【正文】 。為使RS485通訊時的誤碼率為0，顧本設(shè)計中所選的晶體振蕩器的頻率為：。這兩個電容的作用是上電時幫助石英晶體起振，運行時起到穩(wěn)定振蕩頻率的目的。,因此由下面計算可得：由頻率：f=；得周期：t=1/f=1/(*106)=*108S；得機(jī)器周期：T=12t=12**108=*106S；所以復(fù)位時間必須滿足：3τT；即：τT/3=*107S； 計算時間常數(shù)τ：選擇電阻為10KΩ，；τ=R*C=10*103**106=1*103S；這里3τT,所以單片機(jī)能夠正常復(fù)位。本設(shè)計中由于內(nèi)部存儲區(qū)足以滿足本設(shè)計需要，因此被設(shè)計中選擇內(nèi)部存儲區(qū)域，即此時該引腳上拉（5V）。電路介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、時鐘電路、電源三個部分組成，滿足以上三個條件單片機(jī)系統(tǒng)才能夠正常工作。是一款性價比相當(dāng)高的入門級單片機(jī)?！?；●全靜態(tài)時鐘0到33MHZ；●三級程序存儲器加密；●32個可編程I/O口線；●3個16位定時/計數(shù)器；●6個中斷源（2個外部中斷，3個定時器中斷，1個串行中斷）；●全雙工UART串行口；●低功耗支持Idle和Powerdown方式；●Powerdown方式支持中斷喚醒；●內(nèi)部集成看門狗，使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)更堅固；●雙數(shù)據(jù)指針；●上電復(fù)位標(biāo)志；●雙數(shù)據(jù)指針式數(shù)據(jù)操作更加快捷方便；●較高的處理速度，最高可使用33MHZ的晶振頻率；●封裝形式為DIP40。由于數(shù)字信號在數(shù)據(jù)處理過程中速遞比較快，有可能會對模擬信號造成干擾，是模擬信號的波形發(fā)生畸變，造成采樣不準(zhǔn)間接影響輸出值，因此在模擬信號的電源地與數(shù)字信號的電源地之間需要串聯(lián)一個0Ω電阻，以達(dá)到單點接地的目的，將數(shù)字信號對模擬信號的影響降低到最小。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在12V直流電壓的輸出端需要增加12V轉(zhuǎn)12V的直流穩(wěn)壓隔離電源模塊，這樣既起到了穩(wěn)壓的目的同時也起到了與電網(wǎng)隔離的目的，就能夠保證直流12V電壓的穩(wěn)定性，間接保證直流5V和直流6V電壓的穩(wěn)定性，從而保證單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。到此三種不同等級的電壓均以獲得。本設(shè)計中需要5V和6V和12V三個電壓等級的直流電壓，考慮到現(xiàn)場一般只有交流220V和交流380V電壓，為方便使用這里需要對電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換；首先需將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為12V交流電壓，這里需要選擇變壓器，然后將交流12V電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，這里需要用到整流橋，為了減小該直流電壓的脈動，還需要增加濾波電容。在一個單片機(jī)控制系統(tǒng)中，電源模塊起到至關(guān)重要的作用，因為電源模塊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)計一定要避免以上不良影響?？紤]到總線上有可能會出現(xiàn)不可知的干擾信號，會對單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，使單片機(jī)系統(tǒng)誤工作或無法正常工作，因此在單片機(jī)系統(tǒng)與總線芯片之間增加光耦以達(dá)到光電隔離的目的，避免干擾信號經(jīng)總線電路進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。該芯片同時具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好地濾除干擾信號。同時在輸出端增加發(fā)光二極管作為頻率輸出指示，能夠比較直觀的觀察到有無頻率輸出，便于現(xiàn)場查找原因和解決問題。在光耦的輸出端加一個上拉電阻，保證頻率輸出由足夠的功率，便于遠(yuǎn)距離傳輸頻率信號不至于衰減的過多，從而使下級設(shè)備能夠正常讀取頻率輸出值。頻率輸出由內(nèi)部定時器定時，由I/O口輸出。報警信號由單片機(jī)給出，用三極管來驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管。