【正文】 4GND8Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U274LS1384K7R34K7R44K7R54K7R6GNDVCC_51KR13VCC_5VD19012VD29012VD39012VD49012VCC_5P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2A T 8 9 S 5 2圖 24 顯示驅(qū)動電路 參數(shù)計(jì)算 由三極管 9012 參數(shù)可知集電極電流小于 500mA，所以可以推算出基極的最大電流，這里按照 30 倍的放大系數(shù)計(jì)算： 14 由 Ib=VCC/R=5/4700=，此時(shí)三極管處于飽和狀態(tài)； 所以，三極管集電極的電流大小取決于發(fā)射極與地之間串接的限流電阻的大??； 由于數(shù)碼管每段的正常工作電流為（ 3～ 10） mA； 所以可取 10mA 計(jì)算限流電阻； 由經(jīng)驗(yàn)值知 :三極管飽和導(dǎo)通時(shí) Uce=，三極管導(dǎo)通壓降為 ； 可得： Ib≈ Ic=（ ） /R＜ 10mA； 計(jì)算得： R＞ 430Ω ； 這里取限流電阻 R大小為： 1kΩ，滿足計(jì)算要求。由于本設(shè)計(jì)中共 4 位數(shù)碼管，所以這里輸出信號只需要 取 Y0～ Y3 四個(gè)即可。本設(shè)計(jì)中需要顯示 4 位數(shù)值，這里選擇四位一體數(shù)碼管，考慮便于觀察顧選擇 英寸紅色數(shù)碼管，型號為LG5641BH。該三極管作為開關(guān)使用，工作在飽和區(qū)而不是工作在放大區(qū)， PNP 型三極管主要參數(shù)介紹如下： ● 集電極 發(fā)射極電壓 ： 30V； ● 集電極 基電壓 ： 40V； ● 射極 基極電壓 ： 5V； ● 集電極電流 ： ； ● 耗散功率 ： ； ● 結(jié)溫 ： 150℃ ； ● 特怔頻率 ： 最小 150MHZ； ● 放大倍數(shù)： 30～ 90； ● 封裝形式： TO92。 表 21 74LS138真值表 輸入 輸出 S1 /S2+/S3 A2 A1 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 13 從 74LS138 的參數(shù)介紹中可以看出，當(dāng)輸出端為低電平時(shí)可以拉出高達(dá) 20mA 的電流，而為高電平時(shí)僅能輸出最大 1mA的電流信號，因此本設(shè)計(jì)中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。 利用 S /S2和 /S3可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 工作原理： 當(dāng)一個(gè)選通端 S1為高電平，另兩個(gè)選通端 /S2和 /S3均 為低電平時(shí)，可將地址端（ A0、 AA2）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 X T A L 1X T A L 2A T 8 9 S 5 2C 1C 2晶 振 圖 22 振蕩 電路 電路圖 圖 23 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路 SMG_ASMG_BSMG_CSMG_DSMG_ESMG_FSMG_GSMG_DPVCC_5GND138_A138_B138_CHW_IN30pFC730pFC812Y1GNDC910KR14GNDVCC_5SCLSDASCLKDINDOUTDRDY12345678RST9RXD10TXD11121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1AT89S52RXDTXD485_ENFOUTVCC_5 12 顯示電路 參數(shù)介紹 本設(shè)計(jì)中顯示電路所使用的顯示元件是數(shù)碼管，采用譯碼器和三極管配合的方式來提供數(shù)碼管所需要的位選控制信號，控制每一位數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字。該電容的取值范圍是：5~30pF，該單片機(jī)晶體振蕩器的取值范圍為： 2~33MHZ。 圖 21 復(fù)位電路 + 5 VR STAT 89 S 52CRGND 11 AT89S52 芯片內(nèi)部有一個(gè)用反向放大器構(gòu)成的振蕩器，反向放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2把 ATAL1和 XTAL2與外部的石英晶體及兩個(gè)電容連接起來可構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器，兩個(gè)電容的一端分別連接在晶體振蕩器的兩只腳上，另一端接地。 AT89S52 單片機(jī)復(fù)位電路規(guī)定，當(dāng)晶振 在運(yùn)行中只要復(fù)位引腳出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期的高電平，即可復(fù)位。 