【正文】 電源模塊 B1212S2W 為防止電網(wǎng)電壓的波動或干擾對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，所以整流橋輸出電壓經(jīng)過 12V轉(zhuǎn) 12V 的隔離電源模塊進(jìn)行隔離，使用的隔離電源模塊型號為 B1212S2W，主要參數(shù)介紹如下 ： ● 電壓輸入范圍： DC ～ ； ● 輸出電壓： DC 12V； ● 最大輸出電流： 168mA； ● 輸出功率： 2W； ● 輸出紋波： 70mV。該變壓器能夠?qū)⒔涣?220V 轉(zhuǎn)換為交流 12V，功率為 5W，完全滿足設(shè)計需求。本傳感器中共需要以下直流電源：直流 12V、直流 6V、直流 5V，需要電壓轉(zhuǎn)換芯片，下面 分 別介紹。 原理圖 聲光報警電路原理圖如圖 218 所示，見下頁。 硬件介紹 本設(shè)計中需要對發(fā)光二極管限流電阻值進(jìn)行必要計算，因為限流電阻過小可能會對發(fā)光二極管產(chǎn)生致命的傷害，導(dǎo)致發(fā)光二級管燒壞；若限流電阻選的過大又將會影響發(fā)光二極管的亮度，不易被人眼發(fā)現(xiàn)，所以限流電阻阻值的選取至關(guān)重要。 RO1RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U5MAX308213456U6PC41013 456U7PC41012 34U8PC3571KR16GND21KR17VCC_485VCC_4851KR18VCC_485GND2GND1KR19VCC_5RXDTXD485_ENVCC_485GND21KR22VCC_51KR23VCC_5PortPort 27 原理圖 圖 217 總線通訊電路 聲光報警電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計中所示用的光報警器件發(fā)光二極管，為保證能夠提供足夠的亮度，因此在選型時特地選擇紅色發(fā)光二極管而且直徑特別大，足以提供明顯的亮度便于觀察，主要參數(shù)介紹如下： ● 直徑： 10mm； ● 顏色：紅色； ● 最大工作電流： 10mA； ● PN 結(jié)導(dǎo)通壓降： ； ● 封裝形式：直插。為保證介質(zhì)連續(xù)就需要對傳輸電纜進(jìn)行阻抗匹配，查閱相關(guān)資料知通訊電纜的特性阻抗值為 120Ω，因此在液位傳感器的末端需要并聯(lián)一個 120Ω的電阻以達(dá)到阻抗匹配的目的，實現(xiàn)信號無反射的正常傳輸。 26 圖 216 光電隔離電路 為便于觀察上行及下行數(shù)據(jù)的通訊情況，在 MAX3082 芯片的發(fā)送和接收端均增加發(fā)光二極管，能夠比較直觀的觀察出數(shù)據(jù)通訊情況，便于維護(hù)以及現(xiàn)場故障排查。 硬件介紹 RS485 發(fā)送信號經(jīng)單片機(jī) TX 口發(fā)出，經(jīng)光耦隔離后進(jìn)入 MAX3082 的信號接收端（ RX），經(jīng) MAX3082 后由 TTL 信號轉(zhuǎn)換成 RS485 的差分信號，并有 MAX3082 的總線輸出口 A 和 B端輸出；當(dāng)有數(shù)據(jù)經(jīng)過總線發(fā)送給液位傳感器時，信號首先經(jīng)總線經(jīng)過 MAX3082 芯片，這是總線上傳遞的是 RS485 的差分信號，經(jīng)過 MAX3082 芯片后 RS485 的差分信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識別的 TTL 信號，由 MAX3082 的 TX端經(jīng)過光耦隔離后將信號傳遞到單片機(jī)的RX 端，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。 這里我們就需要使用肖特基結(jié)構(gòu)的高速光耦 PC410，這種光耦能夠?qū)⑤斎胄盘栂拗圃跍\飽和區(qū)，這樣就能夠使輸入信號快速地退出飽和，提高光耦的開關(guān)速度。 由于總線處于外部電路，所以無法避免會受到外界的干擾；輕者使數(shù)據(jù)傳輸失敗，重者將影響整套系統(tǒng)的運行，因此同樣需要采用隔離的方法來抵抗外界的干擾。 原理圖 圖 215 頻率輸出電路 總線通訊電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計中總線通訊采用的是 RS485 通訊方式，設(shè)計到的器件有：光耦 PC35 PC4通訊芯片 MAX3082。當(dāng)有信號輸出時 LED 發(fā)光二極管就會被點亮，當(dāng)沒有頻率信號輸出時，該二極管處于熄滅狀態(tài)。 為防止外部浪涌信號對內(nèi)部電路產(chǎn)生不可估量的損壞，因此在信號輸出端增加浪涌電壓抑制器，防止外部浪涌信號對內(nèi)部電路產(chǎn)生破壞。