離去，這里首先我我要感謝長江大學工程技術學院的全體教職工，感謝長江大學工程技術學院！ 本課題從選題到現在，無論是從 課題的選定、課題的指導、論文的撰寫、實驗條件的提供等方面給予了全面支持 ，朱老師的悉心培養(yǎng)，熱心的引導，使我們成長了很多，還有朱 老師治學嚴謹、學識淵博，在學術方面一絲不茍，對自動化系統(tǒng)研究方面的知識非常全面，并具有敏銳的洞察力，這些都將成為我以后工作和學習的榜樣 朱老師為我們付出了諸多心血和汗水，感謝朱 老師。 在做本課題的過程中，受到了同學們的很多指導，在探討過程中我也有了很大的進步，謝謝同學們！ 再次向各位老師和學者表示感謝 ，感謝大家為治學所作的努力，祝大家身體健康，生活會更好 ，事業(yè)一帆風順！ 附錄 第 23 頁 (共 23 頁 ) 附錄 圖 14 完整電路圖