[參考]基于單片機(jī)（微控制器）地下水監(jiān)測系統(tǒng)研究

1、 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 計算機(jī)控制技術(shù)計算機(jī)控制技術(shù) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 成績評定表 設(shè)計課題設(shè)計課題 : 基于單片機(jī)的地下水監(jiān)測系統(tǒng)研究 學(xué)院名稱學(xué)院名稱 ： 專業(yè)班級專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 ： 學(xué)學(xué) 號號 ： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計地點設(shè)計地點 ： 設(shè)計時間設(shè)計時間 ： 指導(dǎo)教師意見： 成績: 簽名： 年 月 日 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 2 計算機(jī)控制技術(shù)計算機(jī)控制技術(shù) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 課程設(shè)計名稱：課程設(shè)計名稱： 基于單片機(jī)的地下水監(jiān)測系統(tǒng)研究 專專 業(yè)業(yè) 班班 級級 ： 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 ： 學(xué)學(xué) 號號 ： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 ： 課程設(shè)計地點：課程

2、設(shè)計地點： 課程設(shè)計時間：課程設(shè)計時間： 計算機(jī)控制技術(shù)計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名學(xué)生姓名專業(yè)班級專業(yè)班級學(xué)號學(xué)號 題題 目目基于單片機(jī)的地下水監(jiān)測系統(tǒng)研究 課題性質(zhì)課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源課題來源自擬 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 3 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 （參數(shù)）（參數(shù)） 系統(tǒng)使用st3011型液位變送傳感器測水位，ad590電流型溫度傳感器測水溫及 光纖溶解氧傳感器測溶氧濃度；然后將轉(zhuǎn)換為電信號的地下水參數(shù)，經(jīng)過 ad623測量放大器一級放大，再經(jīng)max275濾波電路，運(yùn)算放大器0p07二級放大 處理，ad7705ad轉(zhuǎn)換，送入微處理器at89c52單片

3、機(jī)。在單片機(jī)智能測控系 統(tǒng)進(jìn)行報警、顯示、打印等各種數(shù)據(jù)處理,從而進(jìn)行地下水監(jiān)測。 任務(wù)要求任務(wù)要求 （進(jìn)度）（進(jìn)度） 第 1 天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，針對課題查閱技術(shù)資料。 第 2 天：確定設(shè)計方案。要求對設(shè)計方案進(jìn)行分析、比較、論證，畫出方框 圖，并簡述工作原理。 第 3 - 4 天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及 元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。 第 5 天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī) 范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅不少于 6000 字。 主要參考主要參考 資料資料 1楊華舒，楮福濤單片計算機(jī)系統(tǒng)抗干擾的軟件途

4、徑電子技術(shù)應(yīng)用， 2001.3.2022. 2鄒伯敏,自動控制理論m機(jī)械工業(yè)出版社2003.6 3程繼興，劉霞單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析j電子測量技術(shù), 2003.6:61 4胡嗣云，圖形點陣式液晶顯示模塊的控制技術(shù)國外電子元器件,2001.9.9- 12 5蘇凱mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用沈陽：冶金工業(yè)出版社，2003 審查意見審查意見 系（教研室）主任簽字：系（教研室）主任簽字： 年年 月月 日日 摘摘 要要 為保護(hù)有限的水資源，進(jìn)行地下水監(jiān)測是必要的。本文詳細(xì)闡述了多參數(shù)地下 水監(jiān)測系統(tǒng)的研究方案、組成結(jié)構(gòu)及其特點。整個采集系統(tǒng)完成對地下水的水 位、水溫等參數(shù)的測量，而且在需要時，

5、可適當(dāng)擴(kuò)充被測量的地下水參數(shù)。系 統(tǒng)使用相應(yīng)的傳感器，將地下水參數(shù)由物理量轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過各自的前置 放大電路進(jìn)行一級放大，信號變?yōu)楹线m的幅度，經(jīng)過濾波電路以消除其它頻率 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 4 的干擾信號，并進(jìn)行二級放大處理，送入 ad 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 ad 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后 的數(shù)字信號被送入微處理器，微處理器采用 at89c52 單片機(jī)，進(jìn)行報警、顯示、 打印等各種數(shù)據(jù)處理。本儀器是一套適合野外現(xiàn)場使用的、攜帶方便的地下水 監(jiān)測系統(tǒng)。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字:地下水監(jiān)測；多路數(shù)據(jù)采集；單片機(jī)；傳感器 目錄目錄 1 引言 6 1.1 研究的目的與意義 6 1.2 國內(nèi)外地下水監(jiān)測研究的現(xiàn)狀 6 2 總體

6、方案設(shè)計7 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 7 2.2 硬件方案論證 8 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 12 3.1 水位傳感器12 3.2 水溫傳感器13 3.3 溶解氧傳感器 13 3.4 測量電路設(shè)計 14 3.5 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計16 3.6 電源電路設(shè)計 24 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計25 4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計概述 25 4.2 主程序設(shè)計26 4.3 子程序設(shè)計27 4.4 上位機(jī)通信程序30 5 總結(jié) 30 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 5 6 參考文獻(xiàn) 32 7 附錄：32 1 引言 1.1 研究的目的與意義 地下水是水資源的重要組成部分。在我國北方地區(qū)及許多城市，地下水是重要 的供水水源對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會發(fā)展

7、起著十分重要的作用。自 60 年代以來，水利 部門開始監(jiān)測地下水水位、水質(zhì)、開采量和水溫等要素。多年來，這些地下水 監(jiān)測信息為水資源管理和合理開發(fā)利用做出了很大貢獻(xiàn)。但目前地下水監(jiān)測仍 然存在許多問題整體工作還很薄弱。如在重要水源地和大型漏斗區(qū)都缺少地 下水監(jiān)測井，地下水監(jiān)測手段落后，信息傳輸時效性差等，滿足不了水資源管 理的需要。 為了合理的開發(fā)和利用地下水資源，遏制地下水環(huán)境進(jìn)一步惡化，防止新的 地下水環(huán)境問題出現(xiàn)，在加強(qiáng)勘查研究的基礎(chǔ)上，必須對地下動態(tài)變化進(jìn)行監(jiān) 測。地下水動態(tài)是指地下水的數(shù)量和質(zhì)量的變化狀況。對地下水動態(tài)實施監(jiān)測， 從而可了解地下水在時空上的分布情況和動態(tài)變化規(guī)律，以適