3 V 電壓時, 最大功耗為1 mW , 等待模式下電源電流僅為8uA。它采用三線串行接口, 有兩個全差分輸入通道, 能達(dá)到01003% 非線性的16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出, 其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定, 還可選擇輸入模擬緩沖器, 以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這里就需要用到A/D轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計中采用AD7705芯片來完成A/D轉(zhuǎn)換功能，AD7705 是AD 公司新推出的16 位轉(zhuǎn)換器。為節(jié)省單片機(jī)的I/O口，所以顯示采用譯碼器控制的方式，若不采用譯碼器位選信號將需要4個I/O口，采用譯碼器后位選信號僅需要3個I/O口，這樣就可以節(jié)省出一個I/O口做其他用途。以上三點均是數(shù)碼管比液晶或其他屏所具有的優(yōu)點，所以本設(shè)計中考慮使用數(shù)碼管顯示。這個功能主要是方便工程維護(hù)人員在不使用其他儀器的情況下方便地查看頻率輸出情況，以更快的速度解決現(xiàn)場問題而設(shè)。傳感器再次上電后，內(nèi)部參數(shù)仍為上一次修改存儲的內(nèi)容。該傳感器可通過數(shù)碼管實時地顯示被測容器內(nèi)當(dāng)前液位的高度，具有液位高于上限設(shè)定值報警和低于下限設(shè)定值報警功能，具有（200~1000）HZ的頻率輸出功能，具有RS485總線通訊功能，具有數(shù)據(jù)存儲功能，具有紅外遙控功能等?？紤]到干擾的存在，因此在5V電壓中，需使用隔離電源；在單片機(jī)系統(tǒng)和外界輸出接口處也加以隔離，以達(dá)到隔離干擾的目的，保證傳感器系統(tǒng)的正常工作。以免影響單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作或工作處于臨界點。為降低整機(jī)工作的功耗，在報警狀態(tài)下采用聲光交替形式，即蜂鳴器工作時發(fā)光二極管不工作，蜂鳴器不工作時發(fā)光二極管工作，有效的降低了整機(jī)功耗。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。通信芯片使用MAXIM公司生產(chǎn)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。該傳感器頻率信號由單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生，由單片機(jī)I/O口輸出，考慮到外接存在的各種干擾信號，因此在信號輸出級采用光電隔離的方式，從而保證外界的干擾信號對傳感器內(nèi)部系統(tǒng)不會造成干擾。本設(shè)計中不涉及遙控器的設(shè)計，本設(shè)計中所使用的遙控器由市場采購而得，遙控器具體發(fā)送的命令形式將在第三章軟件設(shè)計中著重介紹。紅外接收模塊考慮到本傳感器的安裝特殊性，有可能安裝在人手無法觸及的高度，因此不適合采用按鍵的方式對傳感器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。這樣做的目的是：首先采樣器件（稱重傳感器）成本相對較低；其次，液位首先引流至液位管，液體和采樣器件無接觸，這樣不存在液體的化學(xué)性質(zhì)對采樣原件造成干擾或損壞。數(shù)據(jù)采集模塊在設(shè)計之初筆者查詢了許多相關(guān)資料，對于液位傳感器的設(shè)計原理和方法有很多；如接觸式、非接觸式、紅外檢測、浮子檢測、超聲波檢測等等。3 V 電壓時, 最大功耗為1 mW , 等待模式下電源電流僅為8uA。它采用三線串行接口, 有兩個全差分輸入通道, 能達(dá)到01003% 非線性的16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出, 其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定, 還可選擇輸入模擬緩沖器, 以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換模塊本設(shè)計中采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為AD7705，AD7705 是AD 公司新推出的16 位轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)存儲模塊CAT24WC08是一個8K位串行CMOS E2PROM 內(nèi)部含有512個8位字節(jié)CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗CAT24WC01 有一個8 字節(jié)頁寫緩沖器CAT24WC08有一個16字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I2C 總線接口進(jìn)行操作有一個專門的寫保護(hù)功能。