1、本系统主要用于对城市及工业排污水流量的监测,为国家的宏观管理提供信息。其主要技术参数和功能有:

1水位测量范围:0.030m~1000m,水位分辨率为0.001m;水位测量误差:±0.003m;流量测量范围:10m3/h~1500m3/h;流量测量误差:±3%。

2实时按小时存储流量数据,存储时间为5个月;查询和打印历史数据;实时显示实测数据;

3自动显示运行状态和操作信息;

4通过键盘操作,设置系统时钟和巴歇尔槽的类型。

5提供RS~232接口功能;输出4~20mA标准电流信号。

2、系统硬件结构的组成

单片机使用AT89C55WD,该芯片的主要特点是内部集成ROM为20K字节,其它性能与52系列相同。这样既免去外部ROM的扩展,又提高了系统的可靠性和抗干扰能力。74LS373作为地址锁存器,将单片机转换为标准的三总线结构。74LS244驱动器用于提高单片机控制信号的带载能力,以提高系统工作的可靠性。74LS138译码器的高电平使能端E3用P2.7控制,两个低电平使能端E1、E2直接接地,C、B、A分别连接P2.6、P2.5、P2.4,这样每个译码输出信号控制的地址范围为4K字节,共计32K字节且为高地址段、低32K字节的地址段被内部带有锂电池的DS1320Y非易失性SRAM芯片占用,地址为0000H~7FFFH。主要用于存放历史数据,作为数据缓冲区和C51高级语言的运行环境。它的片选信号直接接地,即默认为P2.7为低电平时选通,这样可减少连线和发生故障的概率。

3、主要模块功能及其设计

3.1、信号调理电路、数据采集电路

调理电路是将压差传感器输出的微弱电压信号经放大后,再经具有调零、调满的后级放大电路,通过低通滤波器输出0~5V的电压信号送至A/D转换电路MAX197进行采集,由单片机检测并进行相应的数据处理。该电路应用12位A/D转换芯片MAX197,共有8个模拟输入通道,工作方式和通道号在同一字节写入芯片便可启动转换,转换结束信号为有效电平时,分别读出低8位和高4位,数字化的值为0~4905,对应着压力即水的深度h为0~1000mm,将此值代入公式Q=K×Hn,可计算出瞬时流量Q,式中K和指数n由用户使用的巴歇尔槽的类型来确定。MAX197可编程芯片的工作方式在启动前可根据需要设置。

3.2、键盘电路和微型打印机电路

键盘接口电路使用8255可编程并行芯片,片选信号的地址为E000H,PA口连接的是操作键。PB口连接着功能键并用中断的方式向系统反映用户的击键信息,它们通过中断源扩展电路合用单片机的同一中断源,单片机响应中断后,利用查询的方法再进一步的识别具体的中断源信号,进行相应的操作。操作键是配合功能键使用的,在不同的功能键下完成不同的操作,以减少系统的空间占用和配线。中断源扩展电路是通过74LS08与门逻辑电路实现的。键盘防抖动和防重复键是通过软件实现的。

8255的PC口是连接微型打印机数据线与单片机的接口电路,打印机的BUSY信号使用P14进行查询访问,选通信号用P1.5控制。打印机的型号为WH4008A/T,每行点数为240,内部配有全部字符集及所有国标一、二级汉字。用户可自选使用并行接口或串行接口,本系统选择使用前者。它提供了众多的打印机控制命令,有汉字的旋转,放大,字间距调整,打印条形码和图形等,编程灵活方便。

3.3、液晶(LCD)显示电路

系统使用SED1335彩色液晶显示器,有效显示点阵为320X240,显示颜色为4色;内藏字符发生器CGROM;可工作在文本显示模式或图形显示模式;其最大特点是MPU访问SED1335不需判其“BUSY”,SED1335随时准备接收MPU的访问并在内部时序下及时地把MPU发来的指令、数据传输就位。与单片机以总线的形式连接,主要信号有:片选信号地址为0xB000,8Bit数据线接P0口、写入控制线WR、数据/命令选择信号线接A8。

3.4、实时时钟电路

为节省系统的软件开销,使其具有良好的实时性,系统采用硬件DS12887实时时钟电路。DS12887是内部带有非遗失性RAM的实时时钟集成电路。24脚双列直插封装组件,在一个组件内有石英晶体、锂电池和一个集成电路。集成电路内包括振荡器、日历时钟、总线接口、写保护电路、计数器等部件,寄存器A、B、C、D以及114字节的用户RAM。占用系统地址:0C000H0C00DH依次是秒、秒报警、分、分报警、时、时报警、周、日、月、年寄存器,A、B、C和D控制寄存器;0C00EH~0C07FH为用户RAM区。

3.5、RS232接D电路

使用两片MAX232集成电路芯片完成E1A信号电平标准与TTL信号电平标准之间的转换,该芯片使用单+5V电源供电,内部具有电压提升电路。避免了使用其它需用±(12~15)V供电的集成电路芯片所带来的不便。提供与通信设备硬件握手信号R1、CD、DTR和RTS。

3.6、输出4~20mA电路

电路结构如图1。两片8位双缓冲DAC0832数摸转换芯片组成一个16位的DAC。输出时先将数字信号的高8位输出到DAC0832(1)输人缓冲器,片选信号为CSH(地址9000H),这时输出电流不发生变化。当输出数字信号低8位输出时,片选信号CSL(地址A000H)使其进入DAC0832(2)的输入缓冲器,接着Xfer、WRZ信号有效使得输出的16位数字信号进入DAC0832(2)(1)的输出缓冲器,输出电流作相应的变化。放大器A1是将DAC0832输出的电流信号转换为电压信号。调节电位器RW1使得DAC0832(1)的1LSB对输出的贡献是DAC832(2)的1LSB的256倍;放大器A2电路部分用于调节其输出电压的满量程值,AD694的功能是将电压信号0~2V(或0~10V)转换为4~20mA(或0~20mA)电流信号。

4、系统的抗干扰措施

采用合理的接地技术先将数字地和模拟地分别连接并各集中于一点,最后两者在同一点汇聚;对于PCB板的传感器输入信号处理电路部分使用铺地技术;在软件上使用数字滤波技术——平均值滤波法,以提高系统的测量精度。

5、结束语

本系统经过一段时间的调试、运行,符合系统的技术要求,不久将投放市场。