8、時地制定相應(yīng)的 對策，達(dá)到地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用的目的。 地下水監(jiān)測是為保障社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展而開展的一項重要的基礎(chǔ)性、公益性 工作。加強(qiáng)地下水動態(tài)監(jiān)測，一方面是為制定開發(fā)利用和保護(hù)方案提供基礎(chǔ)資 料，另一方面，也是檢驗水資源開發(fā)利用是否合理，地質(zhì)環(huán)境保護(hù)措施是否得 當(dāng)?shù)闹苯邮侄危ㄟ^長期監(jiān)測資料的分析，找出開發(fā)利用中存在的問題，提出 改進(jìn)方向和進(jìn)一步的保護(hù)措施。因此，地下水監(jiān)測既是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的 基礎(chǔ)性支撐條件，又是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保障措施。 1.2 國內(nèi)外地下水監(jiān)測研究的現(xiàn)狀 目前全國大部分監(jiān)測點仍以傳統(tǒng)的人工測量方法(電表、鍘鐘、測繩等)為主， 監(jiān)測精度無法控制，監(jiān)測效率較低，

9、監(jiān)測數(shù)據(jù)無法滿足科研和生產(chǎn)實際應(yīng)用的 需要。部分監(jiān)測孔只能進(jìn)行水位或水質(zhì)單項監(jiān)測：分析項目較少。缺乏專門針 對與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題和地質(zhì)災(zāi)害的地下水監(jiān)測。 經(jīng)過廣大地質(zhì)環(huán)境工作者的努力，如今，全國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站向國家資源 部有關(guān)部門提交的全國地下水情預(yù)報、地下水動態(tài) 5 年研究報告等成 果資料已運(yùn)用到監(jiān)測工作中，這些成果在我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)生了重大的影響； 此外，為了使地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測成果規(guī)范化，全國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站還相繼制定了 國家級地下水監(jiān)測技術(shù)要求等規(guī)程，為地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測成果奠定了基礎(chǔ)在 地下水環(huán)境監(jiān)測儀器方面，自 20 世紀(jì) 70 年代初開始，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，目 前國內(nèi)已研制

10、生產(chǎn)了不少產(chǎn)品，但高質(zhì)量的分析儀器、專用監(jiān)測儀器和自動監(jiān) 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 6 測系統(tǒng)多是國外引進(jìn)的，國內(nèi)仍然是采用現(xiàn)場水樣的采取、保存和送到化驗室 進(jìn)行分析測定。 國外一些發(fā)達(dá)國家在地下水監(jiān)測方面都有幾十年乃至上百年的歷史，其監(jiān)測設(shè) 備水平各異。其中美國、荷蘭的產(chǎn)品在技術(shù)性能上代表著當(dāng)今世界的先進(jìn)水平。 近年來，水質(zhì)現(xiàn)原位測試技術(shù)在國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始發(fā)展，如美國、日 本等國家已相繼研制出水質(zhì)自動監(jiān)測設(shè)備，并開始走進(jìn)國內(nèi)市場(以水利系統(tǒng)為 主)表 l 為國外地下水環(huán)境監(jiān)測儀器對比表 表 1.1 國外地下水環(huán)境監(jiān)測儀器對比 2 總體方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 該系統(tǒng)設(shè)計是多參數(shù)實

11、時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計能夠?qū)σ欢▍^(qū)域的地下水的多種參數(shù) 進(jìn)行實時監(jiān)測并通過 rs-232 總線，把相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控機(jī)房，集中分析。 本系統(tǒng)能夠?qū)Φ叵滤乃弧⑺疁睾腿芙庋踹M(jìn)行監(jiān)測，并且在需要時可以添加 其它傳感器對其它相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。 整個設(shè)計框圖如圖 2.l，各項參數(shù)通過傳感器和測量電路變成單片機(jī)所能接受 的模擬電壓。這些電壓分別送入 ad 轉(zhuǎn)換通道。轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送給單片 機(jī)。此時單片機(jī)可以根據(jù)實際需要進(jìn)行各種處理如數(shù)據(jù)記錄、顯示、報警等 功能。 存儲 傳感器1 傳感器2 傳感器3 測 量 電 路 多 路 模 擬 開 關(guān) a/d 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) 顯示 打印 報表 通信 圖 2.1

12、總設(shè)計框圖 2.2 硬件方案論證 2.2.12.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)的選擇單片機(jī)系統(tǒng)的選擇 1.在整個系統(tǒng)中，單片機(jī)主要完成信號的采樣、數(shù)據(jù)處理、濃度的計算、測量 結(jié)果的顯示和打印、與 pc 機(jī)串行通信、為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器提供步進(jìn)脈沖等任務(wù)。 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 7 方案一：89c51 芯片內(nèi)部有 rom，且片內(nèi) rom 全部采用 flash rom，它能于 3v 的超低壓工作，與 mcs-51 系列單片機(jī)完全兼容，但是其不具備 isp 在線編 程技術(shù)， 需把程序編寫好以后再放到編程器中燒寫，才可以進(jìn)行硬件電路的調(diào) 試，倘若程序編寫出現(xiàn)問題，調(diào)試電路就比較麻煩，而且其芯片內(nèi)存也只有 4kb。

13、方案二：at89c52 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 cmos b 位單片機(jī)， 片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(eeprom)和 256bytes 的隨機(jī) 存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)， 與標(biāo)準(zhǔn) mc$-51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (cpu)和 flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 at89c52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制 應(yīng)用場合。故選用 atmel 公司的 at89c52 單片機(jī)。 2.實時時鐘電路 為記錄測量的時間，需要實時時鐘。本系統(tǒng)采用 dsl30

14、2 芯片。dsl302 是美國 dallas 公司生產(chǎn)的高性能低功耗時鐘芯片，包括實對對鐘日歷和 3l 字節(jié)的 靜態(tài) ram?？蓪崟r的對秒、分時、日、周、月以及閏年進(jìn)行計數(shù)處理。內(nèi)部 有 31 個字節(jié)的高速 ram，可通過外部可充電電池加電長期保存數(shù)據(jù)，并能慢速 為電池充電。通過簡單的 3 線串行方式接口，能在 2555v 電源下可靠工 作，在 25v 時耗電小于 300ha。在主電源關(guān)閉的情況下，能保持時鐘的連續(xù) 運(yùn)行。 3.看門狗電路 在單片機(jī)智能測控系統(tǒng)的設(shè)計中，斷電數(shù)據(jù)保存功能、看門狗功能、上電掉電 復(fù)位功能、電源電壓監(jiān)控功能等對系統(tǒng)是非常重要的。美國 xicro 公司生產(chǎn)的 x250