設(shè)計為4位數(shù)碼管，采用單片機(jī)連接譯碼器，由譯碼器來控制三極管，有三極管來驅(qū)動4位數(shù)碼管，并控制其亮暗。顯示模塊考慮到該傳感器使用的特殊性，有可能安裝在較高的位置，因此需保證在3~5米的范圍內(nèi)能夠清楚的看到顯示數(shù)值。通訊芯片采用I2C接口，紅外接收采用外部中斷和定時器配合的方式。通過上述要求分析可得如下圖11所示的系統(tǒng)框圖。由于采樣器件輸出的信號為模擬量（電壓信號），因此這里還需要增加A/D轉(zhuǎn)換功能。該高度即為待測容器液位的高度。首先根據(jù)連通器的原理，將少量液體引流至液位關(guān)內(nèi)部，此時液位管內(nèi)液位的高度和待測容器內(nèi)液位的高度相同。 由此可見，液位傳感器在我國近階段有很不錯的發(fā)展前景，但單單從技術(shù)方面來將還并不是很成熟，還有待于進(jìn)一步的提高。 (2)在設(shè)計、可靠性、封裝等方面，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和自主知識產(chǎn)權(quán)，在接口、深刻蝕、高溫歐姆接觸、高可靠MEMS封裝、快速測試、高仿真模擬等技術(shù)方面尚未取得突破性進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化驗證。液位傳感器產(chǎn)品達(dá)到10大類、42小類、6000多個品種，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，但是在我國的所有生產(chǎn)液位傳感器的企業(yè)來看，外資企業(yè)優(yōu)勢明顯，國內(nèi)外企業(yè)綜合實力懸殊，這是因為我國生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，人才短缺、研發(fā)能力弱，最關(guān)鍵的還是技術(shù)，難與國外企業(yè)抗衡。根據(jù)使用場合的不同可以選擇不同原理類型的液位傳感器進(jìn)行安裝。傳統(tǒng)型磁翻板液位傳感器一般是指只具有顯示和輸出功能的液位傳感器，真正意義上的智能液位傳感器，推理、感知、應(yīng)該具備學(xué)習(xí)、通訊等功能，具有精度高、性能價格比高、使用方便等特點。按液位傳感器輸出量的形式分類，可分為模擬式和數(shù)字式傳感器。結(jié)構(gòu)型是依靠液位傳感器結(jié)構(gòu)變化來實現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的。按液位傳感器轉(zhuǎn)換過程中的能量關(guān)系分類，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型。 液位傳感器的分類當(dāng)前市場上所能夠看到的液位傳感器種類繁多，測試原理不同測試方法也不盡相同。下面就一款低成本工業(yè)用智能液位傳感器做如下介紹。工業(yè)用液位傳感器的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IIAbstract III第1章 LED顯示屏簡介 1 課題來源 1 LED顯示屏發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 LED發(fā)展現(xiàn)狀 2 LED大屏幕的發(fā)展趨勢 3 LED顯示屏的設(shè)計要求 5 LED大屏幕顯示系統(tǒng)的分類 5 LED顯示屏的設(shè)計要求 6 本章小結(jié) 7 參考文獻(xiàn) 8 致 謝 10 附錄A 11 附錄B 12 附錄C 13 13 第1章 整體設(shè)計概述隨著微電子、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展以及綜合自動化程度的不斷提高，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的智能儀表，其技術(shù)也同樣在過去的二十多年里得到了迅猛的發(fā)展。目前國外智能儀表占據(jù)了國際應(yīng)用市場的絕大比重，但價格一般都比較昂貴，性價比并不是很高，不適用于普遍應(yīng)用。下面就對不同類型的液位傳感器做簡要分類。能量轉(zhuǎn)換型是磁性翻柱液位傳感器直接將被測量的物理量即為輸出量；能量控制型是由外部供給液位傳感器能量，而由被測量來控制輸出的物理量。按液位傳感器轉(zhuǎn)換原理分類，可分為電阻式、微波式、激光式、超聲式、光電式、熱電式、電感式、電容式、電磁式、壓電式、光纖式及核輻射式等等。