基于AT89C51单片机的液位数据采集系统设计.doc

基于AT89C51单片机的液位数据采集系统设计 【摘要】本文设计了一种新型的基于单片机的液位数据采集系统，该系统以at89c51单片机作为主体，实现液位的数据采集及显示、报警功能。 【关键词】at89c51单片机；液位数据采集；越限报警；抗干扰信号处理 1.前言 单片机控制系统以其控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、造价低等特点被应用到液位系统的数据采集与控制中来[1]。本文设计了一种新型的基于单片机的液位数据采集系统，该系统以at89c51单片机作为主体，实现液位的数据采集及显示。 2.系统说明 本系统由以下几个部分组成：由差压式液位传感器采集数据采集部分，a/d转换部分，数据处理部分，数据显示部分等。首先把差压式传感器采集到的液位模拟量以电信号方式输入到adc0809转换器中，将之转换成为离散的数字量，该模拟量在at89c51芯片内通过数字处理程序和数字滤波程序的处理后，进入片外数据存储器8255a，最终在8段led显示器中直观的显示出来。当所测液位超出限定范围时，系统将自动发出报警。其系统原理如图1所示。 本文设计的液位数据采集系统增加了数据采集抗干扰信号处理技术，相对于传统的液位数据采集系统，该系统的各方面性能有了显著提高，而且该系统的电路调试方便、稳定性好、成本低。 3.液位数据采集系统硬件设计 液位数据采集系统的硬件设计整个系统设计的主要组成部分。其中系统硬件主要包括主控制器at89c51芯片、a/d转换芯片、显示数码管、液位传感器、超限报警模块等。 3.1 at89c51单片机 at89c51产品与80c51相比，除了其片内有闪存存储器，现编程/擦除速度快之外，at89c51还可实现远距离编程，而且其产品价格比片内带eprom的80c51低，这就充分显示出at89c51的优越性。由于本次设计的任务是建立一个液位数据的实时采集系统，因此选用选用双排直插式结构的at89c51单片机，满足设计要求。 at89c51作为系统的核心部分，主要完成以下功能： （1）对采集到的液位信号进行必要的处理，保证检测精度符合要求； （2）将8路液位信号送led进行实时显示； （3）响应键盘输入，当所测液位越限时，发出报警。 3.2 液位传感器 差压式液位传感器选用motorola公司生产的mpx2010型硅压阻式压力传感器。 差压式液位传感器的差模输出电压一般为几十毫伏左右。这信号必须经过调理器电路放大变换，使其满足应用的要求。为了满足与数字系统接口的要求，传感器输出信号通过调理器电路变为1～5v。 3.3 超限报警模块 报警模块是液位数据采集系统的组成部分。在液位数据采集的过程中，首先限定了可能出现的液位界限，当所测得的液位数据超出这个范围时，报警电路就发挥作用，从而实现报警功能保证系统安全运行。要实现报警功能只需在单片机的p1.0 端口处接一只发光二极管即可[2]，当液位数据超出所设定的界限时，发光二极管闪亮，实现报警的目的。 3.4 显示器模块 在此设计中使用的是led显示器。这种显示器有两种类型：一种是发光二极管的阴极连在一起的共阴极显示器；另一种是发光二极管的阳极连在一起的共阳极显示器，本文选用共阴极形式。由于8段显示器虽然能显示的字符数量较少，但控制简单，使用方便，故得到了广泛应用。 4.采集系统程序设计 数据采集程序是整个液位数据采集系统软件设计的主要组成部分，也是整个数据采集系统的主程序，它完成对数字处理子程序、转换子程序，显示子程序等程序的调用，从而构成整个数据采集系统的结构。 数据采集程序首先修改堆栈指针，设置位码寄存器地址，设置定时器0工作方式为工作方式1，定时器0置初值，然后启动定时器0，允许定时器0中断，开中断，秒标志位清0并置初值；指向通道0，再计算通道地址，启动a/d转换，等待转换结束，待转换完成后读取转换结果，调结果转换程序将二进制转化成十进制，送当前通道号到显示器1；调用显示子程序，显示时间为一秒，一秒不到等待，到一秒后秒标志位清0秒计数器重置初值，通道号加1，若不是最后一个通道，则转到计算通道地址之前，若是最后一个通道就转到0通道之后循环。 数据采集程序流程图如图2所示。 尽管在硬件电路的构件方面已经采取了种种抗干扰措施，但干扰是不可能完全消除的。在数据采集处理时，要涉及到数值计算。正确的程序不一定算出正确的结果。使用软件抗干扰技术的优点在于不需要增加硬件设备，使用灵活，修改方便，本章软件抗干扰的技术主要采用设置指针陷阱的方法，即在某个子程序后面或程序段后，插入几条指令[3] nop nop nop nop ljmp main 其中main是初始化程序的开始地址，在rom区的空白处（特别是后面的空白处），每几十个字节放一条指令ljmp main。通过指针陷阱，一旦单片机受干扰时，程序指针混乱