應(yīng)用多個(gè)單片機(jī)的液位監(jiān)控儀

摘要：介紹把多個(gè)單片機(jī)用于一個(gè)多路液位監(jiān)控系統(tǒng)的方法。說(shuō)明用多個(gè)單片機(jī)的原因及用單片機(jī)取代I/O接口的理由，并對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試也做了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：多單片機(jī) 液位 監(jiān)控

采用單片機(jī)設(shè)計(jì)液位監(jiān)控儀是很通用的做法。如果要測(cè)量的液位有很多路（16路以上），每路要求能滾動(dòng)顯示1年內(nèi)每班、每日、每月的輸入輸出總量（1日3班），正常或意外停電數(shù)據(jù)不丟失，人機(jī)交互能力要強(qiáng)（要設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的按鍵及采用LCD顯示），并且每路液位要求對(duì)應(yīng)2路控制輸出信號(hào)（液罐液體輸入控制和輸出控制），配置微型打印機(jī)端口，設(shè)置聲音報(bào)警，所有這些無(wú)疑需要很多的I/O端口來(lái)支持，單憑一個(gè)單片機(jī)是辦不到的，需要擴(kuò)展I/O端口。在此設(shè)計(jì)中，筆者認(rèn)為采用專用I/O擴(kuò)展芯片有較多的弊端，權(quán)衡利弊，選擇了用單片機(jī)來(lái)代替專用I/O接口芯片的方法。

1 專用 I/O芯片與單片機(jī)用作I/O芯片的對(duì)比

①專用I/O接口芯片的I/O口數(shù)量不比單片機(jī)多（筆者采用單片機(jī)型號(hào)為89C52）；

②專用I/O接口芯片使用不靈活，幾種使用方式已被芯片設(shè)計(jì)者設(shè)定，不能超出此范圍變化，而單片機(jī)則受限制較小，使用起來(lái)較靈活；

③專用I/O接口芯片獨(dú)立性差、智能性差，無(wú)論是接收輸入信號(hào)還是輸出控制信號(hào)，I/O專用芯片對(duì)信號(hào)的輸入輸出增色不能做出決定，必須要由單片機(jī)來(lái)做決定，僅起接力或過(guò)渡信號(hào)作用，沒(méi)有監(jiān)控能力，不能獨(dú)立處理問(wèn)題，而單片機(jī)則不然，可采用多種方式靈活處理問(wèn)題；

④使用I/O擴(kuò)展專用芯片就必須要熟悉它，工程技術(shù)人員一般對(duì)單片機(jī)的熟悉程度要比對(duì)它強(qiáng)很多，相比之下，使用它要浪費(fèi)時(shí)間，再一個(gè)I/O擴(kuò)展專用芯片的價(jià)格均要比單片機(jī)高，從成本核算上考慮不經(jīng)濟(jì)；

⑤專用I/O芯片實(shí)時(shí)性差，由于I/O擴(kuò)展專用芯片僅起收發(fā)信號(hào)的作用，本身沒(méi)有加工處理信號(hào)的能力，這樣信號(hào)經(jīng)過(guò)它來(lái)回的傳遞勢(shì)必造成延遲，因而會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題；

⑥使用單片機(jī)作I/O接口，便于軟硬件設(shè)計(jì)模塊化，分工清晰，給設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)帶來(lái)極大方便；

⑦使用單片機(jī)作I/O接口加強(qiáng)了對(duì)接口的監(jiān)管力度，減輕了主單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。

2 硬件結(jié)構(gòu)及分工

硬件設(shè)計(jì)共分如下幾部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)；A/D轉(zhuǎn)換部分；控制信號(hào)輸出部分；非易失性存儲(chǔ)器（作RAM擴(kuò)展）；按鍵部分；顯示部分；打印I/O端口部分；模擬開(kāi)關(guān)部分。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

硬件設(shè)計(jì)中：

①單片機(jī)選用89C52，其特點(diǎn)是片內(nèi)含有8KB ROM，不需片外擴(kuò)展ROM；

②A/D轉(zhuǎn)換器選用MC14433，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，每秒可轉(zhuǎn)換20次左右，因?yàn)橐何蛔兓皇呛芸?，所以可滿足監(jiān)測(cè)液位變化的需要；

③控制信號(hào)輸出采用單片機(jī)控制74LS373鎖存器的方式，這樣可通過(guò)增減鎖存器個(gè)數(shù)的方式來(lái)增減控制輸出端口數(shù)量；

④因每路要求能滾動(dòng)顯示1年內(nèi)每班、每日、每月的輸入輸出量總量（1日3班），正?；蛞馔馔ｋ姅?shù)據(jù)不丟失，所以采用了AT29LV040A（512KB）的閃速存儲(chǔ)器（也可采用FRAM），因89C52最多可外擴(kuò)展64KB的RAM，為了保證有足夠的存儲(chǔ)空間可將AT29LV040A的A16、A17和A18地址線與1#單片機(jī)的某個(gè)端口連接，這樣通過(guò)控制這3個(gè)地址線的變化就可達(dá)到使用AT29LV040A的512KB空間的目的。

⑤按鍵部分采用常規(guī)的非編碼鍵盤(pán)方式即可；

⑥為了提高人機(jī)的交互能力，顯示部分采用了GXM12864SL大屏幕LCD，這樣屏幕上可顯示自編的漢字、數(shù)字、等式及簡(jiǎn)單的圖案；

⑦打印I/O端口，可根據(jù)要求進(jìn)行相應(yīng)的連接配置即可；

⑧模擬開(kāi)關(guān)選用多片CD4051，它們與單片機(jī)配合，用于選擇多路液位模擬量中的1路液位的模擬量，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

由于選用了3個(gè)單片機(jī)，有效地解決了I/O端口不夠用的問(wèn)題，也使得在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)化了許多，只要按照常規(guī)的連接芯片方式即可，省去了很多的過(guò)渡芯片，如74LS244、74LS245、74LS73等，也使得軟件設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單容易。因硬件連接變得簡(jiǎn)單而且均為常規(guī)連接，所以本文沒(méi)有提供詳細(xì)的線路連接圖。3個(gè)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換采用了串行口通信方式。本設(shè)計(jì)中，3個(gè)單片機(jī)采用同時(shí)復(fù)位，當(dāng)然也可采用分開(kāi)復(fù)位方式，但按鍵要增加，此種情況視要求而定。