單片機在智能水位監(jiān)控儀中的應用方案

2.3 報警電路設(shè)計

本系統(tǒng)中四路報警電路的設(shè)計是采用單片機的I/O口加達林頓驅(qū)動芯片ULN2003實現(xiàn)的，然后將輸出接到繼電器的控制端。ULN2003由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡(luò)及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時驅(qū)動7組負載的能力，是單片雙極型大功率高速集成電路。繼電器選用的是G6B-1174P型號的產(chǎn)品，24V供電電壓。電氣內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接示意如圖3。

本系統(tǒng)設(shè)計中采用四路繼電器信號輸出報警，包括高水位一、高水位二、低水位一、低水位二，這四個報警水位高度可通過下位機按鍵或上位機界面中人為設(shè)定和修改。以高水位一為例進行說明，當水位值在高水位一和高水位二之間時，單片機發(fā)出開關(guān)量控制信號，使其對應的繼電器常開觸點接觸導通，具體報警方式可靈活選擇，可在外電路中串接報警燈或報警鈴，當該繼電器動作時，相應報警開始(表現(xiàn)為燈亮或者鈴響)。

2.4 4-20mA 電流環(huán)輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與時鐘電路的設(shè)計

在微機工業(yè)測控現(xiàn)場中，經(jīng)常會出現(xiàn)待測模擬電壓信號與測量設(shè)備之間有較遠的距離的情況，把該待測模擬電壓信號直接通過很長的線路送入測量設(shè)備顯然是不合理的。通常采用的方法是:在測量現(xiàn)場對待測模擬信號進行放大、濾波等預處理，再經(jīng)過變換后進行遠距離傳送，在測量設(shè)備附近再反變換成電壓信號進行測量。適合工業(yè)測控系統(tǒng)遠距離傳送的信號一般有電流源或頻率信號。為了把待測模擬電壓信號變換成電流源信號傳送，常常使用電壓/電流變換電路。本系統(tǒng)采用一種高性能數(shù)字模擬變換器AD421，變換器輸出信號為4~20mA電流環(huán)。

單片機應用系統(tǒng)中，為了使系統(tǒng)具有實時性，需由一時鐘電路給系統(tǒng)提供時鐘信號(年、月、日、時、分、秒)。我們選用了DALLAS公司的DS1302芯片。水位監(jiān)控儀中用的主控芯片C8051F021共有兩個串行口，該我們的設(shè)計中，一個用于與上位微機的通訊，另一個用于與編碼器通訊，因此，在時鐘模塊與單片機的接口設(shè)計中只能采用第二種接口方式，即用普通I/O口模擬工作時序。該時鐘芯片對時序要求非常嚴格，時序的確定是跟硬件緊密相連的，芯片內(nèi)部的寄存器、鎖存器等都對時序有嚴格的要求，所以充分體現(xiàn)了在研制過程中軟硬件相結(jié)合的重要性。在程序設(shè)計過程中也遇到了因時序問題引起的數(shù)據(jù)傳輸錯誤，但最終都順利解決。

2.5 串行通訊部分電路的設(shè)計

在本次設(shè)計中，下位機與上位微機通信的串行口部分我們采用了兩種通信方式:第一種采用RS-232通信方式;第二種采用了RS-485通信方式。

本次設(shè)計中RS-232通信電平是用轉(zhuǎn)換芯片MAX202來實現(xiàn)的。MAX202適用于噪聲嚴重環(huán)境下的RS-232通信，每個發(fā)送器輸出和接收器輸入勿需封閉均可抗±15kV靜電放電(ESD，Electro-Static Discharge)沖擊，MAX202有兩個驅(qū)動器和兩個接收器，MAX202芯片是為在缺少±12V電源的情況下進行RS-232C與 TTL/COMS電平轉(zhuǎn)換而設(shè)計的雙向轉(zhuǎn)換芯片，MAX202的供電電源是+5V，電平轉(zhuǎn)換速度的最大值不小于120kbps。MAX202芯片的外圍器件很少，只需用4個0.1μF的電容，因而進一步降低了成本和減小了占用的空間。

在我們的設(shè)計中，采用了SN65LBC184電平轉(zhuǎn)換芯片，SN65LBC184是SN5176行業(yè)標準范圍內(nèi)的差分數(shù)據(jù)線收發(fā)器，它帶有內(nèi)置高能量瞬變噪聲保護裝置，這種設(shè)計特點顯著提高了抵抗數(shù)據(jù)同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性。差分驅(qū)動器設(shè)計集成了由轉(zhuǎn)換率控制(slew-rate- controlled)的輸出端，足可以250kbps的速率傳送數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換率控制比之不受控制可允許更長的無終止電纜運轉(zhuǎn)和來自主干線的更長的短截線長度以及更快的電壓轉(zhuǎn)變速度。獨有的接收器設(shè)計可在輸入端處于漂浮(開路)時提供高電平輸出失效保護，SN65LBC184接收器包括一個高輸入電阻，該電阻等效于1/4單位的負載，允許在總線上掛接最多128個類似器件。SN65LBC184的工作溫度為-40℃至+85℃，因此足可以滿足工作溫度環(huán)境要求。

為了防止上位機和下位機的之間互相的干擾，采用光電隔離器件是一種簡單而有效的方法。在RS-485的接口電路中我們選用的也是高速光電耦合器6N136。連接電路如圖4所示，其中圖中電源標號+5(2)表示從DC-DC模塊輸出的+5V電源。