【正文】 油密度差別也很大，所以利用壓差法不必事先去測定各種油的密度。 無論是常壓容器還是受壓容器，只要被測量的溶液為均勻液體即容器中液體處處密度相等，均可采差壓法來測量液位。 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 同理 ,底端壓力值 P1 減去頂端的壓力值 ， 就是當(dāng)前液位 h(頂端與底端 )的壓差。由此可以推出當(dāng)前液位的壓力差也就是底端的壓力值 。液體式壓力計(jì)又可以分為 U 型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、傾斜微壓計(jì)和自動(dòng)液柱壓力計(jì)等，不管采用哪種壓力傳感器，在測量壓力時(shí)兩個(gè)傳感器必須要用相同規(guī)格的，這樣測量的的數(shù)據(jù)在計(jì)算時(shí)才有意義。將底端壓力值 P1 經(jīng)過物理量化就可以得到這個(gè)值。 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)值取值空間是 0 ~ 255，也就是說它只 能將一個(gè)模擬量分割成256 份，這個(gè)量化數(shù)值對于高達(dá)幾十米的大型儲(chǔ)油罐無法做到精確的統(tǒng)計(jì)，這就需要提升 A/D 轉(zhuǎn)換器的精確度，比如用 16 位的轉(zhuǎn)換器，但原理都是一致的。 根據(jù)式（ 3）計(jì)算當(dāng)前液位高度 h時(shí)，用到的壓力值都是比值關(guān)系，所以無須計(jì)算出確切的物理壓力量來。這樣就可以輕松的計(jì)算出當(dāng)前液位高度h 了。 我們就將兩個(gè)壓力值利用串口發(fā)送給上位機(jī)，讓 PC 或 32 位的 ARM 嵌入式設(shè)備去計(jì)算，將結(jié)果輸出到軟件界面的相應(yīng)位置。所以上述的長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 數(shù)學(xué)模型并不適應(yīng)于下位機(jī)端。 (2)． A/D 轉(zhuǎn)換部分 本系統(tǒng)要對兩個(gè)模擬壓力量進(jìn)行監(jiān)測，如果使用傳統(tǒng)的 8 位并行 A/D 轉(zhuǎn)換器件，光數(shù)據(jù)口就會(huì)占據(jù) 16 個(gè) I/O 口，對于一個(gè)只有 4 組 8 位 I/O 口的單片機(jī)來說，這種硬 件上的開銷實(shí)在比較大。 PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。C 總線接口。C 總線上接入 8 個(gè) PCF8591 器件，而無需額外的硬件。C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 PCF8591 的最大轉(zhuǎn)化速率由 I178。 要用 PCF8591 監(jiān)測兩個(gè)壓力模擬量，首先得確定 PCF8591 在 I2C 總線上的地址，其次要確定控制字節(jié)。飛利浦公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001，引腳 A2 A1 A0 由用戶硬件編程，在本系統(tǒng)中這三個(gè)引腳全部接地，也就是個(gè)說 A2 A1 A0 分別為 0 0 0?？偩€地址的最后一位為方向位，當(dāng)主控器件對 A/D器件進(jìn)行讀操作時(shí)為 1，進(jìn)行寫操作時(shí)為 0。這時(shí)總線上的 I2C 設(shè)備會(huì)根據(jù)自己的地址來判斷主控器是否在 “呼叫 ”自己。 主控器發(fā)送的第二個(gè)字節(jié)是控制字節(jié)，控制字節(jié)用于控制器件實(shí)現(xiàn)各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等。 D2 是自動(dòng)增益位，有效值是 1。 D3 是保留位。我們在這里選擇單獨(dú)輸入。 D7 也是保留位 . 由此可知，當(dāng)單片機(jī)要監(jiān)測某一個(gè)壓力值時(shí)，它的工作流程如下： （ 1） 單片機(jī)向 I2C 上發(fā)出一個(gè) 8 位的設(shè)備地址，這時(shí)的 D0 位（讀寫位）為 0，通知被控器件將要向其執(zhí)行寫操作，并等待應(yīng)答； （ 2） 收到應(yīng)答后，發(fā)送控制字節(jié)，寫入被控器件的控制寄存器，等待應(yīng)答； （ 3） 收到應(yīng)答后，再發(fā)送一個(gè) 8 位的設(shè)備地址，這時(shí)的 D0（讀寫位）為 1，通知被控器件將要讀取它發(fā)送的數(shù)據(jù)，等待應(yīng)答； （ 4） 收到應(yīng)答后，把總線的控制權(quán)交給被控器件，讀取它發(fā)送到總線上的數(shù)據(jù)。讀取通道 0 時(shí)，控制字節(jié)為0000 0000，讀取通道 1 時(shí)，控制字節(jié)為 0000 0001。 //ISendByte 是數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù) p1=IRcvByte(0x91)。 