15、45 芯片集上述功能于一身，這種組合大大簡化了硬件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的 可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗。本系統(tǒng)采 用 x25045 芯片實現(xiàn)看門狗、電壓監(jiān)視、存儲電路。 4.人機(jī)接口電路 點陣式 lcd 不僅可以顯示字符、數(shù)字還可以顯示圖形、曲線及漢字，并能夠 實現(xiàn)多種動畫顯示效果。使人機(jī)界而更加友好使用操作也更加靈活、方便。本 系統(tǒng)選擇 mgls 一 12864。tpup-16a 微型打印機(jī)是一種超小型點陣針式打印機(jī)， 使用 epson m150 打印機(jī)機(jī)芯，自帶微處理器及部分字庫，可使用不同命令打 印 240 個 5x7 點陣字符，并具備圖形和曲線打印功能，經(jīng)過特

16、殊設(shè)計，可方便 地作為各類智能儀器設(shè)備的微型打印記錄終端使用。t 5.串行通信接口電路. 在計算機(jī)系統(tǒng)中cpu 和外部通信有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通 信，即數(shù)據(jù)的各位同時傳送；串行通信，即數(shù)據(jù)一位一位按順序傳送。串行通 信能夠節(jié)省傳輸線，特別是數(shù)據(jù)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送時，這一優(yōu)點更為 突出串行通信的主要缺點是傳送速度比并行通信要慢。串行通信分為同步通 信和異步通信兩種，本系統(tǒng)采用異步通信。在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符 為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，每一幀數(shù)據(jù)均是 低位在前，高位在后。通過傳輸線被接收端一幀一幀地接收。發(fā)送端和接收端 可以由各自獨立的時鐘

17、來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個時鐘彼此獨立，互不 同步。 2.2.22.2.2 傳感器的選擇傳感器的選擇 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 8 1.水位傳感器 目前在水位測量儀器中除了應(yīng)用較為廣泛的浮子式編碼水位傳感器以外，力式 水位傳感器有價格合理、簡化土建施工、安裝便利等優(yōu)點，所以，本系統(tǒng)選川 壓力式水位傳感器來測地 f 水的水位壓力式水位傳感器選用北京市三強(qiáng)電子 廠的 st301i 型液位變送傳感器，它可以朋來測量開口容器及河渠、湖泊，水井 中的液位。具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精確、安裝方便等優(yōu)點 2.水溫傳感器 在水質(zhì)的溫度傳感器中使用最多的是熱電偶、集成溫度傳感器和鉑電阻。隨著 技術(shù)的發(fā)展，石英晶體溫

18、度傳感器和紅外溫度傳感器也已經(jīng)實現(xiàn)了商品化。由 于熱電偶的檢測靈敏度較低，現(xiàn)在在許多需要精確測定水溫的場合已不使 用集成溫度傳感器是伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展起來的半導(dǎo)體溫傳感器， 這其中具有代表性的是美國 ad 公司生產(chǎn)的 ad590。由于它是一種電流型元件， 信號可以遠(yuǎn)距離傳輸且不易受到外界電磁場的干擾，在許多需要對水質(zhì)溫度進(jìn) 行自動檢測控制的場合中被大量采用。 3.溶解氧傳感器 為了準(zhǔn)確測量溶氧濃度，前人做了大量工作，開發(fā)了多種溶解氧探測裝置。主 要包括 winkler 滴定分析法81、clark 溶氧電極82、以及熒光猝滅技術(shù)83。 win2kler 滴定分析法雖是一種國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)

19、化分析方法，但由于費時費力且 只能離線操作，無法對過程中的溶解氧濃度變化作出及時的響應(yīng)，所以僅限于 實驗室采用。clark 溶氧電極雖然能夠在線檢測溶氧濃度，但由于它的透氣膜 易老化，而且它是依靠電極本身在氧的作用下所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)測定氧的 濃度測定過程需消耗氧(且需定期更換電解液)，所以測量精度和響應(yīng)時間都 受到擴(kuò)散因素 的嚴(yán)重約束故選用采用熒光猝滅原理的光纖溶解氧傳感器 2.2.32.2.3 信號調(diào)理電路的選擇信號調(diào)理電路的選擇 電路主要包括多路模擬開關(guān)、放大器、濾波器。傳感器輸出的信號經(jīng)過多路模 擬開關(guān)選擇，然后通過放大器放大，再進(jìn)行濾波，經(jīng) ad 轉(zhuǎn)換，最后傳到單片 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

20、。如圖 2 低 通 濾 波 二 級 放 大 a/ d 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) 傳 感 器 前 置 放 大 多 路 模 擬 開 關(guān) 圖 2.2 信號處理流程 1.前置放大電路 現(xiàn)在市場上可以采購到的各種放大器(如通用運(yùn)算放大器、測量放大器)中。由 于通用放大器一般都具有毫伏級的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫漂因此，通用 運(yùn)算放大器不能直接用于放大微弱信號，而測量放大器則能較好的完成此功能。 現(xiàn)在市場銷售的集成測量放大器有多種型號，其中美國 analog device 公司提 供的 ad623 型測量放大器滿足設(shè)計要求。 2.多路模擬開關(guān) 在多路被測信號共用一路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，模擬多路開關(guān)(簡稱多路開關(guān))通

21、常 用來將多路被測信號分別傳送到 ad 轉(zhuǎn)換器能對多路被測信號進(jìn)行處理。 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 9 ad 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使計算機(jī)能夠?qū)Χ嗦繁粶y信號處理。在此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 中，使用了電子式多路開關(guān)。本系統(tǒng)采用 max im 公司的集成模擬開關(guān)芯片 max308。 3.濾波電路 普通有源濾波器由運(yùn)算放大器和電阻、電容組成，通過一個低通濾波器與一個 高通濾波器的級聯(lián)易于實現(xiàn)但參數(shù)調(diào)整困難，而且應(yīng)用在頻率較高的場合， 由于元件周圍的分布電容將嚴(yán)重影響濾波器的特性，使其偏離預(yù)定的工作狀態(tài)。 普通有源濾波器還因為穩(wěn)定性較差，較難實現(xiàn)窄帶寬的設(shè)計，不易獲得高的 q 值，難滿足系統(tǒng)的要求與普通的有源濾波囂

22、相比max275 組成的濾波器具有 外接元件少結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便和不受運(yùn)算放大器本身頻率特性影響等 優(yōu)點。由于沒有外接電容，而且是單片結(jié)構(gòu)，因而高頻場合時璺分布電容的影 響小，穩(wěn)定性較好。 4.二級放大 信號的第二級放大采用高精度、低溫漂運(yùn)算放大器 0p07，實現(xiàn)同相電壓放大。 0p07 有較寬的電源工作范圍3v4-18v，設(shè)計中采用+5v,-5v 電源。op07 具 有較大的輸入阻抗兆歐姆級，易于與各種信號源相匹配，滿足本設(shè)計輸出信號 約為 o5v 的要求 2.2.42.2.4 a ad d 轉(zhuǎn)換電路選擇轉(zhuǎn)換電路選擇 ad 轉(zhuǎn)換器選用美國 ad 公司生產(chǎn)的 e型高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 ad

