【正文】 可見，只要a保持不變，則金屬電阻將隨溫度線性的增加，其靈敏度S為： (32)顯然，a越大，靈敏度就越大，純金屬的電阻溫度系數(shù)a為（~）%1℃。本系統(tǒng)采用電橋差動(dòng)線性補(bǔ)償電路，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度測量范圍為20~50℃，以及A/D芯片的輸入電壓范圍，設(shè)計(jì)了如圖32所示的測溫電路原理圖?？紤]到它的輸出為電壓信號(hào)故無需進(jìn)行i—v的變換，但輸出電壓信號(hào)小，所以必須放大。其主要技術(shù)參數(shù)有：(1)測量范圍: 1~14pH(177?！?(2)采樣速率：0~599秒(3)環(huán)境溫度：10~65℃(4)相對(duì)濕度：95％(5)供電電源：AC110V/220V177。0．(8)重現(xiàn)性： 177。溶解氧調(diào)整電路原理圖如圖34所示。本項(xiàng)目應(yīng)用中只是定時(shí)（2s）對(duì)溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，在數(shù)碼管顯示，功能相對(duì)簡單，實(shí)時(shí)性不太強(qiáng)，運(yùn)算量不大，因此選用8位單片機(jī)。滿足這兩個(gè)條件的單片機(jī)很多，考慮到價(jià)格、實(shí)驗(yàn)室已有的單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境和仿真器等因素，選用美國ATMEL公司生產(chǎn)AT89C2051單片機(jī)。片內(nèi)置有通用8位中央處理器和Flash內(nèi)存單元，封裝只有20針，體積比較小，工作溫度為55~+125℃。是美國公司生產(chǎn)的低電壓、高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（）和的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（），器件采用公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲(chǔ)單元，單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。P3端口：~、／O口。例如。、輸出的硬線連接，并不作為通用的I／O管腳，所以不接到外部。AT89C51單片機(jī)具有以下一些特點(diǎn)：1．內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM)和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) AT89C51單片機(jī)有4K可檫除內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(E2PROM)、128B的RAM。尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口，該串口是利用兩I／O口線構(gòu)成的，有四種工作方式，要通過編程選定。4．中斷與堆棧AT89C51 單片機(jī)有5個(gè)中斷源，分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的。5．定時(shí)器／記數(shù)器與寄存器區(qū) AT89C51單片機(jī)有2個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，通過編程可實(shí)現(xiàn)四種工作模式。6．指令系統(tǒng) AT89C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)功能比較強(qiáng)，主要表現(xiàn)在指令系統(tǒng)中包含加法、減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。7．布爾處理器 AT89C51單片機(jī)的布爾處理器實(shí)際上是一個(gè)完整的一位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。一位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)測控方面非常有效，而八位機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表和數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長處。A／D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。A／D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換精度、輸入電壓范圍、輸入電阻(阻抗)、供電電源、數(shù)字輸出特性、工作環(huán)境(周圍的溫度、濕度等)。A／D轉(zhuǎn)換一般有記數(shù)器式A／D轉(zhuǎn)換、逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換、雙積分式A／D轉(zhuǎn)換、V／F變換型A／D轉(zhuǎn)換。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換精度高，多用于數(shù)據(jù)采集及精度要求比較高的場合，但速度更慢。此外，還有一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離串行傳送的V／F變換型A／D轉(zhuǎn)換器。(2)多通道：ADC0809是8通道A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置多路開關(guān)；12位A／D轉(zhuǎn)換器AD574A是單通道輸入，所以如果要采集多個(gè)通道，需外加多路選擇開關(guān)，電路復(fù)雜。15V三種電源，所用電源復(fù)雜。ADC0809內(nèi)部的多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖36所示。：IN7～I(xiàn)N0：模擬量輸入通道ALE：地址鎖存允許信號(hào)。START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。本信號(hào)有時(shí)簡寫為ST。CLK：時(shí)鐘信號(hào)。