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 到此，我們就順利 的讀取到了想要的壓力值 ,但我們不免會(huì)有疑問：數(shù)據(jù)究竟是如何在總線上傳輸?shù)?？這個(gè)問題將在下一個(gè)小節(jié)： I2C 總線驅(qū)動(dòng)部分中介紹到。但是 STC89C516RD+單片機(jī)內(nèi)部沒有集成 I2C總線設(shè)備模塊 ,所以外圍的 I2C總線設(shè)備要實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信時(shí) ,必須要用軟件程序模擬出一個(gè) I2C 總線設(shè)備的時(shí)序電路 .這無疑增大了系統(tǒng)的開銷 ,也增大了開發(fā) 難度。 如圖 時(shí)鐘與數(shù)據(jù)變化規(guī)律 SCL線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化 (下降沿 )表示起始信號(hào) ， SCL線為高電平期間， SDA 線由低電平向高電平的變化（上升沿）表示終止信號(hào)（如圖 ）。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（ MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有 9 位）。 圖 應(yīng)答與非應(yīng)答信號(hào) 所有 I2C 總線設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法都是一致的，它只是 提供傳輸數(shù)據(jù)的一種機(jī)制，也就是說驅(qū)動(dòng)程序只提供用兩條數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)通信的一種方法。 在本系統(tǒng)中我們更為關(guān)心的是用 I2C 總線來傳遞什么數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有什么意義，這就是一種操作 I2C 總線的策略，它與機(jī)制完全不相同，可由用戶自己來設(shè)定，從而讓I2C 總線上的不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同的功能。 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 溫度檢測模塊 對儲(chǔ)油罐溫度的監(jiān)測是靠溫度傳感器 DS18B20 來完成的， DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。 DS18B20 溫度差傳感器是一個(gè)數(shù)字傳感器，這就省去了 A/D 轉(zhuǎn)換的麻煩，在硬件電路上只有一根數(shù)據(jù)線，占用硬件資源很少，硬件上的節(jié)約同樣需要軟件來補(bǔ)償，這就注定了操作 DS18B20 的繁瑣性。 圖 DS18B20 封裝 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 51 單片機(jī)來說，跟 I2C 總線設(shè)備一樣，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí) 序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 對于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 圖 DS18B20 的寫時(shí)序 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序兩個(gè)過程。 在本系統(tǒng)中， DS18B20 的 2 引腳 DQ 與主控器 STC90C516RD+ 的 P2^3 引腳相連，這條 I/O 線上只掛載了一個(gè) DS18B20，所以在操作時(shí)不 必去理會(huì) DS18B20的 ROM編碼，在單器件的情況下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選擇跳躍 ROM 指令（ define jump_ROM 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 0xCC），即向 DS18B20 寫入指令： 0xCC。 對 DS18B20 的整體操作如下： ； ROM 指令： 0xcc； ： 0x44； ； ROM 指令： 0xcc； ： 0xbe； ； ； 最后將讀到的溫度數(shù)據(jù)以十進(jìn)制的表示方法返回給主調(diào)函數(shù)。在本系統(tǒng)中采用的串口數(shù)據(jù)通信芯片是 MAX485。 利用 MAX485 的主要原因是它的有效傳輸距離能達(dá)到 1500m，而普通 RS232 電平信號(hào)的有效距離最多也超不過 20m。 操作單片機(jī)發(fā)送串口 數(shù)據(jù)時(shí)，要利用定時(shí)器來設(shè)置波特率。 