23、7705。 它直接從傳感器接受低電平信號并輸出串行數(shù)字信號。ad7705 是 ad 公司推出 的 16 位(電荷平衡式)ad 轉(zhuǎn)換器。它包括由緩沖器和增益可編程放大 器pga)組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路、調(diào)制器及可編程數(shù)字濾波罌等，能直 接將來自傳感器的不同擺幅范圍內(nèi)的信號放大到接近 a，d 轉(zhuǎn)換器的滿標(biāo)度電壓 附近再進(jìn)行d 轉(zhuǎn)換，實現(xiàn) 0003非線性的 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出，其增益和 數(shù)據(jù)輸出更新速率均可編程設(shè)定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準(zhǔn)和系 統(tǒng)校準(zhǔn)方式。此外它還具有高分辨率寬動態(tài)范圍、校準(zhǔn)、低功耗及優(yōu)良的抗 噪聲性能，因此非常適用于儀表測量和工業(yè)控制等領(lǐng)域。 2.2.52.2.5

24、電源電路選擇電源電路選擇 本系統(tǒng)采用 12v 鉛酸蓄電池供電，采用 lm2575 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路提供+5v 電壓， 由于運(yùn)放 tlc2274 和濾波器 max275 需要雙電源供電，采用 max660 生成-5v 電 壓.lm2575 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 la 集成穩(wěn)壓電路， 它內(nèi)部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓 電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片：內(nèi)部有完善 的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等：芯片可提供外部控制引腳。是傳 統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。 2.2.62.2.6 其他部分的選擇其他部分的選

25、擇 數(shù)據(jù)采集是由 ad7705 進(jìn)行兩次 ad 轉(zhuǎn)換來完成的。單片機(jī)通過 i2c 總線與 dsl302 通信. 存儲器為串行的 eeprom，對 lcd 點陣圖形和字符顯示編程通常 分為兩種方式：1 直接寫屏：將 lcd 作為輸出目標(biāo)直接輸出需顯示的內(nèi)容； 2 間接寫屏：先建立 lcd 映象 ram，將需要輸出的內(nèi)容先寫到 ram 單元，然 后更新整屏 lcd 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 3.1 水位傳感器 st3011 型液位變送傳感器由不銹鋼探頭，導(dǎo)氣電纜和電氣盒組成。探頭與電氣 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 10 盒之間由專用電纜連接，電纜中間有一導(dǎo)氣管使傳感器的背腔與大氣相通，電 纜與探頭和電氣

26、盒之間為密封連接。當(dāng)把傳感器投入到水中某一位置時，測點 的靜水壓力為： p=hy 其中： p測點的靜水壓力，g/c;h測點水深，即測點至水面距離， cm；y 一水體容重；推測得測點水深：h=p|y;測點水位：hw=ho+p/y 式中： ho測點的絕對高度；hw測點對應(yīng)的水位 3.2 水溫傳感器 ad590 是 ad 公司利用 pn 結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度 傳感器ad590 是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度 值。根據(jù)特性分擋，ad590 的后級以 i、j、k、l、m 表示。ad590l、ad590m 一 般用于精密溫度測量電路。其電路外形如圖 2 所

27、示它采用金屬殼 3 腳封裝， 其中 l 腳為電源正端 v+；2 腳為電流輸出端工 0；3 腳為管殼，一般不用集成 溫度傳感器的電路符號如圖。 圖 3.1ad590 的外形電路圖 圖 3.2 集成溫度傳感器電路符號 ad590 的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430v： 工作溫度：-55+150e； 保存溫度：-65-+175e； 正向電壓：-t44v； 反向電壓：20v； 焊接溫度(10 秒)：300e； 靈敏度：1la/k。 在被測溫度一定時。ad590 相當(dāng)于一個恒流源。把它和 5,-30v 的直流電源相 連，并在輸出端串接一個 ik8 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被 測溫度成正

28、比，此時電阻兩端將會有 lmv/k 的電壓信號。 3.3 溶解氧傳感器 光纖溶解氧傳感器采用熒光猝滅原理氧對一些熒光物質(zhì)的熒光具有猝滅作 用從而導(dǎo)致其熒光強(qiáng)度的降低和熒光維持壽命的縮短熒光的強(qiáng)度或壽命與 氧氣濃度的關(guān)系可用 stern2volmoer 方程來描述： 式中，i,to 分別為有氧條件下的熒光強(qiáng)度和壽命 i，t 分 別為無氧條件下的熒光強(qiáng)度和壽命；q為溶解氧的濃度；k 為 stern2volmoer 常數(shù)，對于特定的指示劑其值是固定的。通過測定 i。，i 或 t o，r 可測定溶 解氧的濃度。光纖溶解氧傳感器由光源、探測器、傳輸光纖、y 型光纖分路器 和傳感頭等組成，如圖 4 所示，

29、光源采用藍(lán)色半導(dǎo)體發(fā)光二極管(led)，以獲得 較高的光子能量去激發(fā)熒光。激發(fā)光經(jīng) y 型光纖分路器傳輸?shù)焦饫w端頭的傳感 頭，傳感頭是光纖的端面上包覆一層作為指示劑的熒光材料膜，被激發(fā)的熒光 沿光纖原路返回，經(jīng) y 型光纖分路器被探測器接收。 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 11 圖 3.3 溶解氧監(jiān)測簡易圖 3.4 測量電路設(shè)計 3.4.13.4.1 前置放大器前置放大器 ad623 是一種帶有精密差動電壓增益的器件，ad623 的基本特性：ad623 是一個 集成單電源儀表放大器。它能在單電源(+3v+12v)下提供滿電源幅度的輸 出ad623 允許使用單個增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到良好的用

30、戶靈活 性。在無外接電阻的條件下ad623 被設(shè)置為單位增益：外接電阻后。ad623 可 編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá) 1000 倍。ad623 通過提供極好的隨增益增大而 增大的交流共模抑制比(accmrr)而保持最小的誤差。線路噪聲及諧波將由于共 模抑制比在高達(dá) 200h z 時仍保持恒定而受到抑制。雖然 a d623 在單電源方式 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計但當(dāng)它作于雙電源(256v)時，仍能提供優(yōu)良的性能。 低功耗(3v 時 1.5mw)，寬電源電壓范圍、滿電源幅度輸出使 ad623 成為電池 供電應(yīng)用的理想選擇。 測量放大器是由三個運(yùn)算放大器構(gòu)成，并分為二級：第一級是兩個同相放大器 al 和 a2