EA 信號也需要介紹一下，當(dāng) EA接高電平（ 5V）時(shí)選擇內(nèi)部存儲區(qū)，當(dāng) EA 接低電平（ 0V）時(shí)選擇外部存儲區(qū)域。因此本設(shè)計(jì)中選擇該單片機(jī)作為液位傳感器的 CPU。 該單片機(jī)具有充足的硬件資源，而且操作簡單，便于開發(fā)，具有較低的成本。 單元電路介紹 CPU 參數(shù)介紹 本 設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)為 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)， 經(jīng)綜合考慮分析設(shè)計(jì)需求及性價(jià)比，該單片機(jī)資源及運(yùn)行速度均符合設(shè)計(jì)要求，具體參數(shù)如下： ● 兼容 MCS51系列產(chǎn)品； ● 8k字節(jié) FLASH 存儲器支持在系統(tǒng)編程，可承受 1000 次擦寫周期； ● 256 字節(jié)片內(nèi) RAM。 由于 RS485 芯片直接與外部總線連接，所以考慮到外界的干擾或其他異常現(xiàn)象（如雷擊）的發(fā)生，這里 RS485 通訊芯片有單獨(dú)電源供電，即使總線保護(hù)電路沒有起到作用，發(fā)生上述情況也也不至于損壞單片機(jī)系統(tǒng)以及其他電路。 下一步就要考慮電壓對系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的影響，由于交流電網(wǎng)中有可能使用大功率電氣設(shè)備如電動機(jī)等，在起動和停止的過程中會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，因此輸出的 12V 電壓就會有很大的波動，造成單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作；或者電網(wǎng)中使用到變頻器，這樣在電動機(jī)的起停過程中也會對電網(wǎng)造成很大的干擾信號，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作。到此 12V 直流已經(jīng)獲得，為得到直流 5V 和 6V 電壓，這里還需要增加 L7805 和 L7806，這樣就可以獲得 5V 和 6V電 壓。以免影響單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作或工作處于臨界點(diǎn)?？紤]到 MAX3082芯片的接收和發(fā)送端工作時(shí)波特率會比較高，普通光耦無法正常工作，因此本設(shè)計(jì)中在 MAX3082芯片的接收和發(fā)送端均采用了肖特基結(jié)構(gòu)的快速光耦，從而保證數(shù)據(jù)能夠正確的傳輸。在芯片的輸出端增加了瞬態(tài)電壓抑制器，能夠很好的抑制總線上的浪涌電壓，從而保證通訊芯片免受其害，造成不可恢復(fù)的后果。 RS485總線采用 MAXIM公司的 MAX3082芯片， 該芯片采用差分信號傳輸，因此有較遠(yuǎn)的傳輸距離，一般 2公里以上。在頻率輸出的信號端增加瞬態(tài)電壓抑制器加以對浪涌電壓進(jìn)行抑制保護(hù)光耦免受傷害?？紤]到外部干擾信號有可能會對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，因此在單片機(jī)系統(tǒng)和頻率輸出端之間增加光耦加以隔離，以達(dá)到隔離干擾信號的目的，保證單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到盡可能的降低整機(jī)功耗，因此兩個(gè)三極管分別用 PNP型和 NPN 型，保證在同一時(shí)刻只用一種報(bào)警狀態(tài)，能夠有效地降低整機(jī)功耗。 聲光報(bào)警電路 采有兩個(gè)三極管、兩個(gè) 10mm 發(fā)光二極管、一個(gè) 12V 蜂鳴器組成。工作電壓 3 V 或 5 V。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗 8 噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn) , 非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器 (PGA ) 組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路 , 可編程數(shù)字濾波器等部件。 本設(shè)計(jì)中采樣器件選用稱重傳感器，該傳感器 輸出為模擬量電壓信號，而本設(shè)計(jì)中所使用的單片機(jī)僅能處理數(shù)字信號，因此在這里就需要將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號才能被單片機(jī)接收并處理。 本設(shè)計(jì)中采用 4位數(shù)碼管顯示，第一位數(shù)碼管在參數(shù)調(diào)節(jié)狀態(tài)下作為功能項(xiàng)顯示用，其余三個(gè)數(shù)碼管作為參數(shù)值顯示用。 