【正文】 圖 1 系統(tǒng)方框圖 根據(jù)系統(tǒng)的整體控制需求，通過(guò)單片機(jī)的總體控制，由數(shù)據(jù)地址總線以及輸入 /輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，由模擬 /數(shù)字 轉(zhuǎn)換模塊 以及 電機(jī)控制等外圍電路 組成，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)的調(diào)控需求。 硬件控制方案 控制模塊設(shè)計(jì)方案 控制模塊的主體是單 片機(jī)，不同型號(hào)的單片機(jī)具有各自的特點(diǎn)，這樣對(duì)于機(jī)體型號(hào)的選擇有了更多選項(xiàng)。綜上所述可以根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行單片機(jī)的挑選： 模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊 單片機(jī)控制模塊 存儲(chǔ)模塊 通信模塊 液位檢測(cè)模塊 輸入鍵盤(pán)與顯示模塊 電機(jī)模塊 時(shí)鐘模塊（只做簡(jiǎn)述 無(wú)時(shí)間顯示要求可略） 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 第二章 系統(tǒng)的總體方案 4 1. 被選機(jī)型的數(shù)據(jù)參數(shù)。 2. 被選 機(jī) 型 的增強(qiáng)功能 。 3. 被選機(jī)型的 一次性可編程 以及閃存性能 。 5. 單片機(jī) 工作 環(huán)境的 溫 度 變化 范圍 ，同時(shí)還要根據(jù)機(jī)型選擇領(lǐng)域是工業(yè)還是商業(yè)進(jìn)一步選擇 。 7. 單片機(jī)的電壓工作范圍 。 8. 被選機(jī)型的市場(chǎng)價(jià)格。 10. 調(diào)控時(shí)其它功能模塊使用的器件型號(hào)。 12. 盡可能資源豐富。 14. 最后還應(yīng)考慮被選機(jī)型同系統(tǒng)中其他芯片總體考慮。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要可以使用四路八位輸入 /輸出接口，同時(shí)系統(tǒng)需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器以達(dá)到擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的目的，三十二萬(wàn)字節(jié)的存儲(chǔ)量（數(shù)據(jù)）就可以達(dá)到系統(tǒng)使用量，最終系統(tǒng)使用十六位或準(zhǔn)十六位的總 BUS線作為傳送數(shù)據(jù)（地址） [7]。 系統(tǒng)控制過(guò)程中使用交流 二百二十伏作為供電源并且使用直流五伏電源為單片機(jī)供電，被選單片機(jī)支持在線系統(tǒng)編程進(jìn)而省去了仿真器的使用。 單片機(jī) AT89S52型可以在線系統(tǒng)可編程閃存存儲(chǔ)器并且集聚性能較高的 CMOS與功率低損耗為一體的八位微型調(diào)控器。 被選機(jī)型 AT89S52 具有下列功能：字節(jié)為二百五十六的 RAM，字節(jié)為八千的閃存，看門(mén)狗（防系統(tǒng)死飛），三十二位輸入 /輸出，數(shù)據(jù)指針為兩個(gè)，計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器十六位為三個(gè)，其中調(diào)控模型的中斷結(jié)構(gòu)為一個(gè)六向量二級(jí)，時(shí)鐘電路、雙工串行端口和振蕩元件（片內(nèi)）。 顯示與輸入鍵盤(pán)模塊的設(shè)計(jì)方案 輸入鍵盤(pán)模塊主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)液位值的輸入，該部分的軟件任務(wù)主要是檢驗(yàn)是否有按鍵按下同時(shí)檢查是何鍵值，之后根據(jù)輸入值來(lái)決定電機(jī)的正 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進(jìn)而控制液位值，本系統(tǒng)可以采用獨(dú)立式鍵盤(pán)進(jìn)行數(shù)值輸入。 調(diào)控模型精準(zhǔn)度必須不大于五米測(cè)量范圍，十分之一的測(cè)量精確度，預(yù)測(cè)模型的檢測(cè)取值空間五米，十分之一的準(zhǔn)確率， 5 10％ =。 系統(tǒng)有兩種關(guān)于 LED顯示方法：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示方法。但靜態(tài)展示需要待改進(jìn)的地方，首先為占用更多輸入 /輸出端口，造成資金投入相對(duì)上浮。 改善元件中靜態(tài)展示的輸入 / 輸出端所占比例過(guò)多，采用壓縮 BCD生產(chǎn)代碼及八位鎖存數(shù)據(jù)元件，硬件 74LS273和壓縮元件連接該驅(qū)動(dòng)器解碼器上，降低元件需要的運(yùn)作量。 模擬 /數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)方案 模擬 /數(shù)字信號(hào)的 轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)與外界控制的關(guān)鍵，多種不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，第一要看怎樣選擇適當(dāng)?shù)脑_(dá)到系統(tǒng)的要求。