【正文】 取 R4=18Ω 。 21 第四章 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析 本章內(nèi)容簡介 本章主要簡述在個(gè)子部分單元調(diào)試時(shí)對各個(gè)部分計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，來判斷系統(tǒng)的工作是否正常，測試和采來的數(shù)據(jù)是否匹配，驗(yàn)證軟件算法和硬件采來的數(shù)據(jù)是否正確，此時(shí)如果采來數(shù)據(jù)采來的很不準(zhǔn)確經(jīng)過軟件調(diào) 試可以校正，也能判斷硬件電路是否合理，這部分也是對各個(gè)單元硬件電路的檢測。對于從機(jī)就要利用 SM2 來確認(rèn)主機(jī)是否在呼叫自己。 多機(jī)通信實(shí)現(xiàn)過程如下； (1) 準(zhǔn)備階段 首先定義從機(jī)地址；置 SM2=1； REN=1 允許串行口中斷。 ③ 數(shù)據(jù)塊長度： 16 個(gè)字節(jié)。 通信協(xié)議 [13] ① 地址 FFH是對所有從機(jī)都起作用的一條控制命令：命令各從機(jī)恢復(fù) SM2=1 的狀態(tài)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“ 1”，延時(shí) 1ms 左右的時(shí)間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié) 20 束后再延時(shí) 1ms 后，將控制端置“ 0”。在 485芯片的通信中，尤其要注意對 485 控制端 DE的軟件編程。通信數(shù)據(jù) 是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等部分組成。由于 485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對分機(jī)的查詢方式通信，總線上必然有一臺(tái)始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其它的分機(jī)，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時(shí)共用?？刂扑惴ú捎弥鸫畏侄伪容^逼近。將此速度與設(shè)定值相比，若小于設(shè)定值，電機(jī)控制滴管上升；若大于設(shè)定值，電機(jī)控制滴管下降 。定點(diǎn)方式中包括選擇從站號(hào)，定點(diǎn)巡檢從站，顯示從站參數(shù)工作狀態(tài)；巡檢方式中可以測定輸入站數(shù)量，輸入各從站設(shè)定的速度，各從站的資料巡檢，且在兩種方式中都含有報(bào)警系統(tǒng)。商小于 則停止調(diào)節(jié)。具體上升或下降時(shí)間見下表。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明脈沖頻率在 － 效果最佳。本設(shè)計(jì)采用模糊控制方法。以后每 10 秒更新最老的 10秒計(jì)數(shù)值。即可計(jì)算得到首次液滴速度，到達(dá) 10 秒后，繼續(xù)計(jì)數(shù)至 30秒。液滴速度高速時(shí)采用計(jì)數(shù)法。連續(xù)采集 4次，去掉異常值后平均。在本設(shè)計(jì)中，液滴速度低速時(shí)采用周期法，即首先在信號(hào)的上升沿開始計(jì)數(shù)，判斷計(jì)數(shù)器是否溢出，有溢出計(jì)數(shù)單元加一。電路中 S0端接高電平 1， S1受 Q7控制，兩片寄存器連接成串行輸入右移工作模式， Q7是轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志。 *說明 *： AT89C52 計(jì)算得到的是組合 16 進(jìn)制形式的 （滴速數(shù)據(jù) N），將其 轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制存儲(chǔ) ﹑ 串出。其中，時(shí)間差由定時(shí)器的時(shí)鐘計(jì)算得到。 經(jīng)過以上方案的論證與比較以及硬件的具體實(shí)施，總的電路圖見附錄 B 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想 : 單片機(jī)控制電路主要由 89C52 組成，用來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，對液滴流速的控制，顯示，液面報(bào)警， 485 通信，定點(diǎn)、巡回檢測控制。 （ 4） RS485 串口擴(kuò)展模塊： RS485 信號(hào)的驅(qū)動(dòng) /接收采用了 MAX485 專用芯片，為半雙工通信方式，收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換由 8031 的 ，采用中斷工作方式。經(jīng) 7406 兩級(jí)反向后至單片機(jī)輸出報(bào)警。 （ 2）液面檢測模塊： 以激光管作為發(fā)光源，用方向極強(qiáng)的激光管和光敏二極管構(gòu)成液位傳感器。 單元電路硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)： 鍵盤 命令 數(shù)據(jù) 89C52 液晶顯示 通信 串行 89C52 從站 8279 鍵盤 液晶顯示 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 液面檢測 滴速檢測 14 （ 1） 液滴檢測模塊： 以紅外線作為光源，槽形（ U 形）光電開關(guān)，當(dāng)有液滴落下時(shí)，光通量不足，輸出高電平，使比較器 LM339 輸出低電平。 13 第三章 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本章內(nèi)容簡述 此章主要講述了整體硬件電路和軟件算法的實(shí)現(xiàn)，對各個(gè)部分單元電路如：液滴檢測模塊、液滴面檢測模塊、電動(dòng)機(jī)模塊、 RS485 串口擴(kuò)展模塊、聲光報(bào)警模塊等的檢測，看是否能實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元電路的功能；軟件各個(gè)子模塊實(shí)現(xiàn)與調(diào)試如：液滴檢測模塊、電機(jī)控制、 RS485 串口擴(kuò)展、聲光報(bào)警模塊。 