31、，因此輸人阻抗高；第二級是普通的差動放大器，把雙端輸入變?yōu)閷Φ?的單端輸出。ad623 采用對稱結(jié)構(gòu)，可以很大程度上的抑制溫漂。所以，通過 調(diào)節(jié)外接電阻軸 rg 的大小可以很方便地改變 ad623 的增益 圖 3.4 前置放大器 ad623 3.4.23.4.2 多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān) max308 是 max im 公司生產(chǎn)的 8 路集成模擬開關(guān)芯片，可單電源和雙電源供電， 在單電源形式下，電壓范圍是 4.5v-30v. 圖為 at89c52 對 max308 的控制連接， p25 口決定 max308 是否被選中，p00、p01、p02 決定選擇哪一路輸入 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 12

32、端,分別與 en,a0,a1,a2 連接，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為 len,la0,la1,la2。如圖 圖 3.5max308 接口連接 3.4.33.4.3 濾波電路設(shè)計濾波電路設(shè)計 max275 是 maxim 公司推出的一款連續(xù)時間模擬集成有源濾波器，片內(nèi)硬件由 4 個運(yùn)算放大器及若干電阻電容組成。每 2 個運(yùn)算放大器構(gòu)成一個二階點每個 二階點的中心頻率 fo、轉(zhuǎn)折頻率、品質(zhì)因數(shù) q、帶寬增益 hp 都由 4 個外部電 阻確定。不需要外接電容。通過外接電阻的不同組合形式可以實現(xiàn)巴特沃思， 切比雪夫，貝塞爾型的低通、帶通濾波器。濾波器的中心頻率可以為：100 hz300 khz；增益帶寬積為 16 m

33、 hz，即對于 40 hz 的信號可放大 1400 倍。 max275 還可根據(jù)設(shè)計者的要求實現(xiàn)高至 100 的品質(zhì)因數(shù) q 圖 3.6 濾波電路 3.4.43.4.4 二級放大二級放大 op07 主要特征參數(shù) 設(shè)計中 0p07 實現(xiàn)同相放大，采用精密電阻實現(xiàn)。可用一個可調(diào)電阻和反饋電阻 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 13 串聯(lián)進(jìn)行微調(diào)。電阻首先保證精確再標(biāo)準(zhǔn)信號測量校正考慮 ad623 前置放 大與濾波器，應(yīng)保證 ad 的輸入電壓為 o5v。 3.5 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 3.5.13.5.1 總體設(shè)計總體設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī) at89c52、ad 轉(zhuǎn)換器、時鐘電路、看門狗 電路、液晶顯

34、示器、打印機(jī)、串行通信接口電路、鍵盤幾大部分組成為了記 錄測量時間，需要實時時鐘dsl302 是高性能、低功耗的時鐘芯片，為系統(tǒng)提 供秒、分、時、日、周、月、年等信息。系統(tǒng)采用 x25045 芯片實現(xiàn)看門狗、電 壓監(jiān)視、存儲電路。為提高人機(jī)交互能力，采用漢字點陣液晶顯示器。配合三 個功能按鍵，實現(xiàn)多級菜單。同時配備了微型打印，可將測量結(jié)果打印備份， 并設(shè)有報警系統(tǒng)，如圖 3 所示 a/d 轉(zhuǎn)換 電路 時鐘 電路 顯示 電路 單片 機(jī) 看門狗電路 上傳 報警 鍵盤 打印 圖 3.7 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.5.23.5.2 單片機(jī)設(shè)計單片機(jī)設(shè)計 at89c52 主要功能特性如下： 與 mcs-5

35、1 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8k 字節(jié)的可重擦寫的 hash 閃速存儲器 . .256x8 字節(jié)內(nèi)部 ram 數(shù)據(jù)存儲器 . .32 個可編程 i/o 口線 3 個 16 位定時/計數(shù)器 1 個全雙工串行通信口 -4 個中斷優(yōu)先級，6 個中斷源 采用 cmos 工藝，低功耗，寬工作電壓，工作頻率可達(dá) 33mhz .支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑模式和掉電模式 3.5.33.5.3 a ad d 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ad7705 具有以下功能特點： 1)雙通道全差分模擬輸入，可接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號； 2)用 轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)了 16 位無丟失代碼性能，0003的非線性度；

36、 3)可編程增益，增益：l128； 4)可配置成三線串行接口； 5)信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置： 6)器件包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差： 7)主時鐘頻率為 imhz(2mhz)或 24576mhz(49152mhz)，數(shù)據(jù)輸出更新頻率有 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 14 20hz，25hz100hz。200hz，50hz60hz,250hz，500hz 八種選擇： ad7705 采用 16 腳 dip、soic 和 tssop 封裝，其引腳功能說明如下表, 表 3.1ad7705 引腳說明 下圖，ad7705 對前級信號調(diào)理電路輸出的兩路

37、直流電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由 精密基準(zhǔn)源 tla3l 為 ad7705 提供 25v 參考電壓，為了能用軟件有效地控制 ad7705 的復(fù)位，把 reset 非與 at89c51 的 p13 相連，這樣可以保證 ad7705 能可靠的復(fù)位。在應(yīng)用時，把 drdy 非接到 at89c51 的 into 非；可以使 ad7705 在轉(zhuǎn)換結(jié)束后使單片機(jī)產(chǎn)生中斷以讀取最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。單片機(jī) pi0 與 sclk 相連，為 ad7705 提供數(shù)據(jù)讀寫時鐘，p12 與 din、dout 相連，作為數(shù)據(jù)的輸 入輸出線。 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 15 圖 3.8ad7705 與 at89c52 的接口連接 3

38、.5.43.5.4 實時時鐘電路設(shè)計實時時鐘電路設(shè)計 dsl302 經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘，日歷提供秒、分、 時、日、周、月和年等信息。對于小于 3l 天的月，月末的日期自動進(jìn)行調(diào)整。 實時時鐘，日歷還包括了閏年矯正功能。時鐘的運(yùn)行可以采用 24 小時或帶 ampm 的 12 小時格式，使用同步串行通信。與時鐘ram 通信僅需 3 根線： rst(復(fù)位)、vo(數(shù)據(jù)線)和 sclk(串行時鐘)。數(shù)據(jù)可以每次以一個字節(jié)或多達(dá) 3l 字節(jié)的多字節(jié)的形式傳送至?xí)r鐘 ram 或從其中送出。dsl302 被設(shè)計成能在非 常低的功耗下工 作，消耗小于 luw 的功率便能保存數(shù)據(jù)和時