它的優(yōu)點(diǎn)是速度快、損耗功能低，分辨率低（ 12）的是價(jià)格比較便宜的；但精度高（ 12），其價(jià)格高。由于 該轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化率高，需要 2n1 個(gè)比較器進(jìn)行 n 位轉(zhuǎn)換，從而使電路規(guī)模加大，也造成價(jià)位高的現(xiàn)象，因而只適用于高速 AD 轉(zhuǎn)換視頻的特定區(qū)域。有的模塊被劃分成三個(gè)階段以上的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換并被稱(chēng)為分級(jí)（多步）型，從第一視角轉(zhuǎn)換的角度可以稱(chēng)為管道（流水線）型的 A/D，多層次的大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 第二章 系統(tǒng)的總體方案 6 AD 加入更多的結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字運(yùn)算和糾錯(cuò)等功能。 積分型的運(yùn)作方式（模 /數(shù)）在頻率（脈沖頻率）或一個(gè)時(shí)間（脈沖寬度信號(hào)）下轉(zhuǎn)換輸送電壓，然后由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器獲取的數(shù)值。 電壓 頻率變換型（電壓 頻率轉(zhuǎn)換器），系統(tǒng)取得的模擬信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成一對(duì)頻率的數(shù)字量，通過(guò)間接的模擬轉(zhuǎn)換得到數(shù)字。其優(yōu)良特性是分辨性能高，具有 低廉價(jià)位，損耗功能小，但要有外部電路計(jì)數(shù)電路模板一齊完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。由靜態(tài)精度的角度出發(fā)，應(yīng)考慮所產(chǎn)生的原始信號(hào)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤最后由系統(tǒng)傳遞制造的最終誤差，這種誤差信號(hào)的主要是由于數(shù)字化模擬造成的。 被稱(chēng)為低分辨率的轉(zhuǎn)換元件（模 /數(shù)）通常低于八位的轉(zhuǎn)換元件（模 /數(shù)），中分變率的轉(zhuǎn)換元件（模 /數(shù)）為九至十二位，超過(guò)十三位的被稱(chēng)作高清晰度的轉(zhuǎn) 換元件（模 /數(shù)）。因此需要定位于十或十一位為宜。系統(tǒng)裝置的測(cè)量精準(zhǔn)度必須與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度相符合，換句話說(shuō)為了不造成測(cè)量誤差的擴(kuò)大，需要總體造成的誤差與量化的誤差值百分比小盡可能的??；反過(guò)來(lái)應(yīng)依照測(cè)量精度對(duì)轉(zhuǎn)換器規(guī)定特定的位值需求。雙精度轉(zhuǎn)換法可以解決對(duì)轉(zhuǎn)換位數(shù)需求更多的系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題。轉(zhuǎn)換率被定義是在完成該變換（模 /數(shù)）所需時(shí)間倒值。 為了使頻率信號(hào)得到改善，可以通過(guò)降低轉(zhuǎn)換時(shí)間從而達(dá)到目的。某些轉(zhuǎn)換器提供各種各樣的管腳，要保護(hù)好轉(zhuǎn)換的精度必須要先確保管腳正確使用，雙擊性的偏置以及量程的變換是決定轉(zhuǎn)換器可控量程的因素。頻率信號(hào)如果不高則所需轉(zhuǎn)換的時(shí)間將會(huì)變短，換而言之高速取樣轉(zhuǎn)換的情況下是不需要使用保持器件和采樣器件。 當(dāng)電壓和被選傳感元件誤差相近時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要的元件即為 ADC0804。 在系統(tǒng)模塊中負(fù)責(zé)電動(dòng)啟動(dòng)器的部分由繼電器進(jìn)行調(diào)控。該元件集聚了調(diào)控系統(tǒng)（輸入端回路）與被調(diào)控系統(tǒng)（輸出端回路 ），此元件的存在其實(shí)就是使用更少的電流來(lái)調(diào)控一個(gè)較大的自動(dòng)刀閘。 關(guān)于繼電器自身所涉獵的技術(shù)參數(shù)： ，該參值指的是在正線圈常規(guī)運(yùn)行的狀況下需要電壓的供給值，該元件有兩種型號(hào)可供選擇分別為 AC型與 DC型。 ，該參值是由元件動(dòng)作后造成的吸和現(xiàn)象，并在此狀態(tài)下?lián)p耗的電流最小值。至于施加給線圈的電壓參值，常規(guī)為額定情況下電壓值的一倍至兩倍之間，在此范圍之外將會(huì)由于過(guò)強(qiáng)電流流過(guò)線圈時(shí)造成燒毀現(xiàn)象。在目前情況下繼電器電流值被降低到一定幅度時(shí)該器件將返回?zé)o動(dòng)力下釋放情況，此時(shí)吸和電流將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該時(shí)刻電流值。