顯示模塊采用數(shù)碼管顯示方式，首先亮度較高，數(shù)碼管尺寸可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同尺寸；其次數(shù)碼 管有足夠的亮度，即使在光照較強(qiáng)的情況下也能夠清楚的觀察到顯示值；再次從成本上考慮，數(shù)碼管價(jià)格相對要便宜的多。 另外還具有頻率信號查詢功能，即通過紅外遙控器查看功能 6內(nèi)容，可以查看到當(dāng)前的頻率輸出。 當(dāng)液位傳感器安裝完成后，通過紅外遙控器對傳感器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可設(shè)置的參 數(shù)有：零點(diǎn)值、線性度設(shè)置、高限位報(bào)警點(diǎn)、低限位報(bào)警點(diǎn)、 RS485 通訊地址設(shè)置，這些參數(shù)經(jīng)紅外遙控器修改后數(shù)據(jù)將會存儲在 E2PROM 中，即使傳感器斷電后該數(shù)據(jù)仍然存在，不會丟失。 7 第 2章 硬件介紹 總體概述 該 液位傳感器適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測各種液體，適合測量污水、酸堿溶液、和鍋爐的水位 ,整機(jī)安裝方便、可靠性高、精度高，可替代傳統(tǒng)的浮球式、投入式、差壓式等液位變送器在各種場合下應(yīng)用。 經(jīng)分析可知傳感器系統(tǒng)所需要的電壓有兩種：直流 5V，給傳感器系統(tǒng)的所有功能芯片供電；直流 6V，給稱重傳感器供電。 電源模塊 在一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關(guān)重要的作用，因?yàn)殡娫茨K的帶載能力和輸出文波直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此對電源模塊的設(shè)計(jì)一定要避免以上不良影響。 聲光報(bào)警模塊 6 聲光報(bào)警模塊采用發(fā)光二極管和蜂鳴器組合的形式，為能到到足夠的亮度，因此我們選擇兩個(gè) 10mm的紅色發(fā)光二極管；為能 夠 達(dá)到足夠大的響度，蜂鳴器采用直流 12V規(guī)格。該芯片同時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好地濾除干擾信號。 RS485通信模塊 考慮到輸出信號形式的多樣化， 以及與其他設(shè)備的兼容性，該 傳感器集成了總線輸出模塊，采用 RS485接口，運(yùn)用目前市場上 產(chǎn)品 比較流行的 modbusRTU協(xié)議，能夠保證與市場常見的其他設(shè)備無縫連接，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。 頻率輸出模塊 考慮到本傳感器與其他類似設(shè)備兼容，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，因此本傳感器集成了頻率輸出功能，可根據(jù)采樣到的數(shù)據(jù)（ 0~1000） cm，輸出國際標(biāo)準(zhǔn)的（ 200~1000） HZ的頻率信號，該信號高電平＞ ，低電平＜ ，占空比為 50%，脈沖寬度＞ 。這里選擇紅外遙控的方式對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)使傳感器能夠正常接收的最短距離大于 5米，能夠保證數(shù)據(jù)的正常接收。保證傳感器對于任何液體都能夠進(jìn)行測量，沒有任何限制。本設(shè)計(jì)中從設(shè)計(jì)成本及廣泛的應(yīng)用性方面考慮，采用稱重的原理。 通過查詢相關(guān)資料該芯片完全滿足本液位傳感器的量程、精度及響應(yīng)速度的要求， 5 具體參數(shù)將會在第二章硬件設(shè)計(jì)中著重介紹。工作電壓 3 V 或 5 V。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn) , 非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器 (PGA ) 組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路 , 可編程數(shù)字濾波器等部件。 該芯片數(shù)據(jù)通訊采用 I2C 方式，由于本設(shè)計(jì)中所使用的單片機(jī)沒有 I2C 接口，因此這里需要通過軟件（即程序）對 I2C 協(xié)議進(jìn)行模擬，然后通過通用 I/O 輸出，才能正常建立數(shù)據(jù)存儲關(guān)系。 在參數(shù)設(shè)置界面下，第一位數(shù)碼管作為功能顯示位，其余三位作為參數(shù)值顯示位；在數(shù)據(jù)顯示界面下，四位數(shù)碼管均作為液位高度顯示值位，實(shí)時(shí)地顯示液位高度的變化情況。所以本傳感器采用數(shù)碼管顯示方式。 綜上所述，本設(shè)計(jì)中選定 ATMEL 公司生產(chǎn)