【正文】 因為你們，我的學(xué)習(xí)和生活過得精彩而又充實！附錄A 設(shè)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(zhǔn)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(jī)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(yùn)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。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。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(dú)立去解決。在這里還要特別的感謝一下我的指導(dǎo)老師，莊老師。通過本次畢業(yè)設(shè)計的實際操作，我個人感覺所獲得的不是學(xué)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(xué)習(xí)的方法和解決問題的方法。從一開始的課題認(rèn)知、資料的查找，材料的整理，在同學(xué)的幫助下，在老師的指導(dǎo)下，我認(rèn)真學(xué)習(xí)、仔細(xì)分析，遇到問題及時商量查找資料，當(dāng)查找資料后還有不明白的地方及時請教老師，咨詢同學(xué)。在本次畢業(yè)設(shè)計中，我成功完成了畢業(yè)設(shè)計課題《一種工業(yè)用液位傳感器的設(shè)計》。比如實際設(shè)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(jī)進(jìn)行正常通訊。通過查找資料，我對一些元器件有了新的認(rèn)識，感覺自己之前對電子器件的認(rèn)識是感性的、膚淺的、不全面的。個人的提高不忘諸位老師的付出！通過對電子電路的學(xué)習(xí)，我對電路有了更深刻的認(rèn)識，特別是學(xué)習(xí)了單片機(jī)之后，使我瞬間對單片機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣，因此才決定畢業(yè)設(shè)計圍繞單片機(jī)來寫。零基礎(chǔ)學(xué)單片機(jī)C語言程序設(shè)計［M］。中國電力出版社，2005:167173.[4]．例說8051［M］。北京航空航天大學(xué)出版社，2002:150153.[3]． 秦龍。人民郵電出版社，2008[2]．胡大可。參考文獻(xiàn)[1]. 劉坤等。設(shè)計中出現(xiàn)上電后程序無法正常執(zhí)行，是因為復(fù)位電路參數(shù)計算錯誤，沒有達(dá)到復(fù)位的要求。說明內(nèi)部程序運(yùn)行正常，喜出望外！上述幾個問題是在整個設(shè)計過程中耗費(fèi)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(shè)計過程中印象最為深刻的階段。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。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(jìn)行限制一下當(dāng)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。再次使遙控器對準(zhǔn)接收器時頁無法正常響應(yīng)。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是無法存儲數(shù)據(jù)。程序已經(jīng)確認(rèn)了好多遍，確定沒有問題，可就是無法寫入，參數(shù)無法保存。之后采納了老師的意見更改了采樣電路，至此該問題解決。同時老師給了一個建議，要求在耦合端增加運(yùn)算放大器，作為電壓跟隨器。在具體的設(shè)計中還是會出現(xiàn)這樣那樣的問題。得到老師的認(rèn)可后開始搜集資料，著手設(shè)計。當(dāng)傳感器上電時，單片機(jī)首先給存儲器通訊獲取當(dāng)前參數(shù)配置，然后調(diào)用該配置進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。時序圖如下圖310所示。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。比如對液位零點的設(shè)置、線性度的設(shè)置、液位報警點的設(shè)置以及RS485總線地址的設(shè)置等等。這樣同樣能夠達(dá)到設(shè)計要求，同時節(jié)省了大量的CPU時間。圖39 AD7705讀出時序圖圖310 AD7705寫入時序圖本設(shè)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(shè)計中采用分時轉(zhuǎn)換方式，及采用計數(shù)的方式，當(dāng)達(dá)到某一值的時候開始轉(zhuǎn)換一次。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。圖39和圖310是AD7705進(jìn)行解碼的時序圖。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(jìn)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。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。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。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。本設(shè)計中液位傳感器作為從設(shè)備，上位機(jī)作為主設(shè)備。CRC碼中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。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(fù)8次。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(bǔ)最高位。在進(jìn)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。CRC碼的計算方法是，先預(yù)置16位寄存器全為1。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碼由發(fā)送設(shè)備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進(jìn)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。許多工業(yè)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。Automation)部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。