39、鐘信息 表 3.2ds1302 引腳功能 dsl302 與單片機(jī)的接口電路如圖示，dsl302 與單片機(jī)的連接僅需三條線，將 rst、sclk、io 分別與單片機(jī)的 p14、p15、p16 相連，用單片機(jī)的通 用 io 口線模擬 i2c 通信此外，本系統(tǒng)采用 36v 的可充電鋰電池作為備用 電源，工作的時候由 vcc2 向備用電池涓流充電。 圖 3.9dsl302 與 at8952 的接口電路 3.5.53.5.5 看門狗電路設(shè)計看門狗電路設(shè)計 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 16 看門狗定時器為單片機(jī)提供了獨立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時，在可選的超時 周期之后，x25045 看門狗將以 rfset 信

40、號做出響應(yīng)。用戶可從三個預(yù)設(shè)置的值 中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。利用 x25045 低 vee 檢測電路，可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓狀況的影響。當(dāng) vex 降 到最小 vee 轉(zhuǎn)換點以下時系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位一直確保到 vcc 返回且穩(wěn)定為止。 x25045 的特點是具有允許簡單的三線總線工作的串行外設(shè)接口 sedalperphcrialinterfacespi 和軟件協(xié)議。x25045 采用 8 腳 dip 和 sioc 封 裝。 表 3.3x25045 引腳功能 x25045 與單片機(jī)的硬件接口非常簡單，x25045 的信號線可與 at89c52 的 io 口

41、 直接相連，用軟件控制讀寫及選通。圖是 at89c52 單片機(jī)與 x25045 的接口電路。 該電路為 at89c52 擴(kuò)展了上電復(fù)位、手動復(fù)位、可編程看門狗定時，電源電壓 監(jiān)控、串行 e2prom 等功能。 圖 3.10x25045 接口電路 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 17 3.5.63.5.6 人機(jī)接口電路設(shè)計人機(jī)接口電路設(shè)計 1.mgls 一 12864 液晶顯示 使用兩片 lm61202 作為列驅(qū)動器，同時使用一片 hd61203 作為行驅(qū)動器的 128*64 點陣的液晶顯示模塊。兩片 hd 61202 分別控制液晶的左右半屏，它可 直接與 8 位微處理器接口。hd61202 是一種點陣

42、式液晶顯示系統(tǒng)的列驅(qū)動器， 它與行驅(qū)動器 hd61 203 配合洪同驅(qū)動 lcd。hd61202 內(nèi)部有 64*64=4096 位顯示 ram，對應(yīng)液晶顯示器的半屏，ram 中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)相應(yīng) lcd 屏上一點的亮、滅 狀態(tài)：。m gls12864 的控制器 hd61202 有一系列操作指令通過指令可以實 現(xiàn)對顯示屏的控制。 2.tpup-16a 微型打印機(jī)主要性能如下： (1)自帶微處理器、2kb 控制程序。具有標(biāo)準(zhǔn)的 ceammic 8 位并行接口，可方便 地與各類微處理器連接。 (2)具有標(biāo)準(zhǔn)的 ascii 字符庫 96 個及 128 個非標(biāo)準(zhǔn)字符、圈符庫，并有 16 個 67 點陣用戶

43、自定義、自安裝字符庫，可打印 8x96 點陣的圖形，代碼字符和 圖形可在同一行中打印tpu p-16a 采用 20 芯扁平電纜及接插件與上級微處理 器連接，全部標(biāo)準(zhǔn) rrl 電平，最大通信距離達(dá) 5 米。 表 3.4tppup-l6a 接插件引腳說明 db0db7 為輸入數(shù)據(jù)線stb 非為輸入選通信號線，busy 為打印機(jī)忙標(biāo)志， ack 非為打印機(jī)輸出應(yīng)答信號，err 非為打印機(jī)輸出出錯信號，輸出有效寬度 30ms。 3.人機(jī)交互接口電路 圖中單片機(jī) p22 口輸出電平經(jīng) 74hc00 反相后作為液晶顯示模塊 mgls-12864 左右半屏的選擇信號。p36 和 p37 的輸出信號經(jīng) 74h

44、c00 反相后作為讀寫使 能信號，單片機(jī)讀寫 lcm 就如同訪問片外數(shù)據(jù)存儲器一樣。p23 和 p24 分 別為打印機(jī)的選通信號和忙查詢信號。液晶顯示模塊和打印機(jī)共用 8 位并行數(shù) 據(jù)輸出口 po。系統(tǒng)配有三個功能按鍵和一個電源開關(guān)。三個功能按鍵接在單片 機(jī)的中斷輸入上，分別實現(xiàn)“確定”、“取消”、“選擇”功能。 圖 3.11 人機(jī)接口電路 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 18 4.聲音報警電路 聲音報警電路如圖所示，將采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較當(dāng)不符合標(biāo)準(zhǔn) 時，p 口輸出高電平，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器報警。表明地下水參數(shù)是不符合國 家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。需要重視，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。 圖 3.12 報警電路

45、 3.5.73.5.7 串行通信接口電路設(shè)計串行通信接口電路設(shè)計 rs-232c 是 eia(美國電子工業(yè)協(xié)會)公布的異步串行通信接口，采用單端驅(qū)動、 單端接收電路。其特點是：傳送信號只用一根信號線，地線是公共的傳輸距 離最長為 15m，傳輸速率最高為 20kbsrs-232c 采用負(fù)邏輯。l”電平為- 5v+15v。”0”的電平為+5v+15v而單片機(jī)采用itlcmos 電平邏輯，二 者互不兼容，必須進(jìn)行屯平變換。我們使用 max232 串行通信芯片，它是單片集 成雙 rs-232 驅(qū)動，接收器，采用單一+sv 電源供電，外接四支電容便可構(gòu)成標(biāo) 準(zhǔn)的 rs232 通信接 13，從而完成 tt

46、lcmos 電平和 eia 電平的相互轉(zhuǎn)換這 樣，兩者之間就可以通過 rs-232 接口進(jìn)行數(shù)字信號傳送。圖是 at89c52 單片機(jī) 通過 max232 與 pc 機(jī)進(jìn)行通信的硬件接線圖。 表 3.5pc 機(jī) rs-232c 接口引腳說明 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 19 圖 3.13 串行通信硬件接線圖 3.6 電源電路設(shè)計 lm2575 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路芯片的主要參數(shù)如下： 1)最大輸出電流：1a： 2)最大輸入電壓：45v； 3)輸出電壓：5v： 4)振蕩頻率：52lhz； 5)最大穩(wěn)壓誤差：4； 6)轉(zhuǎn)換效率：7588(不同的電壓輸出的效率不同)： 7)工作溫度范圍：為一 40+125。