這一數(shù)值的出現(xiàn)確定了繼電器的電壓 /流值不得超過(guò)該值，如果超過(guò)該數(shù)值將會(huì)造成器 件觸點(diǎn)的毀損。 電動(dòng)機(jī)在直流運(yùn)行環(huán)境下接通電源即可旋轉(zhuǎn)，電機(jī)具有較大慣性導(dǎo)致掉電后關(guān)閉不會(huì)立刻停止，旋轉(zhuǎn)一定角度后停止，如果電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)角度的精確控制，對(duì)此閉環(huán)算法是復(fù)雜的，體積龐大也就同系統(tǒng)硬件與之對(duì)應(yīng)。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 第二章 系統(tǒng)的總體方案 8 步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的電脈沖被轉(zhuǎn)換致角位移。 基于上述參值的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)使用額定值為 120V交流 /24V直流的電壓，運(yùn)行在電流三安電壓五伏的小型器件。 在水平液位控制系統(tǒng)中，最重要的參數(shù)測(cè)量是水平液位值，液面檢測(cè)和校對(duì)是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的。工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的鍋爐系統(tǒng)以及船體鍋爐系統(tǒng)，系統(tǒng)中都會(huì)存在著“虛假液位”的現(xiàn)象，由于鍋爐的溫度、水蒸氣濃度以及液位控制系統(tǒng)在非平靜環(huán)境下作 業(yè)造成待測(cè)機(jī)體晃動(dòng)，造成液位控制精度不準(zhǔn)確，導(dǎo)致液位控制有偏差 [2]，針對(duì)這種現(xiàn)象常采用串級(jí)控制。二十世紀(jì)八十年代末期的一例汽包水位自動(dòng)失靈足以說(shuō)明系統(tǒng)調(diào)節(jié)的重要性，該事故中汽包水位自動(dòng)失靈，運(yùn)行人員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。水蒸汽在渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)的侵蝕機(jī)片，從而產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力。 通常用在生產(chǎn)工業(yè)階段的測(cè)液儀： MKUR3100 投入式、 UFZ04 型罐車(chē)式、 ULB 型玻璃式、 UQK01/02/03 型液位控制裝置和彩色石英管浮子玻璃液位計(jì)等。 MKUR3100 投入式液位計(jì)是由液位變送器型 URA 及 URB 數(shù)字電平指示器由兩部分組成，水位控制和測(cè)量水位，污水處理，水利和化學(xué)工業(yè)，冶金和適用的其他部門(mén) 。 NC01 控制銅液位控制，不銹鋼等材料，不腐蝕容器02/03 型浮球適當(dāng)?shù)乃?[8]。 在常規(guī)狀態(tài)下的液體位置測(cè)量?jī)x通常可以分為兩大類(lèi)：第一大類(lèi)為接觸式的測(cè)量?jī)x，另一類(lèi)為非接觸方式的液位測(cè)量?jī)x。 該元件在原理上增添了流體靜力學(xué)理論并應(yīng)用在液位壓力測(cè)量?jī)x中，密封成為了該元件的重要技術(shù)，這就確保了測(cè)量?jī)x器的密封性又使得壓力空間與外界相同，間接增加元件測(cè)量的精準(zhǔn)度 [10]。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 第二章 系統(tǒng)的總體方案 9 本次設(shè)計(jì)選用的元件為高低液位測(cè)量?jī)x。 在運(yùn)作中相異器件之間串行通訊，應(yīng)該使用同種標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通訊。 經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)串行方式 RS485的特性： 邏輯值為 1，此刻兩線間電壓差是 +6v~+2v。 端口信號(hào)的電位值與之 RS232C數(shù)值減少很多，這不可能造成端口線路芯片破損，考慮到該元件電平兼容性與 TTL相通，能夠容易地連接到 TTL。 ，抗共模噪聲抑制性能增強(qiáng)，也就是干預(yù)性能優(yōu)良一面的展現(xiàn)。 RS485的 BUS線一般可多達(dá)三十二個(gè)節(jié)點(diǎn)， 485如果使用一個(gè)特殊的芯片，能夠擴(kuò)展 節(jié)點(diǎn)數(shù)到 128或 256，最大支持個(gè)數(shù)可多達(dá)四百節(jié)點(diǎn) [4]。使用通信電纜一百五十皮法每米，十五米是通訊長(zhǎng)度極大值 。 短距離傳送也考慮到該元件傳輸是單端信號(hào)接送方式，當(dāng)出現(xiàn)共模噪聲干擾問(wèn)題沒(méi)有扼制時(shí)，這也決定了該器件多在二十米范圍內(nèi)運(yùn)行環(huán)境下。