基于51單片機的液位檢測系統(tǒng)

2、步進電機及驅(qū)動電路

　　在步進電機工作中，其電源大多是采用單極性直流電，通過對步進電機的各相繞組按恰當?shù)臅r序方式通電，就可使其執(zhí)行步進轉動。本系統(tǒng)所用電機為四相電機，當兩相繞組通電時，相應的兩個磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場，并與轉子形成磁路。在磁場的作用下，轉子將轉動一定的角度，使轉子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前“走”一步。因此，控制電機轉動主要是按照電機轉動方向的要求,由單片機順序地輸出相應的控制信號即可。

　　下面以正轉為例進行說明，正轉時，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。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，每一個高電平保持8ms,輸出時間間隔為1ms，即可滿足控制需要。同理，也可以控制電機反轉，只是輸出信號的順序相反。于是在寄存器中的初始控制字可設為00010001B（即11H），電機每走一步，則對此寄存器的內(nèi)容向左（正轉）或向右（反轉）循環(huán)移一位，然后取出此寄存器的內(nèi)容并輸出，就可以完成對電機的控制。

3、單片機實時處理及控制

　　針對本課題而言，硬件電路應該盡量的簡單，部分能用軟件實現(xiàn)電路盡可能的不用硬件電路，以此來達到產(chǎn)品的小型化、價格低、性能可靠的目的。在選擇單片機時也應充分考慮其便利和實用，8031 單片機最大缺點是需要外接EPROM，電路復雜，而且EPROM還是用紫外線進行擦除的，使用起來很不方便。在經(jīng)過廣泛的比較之后，確定采用ATMEL 公司的AT89C52 FLASH單片機。它不僅具有8031單片機的一切功能，還有許多功能是8031所沒有的。其內(nèi)部帶有8KB可多次擦寫的FLASH內(nèi)部程序存儲器，可用電擦除，十分方便。

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

　　單片機實時處理及控制部分的主要功能是接收來自紅外光電傳感器轉換過的電信號，同時接收輸入電路送來的狀態(tài)信息，經(jīng)過判斷計算后，一方面發(fā)出控制指令，控制電機的運轉，進行液位的檢測與跟蹤；另一方面送出所需要的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的顯示和狀態(tài)指示。因此，這一部分是本系統(tǒng)的關鍵部分，它的性能的好壞直接關系到整個系統(tǒng)的性能好壞。具體硬件電路是以AT89C52單片機為核心，通過擴展并口8255來實現(xiàn)的，其電路如圖3所示。

圖3單片機實時處理與控制電路

　　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。液位信號直接送P3.0口，在自動跟蹤時，單片機對P3.0口不斷地查詢，一有信號就進行判斷處理。液滴信號與P3.2口（即INT0中斷引腳）相連，由于液滴的檢測是隨時的，因此需要用中斷來控制，當液滴信號一來中斷便響應，記錄下液滴數(shù)。上、下限位信號分別接P3.4、P3.5口，在運行中，一但出現(xiàn)了上、下限位信號時，說明已超出了預定的運行范圍，單片機收到信號后，發(fā)出控制指令，停止電機的轉動。其它一些如顯示、電機驅(qū)動等控制信號的發(fā)出由總線分時送8255，完成預定的任務。

　　8255 的片選信號/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一一對應相接。

三、 軟件設計

　　系統(tǒng)軟件是整個系統(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行工作，完成相應的功能，而且部分硬件電路的缺陷還可以通過軟件編程加以彌補。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，軟件是用MCS－96匯編語言，采用模塊化結構，由主程序、自動檢測跟蹤子程序、校準子程序、顯示子程序等組成。在本系統(tǒng)中，高精度測量的實現(xiàn)在很大程度上是由軟件來保證的。

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

　　液位自動檢測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，并換算出實際的液體體積值，實時地進行顯示。其執(zhí)行步驟是：首先，紅外光電傳感器自動檢測到液位，并設此液位為跟蹤的底液面，顯示為“0”。然后，進入實時跟蹤狀態(tài)，只要液位有變化（上升），檢測器便會自動跟蹤，實時顯示所跟液體的體積，直到液位不再變化為止。

　　校準子程序是在每次更換量筒時進行的，目的是找出量筒內(nèi)液體的體積與電機的步進數(shù)之間的對應關系，然后送給單片機，進行體積計算時就有了新的標準，以此來提高測量精度。

四、結束語

　　采用AT89C52單片機實現(xiàn)的液位檢測系統(tǒng)在標準100ml玻璃量筒中，液位變化范圍在0-200mm時，能達到0.1ml的分辨率。實踐證明，本液位檢測系統(tǒng)性能價格比高、控制方式可靠，其設計思路和方法可以為自動蒸餾測控系統(tǒng)所借鑒，具有廣闊的應用前景。

參考文獻:

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[3].MCS-51datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MCS-51_477840.html.