基于51單片機(jī)的液位檢測(cè)系統(tǒng)

2、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路

　　在步進(jìn)電機(jī)工作中，其電源大多是采用單極性直流電，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按恰當(dāng)?shù)臅r(shí)序方式通電，就可使其執(zhí)行步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。本系統(tǒng)所用電機(jī)為四相電機(jī)，當(dāng)兩相繞組通電時(shí)，相應(yīng)的兩個(gè)磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)齊，從而使步進(jìn)電機(jī)向前“走”一步。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)主要是按照電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的要求,由單片機(jī)順序地輸出相應(yīng)的控制信號(hào)即可。

　　下面以正轉(zhuǎn)為例進(jìn)行說(shuō)明，正轉(zhuǎn)時(shí)，要求按ABCDA 的順序依次輸出寬為8ms的正脈沖，且兩脈沖之間有一小延時(shí)。由此可以往8255的PC0～PC3口依次輸出1000、0100、0010、0001、 1000等一系列的信號(hào)，每一個(gè)高電平保持8ms,輸出時(shí)間間隔為1ms，即可滿(mǎn)足控制需要。同理，也可以控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，只是輸出信號(hào)的順序相反。于是在寄存器中的初始控制字可設(shè)為00010001B（即11H），電機(jī)每走一步，則對(duì)此寄存器的內(nèi)容向左（正轉(zhuǎn)）或向右（反轉(zhuǎn)）循環(huán)移一位，然后取出此寄存器的內(nèi)容并輸出，就可以完成對(duì)電機(jī)的控制。

3、單片機(jī)實(shí)時(shí)處理及控制

　　針對(duì)本課題而言，硬件電路應(yīng)該盡量的簡(jiǎn)單，部分能用軟件實(shí)現(xiàn)電路盡可能的不用硬件電路，以此來(lái)達(dá)到產(chǎn)品的小型化、價(jià)格低、性能可靠的目的。在選擇單片機(jī)時(shí)也應(yīng)充分考慮其便利和實(shí)用，8031 單片機(jī)最大缺點(diǎn)是需要外接EPROM，電路復(fù)雜，而且EPROM還是用紫外線進(jìn)行擦除的，使用起來(lái)很不方便。在經(jīng)過(guò)廣泛的比較之后，確定采用ATMEL 公司的AT89C52 FLASH單片機(jī)。它不僅具有8031單片機(jī)的一切功能，還有許多功能是8031所沒(méi)有的。其內(nèi)部帶有8KB可多次擦寫(xiě)的FLASH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可用電擦除，十分方便。

　　AT89C52 單片機(jī)主要有以下一些特點(diǎn)：（1）、與MCS-51產(chǎn)品兼容；（2）、具有8KB可改寫(xiě)的FLASH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦/寫(xiě)操作；（3）、全靜態(tài)操作：0Hz到24MHz；（4）、三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；（5）、256字節(jié)內(nèi)部RAM；（6）、32條可編程I/O線；（7）、3個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（8）、8個(gè)中斷源；（9）、可編程串行口；（10）、低功耗空閑和掉電方式。

　　單片機(jī)實(shí)時(shí)處理及控制部分的主要功能是接收來(lái)自紅外光電傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)的電信號(hào)，同時(shí)接收輸入電路送來(lái)的狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)判斷計(jì)算后，一方面發(fā)出控制指令，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行液位的檢測(cè)與跟蹤；另一方面送出所需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和狀態(tài)指示。因此，這一部分是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能好壞。具體硬件電路是以AT89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)擴(kuò)展并口8255來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3所示。

圖3單片機(jī)實(shí)時(shí)處理與控制電路

　　由圖3 可以看出，鍵入電路與AT89C52的P1口相連，接收所鍵入的狀態(tài)信息并送單片機(jī)。液位信號(hào)直接送P3.0口，在自動(dòng)跟蹤時(shí)，單片機(jī)對(duì)P3.0口不斷地查詢(xún)，一有信號(hào)就進(jìn)行判斷處理。液滴信號(hào)與P3.2口（即INT0中斷引腳）相連，由于液滴的檢測(cè)是隨時(shí)的，因此需要用中斷來(lái)控制，當(dāng)液滴信號(hào)一來(lái)中斷便響應(yīng)，記錄下液滴數(shù)。上、下限位信號(hào)分別接P3.4、P3.5口，在運(yùn)行中，一但出現(xiàn)了上、下限位信號(hào)時(shí)，說(shuō)明已超出了預(yù)定的運(yùn)行范圍，單片機(jī)收到信號(hào)后，發(fā)出控制指令，停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。其它一些如顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等控制信號(hào)的發(fā)出由總線分時(shí)送8255，完成預(yù)定的任務(wù)。

　　8255 的片選信號(hào)/CS及口地址選擇線A0和A1分別由AT89C52的P2.7和P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存后提供，故8255的A口、B口、C口及控制口地址分別為7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFFH。8255的D0～D7分別與AT89C52的P0.0～P0.7相連，其/RD、/WR與 AT89C52的/RD、/WR一一對(duì)應(yīng)相接。

三、 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，只有在它的指揮控制下硬件電路才能進(jìn)行工作，完成相應(yīng)的功能，而且部分硬件電路的缺陷還可以通過(guò)軟件編程加以彌補(bǔ)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，軟件是用MCS－96匯編語(yǔ)言，采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、自動(dòng)檢測(cè)跟蹤子程序、校準(zhǔn)子程序、顯示子程序等組成。在本系統(tǒng)中，高精度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)在很大程度上是由軟件來(lái)保證的。

　　主程序包括系統(tǒng)參數(shù)初始化和循環(huán)工作過(guò)程，是本系統(tǒng)中軟件部分的核心。它主要完成的任務(wù)是：首先，對(duì)單片機(jī)狀態(tài)參量和程序自定義的狀態(tài)參量進(jìn)行系統(tǒng)初始化；其次，對(duì)各子程序進(jìn)行管理和控制，安排相應(yīng)的指令，提供子程序的入口數(shù)據(jù)，以達(dá)到完成系統(tǒng)功能的目的。

　　液位自動(dòng)檢測(cè)跟蹤子程序的功能是控制液位跟蹤器以底液液面為起始位置，連續(xù)地跟蹤液面的變化，并換算出實(shí)際的液體體積值，實(shí)時(shí)地進(jìn)行顯示。其執(zhí)行步驟是：首先，紅外光電傳感器自動(dòng)檢測(cè)到液位，并設(shè)此液位為跟蹤的底液面，顯示為“0”。然后，進(jìn)入實(shí)時(shí)跟蹤狀態(tài)，只要液位有變化（上升），檢測(cè)器便會(huì)自動(dòng)跟蹤，實(shí)時(shí)顯示所跟液體的體積，直到液位不再變化為止。

　　校準(zhǔn)子程序是在每次更換量筒時(shí)進(jìn)行的，目的是找出量筒內(nèi)液體的體積與電機(jī)的步進(jìn)數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后送給單片機(jī)，進(jìn)行體積計(jì)算時(shí)就有了新的標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)提高測(cè)量精度。

四、結(jié)束語(yǔ)

　　采用AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位檢測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)100ml玻璃量筒中，液位變化范圍在0-200mm時(shí)，能達(dá)到0.1ml的分辨率。實(shí)踐證明，本液位檢測(cè)系統(tǒng)性能價(jià)格比高、控制方式可靠，其設(shè)計(jì)思路和方法可以為自動(dòng)蒸餾測(cè)控系統(tǒng)所借鑒，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

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