47、 max660 是單片電壓反向電荷泵，可以將+15v+55v 的電壓轉(zhuǎn)換成- 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 20 15v-55v。工作僅消耗 012ma 電流，適用于手持設(shè)備以及為運(yùn)放供電。 在本系統(tǒng)中通過 max660 將+5 v 轉(zhuǎn)換為-5v 為運(yùn)放 tlc2274 和濾波器 max2575 供 電。 圖 3.12 電源電路圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計概述 程序軟件是系統(tǒng)的靈魂，系統(tǒng)依靠程序軟件的運(yùn)行實現(xiàn)地下水參數(shù)的自動測量， 程序軟件的設(shè)計可以有效的發(fā)揮擴(kuò)展系統(tǒng)硬件的功能，又可以完善抗干擾措施。 程序設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：（1)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，功能程序?qū)嵭心K化， 便于調(diào)試、連

48、接和移植修改；(2)合理利用系統(tǒng)資源；(3)提高軟件的抗干擾能 力。 運(yùn)用匯編語言進(jìn)行單片機(jī)軟件的開發(fā)，能充分發(fā)揮硬件速度快、效率高的特長， 便于實現(xiàn)實時測量。 單片機(jī)程序主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示打印、數(shù)據(jù)通信等功能。 包括主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、時鐘讀取子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、lcd 顯示 子程序。打印控制子程序、按鍵處理子程序等。 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 21 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)掃描 判斷字 采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理通信 圖 4.1 系統(tǒng)框圖 4.2 主程序設(shè)計 主程序是是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)的程序。它負(fù)責(zé)調(diào)度系統(tǒng)的各應(yīng)用程序模 塊，并與系統(tǒng)的外部設(shè)備及時交換信息，實現(xiàn)系統(tǒng)軟、硬件資源

49、的整體管理 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 22 測量 采集數(shù)據(jù) 存儲數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 是否報警報警 打印 顯示是否顯示 是否打印 n n n y y y 開始 上電自檢 系統(tǒng)初始化 等待 n y 讀取時鐘并顯示 是否上傳上傳 結(jié)束 n y 圖 4-2 主程序流程圖 4.3 子程序設(shè)計 4 4.3.1.3.1 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計 數(shù)據(jù)采集是由 ad7705 進(jìn)行兩次 ad 轉(zhuǎn)換來完成的。將 sckl，分別接單片機(jī)的 pi0 和 p13。din 和 dout 相連并接單片機(jī)的 p12；直接將片選端 c5 接地， 使片選始終有效：drdy 非接外部中斷 0 即 p32，當(dāng)一次 ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束，

50、自動產(chǎn) 生一次中斷，在中斷中設(shè)置標(biāo)志通知單片機(jī)取 ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)對 ad7705 寄存器進(jìn)行操作必須嚴(yán)格遵循規(guī)定的時序，ad7705 與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù) 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 23 交換必須是倒序(8 位)只有在狀態(tài)信號 drdy 指示輸出數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 就緒時，單片機(jī)才可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果. 開始 選中ad7705 串行口初始化 設(shè)置寄存器 選擇數(shù)據(jù)存儲位 a/d轉(zhuǎn)換 結(jié)束 存儲高位字節(jié) 完畢 存儲低位字節(jié) 完畢 y y n n 圖 4-3 數(shù)據(jù)采集流程圖 4.3.24.3.2 數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計 存儲器為串行的 eeprom，這就決定了讀寫速度相對較慢，并且不能無

51、限次的讀 寫讀存儲器陣列數(shù)據(jù)，首先把 cs 拉至低電平選擇芯片，發(fā)送 8 位 read 指令， 緊接是 8 位字節(jié)地址，然后是所選定地址的存儲器儲存的數(shù)據(jù)移出到 so 線上。 繼續(xù)提供 sck 便讀出下一地址儲存的數(shù)據(jù)。當(dāng)字節(jié)地址到達(dá)最高地址($iff)時， 地址計數(shù)器自動翻至 000，a 置高電平終止讀操作首先發(fā)出 wren 指令使寫使能 鎖存器置位。cs 首先被置低電平，發(fā)送 8 位指令，接著 c5 變高允許繼續(xù)進(jìn)行 寫操作。把數(shù)據(jù)寫入 ffprom 存儲器陣列時，cpu 首先發(fā) write 指令，然后是地 址，接著是要寫的數(shù)據(jù)。為了結(jié)束寫操作，只能在第 24，32，40 和 48 個時鐘

52、 之后將跳變高電平 在其它時間變高都不能結(jié)束寫操作。 4.3.34.3.3 顯示和打印程序設(shè)計顯示和打印程序設(shè)計 無論采用直接寫屏方式或間接寫屏方式編程方式，只要根據(jù)顯示器的指令系統(tǒng)， 首先建立西文字符和中文字符庫，然后建立相應(yīng)的圖形顯示和字符顯示最基本 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 24 的控制程序，最后在此基礎(chǔ)上編寫顯示字符、數(shù)字、漢字及復(fù)雜圖形等程序 報表由 5 行組成，第 1 行為報表的開始，行中間的數(shù)字指明報表的序號，第 4 行為報表的結(jié)束第 5 行空出一行分隔各報表，中間各行為報表的具體內(nèi)容。 所示報表中，打“x”者即是可變參數(shù)，在數(shù)據(jù)表格中以 00h 作為其標(biāo)志，報表 中其它的打印字符

53、即是數(shù)據(jù)表格中的打印常數(shù)，此外數(shù)據(jù)表格中還應(yīng)包括必要 的打印命令和打印控制信息 表 4.1 報表格式 開始 打印機(jī)初始化 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 數(shù)據(jù)傳送 打印報表 結(jié)束 busy=0? y n 圖 4-4 打印程序流程圖 4.4 上位機(jī)通信程序 visual basic(簡稱 vb)是設(shè)計 windows 應(yīng)用程序強(qiáng)有力的開發(fā)工具，它易學(xué)好 用具有豐富的控件和功能強(qiáng)大的多任務(wù)處理功能。在 windows 環(huán)境下可利用 win32api 接口函數(shù)和利用 rad 開發(fā)系統(tǒng)的 aetivex 控件(如 vb 的 mscomm 控件)實現(xiàn)串行通信。前者的最大優(yōu)點是可用多線程編程以實現(xiàn)一個通信程序?qū)?計算機(jī)控制技術(shù)