BCD撥碼開關(guān) [10] 撥碼開關(guān)種類很多，作為人機(jī)接口使用最方便的撥碼開關(guān)是十進(jìn)制輸入， BCD 碼輸出的 BCD 碼盤， BCD 碼盤后面有 8個(gè)接點(diǎn)，其中是 BCD撥碼輸入信號(hào)線接入單片機(jī)，另 4 個(gè)接電源或是地。電路圖如下圖 所示（ 12V 電壓電路就是將 7805 換成 7812 其它部分相同） +3 30 01234D1 V i n1GND2V o ut 37 80 5 V C C12P O W E R 圖 2－ 12 鍵盤設(shè)計(jì)選取 在整個(gè)系統(tǒng)中鍵盤就是唯一的輸入設(shè)備，所以在整個(gè)電路中選擇一個(gè)很好的鍵盤是至關(guān)重要的，在電路設(shè)計(jì)中鍵盤的設(shè)計(jì)也是多種多樣的，如：利用串口外接芯片（ 74LS164）做成的鍵盤雖然利用 I/O 口少，但本系統(tǒng)應(yīng)用到串行通信所以此方案不可?。徊捎?PS7219 芯片外接鍵盤，但電路復(fù)雜；通過研究以上兩種鍵盤方式得出應(yīng)該選擇一種硬件電路簡單，所用 I/O 口 少的鍵盤，經(jīng)過多方比較找出一種具有 16 個(gè)按鍵的矩陣式鍵盤， 此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目，缺點(diǎn)為電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。 電源設(shè)計(jì) 在整個(gè)系統(tǒng)中電源設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的它對整個(gè)電路的實(shí)現(xiàn)有著很重要因素，電壓不夠或不穩(wěn)容易造成單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，使整個(gè)電路處于崩潰狀態(tài)，經(jīng)過研究測試做出一款電路，輸入為交流 9V電壓經(jīng)過整流整成直流 9V 電壓，在經(jīng)過高頻率波，然后經(jīng)過 7805 穩(wěn)壓管，在來一級(jí)高頻濾波，低頻濾波最后輸出直流 5V電壓。 界面顯示單元 方案一字符 LCD顯示 字符型 LCD 雖然功耗比較低，電路比 LED簡單，但顯示內(nèi)容很簡單，但其價(jià)格很貴本系統(tǒng)在顯示時(shí)也用不上顯示字符，選用它是一種浪費(fèi)，所以此方案也被淘汰。在電路中當(dāng)儲(chǔ)液當(dāng)此電路接收到報(bào)警信號(hào) (低點(diǎn)平 )時(shí)， 9012 導(dǎo)通，利用蜂鳴器及發(fā)光管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。同時(shí)，當(dāng)儲(chǔ)液瓶中的滴液低于警戒線時(shí)， V2 輸入高電平，也觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員和受液人采取相應(yīng)措施，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。 放大電路組成的報(bào)警電路 [8] 方案一：由 9013 和 9012 組成放大電路的報(bào)警電路 10 +5VT G 19012T G 29013C147 32. 2k47 kVD2VD133 0CED110 0k33 0V1V2 圖 2－ 10 電路如圖 2－ 10。在電路設(shè)計(jì)中采用 穩(wěn)壓管 D D2 組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的 TVS 瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的 485芯片。 MAX485 引腳結(jié)構(gòu)和典型工作電路如下圖 2－ 7 所示 [7] Rt RtV C CGNDGNDV C CRO1RE2DE3DI4 GND 5A 6B 7V C C 8M A X 4 8 5V C C8B7A6GND5 DI 4DE 3RE 2RO 1M A X 4 8 5 TXD RXD GND 電平轉(zhuǎn)換 電平轉(zhuǎn)換 TXD RXD GND 9 圖 2－ 7 R S 4 8 5V C CT X DR X D12J1 圖 2－ 8 RS485 硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。本方案采用 RS485 通訊接口，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)（通訊距離可達(dá) 1000 多米 [6]）。 RS485通訊接口 RS485 適用于共線電路配置中的平衡傳輸線，采用差分驅(qū)動(dòng)器、差分接收器 ，抗模干擾能力強(qiáng)。 RS232 是負(fù)邏輯電平，電平轉(zhuǎn)換器將 TTL 電平與負(fù)電平互相轉(zhuǎn)換，達(dá)到電平匹配， RS232 只適于點(diǎn)對點(diǎn)通信，因此不予采納。設(shè)計(jì)巧妙，電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性高，是理想的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。但當(dāng)兩輸入同時(shí)為高電平時(shí)會(huì)損壞電機(jī)，需要加與非門輸入限制，增加外圍電路將影響整體的設(shè)計(jì)，對精密的設(shè)計(jì)電路有不利因素。 1 滴 。 [5] 方式 步序 控制位 通電繞組 控制字 三 相 單 三 拍 式 1 步 2 步 3 步 C 相 B 相 A相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A相 B 相 C 相 01H 02H 03H 表 2－ 1 根據(jù)上表，單三拍相序?yàn)? A— B— C— A 時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之 A— B— C— A 則電機(jī)反轉(zhuǎn)。