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。D7～D0：數(shù)據(jù)輸出線。D0為最低位，D7為最高。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc： +5V電源。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。第一：要給START線送一個(gè)100ns寬的啟動(dòng)正脈沖；第二：獲取EOC線上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗茿/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的標(biāo)志位。A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳遞給微機(jī)進(jìn)行處理。為此可采用下述三種方式：（1）定時(shí)傳送方式：對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的，例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us。（2）查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。如果EOC為低電平，表明A/D正在進(jìn)行，則控制器繼續(xù)查詢；如果查詢到EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，則給OE線送一個(gè)高電平，以便獲取D0~D7線上的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。在中斷服務(wù)例程中要是OE線變?yōu)楦唠娖?，則可以獲取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、橋式整流電路、電容濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。圖37 電源模塊人機(jī)界面是便攜式系統(tǒng)的重要組成部分，尤其是對(duì)于本系統(tǒng)，顯示是基本功能之一。與傳統(tǒng)的顯示技術(shù)相比，液晶顯示器具有很多重要的優(yōu)越性?？紤]到功耗和LCD顯示器的點(diǎn)陣越大體積越大的特點(diǎn)，我們選用NS12864J液晶顯示模塊，它是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。此顯示器釆用了COB軟封裝方式，通過導(dǎo)電橡膠和壓框鏈接LCD，使其壽命長，連接可靠。5V177。此外，了解如下器件有利于對(duì)LCD模塊編程。當(dāng)D/I=0時(shí)，在E信號(hào)下降沿的作用下，指令碼寫入IR。當(dāng)D/I=1時(shí)，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入DR,或在E信號(hào)高電平作用下由DR讀到DB~DB0 數(shù)據(jù)總線。(3)忙標(biāo)志(BF)：提供內(nèi)部工作情況。BF=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。(4)顯示控制觸發(fā)器DFF：用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號(hào)控制的。高3位是X地址計(jì)數(shù)器，低6位為Y地址計(jì)數(shù)器，XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為DDRAM的地址指針，X地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的頁指針，Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，Y地址自動(dòng)加1，Y地址指針從0到63。(7)Z地址計(jì)數(shù)器：Z地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)計(jì)數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。Z地址計(jì)數(shù)器可以用指令DISPLAY STARTLINE預(yù)置。 晶振電路對(duì)于一個(gè)高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，晶體的選擇非常重要，尤其是設(shè)計(jì)帶有睡眠喚醒（往往用低電壓以求低功耗）的系統(tǒng)。這一現(xiàn)象在上電復(fù)位時(shí)并不特別明顯，原因是上電時(shí)電路有足夠的擾動(dòng)，很容易建立振蕩。圖38為晶振電路。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位電路，系統(tǒng)復(fù)位電路電路圖如圖39所示。輸出控制分兩種：模擬量控制和開關(guān)量控制。本系統(tǒng)采用開關(guān)量控制。光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管／光敏三極管、發(fā)光二極管／光敏復(fù)合晶體管、發(fā)光二極管／光敏電阻，以及發(fā)光二極管／光觸發(fā)可控硅等。在一般微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于大都采用TTL電平，不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，所以通常加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器。其系統(tǒng)原理圖如圖311所示。此時(shí)發(fā)光二極管有電流通過并發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，從而在集電極上產(chǎn)生輸出電壓。圖310光電隔離器原理圖 圖311光電隔離電路原理圖本系統(tǒng)采用的控制輸出電路如圖312所示。 圖3—12控制輸出電路至此，已完成了硬件部分的設(shè)計(jì)，把這些接口電路組合起來就得到總的設(shè)計(jì)電路圖。