串口發(fā)送的數(shù)據(jù)順序是： 0x00， 0xff，油罐編號(hào)，溫度，底端壓力，上端壓力； 其中 0x00,和 0xff是數(shù)據(jù)校驗(yàn)標(biāo)志，當(dāng)上位機(jī)收到一個(gè)數(shù)組后，先判斷第一位是 0x00,且第二位是 0xff后，就知道從第三位開始就是編號(hào)，溫度，壓力這些有效數(shù)據(jù)了，因?yàn)槭孪戎罃?shù)據(jù)長度，就不用結(jié)束標(biāo)志位了。在 windows 下使用串口調(diào)試工具，收到的數(shù)據(jù)如圖 所示。用一定的方法將這些數(shù)據(jù)解析完畢后，我們就可以很清楚的理解他們的意思了，在 linux平臺(tái)的終端中，顯示解析后的數(shù)據(jù)如圖 ： 圖 linux 平臺(tái)的終端 數(shù)據(jù) 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 顯示模塊 顯示模塊的功能是：將各傳感器檢測到的值經(jīng)其他相應(yīng)功能模塊處理之后，以數(shù)值的形式顯示在數(shù)碼管上 。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .2 /E C I3P 1 .3 /C E X 04P 1 .4 /C E X 15P 1 .5 /C E X 26P 1 .6 /C E X 37P 1 .7 /C E X 48P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C51 RD 2A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U37 4 HC 1 3 8X1CR Y S T A LC11nFC21nFR12 4 0 kD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U27 4 L S 3 7 3 圖 顯示電路 鎖存器的輸入端接單片機(jī)的 P0 口，將 P0 輸出的電平保存起來，防止其跳變。 38 譯碼器輸入端接單片機(jī) 三端， 8 個(gè)輸出端分別接 8 位數(shù)碼管上的位選信號(hào)。 特別強(qiáng)調(diào)的是，在操作單片機(jī)給 三端賦值時(shí)，應(yīng)只給這三個(gè)端口賦值，盡量不要采用 “P2 = XXX”的形式。 可以這樣賦值 ： P2^0 = X； 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 P2^1= X； P2^2= X。= 0xf8。 /*將位選信號(hào)放進(jìn) P2 口的低三位，只改 變 P2 口低三位的值，不影響其他位 */ 顯示模塊的程序代碼中對外提供一個(gè)接口： display(d , w)函數(shù)。調(diào)用起來相當(dāng)方便。 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)之上位機(jī)部分 上位機(jī)可以是 x86 平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，也可以是 32 位 ARM 嵌入式設(shè)備。通的 PC功耗一般都超過 150W，對儲(chǔ)油罐的監(jiān)測是永不間斷的，這種電能的消耗累計(jì)起來將是一個(gè)很大的量，粗略計(jì)算一下每天會(huì)消耗 電能 3 千瓦時(shí) ，一年下來就是一千多 千瓦時(shí) 。以下將簡單對這兩種方式做一簡要的說明。開發(fā)軟件是 ， Qt是一個(gè) 1991 年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺(tái) C++圖形用戶界面應(yīng)用程序 開發(fā)框架， 20xx 年，奇趣科技被諾基亞公司收購， QT也因此成為 諾基亞 旗下的編程語言工具，我們熟知的塞班操作系統(tǒng)的圖形界面就是用 Qt寫的。 選擇 linux操作系統(tǒng)的原因是它很穩(wěn)定，而且是免費(fèi)的，絕大多數(shù)大型 IT公司的服務(wù)器都采用的是 linux操作系統(tǒng)，甚至就連微軟也采用了大量的 linux系統(tǒng)的服務(wù)器。 整個(gè)圖形化界面的源代碼由以下文件組成見圖 。 化界面文件。 myCom open(QIODevice::ReadWrite)。 myComsetDataBits(DATA_8)。 myComsetStopBits(STOP_1)。 myComsetTimeout(10)。 readTimerstart(1000)。 } 長治學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 這種接收方式相當(dāng)于單片機(jī)的串口 工作 方式 2，就實(shí)現(xiàn)了 上位機(jī) 與下位機(jī)的串口通訊。由于本人能力有限，暫時(shí)不能對該軟件做出太多的功能。 ARM 嵌入式設(shè)備端軟件 軟件運(yùn)行平臺(tái)： Linux for ARM 32 位 軟件開發(fā)平臺(tái)： Red Hat Enterprise Linux 5 armlinuxgcc Qt for linux 其實(shí)無論是 PC 上還是嵌入式設(shè)備上