雖然步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，但與其驅(qū)動(dòng)控制器匹配使用，控制 起來也十分方便，可很容易的構(gòu)成數(shù)字位置控制系統(tǒng)，因此本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件采用了步進(jìn)電機(jī)，由 CPU通過其驅(qū)動(dòng)控制器來控制。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。在歐美等發(fā)達(dá)國家 80 年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式 的優(yōu)點(diǎn)。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 方案二：步進(jìn)電機(jī) 一、步進(jìn)電機(jī)描述： 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果應(yīng)用直流電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)和 A/D 轉(zhuǎn)換構(gòu)成，控制普通電機(jī)的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考 慮達(dá)林管組成的 H 型 PWM 電路。 其中直流電機(jī)使用方便，價(jià)格便宜，但運(yùn)動(dòng)精度較低，難以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。利用了水的折射原理，由于水的折射作用，有水時(shí)透射的光線上移一段距離，照不到光敏管上，如果水位降到警戒線下，沒有了水的折射使光線正 好照射到光敏晶體管上，光敏二極管接收的光的強(qiáng)度增大，從 LM 339 中送出低電平，經(jīng)施密特電路整形后送入單片機(jī)，這樣就大大提高了穩(wěn)定度，抗外界光線的干擾能力加強(qiáng)，而且信號(hào)調(diào)整方便，可以很容易的實(shí)現(xiàn)脈沖輸出，非常適合用于數(shù)字系統(tǒng)，且低頻并不影響它的測量精 度，有較高的分辨率，所以本系統(tǒng)采用這種光電傳感裝置檢測液面。而電容式傳感器測量低頻電壓的誤差較大，且電容對水的介電常數(shù)的變化不大，距離有限 。 方案二：電容傳感器 [3] 電容式傳感器在測量高頻信號(hào)時(shí)，精度較高。 此設(shè)計(jì)特點(diǎn)以紅外線作為光源，槽形（ U形）光電開關(guān)，當(dāng)有液滴落下時(shí)，光通量不足，輸出 高電平，該對管接發(fā)光的穩(wěn)定性高，不易受外界影響，且十分便于檢測滴管內(nèi)的水滴。 ③ 漫反射式光電開關(guān)： 集發(fā)光器和收光器于一體，當(dāng)發(fā)射光被通過的目標(biāo)反射回收光器時(shí)，即輸出信號(hào)。發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)反射鏡返回收光器，目標(biāo)通過并阻斷光線時(shí)，即輸出信號(hào)。槽形（ U 形）光電開關(guān)是對射式的變形，其優(yōu)點(diǎn)是無須調(diào)整光軸。當(dāng)目標(biāo) 通過發(fā)光器和收光器之間并阻斷光線時(shí)，即輸出信號(hào)。激光光源穿透力較強(qiáng)，被檢測對象為塑料透明滴管內(nèi)的水滴，不能正確判斷，所以此種類型的激光檢測裝置不夠敏感，且不易實(shí)現(xiàn)。 紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小，同時(shí)紅外系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕，能有效的抗可見光波段的偽裝，對輔助裝置要求最少，對人眼無傷害，當(dāng)然紅外光也有一定的缺點(diǎn)，如大氣、潮濕的天 氣、霧和云對它有衰減作用，所以只適用于室內(nèi)通信，在現(xiàn)代生活中，人們?yōu)榱烁奖愕氖褂眉t外光這種有效的媒質(zhì)，利用紅外光做出了很多器件，發(fā)射式光電檢測器就是其中的一種器件，它具體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，外圍電路簡單，安裝起來方便，電源要求不高。 ? 紅色光源、綠色光源、蘭色光源、白色光源易受環(huán)境影響較大，外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判。它包含調(diào)制光源， 光敏元件等組成的光學(xué)系統(tǒng)、放大器、及開關(guān)輸出裝置。 水滴檢測模塊 常用光電開關(guān)檢測技術(shù) [2] 光電開關(guān)（光電傳感器）是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)其接收光強(qiáng)度變化的電子器件。 3 第二章 各單元電路方案論證 本章內(nèi)容簡述 本章主要講述了各單元部分電路的選擇與論證，將各單元電路方案列出來，從而對每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，選擇一個(gè)最優(yōu)的方案。 鍵盤 此設(shè)計(jì)題實(shí)現(xiàn)的功能很多，這樣鍵盤數(shù)也就很多，鍵盤設(shè)計(jì)的方式多不可數(shù)，考慮到程序的代碼空間大小，及鍵盤靈敏度是否很高，人們不由會(huì)想起矩陣式開關(guān)它最多能 16 個(gè)按鍵而且不需要很復(fù)雜的外圍電路，它可以設(shè)計(jì)中斷方式和非中斷方式設(shè)計(jì)方式靈活，缺點(diǎn)為電路不算復(fù)雜但會(huì)加大編程難度。 外圍數(shù)據(jù)采集器件（傳感器）及控制選型 由于所檢測的物理量是水滴是一