主要參數(shù)介紹如下： ● 正向?qū)娏鳎盒∮诘扔?50mA； ● 最大峰值電流：下雨等于 1A； ● 最高工作電壓： DC 6V； ● 輸入功率： 70mW； GNDVCC_5HW_ININ1GND2VCC3U9HS0038B1KR31VCC_5 VCC_5GND10uFC19 24 ● 基極發(fā)射極電壓：小于等于 35V； ● 發(fā)射極集電極電壓：小于等于 6V； ● 輸出功率：小于等于 160mW； ● 工作溫度：（ 30～ 100）℃。能夠進(jìn)行有效地光電隔離。 原理圖 圖 214 紅外接收電路 頻率輸出電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計中為防止外部信號對單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，所以頻率輸出采用光電隔離方式。為防止單片機(jī)接收到錯誤的數(shù)據(jù)，因此在芯片的輸出腳加電阻進(jìn)行上拉，保證在空閑狀態(tài)下接收器輸出信號穩(wěn)定（為高電平）。 該芯片主要參數(shù)如下所示 ： ● 工作電壓： DC 5V； ● 工作電流：小于 1mA； ● 工作溫度：（ 25～+70 ）℃； ● 接收距離：大于 8m； ● 光譜反應(yīng)： 950nm。紅外接收完成對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖。 原理圖 圖 213 AD 轉(zhuǎn)換電路原理圖 紅外接收電路 參數(shù)介紹 紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。主要參數(shù)介紹如下： ● 可編程輸出電壓為 36V； ● 電壓參考誤差：177。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。本設(shè)計中使用的電壓基準(zhǔn)源電壓為 ，型號為 。 LM358 連接電路如下圖212 所示。 本設(shè)計中所需的信號為同向信號，所以該放大器所組成的電壓跟隨器也必須是同向電壓跟隨器， LM358 運算放大器本身具有兩路完全相同的運放組成，實際設(shè)計中僅用到一路。 一177。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組 ,音頻放大器、工業(yè)控制、 DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 20 表 23 AD7705 引腳說明 引腳編號 引腳名稱 功能 1 SCLK 串行時鐘信號 2 MCLKIN 為轉(zhuǎn)換器提供的主時鐘信號 3 MCLKOUT 外接晶振引腳或為外部電路提供時鐘源 4 /CS 片選使能信號 5 RESET 復(fù)位信號 6 AIN2(+)[AIN1] 差分模擬輸入通道 2 的正輸入端 7 AIN1(+)[AIN2] 差分模擬輸入通道 1 的正輸入端 8 AIN1()[COMMON] 差分模擬輸入通道 1 的負(fù)輸入端 9 REFIN(+) 基準(zhǔn)源輸入端 10 REFIN() 11 AIN2()[AIN3] 差分模擬輸入通道 2 的負(fù)輸入端 12 / DRDY 邏輯輸出信號 13 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端 14 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端 15 VDD 電源電壓， +～ + 16 GND 內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點 本設(shè)計中采用外加石英晶體振蕩器的方式，石英晶體負(fù)載電容取值為 30pF， AD7705外圍電路如圖 211 所示： 圖 211 AD7705 外圍電路 為了保證傳感元件在接入負(fù)載的情況下輸出電壓沒有明顯的下降，就要求 AD 轉(zhuǎn)換器有較高的輸入阻抗，但 AD轉(zhuǎn)換器無法將輸入阻抗做的過高，因此這里就需要用電壓跟隨器進(jìn)行耦合，主要采用運算放大器來實現(xiàn)，由于運算放大器的輸入阻抗較高，而且它的輸出阻抗較低；這樣一來不僅可以提供較高的輸入阻抗，而且還可以提供較低的輸出阻抗，使輸出信號衰減較少有利于驅(qū)動 AD轉(zhuǎn)換器，獲得的采樣值較為準(zhǔn)確，提高傳感器的精度。 主要參數(shù)介紹如下： ● AD7705： 2 個全差分輸入通道的 ADC； ● AD7706： 3 個偽差分輸入通道的 ADC16 位無丟失代碼 %非線性 ； ● 可編程增益前端增益： 1～ 128； ● 三線串行接口 SPITM、 QSPITM、 MICROWIRETM 和 DSP 兼容 ； ● 有對模擬輸入緩沖的能力 ； ● ～ 或 ～ 工作電壓 ； ● 3V 電壓時，最大功耗為 1mW； ● 等待電流的最大值為 8μA ； ● 16 腳 DIP、 SOIC 和 TSSOP 封裝 ； 本設(shè)計中使用的稱重傳感器最大輸出電壓為： 6v*40mv/v=240mv, 由于 AD 轉(zhuǎn)換器所使用的 基準(zhǔn)電壓源為 ， 所以： ； 由于電壓基準(zhǔn)為 ，所以這里選擇 AD7705 放大倍數(shù)為 8，可知達(dá)到最大電壓的時候為 *8=，即輸出的最大電壓小于 ，適合硬件設(shè)計要求。 