54、課程設(shè)計 25 多個串行通信口的通信。而后者可屏蔽通信過程中的底層操作，使用方便 5 總結(jié) 地下水監(jiān)測是為保障社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展而開展的一項重要的基礎(chǔ)性、公益性 工作加強(qiáng)地下水動態(tài)監(jiān)測，一方面是為制定開發(fā)利用和保護(hù)方案提供基礎(chǔ)資 料，另一方面，也是檢驗水資源開發(fā)利用是否合理，地質(zhì)環(huán)境保護(hù)措施是否得 當(dāng)?shù)闹苯邮侄?，通過長期監(jiān)測資料的分析，找出開發(fā)利用中存在的問題提出 改進(jìn)方向和進(jìn)一步的保護(hù)措施。 本系統(tǒng)是一種可供野外使用的便攜式地下水監(jiān)測儀，在研制過程中以實用，簡 單可靠性和低成本作為系統(tǒng)設(shè)計的原則。本系統(tǒng)研究的重點是： (1)系統(tǒng)中測量地下水參數(shù)采用目前相關(guān)領(lǐng)域中最有代表性的水位、水溫、ph

55、值等傳感器，具有精度和靈敏度高、抗干擾強(qiáng)等特點 (2)在多路數(shù)據(jù)被測信號共用一路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，使用了多路模擬開關(guān) max308，將多路被測信號分別傳送到 ad 轉(zhuǎn)換器中，節(jié)省了電路消耗。 (3)實時時鐘芯片 dsl302 采用串行通訊方式，只需三條線即可與單片機(jī)通 訊同時體積僅僅是其它同種時鐘芯片的 14，且片內(nèi)均含 r 棚，可增加系統(tǒng) 的 r 枷，它的時鐘校準(zhǔn)也較為容易，采用專用晶振器，無需調(diào)整即可達(dá)到國家 要求的時鐘誤差標(biāo)準(zhǔn)。 (4)系統(tǒng)采用 x25045 芯片實現(xiàn)看門狗、電壓監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲功能。x25045 將微 機(jī)測控系統(tǒng)中常用的功能：看門狗定時器、電源電壓監(jiān)控、上電復(fù)位、串行 e2

56、prom 集成在 8 只引腳的集成芯片內(nèi)。大大減少了對電路板的空間要求，簡化 了硬件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性降低了成本和功耗。 (5)采用漢字點陣液晶顯示器，配備微型打印機(jī)，打印輸出。 (6)采用 spi 和 i2c 串行總線，使其接口電路簡單，便于用戶操作。 (7)系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計，采用 lm2575 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路提供+5v 電壓，采用 max660 提供一 5v 電壓。系統(tǒng)功耗較低，由電池供電，滿足野外便攜使用的要 求 從本系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況來看，還需要在以下幾個方面進(jìn)一步加以改進(jìn)完善： (1)進(jìn)一步完善與各種傳感器的接口電路，以適應(yīng)不同的，檢測環(huán)境的監(jiān)測。 (2)擴(kuò)充監(jiān)測參數(shù)數(shù)量，

57、滿足地下水監(jiān)測的更高要求 (3)軟件程序有待于進(jìn)一步改善，使用執(zhí)行時間更短的一些算法，從而可以增加 電路的采樣數(shù)，使得最后的測試結(jié)果更加接近于真值。 (4)后期數(shù)據(jù)處理規(guī)范化問題，需在軟件上加以考慮，以適應(yīng)不同用戶，不同行 業(yè)的需求 通過本次課程設(shè)計，我了解了系統(tǒng)設(shè)計的思路和步驟，并且于實踐中加深了理 解。而且于每一步的探索與應(yīng)用中，學(xué)到了許多細(xì)節(jié)的知識，將模電，數(shù)電， 數(shù)字信號處理，微機(jī)原理，計算機(jī)控制，vb 編程，單片機(jī)等學(xué)科知識進(jìn)行了 綜合。再小到元件選擇和參數(shù)確定，流程圖和電路圖的繪制，學(xué)到了許多新方 法和新軟件，如 visio,鞏固了舊知識又學(xué)到了新內(nèi)容，開拓了視野。同時也知 道了自

58、己存儲知識的不足，以后將更努力的學(xué)習(xí)。在實踐中遇到了許多問題， 鍛煉了我分析，解決問題的能力，而且得到了老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的大力幫助， 表示感謝！ 6 參考文獻(xiàn) 1楊華舒，楮福濤單片計算機(jī)系統(tǒng)抗干擾的軟件途徑 j電子技術(shù)應(yīng)用, 2001(3)：20-22 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 26 2鄒伯敏啟動控制理論機(jī)械工業(yè)出版社2003.6 3張松春，竺子芳，趙秀芬等，電子控制設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用 m北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1995 4李朝青pc 機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通訊技術(shù) m北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 103-107 5王占操，粱厚琴，曹燕單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù)叨電子技術(shù), 200311：18

59、 6程繼興，劉霞單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析們電子測量技術(shù), 20036：61 7胡嗣云圖形點陣式液晶顯示模塊的控制技術(shù)們國外電子元器件, 20019：9-12 8蘇凱mcs-51 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用沈陽：冶金工業(yè)出版社，2003 9徐愛鈞，彭秀華單片機(jī)高級語言 c51windows 環(huán)境編程與應(yīng)用 iv0北京： 電子工業(yè)出版社，2001 10劉書剛微控制器硬件抗干擾技術(shù) j單片機(jī)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng) 200291- 17 11葉衛(wèi)東c51 程序優(yōu)化技巧明 航空計測技術(shù)， 2001(3):3133 12馬云鵬，陸寶春，張世琪智能儀器中的誤差處理 j自動化與儀器儀表， 2000(6)：51-53 1

60、3戴蓉，劉祖林，王春麟等智能儀器儀表中單片機(jī)的抗干擾措施陰儀表 技術(shù)與傳感器，2000.(12)：37-41 14王柏林單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的誤區(qū)與對策j電子技術(shù)應(yīng)用，2002，(2)：2224 7 附錄： 系統(tǒng)硬件總原理圖（注：單片機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號與各部分電路進(jìn)行連接） 計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計 27 so 2 si 5 sck 6 cs 1 reset 7 129 8 vss 4 wp 3 串串串串串串 x25045 std bust db0-db7 串串串串串 tpup-16a vdd vo vss ddo/dd7 r/w d/i icsa icsb ic 串串串串串串串串串 mgls-12864