按液位傳感器轉(zhuǎn)換過程中的物理現(xiàn)象分類，可分為結(jié)構(gòu)型和物性型。物性型是利用液位傳感器的敏感元件特性變化實現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的。、位移、速度、加速度、力、電壓、電流、溫度、壓力、流量、功率參數(shù)等等。模擬式液位傳感器輸出為模擬量信號，數(shù)字式液位傳感器輸出直接為數(shù)字量信號。 液位傳感器的應(yīng)用場合液位傳感器作為液位測量的主要智能儀表廣泛應(yīng)用于：河流、石油化工、水利水電、環(huán)境監(jiān)測以及自來水廠、污水處理廠等眾多領(lǐng)域。在現(xiàn)階段，液位傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍存在不小的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在以下三個方面： (1)核心技術(shù)和基礎(chǔ)能力欠缺，核心芯片嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口，國內(nèi)企業(yè)在高精度、高敏感度分析、成分分析和特殊應(yīng)用的高端方面與國外企業(yè)差距明顯。 (3)產(chǎn)品在品種、規(guī)格、系列等方面還不夠全面，在測量精度、溫度特性、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)方面仍有不小差別，因此中國浮子液位計傳感器企業(yè)任重道遠(yuǎn)。本設(shè)計中液位傳感器采用稱重原理，采樣器件為稱重傳感器，將重量轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。再通過測量液位管內(nèi)部液體的重量從而計算出液位的高度。經(jīng)過現(xiàn)場使用需求分析，本液位傳感器具有就地顯示功能、參數(shù)設(shè)置功能、聲光報警功能、頻率輸出功能、RS485總線通訊功能。因此，在設(shè)計之初通過以上需求分析，本傳感器設(shè)計如下功能電路： CPU（AT89S52單片機(jī)）：對采樣數(shù)據(jù)綜合運算處理，控制各功能模塊工作； 顯示模塊：采用數(shù)碼管，將采樣處理后的實際液位高度顯示出來； 數(shù)據(jù)存儲模塊：存儲對傳感器設(shè)置的一些參數(shù)，如：報警點、零點、總線地址等數(shù)據(jù)； A/D轉(zhuǎn)換模塊：將采樣器件輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量信號，并將該信號傳遞給CPU； 數(shù)據(jù)采集模塊：即采樣器件，經(jīng)重量物理量轉(zhuǎn)換為電壓信號物理量； 紅外接收模塊：接收紅外遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)； 頻率輸出模塊：輸出（200~1000）HZ頻率信號； 總線通訊模塊：用于RS485通訊； 聲光報警模塊：用于非正常狀態(tài)下聲光報警； 電源模塊：給CPU以及其他功能模塊電路供電。圖11 系統(tǒng)框圖CPU通過整體考慮系統(tǒng)的輸入/輸出情況，本傳感器所需要的單片機(jī)硬件資源如下：數(shù)碼管顯示需要11個I/O口；與數(shù)據(jù)存儲芯片通訊需要2個I/O口；AD轉(zhuǎn)換接口需要4個I/O口；紅外接收模塊需要1和I/O口；頻率輸出需要1個I/O口；RS485通訊需要1個I/O口和一組串行接口。綜上所述，本設(shè)計中選定ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)型號為AT89S52，該單片機(jī)符合上述所需求的硬件要求，唯一缺陷是該單片機(jī)沒有I2C接口，可通過通用I/O口經(jīng)軟件模擬輸出I2C協(xié)議。所以本傳感器采用數(shù)碼管顯示方式。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，實時地顯示液位高度的變化情況。該芯片數(shù)據(jù)通訊采用I2C方式，由于本設(shè)計中所使用的單片機(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。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。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, 非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。工作電壓3 V 或5 V。 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