基于AT89C51單片機(jī)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于AT89C51單片機(jī)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】本文設(shè)計(jì)了一種新型的基于單片機(jī)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)作為主體，實(shí)現(xiàn)液位的數(shù)據(jù)采集及顯示、報(bào)警功能?！娟P(guān)鍵詞】at89c51單片機(jī)；液位數(shù)據(jù)采集；越限報(bào)警；抗干擾信號(hào)處理1.前言單片機(jī)控制系統(tǒng)以其控制精度高、性能穩(wěn)定可靠、設(shè)置操作方便、造價(jià)低等特點(diǎn)被應(yīng)用到液位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制中來(lái)1。本文設(shè)計(jì)了一種新型的基于單片機(jī)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)作為主體，實(shí)現(xiàn)液位的數(shù)據(jù)采集及顯示。2.系統(tǒng)說(shuō)明本系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：由差壓式液位傳感器采集數(shù)據(jù)采集部分，a/d轉(zhuǎn)換部分，數(shù)據(jù)處理部分，數(shù)據(jù)顯示部分等。

2、首先把差壓式傳感器采集到的液位模擬量以電信號(hào)方式輸入到adc0809轉(zhuǎn)換器中，將之轉(zhuǎn)換成為離散的數(shù)字量，該模擬量在at89c51芯片內(nèi)通過(guò)數(shù)字處理程序和數(shù)字濾波程序的處理后，進(jìn)入片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8255a，最終在8段led顯示器中直觀的顯示出來(lái)。當(dāng)所測(cè)液位超出限定范圍時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。其系統(tǒng)原理如圖1所示。本文設(shè)計(jì)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)增加了數(shù)據(jù)采集抗干擾信號(hào)處理技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的各方面性能有了顯著提高，而且該系統(tǒng)的電路調(diào)試方便、穩(wěn)定性好、成本低。3.液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要組成部分。其中系統(tǒng)硬件主要包括主控制器at89c5

3、1芯片、a/d轉(zhuǎn)換芯片、顯示數(shù)碼管、液位傳感器、超限報(bào)警模塊等。3.1 at89c51單片機(jī)at89c51產(chǎn)品與80c51相比，除了其片內(nèi)有閃存存儲(chǔ)器，現(xiàn)編程/擦除速度快之外，at89c51還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離編程，而且其產(chǎn)品價(jià)格比片內(nèi)帶eprom的80c51低，這就充分顯示出at89c51的優(yōu)越性。由于本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是建立一個(gè)液位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，因此選用選用雙排直插式結(jié)構(gòu)的at89c51單片機(jī)，滿足設(shè)計(jì)要求。at89c51作為系統(tǒng)的核心部分，主要完成以下功能：（1）對(duì)采集到的液位信號(hào)進(jìn)行必要的處理，保證檢測(cè)精度符合要求；（2）將8路液位信號(hào)送led進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；（3）響應(yīng)鍵盤(pán)輸入，當(dāng)所測(cè)液位越

4、限時(shí)，發(fā)出報(bào)警。3.2 液位傳感器差壓式液位傳感器選用motorola公司生產(chǎn)的mpx2010型硅壓阻式壓力傳感器。差壓式液位傳感器的差模輸出電壓一般為幾十毫伏左右。這信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)理器電路放大變換，使其滿足應(yīng)用的要求。為了滿足與數(shù)字系統(tǒng)接口的要求，傳感器輸出信號(hào)通過(guò)調(diào)理器電路變?yōu)?5v。3.3 超限報(bào)警模塊報(bào)警模塊是液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成部分。在液位數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，首先限定了可能出現(xiàn)的液位界限，當(dāng)所測(cè)得的液位數(shù)據(jù)超出這個(gè)范圍時(shí)，報(bào)警電路就發(fā)揮作用，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能只需在單片機(jī)的p1.0端口處接一只發(fā)光二極管即可2，當(dāng)液位數(shù)據(jù)超出所設(shè)定的界限時(shí)，發(fā)光二極管閃亮