主程序寄存器初始化并行口初始化串行口初始化定時(shí)器初始化中斷系統(tǒng)初始化等待中斷T0定時(shí)中斷程序數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)濾波標(biāo)度變換BCD碼轉(zhuǎn)換器掃描顯示模糊控制中斷返回圖41系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu) 主程序主要是進(jìn)行一系列的初始化工作，包括對(duì)堆棧、I／O口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)串口等特殊功能寄存器賦值，包括位操作區(qū)和有關(guān)寄存器清零，包括置T0、T1時(shí)間常數(shù)，還包括轉(zhuǎn)入實(shí)驗(yàn)程序等，然后等待定時(shí)器T0中斷。各種信息和數(shù)據(jù)處理程序一是放在顯示間隙中完成，二是放在中斷服務(wù)子程序T0中完成。記數(shù)器T1用于串行通訊是產(chǎn)生波特率，不中斷。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求及前述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的具體情況，本軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)單片機(jī)內(nèi)部資源RAM空間分配如下：(1)2AH：存溫度采樣中值濾波后的值(2)2BH：存pH采樣中值濾波后的值(3)2CH：存溶解氧濃度采樣中值濾波后的值(4)30H、33H、36H：存三次溫度采樣值(5)31H、34H、37H：存三次pH采樣值(6)32H、35H、38H：存三次溶解氧濃度采樣值(7)40H、41H：溫度顯示緩沖區(qū)(8)42H、43H：pH值顯示緩沖區(qū)(9)44H、45H：溶解氧濃度顯示緩沖區(qū)(10)50H、51H；存溫度BCD碼的值(11)52H、53H：存pH值BCD碼的值(12)54H、55H：存溶解氧BCD碼的值(13)60H～69H：堆棧區(qū)(14)70H：存設(shè)置溫度下限值(15)71H：存設(shè)置溫度上限值(16)72H：存設(shè)置pH值下限值(17)73H：存設(shè)置pH值上限值(18)74H：存設(shè)置溶解氧濃度下限值(19)75H：存設(shè)置溶解氧濃度上限值此模塊完成溫度、pH值、溶解氧濃度的采樣。Ts太小，會(huì)使采樣數(shù)據(jù)量劇增，占用大量的內(nèi)存單元；Ts太大，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息被丟失。因此采樣周期要按照采樣定理來確定。如果頻譜信號(hào)x(f)和采樣周期滿足下列條件：（1） 頻譜x(f)為有限頻譜，即當(dāng)∣f∣=fc (fc為截止頻率)時(shí)，X(f)=0。則連續(xù)信號(hào) (41) 唯一確定。1，177。fc就是采樣時(shí)間間隔內(nèi)能辨認(rèn)的最高頻率，稱為截止頻率。本課題中溫度、pH值、溶解氧濃度都是緩慢變化的量，故取采樣周期為10s。根據(jù)ADC0809與AT89C51的硬件接口電路，依次對(duì)IN0～I(xiàn)N2的模擬量采樣三次，并將溫度采集數(shù)據(jù)存入30H、33H、36H單元，pH值采集數(shù)據(jù)存入31H、34H、37H單元，溶解氧濃度采集數(shù)據(jù)存入32H、35H、38H單元。其程序清單和程序如下。COLECT： MOV R7，940VI： DJNZ R7，VIMOV R0 30H ；采樣值始址送R0 MOV R3，03H ；采樣次數(shù)送R3LOOP： MOV R2，03H ；采樣通道送R2ROUT0： DPTR, 0A000H ； 0809AD的通道開始轉(zhuǎn)換嗎SAM： MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換MOV R3， 920H ；延時(shí)查詢DELY： DJNZ R3, DELYTEST： JNB P1．7，TEST ；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束? MOVX A， DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R0， A ；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)INC DPTR ；指向下一個(gè)通道INC R0 ；修改地址DJNZ R2，SAM ；三通道一次采集是否已采集完DJNZ R3，LOOP ；三通道三次采集是否已采集完RET ；若采樣已完，則返回該模塊完成數(shù)據(jù)的濾波、標(biāo)度變換、BCD碼轉(zhuǎn)換。而在由微型機(jī)組成的自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，為了減少對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，則常常采用數(shù)字濾波的方法。數(shù)據(jù)濾波的方法有多種，如平均濾波、低通濾波、程序判斷濾波、壞值剔除濾波、中值濾波、加權(quán)濾波等，本系統(tǒng)采用中值濾波程序。若變量變化比較緩慢，采用中值濾波效果比較好，但對(duì)快速變化過程的參數(shù)，如流量，則不宜采用。中值濾波程序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是，首先把N個(gè)采樣值從小到大或從大到小進(jìn)行排隊(duì)，然后再取中間值。繼而再取第二個(gè)數(shù)據(jù)與第三個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷方法亦然，直到最大數(shù)沉底為止。本系統(tǒng)采樣通道為三個(gè)，每個(gè)通道采樣三次。其流程圖如圖43所示。FILTER1： MOV A， 30H ；(30H)送ACJNE A， 33H， CMP1 ；若(30H)不等于(33H)，則轉(zhuǎn)CMP1AJMPC MP2 ；否則，轉(zhuǎn)CMP2CMP1： JNC CMP2 ；若(30H)(33H)，則轉(zhuǎn)CMP2XCH A，33H ；(30H)與(33H)交換XCH A， 30HCMP2： MOV A， 33H ；(33H)送ACJNE A， 36H，CMP3 ；若(33H)不等于(36H)，則轉(zhuǎn)CMP3MOV 2AH，A ；否則