當(dāng)液位傳感器處于液位檢測界面的狀態(tài)下，按下遙控器“設(shè)置”鍵，數(shù)碼管顯示“1”即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，通過遙控器上面的“設(shè)置”、“參數(shù)+”、“參數(shù)”、“功能+”、“功能”、“退出”按鍵對傳感器的參數(shù)進(jìn)行查看和修改。待操作完成之后，清除當(dāng)前數(shù)組內(nèi)的數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)再次執(zhí)行，導(dǎo)致錯誤的發(fā)生。一旦進(jìn)入串口中斷函數(shù)后同時定時器開始計時，根據(jù)接收到的高低電平的時間來判斷接收到的數(shù)據(jù)是“0”還是“1”，并將所接收到的數(shù)據(jù)存放在定義的數(shù)組里面。本設(shè)計中紅外接收部分采用定時器和外部中斷相互配合的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收過程。紅外接收是紅外發(fā)送的反過程，需要將已經(jīng)編碼過的數(shù)據(jù)采集采集到并且將該數(shù)據(jù)解碼為單片機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)的過程。以脈寬為 0. 56ms 、周期為 1. 12ms 的組合表示二進(jìn)制的 “0” ；以脈寬為 1. 68ms 、周期為 2. 24ms 的組合表示二進(jìn)制的 “1” 。編碼后面還要有編碼的反碼，用來檢驗編碼接收的正確性，防止誤操作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16位地址碼（8 位地址碼、 8 位地址碼的反碼）和16位操作碼（8 位操作碼、 8 位操作碼的反碼）組成。的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號如圖33二進(jìn)制碼的調(diào)制所示。二進(jìn)制信號的調(diào)制由單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號調(diào)制成頻率為38kHz當(dāng)按下 “退出”鍵時，傳感器將當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)保存在存儲器中，并且將顯示界面返回到液位測量狀態(tài)下。當(dāng)遙控器按下“設(shè)置”鍵后，數(shù)碼管顯示“1”即此時進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式。下面就對參數(shù)設(shè)置及查看狀態(tài)下，各功能碼的作用以及參數(shù)可設(shè)置的具體范圍介紹如下：功能碼1：零點設(shè)置，調(diào)節(jié)當(dāng)前狀態(tài)下的顯示零點值；功能碼2：線性調(diào)整，用于修正傳感器產(chǎn)生的線性誤差；功能碼3：報警點設(shè)置，用于設(shè)置報警點的液位顯示值；功能碼4：總線地址設(shè)置，用于設(shè)置傳感器當(dāng)前的的RS485通信地址；功能碼5：頻率查看，用于查看當(dāng)前的頻率顯示值。第一位數(shù)碼管的顯示范圍為1～5，第2～4位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容為參數(shù)值。次數(shù)數(shù)碼管顯示的是參數(shù)設(shè)置和查詢的一些數(shù)據(jù)。使用紅外遙控器可以對當(dāng)前的一些參數(shù)進(jìn)行相關(guān)修改和查詢。另一方面在主函數(shù)中需要對顯示函數(shù)進(jìn)行頻繁的調(diào)用，否則也會出現(xiàn)上述情況。因此硬件顯示對驅(qū)動信號的實時性要求就比較高，如果驅(qū)動信號延時時間較長的話就會導(dǎo)致數(shù)碼管顯示不連續(xù)，出現(xiàn)單個數(shù)碼管跳動顯示的情況。為了避免因溢出而引起中斷，此時應(yīng)禁止T2中斷。因此這里我們采用單片機(jī)的定時器T2，使用波特率發(fā)生器功能，波特率的作用是從輸入時鐘轉(zhuǎn)換出需要的波特率。因此子函數(shù)的調(diào)用要全方位考慮問題，否則就會出現(xiàn)各種問題。有一些函數(shù)如顯示函數(shù)、紅外遙控函數(shù)、數(shù)據(jù)存儲函數(shù)等，如果等一段時間更新數(shù)據(jù)的話就會出現(xiàn)問題。這樣一來可以節(jié)省很多寶貴的CPU資源。其次是對其他子函數(shù)的調(diào)用，如顯示函數(shù)、紅外遙控函數(shù)、頻率輸出函數(shù)、RS485通訊函數(shù)、AD轉(zhuǎn)換函數(shù)、報警輸出函數(shù)、數(shù)據(jù)存儲函數(shù)。3．2功能函數(shù)介紹 主函數(shù)軟件介紹本設(shè)計中主函數(shù)比較簡單，主要是針對各子函數(shù)的調(diào)用。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會更加深刻。在軟件編寫過程中，盡量避免了一些編譯效率較低的語句，提高了程序的編譯效率，增加了代碼的執(zhí)行效率。各函數(shù)之間相互獨(dú)立，各子函數(shù)的執(zhí)行均是被主函數(shù)或其他子函數(shù)調(diào)用后執(zhí)行數(shù)據(jù)傳遞。本軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用簡潔的代碼，提高代碼的編譯程度，進(jìn)一步提高軟件的執(zhí)行效率。下面介紹一下本設(shè)計的軟件設(shè)計思想。書寫代碼的邏輯越是嚴(yán)謹(jǐn)，單片機(jī)運(yùn)行時的出錯概率就越小，同樣也能在一定程度上提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖223 RS485隔離電源原理圖 電源電路整體原理圖如下圖224所示：圖224 電源電路原理圖第3章 軟件設(shè)計3．1軟件總體概述軟件是產(chǎn)品的靈魂，一個產(chǎn)品的好壞不僅僅看硬件配置，軟件業(yè)同樣起到了至關(guān)重要的作用。給采樣器件稱重傳感器供電的電源模塊采用78L06，該芯片輸出電壓為6V，輸出電流大于100mA，稱重傳感器的工作電流小于30mA，完全滿足需要。圖219 變壓電路為防止電網(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，為便于觀察電源的輸出情況，因此在電源的輸出端加一個發(fā)光二極管作為指示燈，這里選取發(fā)光二極管的限流電阻為10kΩ，如下圖220所示。硬件介紹在工業(yè)控制環(huán)境中，一般不會存在直流電源，使用較為廣泛的為交流380V和交流22V電源。該電源模塊用于給稱重傳感器供電，稱重傳感器的工作電流小于30mA，完全能夠滿足需求，只要參數(shù)介紹如下： ●輸入電壓：7V～30V； ●輸出電流：大于100mA； ●輸出電壓：6V； ●工作溫度：20℃～85℃；●封裝形式：TO92?？商峁?V的輸出電壓，輸出電流超過100mA。它效率高，損耗小，發(fā)熱低，使用時無需外加散熱片，主要參數(shù)介紹如下：●輸入電壓：～32V。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