CMOS 結(jié)構(gòu)確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時的功耗至 20μ W（典型值）。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。 。 的雙極性輸入信號，對于 AD7705 是以 AIN()輸入端為參考點，當(dāng)電源電壓為 3V、基準(zhǔn)電壓為 時，可處理 0～ +10mV 到 0～ + 的單極性輸入信號，它的雙極性輸入信號范圍是177。還可處理177。 AD7705 是雙通道全差分模擬輸入， 19 而 AD7706 是 3 通道偽差分模擬輸入，二者都帶有一個差分基準(zhǔn)輸入。 AD7705 的 PGA 可通過指令設(shè)定，對不同幅度的輸入信號實現(xiàn) 1 364 和 128 倍的放大，因此 AD7705 芯 片既可接受從傳感器送來的低電平輸入信號，亦可接受高電平（ 10V）信號，它運用Σ―Δ技術(shù)實現(xiàn) 16 位無誤碼性能；它的輸出速度同樣可由指令設(shè)定，范圍由 20Hz 到 500Hz；它能夠通過指令設(shè)定對零點和滿程進(jìn)行校正； AD7705與微處理器的數(shù)據(jù)傳送通過串行方式進(jìn)行，采用了節(jié)省端口線的通訊方式，最少只占用單片機(jī) 的兩條端口線。其中串行接口包括寄存器組，它由通訊寄存器、設(shè)置寄存器、時鐘寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、零點校正寄存器和滿程校正寄存器等組成。本設(shè)計中使用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片型號為 AD7705，該芯片是一款 16 位 AD 轉(zhuǎn)換器， AD7705 芯片是帶有自校正功能的Σ Δ于 A/D 轉(zhuǎn)換器。 原理圖 U i nU oR 1R 2R 3R 4 圖 210 稱重傳感器內(nèi)部電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 參數(shù)介紹 液位檢測元件輸出信號為模擬信號，而本設(shè)計中所使用的單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，因此這里需要對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 ○ 2 硬件介紹 該傳感器工作原理為：當(dāng)有一定的壓力作用在傳感器檢測頭上時，傳感器內(nèi)部會有一定微弱的電壓變化，通過采樣該電壓信號的變化檢測重物的重量變化，從而計算出液 18 位的高度。r2V ； m=ρr2r2，可得底面積，因為內(nèi)徑為已知量，所以 S 為已知量； 所以： V=S 儀 表 頭液 位 管被測容器稱 重 傳 感 器 圖 29 安裝示意圖 本設(shè)計液位管的內(nèi)徑為 6cm，高度為 1m， 以液體是水為例，密度為： *103kg/m3, 根據(jù)體積公式可以計算出液體的體積： 由： V=S 12） Ω； A01A12A23GND4SDA5SCL6VP7VCC8U324C08GNDGNDVCC10KR29VCC10KR30VCCAT89S52A01A12A23GND4SDA5SCL6VP7VCC8U324C08GNDGNDVCCSCLSDA10KR29VCC10KR30VCC 17 ● 絕緣阻抗：大于 5000MΩ； ● 相對濕度：（ 0～ 90） RH； ● 工作溫度：（ 10～ 60）℃； ● 安全過載： 150%FS。 S/10℃； ● 輸入阻抗：（ 120177。 S； ● 零點溫飄：小于 %F 主要參數(shù)介紹如下： ● 測量 范圍： 0～ 10kg； ● 電源電壓： DC 6V； ● 工作電流： 小于 10mA； ● 輸出靈敏度： 大于 40mv/v； ● 精度：177。路如下圖 27所示 。 VP 引腳為寫保護(hù)使能端， VP 為高電平時處于寫保護(hù)狀態(tài)，無法存儲數(shù)據(jù)，因此該引腳接地，保證數(shù)據(jù)能夠正常存儲。 該芯片在 IIC 總線上最多可以同時掛接 8 個， 地址可以在 A0～ A2三個引腳進(jìn)行設(shè)置，地址范圍從 000～ 111。 該芯片是一款 IIC 接口的 EEPROM， 是低工作電壓的 8K 位串行電可擦除只讀存儲器，內(nèi)部組織為 1024 個字節(jié)，每個字節(jié) 8 位，該芯片被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。這里就需要增加數(shù)據(jù)存儲器，增加數(shù)據(jù)存儲電路單元。 A1B2C3SA6SB5SC