5、，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的目的。3.4 顯示器模塊在此設(shè)計(jì)中使用的是led顯示器。這種顯示器有兩種類(lèi)型：一種是發(fā)光二極管的陰極連在一起的共陰極顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的共陽(yáng)極顯示器，本文選用共陰極形式。由于8段顯示器雖然能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡(jiǎn)單，使用方便，故得到了廣泛應(yīng)用。4.采集系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序是整個(gè)液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要組成部分，也是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主程序，它完成對(duì)數(shù)字處理子程序、轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序等程序的調(diào)用，從而構(gòu)成整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集程序首先修改堆棧指針，設(shè)置位碼寄存器地址，設(shè)置定時(shí)器0工作方式為工作方式1，定時(shí)器0置初值，然后啟動(dòng)定時(shí)器0

6、，允許定時(shí)器0中斷，開(kāi)中斷，秒標(biāo)志位清0并置初值；指向通道0，再計(jì)算通道地址，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，待轉(zhuǎn)換完成后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，調(diào)結(jié)果轉(zhuǎn)換程序?qū)⒍M(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制，送當(dāng)前通道號(hào)到顯示器1；調(diào)用顯示子程序，顯示時(shí)間為一秒，一秒不到等待，到一秒后秒標(biāo)志位清0秒計(jì)數(shù)器重置初值，通道號(hào)加1，若不是最后一個(gè)通道，則轉(zhuǎn)到計(jì)算通道地址之前，若是最后一個(gè)通道就轉(zhuǎn)到0通道之后循環(huán)。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖2所示。盡管在硬件電路的構(gòu)件方面已經(jīng)采取了種種抗干擾措施，但干擾是不可能完全消除的。在數(shù)據(jù)采集處理時(shí)，要涉及到數(shù)值計(jì)算。正確的程序不一定算出正確的結(jié)果。使用軟件抗干擾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于不需要增加硬件設(shè)備，使用靈

7、活，修改方便，本章軟件抗干擾的技術(shù)主要采用設(shè)置指針陷阱的方法，即在某個(gè)子程序后面或程序段后，插入幾條指令3nopnopnopnopljmp main其中main是初始化程序的開(kāi)始地址，在rom區(qū)的空白處（特別是后面的空白處），每幾十個(gè)字節(jié)放一條指令ljmp main。通過(guò)指針陷阱，一旦單片機(jī)受干擾時(shí)，程序指針混亂，執(zhí)行了一段程序后，就會(huì)落入陷阱中，執(zhí)行l(wèi)imp main指令，恢復(fù)到初始化程序開(kāi)始處，避免了死機(jī)。5.結(jié)論本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般由液位數(shù)據(jù)采集模塊和采集數(shù)據(jù)處理模塊兩部分組成。因此在不同的應(yīng)用系統(tǒng)上設(shè)計(jì)思路有著很大的相似之處。本文以實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要介紹了以at89c51單片機(jī)為核心的液位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并根據(jù)本系統(tǒng)的具體要求，通過(guò)組裝調(diào)試，可實(shí)現(xiàn)以下預(yù)期功能：（1）所選液位傳感器滿量程測(cè)量液位高度為015cm，通過(guò)單片機(jī)將液位高度處理后，轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字量，通過(guò)設(shè)定，系統(tǒng)測(cè)量液位的精度可達(dá)±1mm；（2）led顯示器每秒顯示測(cè)量通道號(hào)和1路液位數(shù)據(jù)；（3）采集系統(tǒng)設(shè)定液位界限為010cm，當(dāng)超出液位界限5mm時(shí)，紅燈亮，報(bào)警時(shí)間為0.5秒。參考文獻(xiàn)1姜志海.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.北京:電子工業(yè)出版社,2006,7.2胡漢才.單片