單片機在智能水位監控儀中的應用方案

2.3 報警電路設計

本系統中四路報警電路的設計是采用單片機的I/O口加達林頓驅動芯片ULN2003實現的，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絡及鉗位二極管網絡構成，具有同時驅動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型號的產品，24V供電電壓。電氣內部結構連接示意如圖3。

本系統設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，單片機發出開關量控制信號，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(表現為燈亮或者鈴響)。

2.4 4-20mA 電流環輸出數模轉換電路與時鐘電路的設計

在微機工業測控現場中，經常會出現待測模擬電壓信號與測量設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備顯然是不合理的。通常采用的方法是:在測量現場對待測模擬信號進行放大、濾波等預處理，再經過變換后進行遠距離傳送，在測量設備附近再反變換成電壓信號進行測量。適合工業測控系統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。本系統采用一種高性能數字模擬變換器AD421，變換器輸出信號為4~20mA電流環。

單片機應用系統中，為了使系統具有實時性，需由一時鐘電路給系統提供時鐘信號(年、月、日、時、分、秒)。我們選用了DALLAS公司的DS1302芯片。水位監控儀中用的主控芯片C8051F021共有兩個串行口，該我們的設計中，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，所以充分體現了在研制過程中軟硬件相結合的重要性。在程序設計過程中也遇到了因時序問題引起的數據傳輸錯誤，但最終都順利解決。

2.5 串行通訊部分電路的設計

在本次設計中，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。

本次設計中RS-232通信電平是用轉換芯片MAX202來實現的。MAX202適用于噪聲嚴重環境下的RS-232通信，每個發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電平轉換而設計的雙向轉換芯片，MAX202的供電電源是+5V，電平轉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。

在我們的設計中，采用了SN65LBC184電平轉換芯片，SN65LBC184是SN5176行業標準范圍內的差分數據線收發器，它帶有內置高能量瞬變噪聲保護裝置，這種設計特點顯著提高了抵抗數據同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性。差分驅動器設計集成了由轉換率控制(slew-rate- controlled)的輸出端，足可以250kbps的速率傳送數據，轉換率控制比之不受控制可允許更長的無終止電纜運轉和來自主干線的更長的短截線長度以及更快的電壓轉變速度。獨有的接收器設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。