【正文】 將光電傳感器固定在被測裝置上，以減小被測裝置移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)干擾。 當(dāng)儲(chǔ)液瓶中液面晃動(dòng)時(shí)，會(huì)使光敏傳感器產(chǎn)生誤報(bào)警，利用單片機(jī)檢測信號(hào)時(shí)，適當(dāng)加上一段時(shí)間的延遲 ，待系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)再測，可以減小液面晃動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾。 （ 3） 干擾的軟件處理。如下圖 4－ 7 是單片機(jī)輸入信號(hào)的正常波形和異常 波 形 。 圖 4－ 7 單片機(jī)輸入信號(hào) 檢測到正常波形時(shí)脈沖寬度是 t mS，若軟件采集脈沖波形上升沿，則檢測到異常波形時(shí)，軟件在 t mS 時(shí)間內(nèi)只默認(rèn)采集了一個(gè)上升沿，即將另一個(gè)上升沿屏蔽掉，這樣軟件就能將異常波形轉(zhuǎn)換成正常波形進(jìn)行處理。 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)的核心在于軟件部分。軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)模塊的核心部分。軟件上主要實(shí)現(xiàn)了一下幾個(gè)方面 功能。 點(diǎn)滴速度測量 方式一：以點(diǎn)滴間隔為單位，記錄一次點(diǎn)滴的時(shí)間，用 60 除以點(diǎn)滴單位時(shí)間就可得到每分鐘的點(diǎn)滴數(shù)。這種方法用到除法操作，而且當(dāng)點(diǎn)滴速度較快時(shí)，測量誤差較大，因?yàn)闇y量單位點(diǎn)滴時(shí)間的誤差回被 60 秒這樣大的時(shí)間單位放大。但此法在修正點(diǎn)滴速度時(shí)，可以實(shí)時(shí)的測得當(dāng)前的點(diǎn)滴的速度變化量，適合在調(diào)整滴速度使用。 方式二：以單位時(shí)間記錄點(diǎn)滴數(shù)。通過簡單的乘法就可計(jì)算出點(diǎn)滴速度，但此法也存在單位時(shí)間內(nèi)不是完整的點(diǎn)滴數(shù)目，從而存在一定的測量誤差。但是，此法在點(diǎn)滴速度恒定的情況下，可以采用多個(gè)單位時(shí)間取均 值，從而求得單位時(shí)間的平均點(diǎn)滴數(shù)，這樣可以達(dá)到比較好的精度。 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用將兩者結(jié)合的方法進(jìn)行測量。以點(diǎn)滴為單位，同時(shí)記錄單位時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)。通過對多個(gè)點(diǎn)滴測量計(jì)算出點(diǎn)滴速度。實(shí)現(xiàn)原理如下： 圖 5－ 1 脈沖信號(hào)檢測 使用定時(shí)器 0T 定時(shí) S?200 ，當(dāng)檢測到第一個(gè)到來的脈沖信號(hào)時(shí)，程序進(jìn)行中斷處理，將計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)內(nèi)容讀出，再將計(jì)數(shù)器清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為 COUNT＝ 0，當(dāng)定時(shí)器定時(shí)到達(dá) S?200 時(shí)，程序中斷檢測輸入信號(hào) 是否有脈沖信號(hào)到來，同時(shí)計(jì)數(shù)器加 1 即為 COUNT=1，另外設(shè)定計(jì)數(shù)器 COUNT1 記錄檢測到的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，設(shè)定計(jì)數(shù)器 COUNT1 的存儲(chǔ)單元是 10，這樣可以通過循環(huán)存儲(chǔ)脈沖個(gè)數(shù)。在定時(shí)器 COUNT1 中取出 5 個(gè)相臨脈沖信號(hào)點(diǎn)（設(shè)起始脈沖點(diǎn)是 x，此時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器 COUNT 值是 1n ，第五個(gè)脈沖點(diǎn)是 x+5，此時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器 COUNT值是 2n ）這樣就能計(jì)算出 5 個(gè)脈沖點(diǎn)所需要的時(shí)間為： Snnt ?200)( 12 ??? (5－ 1) 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 由式 (4－ 1)得到相臨脈沖信號(hào)時(shí)間間隔的平均值 5tT? ，這樣就可以得到點(diǎn)滴速度： sumT Sv 1 5 0 060 ?? (5－ 2) 其中 12 nnsum ?? 