然而， RS48 RS232通訊媒體和物理層 的鏈接方式，想達(dá)到訪問(wèn)雙向的特性應(yīng)該將通信程序排列出來(lái)，這些大部分是不滿足 OSI標(biāo)準(zhǔn) / ISO標(biāo)準(zhǔn)，只有各自類(lèi)型性能得以體現(xiàn)，這也說(shuō)明了程序沒(méi)有兼容性 [5]。 現(xiàn)場(chǎng) BUS應(yīng)用技術(shù)基于基本模塊 OSI/ISO，完全可以支撐軟件調(diào)控系統(tǒng)，解決 BUS總調(diào)控，維護(hù)，沖突檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)。 該調(diào)控模型應(yīng)用常規(guī) RS485端口， RS232 / RS485轉(zhuǎn)換元件和 PC完成通訊鏈路。它結(jié)束了TTL電平的并變成了 RS485電平功能。 / RE對(duì)應(yīng)為終端接收端，當(dāng)該端口邏輯值是零時(shí)，該元件處于接收狀態(tài) 。A側(cè)和 B側(cè)差動(dòng)信號(hào)端子的發(fā)送和接收，當(dāng) A電平高于 B，此時(shí)發(fā)送數(shù)值是一 。添加 A和 B之間的匹配阻可選 100Ω。 閃速存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器（非易失性的），在沒(méi)有實(shí)際供應(yīng)情況可維持時(shí)間長(zhǎng)，這是等于硬盤(pán)存儲(chǔ)的特性，閃光特征是物種各種數(shù)字便攜設(shè)備成為潛在的存儲(chǔ)介質(zhì)。當(dāng)電源被阻斷時(shí)存入的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，它主要用于短期使用的程序。 ROM被劃分成兩類(lèi)，光刪除和電可重寫(xiě)兩種類(lèi)型的電動(dòng)刪除。 NAND存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)單元是串行方式，存儲(chǔ)單元被讀出是在已提交單位的前提下進(jìn)行的，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠達(dá)到 1/2G的空間容量，該器件的使用率很高，同時(shí)低成本也便于大范圍推廣。這僅是由八個(gè) I / O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送， NOR閃存并行傳輸模式與之相比要快得多。 NAND可以供給高密度結(jié)構(gòu)單元進(jìn)而形成高密度存儲(chǔ)，其快速性也體現(xiàn)在輸入與刪除性能上，其中 FLASH難以特殊管理。 NOR傳動(dòng)速率高具有非常高性?xún)r(jià)比，低寫(xiě)入 一至四兆時(shí)及擦除速度都將大大影響其性能。 為了提高處理器工效減少處理時(shí)間，而且 RAM內(nèi)存速率快且易于使用特性，因此掉缺電時(shí) RAM數(shù)據(jù)丟失的情況被忽略?；谝陨显蛉绻枰o調(diào)控模型增加該項(xiàng)功能，建議采用外部時(shí)間模塊以減小單片機(jī)自身運(yùn)作量，同時(shí)可以標(biāo)記調(diào)控模型的時(shí)間。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 12 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 總體硬件模塊圖 圖 2 總體硬件模塊圖 該框圖簡(jiǎn)述了調(diào)控模型由待測(cè)液位的數(shù)值獲取，到液位值數(shù)模轉(zhuǎn)換并傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件（存儲(chǔ)并利用提高單片機(jī)運(yùn)作效率），信號(hào)轉(zhuǎn)換處理再傳遞給單片機(jī)直至顯示是否報(bào)警，電機(jī)是否需要運(yùn)作，同時(shí)屏幕顯示液位值（有時(shí)鐘要求的可添加），其中通訊單元的出現(xiàn)能夠達(dá)到與主機(jī)系統(tǒng)通 信的目的。 圖 3 AT89S52 引腳圖 液位值檢測(cè) （傳感器） 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 單片機(jī) 報(bào)警顯示（有 需要時(shí)添加） LED 顯示 按鍵輸入 低極值給液 高極值排液 （電機(jī)） 時(shí)鐘單元（無(wú)要求可略） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 與主機(jī)通訊（通訊單元） 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 13 P0口是輸入 /輸出漏極開(kāi)路雙向八位端，該端輸出時(shí)每個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng)八個(gè) TTL邏輯電平。 當(dāng)進(jìn)入程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， P0端還用作低八位地址 /數(shù)據(jù)多路復(fù)用。當(dāng)閃存編程， P0端還可接納字節(jié)代碼 。當(dāng)程序校對(duì)時(shí)外面將電阻進(jìn)行上拉是有 必要的。 P1端入為 1，端口被上拉電阻拉高，那么就能夠用作輸入端口。 端口 P2是上拉電阻的八位雙向輸入 / 輸出端，其中 4 TTL邏輯電平可用 P2端的輸出緩沖器帶動(dòng)