根據(jù)上面的理論分析和計(jì)算，得到點(diǎn)滴速度測量的程序框圖如圖 4－ 2。 圖 5－ 2 點(diǎn)滴速度測量程序流程 自學(xué)習(xí)的實(shí) 現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)原理：檢測液體點(diǎn)滴速度，同 150 滴 /秒進(jìn)行比較，當(dāng)點(diǎn)滴速度小于 150 滴 /秒時(shí)，電機(jī)控制點(diǎn)滴裝置上升直到點(diǎn)滴速度到達(dá) 150 滴 /秒。慢慢降低高度，檢測點(diǎn)滴速度，和相應(yīng)高度建立一一對應(yīng)列表?？梢酝ㄟ^兩種方式生成列表。 方式一：等間隔方式生成列表。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在非勻速狀態(tài)，以保證等間隔下降。由于高度和點(diǎn)滴速度的近似線性關(guān)系，可以通過等間隔方式比較準(zhǔn)確的列表，但是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)的增加了軟件的難度。 方式二：步進(jìn)電機(jī)勻速生成列表。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繞線直徑變小，裝置下降位移間隔減小，這樣當(dāng)點(diǎn)滴速度較 小時(shí)調(diào)節(jié)范圍便小，調(diào)節(jié)效果比等間隔產(chǎn)生的效果好。 綜合比較，自學(xué)習(xí)過程使用步進(jìn)電機(jī)勻速方式生成列表 。 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 點(diǎn)滴速度控制 通過改變高度 2h 來實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)滴速度的控制，而高度 2h 是由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來改變的，這樣就可以避免測量 2h 的值，直接通過改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角即能實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)滴速度的控制。在對點(diǎn)滴速度進(jìn)行控制之前，單片機(jī)通過自學(xué)習(xí)產(chǎn)生高度 2h 和點(diǎn)滴速度之間的對應(yīng)關(guān)系列表，為了在保證控制精度的前提 下，盡量減少控制調(diào)節(jié)的時(shí)間，可以先通過大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)到設(shè)定點(diǎn)滴速度附近，再通過微調(diào)將點(diǎn)滴速度調(diào)節(jié)到1%10 ?? 滴的精度內(nèi)。軟件實(shí)現(xiàn)流程如下圖 5－ 4。 圖 5－ 4 點(diǎn)滴速度控制程序流程 主要實(shí)現(xiàn)功能：點(diǎn)滴速度檢測與顯示，設(shè)定點(diǎn)滴速度且可以自動(dòng)調(diào)節(jié)點(diǎn)滴速度。 多機(jī)串行通信 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)多機(jī)通信系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)多個(gè)從機(jī)同一個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過串行通信方式實(shí)現(xiàn)主機(jī)對從機(jī)站點(diǎn)的定點(diǎn)和旋環(huán)檢測及對從機(jī)的控制等功能。串行通信時(shí)在主機(jī)和從 機(jī)之間建立通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 圖 5－ 5 主機(jī)實(shí)現(xiàn)功能 定點(diǎn)檢測功能的實(shí)現(xiàn)：定點(diǎn)檢測主要是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間一對一通信。實(shí)現(xiàn)程序流程圖如圖 5－ 6： 圖 5－ 6 主機(jī)和從機(jī)之間的定點(diǎn)通信 巡回檢測功能的實(shí)現(xiàn)：巡回檢測的核心是一對一通信，通過巡回查詢從機(jī)狀態(tài)，讀取各個(gè)從機(jī)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，即實(shí)現(xiàn)了巡回檢測。 主單片機(jī)和從單片機(jī)之間的通信，主要是單片機(jī)之間的通信協(xié)議的建立，即軟件上實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間握手。 單片機(jī)握手的實(shí)現(xiàn)過程是，主單片機(jī)向從 單片機(jī)（編號(hào) 00）發(fā)送通信建立信號(hào)00，從單片機(jī)接收到請求信號(hào) 00，同時(shí)發(fā)送應(yīng)答信號(hào) 00，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答信號(hào)，既可以實(shí)現(xiàn)主從之間的通信。 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 6 測試數(shù)據(jù)與分析 測試儀器 60MHz 數(shù)字式存儲(chǔ)示波器、秒表，卷尺 。 測試方法 主要測試功能包括：儲(chǔ)液瓶中警戒線的監(jiān)視，當(dāng)液面超過警戒線時(shí)報(bào)警；液體點(diǎn)滴速度的檢測與控制；單片機(jī)之間的通信，即一個(gè)主機(jī)對多個(gè)從機(jī)之間的通信 。 儲(chǔ)液瓶中警戒線的監(jiān)視：使用示波器觀察儲(chǔ)液瓶上傳感器的波形變化，當(dāng)在警戒面上產(chǎn)生高低電平變化說明傳感器檢測警戒液面正常； 液體點(diǎn)滴速度的 檢測與控制：使用示波器觀察漏斗上傳感器波形變化，在檢測到一滴液體時(shí)波形出現(xiàn)一次跳變，多采幾個(gè)點(diǎn)，示波器上相應(yīng)顯示幾個(gè)脈沖信號(hào)，通過示波器上時(shí)間軸計(jì)下采集的幾個(gè)脈沖信號(hào)所用到的時(shí)間，計(jì)算出相臨兩脈沖的間隔時(shí)間，即為相臨點(diǎn)滴之間的間隔時(shí)間 t 秒，通過式子 tv 60? 得到點(diǎn)滴速度 v ，同數(shù)碼管顯示值比較，同時(shí)可以通過示波器觀察點(diǎn)滴速度控制規(guī)律是否正確。 多機(jī)通信：通過主機(jī)向從機(jī)發(fā)送控制命令，觀察從機(jī)顯示，完成主機(jī)對從機(jī)的控制；再通過主機(jī)讀取 從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，觀察主機(jī)響應(yīng) (顯示與報(bào)警 )，完成從機(jī)向主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 （ 1）設(shè)定的警戒值是 cm ,當(dāng)液面下降到 cm 時(shí)報(bào)警，能夠滿足題目要求。 （ 2）觀察液晶顯示，當(dāng)高度改變時(shí)，顯示作相應(yīng)改變，動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度的功能完成。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)通過自學(xué)習(xí)將儲(chǔ)液瓶上升到最大高度 (單片機(jī)檢測到的點(diǎn)滴速度為 150 滴 /分時(shí)的高度 )，通過按鍵設(shè)置點(diǎn)滴速度，電機(jī)對高度 2h 進(jìn)行調(diào)節(jié)，檢測調(diào)整穩(wěn)定后的點(diǎn)滴速度。測試數(shù)據(jù)如下表 6－ 1： 表 6－ 1 點(diǎn)滴速度數(shù)據(jù)測試結(jié)果與誤差分析 （ 單位：滴 /分 ） 從站號(hào)： 00 （ 單位：滴 /分 ） 設(shè)定值 20 50 70 90 110 130 150 顯示值 19 48 64 84 103 113 140 液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 誤差％ 5% 4% % % % % % （ 3）使用秒表測量從改變設(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定所用的調(diào)整時(shí)間是： 1分鐘。調(diào)整時(shí)間 3? 分鐘，滿足題目要求。 （ 4）多機(jī)通信檢測 ① 主站對從站的定點(diǎn)和巡回檢測 通過按鍵分別調(diào)用主站對從站的定點(diǎn)和巡回檢測，觀察看到主站能顯示從站號(hào)和從站當(dāng)前狀態(tài)，說明主站對從站的定點(diǎn)和巡回檢測正常。 ② 主站傳輸過來的從站號(hào)和點(diǎn)滴速度 從站號(hào)： 00 （ 單位：滴 /分 ） 從機(jī)顯示值 20 40 60 90 110 150 主機(jī)顯示值 20 40 60 90 110 150 ③ 報(bào)警信號(hào)檢測 當(dāng)液面降到警戒值時(shí)主站通過蜂鳴器和發(fā)光二極管報(bào)警，從站通過蜂鳴器報(bào)警。