毕 业 设 计 (论 文)机械与电气工程 学院 07自动化 专业题目：基于磁伸缩的线性液位计设计（软件设计）学 生 姓 名： 班 级： 07自动化 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 20011 年 5 月20日基于磁伸缩的线性液位计设计（软件设计）Based on magnetostrictive linear liquidometer design (software design)总计毕业设计（论文） 38 页表 格 4 幅插 图 14 幅摘 要本设计为基于磁致伸缩原理的线性液位计设计，共包括稳压电源、A/D转换显示电路、按键控制电路、RS485通讯电路和单片机控制电路五个部分。首先通过磁致伸缩液位传感器对液位进行实时采集，但由于输出是标准的4-20mA电流信号，故不需进行信号的放大，直接送A/D转换电路进行转换，然后经AT89S51单片机并存放数据，同时将采集的液位送入液晶显示模块进行显示。本系统可通过六个按键“设置，加1，减1，左移，右移，确认”， 分别用于控制对单片机的时间和液位初值。另外，本系统还可通过RS485电路对数据进行远距离传输。关键词: 磁致伸缩液位计 实时采集 AT89S51 RS485通讯AbstractThis design based on magnetostrictive principle for the design of linear liquidometer real-time control, level position with LCD actual pressure and time, with buttons adjust clock and level cap height, system level minimum degree of distinction 0.1 mm. Including : manostat, signal processing and amplifying circuit, A/D conversion display circuit, button control circuit, RS485 communication circuit and single-chip microcomputer control circuit. Design for the control chip AT89S51, the chip powerful function, and can satisfy the design.Keywords: level gauge Level measurement AT89S51 RS485uniform 目 录基于磁伸缩的线性液位计设计（软件设计）8摘 要9Abstract7第一章 绪 论8第二章 系统总体设计92.1 研究内容92.2 课题分析92.3 单片机核心部分的总体设计102.4 研制过程112.5 其他说明11第三章 硬件设计123.1 MCS-51系列单片机内部结构及功能部件123.2 MAX197的概述163.2.1 MAX197的控制字173.2.2 数据的读取193.3 LCD12864简介203.3.1 概述203.3.2 LCD12864基本特性203.3.3 模块接口说明213.3.4 指令说明233.4芯片MAX485和RS485通信的概述263.4.1 芯片MAX485的概述263.4.2 总线驱动器芯片SN7517627第四章 系统的中断，定时与串行通信284.1单片机的中断系统284.1.1 中断的概念284.1.3 中断控制314.2 单片机的定时与计数器324.2.1 定时/计数器方式控制寄存器324.2.2 定时/计数器控制寄存器TCON334.3 串行通信及其接口344.3.1 串行通信的基础知识344.3.2 串行口的工作方式37第五章 系统硬件设计395.1单片机处理模块的设计395.1.1 时钟电路395.1.2 复位电路405.2模拟信号转化数字信号（A/D）模块设计405.3液晶显示模块设计415.4 按键模块设计425.5 RS485通信电路模块设计42第六章 软件设计456.1 主程序软件设计456.2 时钟子程序设计466.3 A/D转换之程序设计476.4 按键处理子程序设计486.5 二进制转十进制子程序设计496.6 液晶显示子程序设计506.7程序的软件调试和烧录506.7.1 程序的软件调试507.7.2 烧录器原理及方法介绍51第七章 总结52参考文献53致 谢7附录一 程序清单8第一章 绪 论随着科学技术的迅猛发展，高新技术在各行业中得到了广泛的应用，高科技含量的磁致伸缩液位传感器，应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品。采用磁致伸缩液位计，进行液位的测量，其优点表现在： 1.可靠性强：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。 2.精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是用其它传感器难以达到的精度。 3.安全性好：磁致伸缩液位计的防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。测量时无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。 4.磁致伸缩液位计易于安装和维护简单：磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装，并可在安装过程中不影响正常生产。 5.便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。第二章 系统总体设计2.1 研究内容文章针对液位计的现状及发展趋势，在阅读了大量文献及资料的基础上，成功设计、调试了一套用于计量液位的智能低功耗液位计系统。它基于磁致伸缩原理，对液位进行实时控制，用液晶显示实际压力值和时间，用按键调整时钟和水位上限高度，系统的水位最小区分度为。包括稳压电源、信号处理与放大电路、A/D转换显示电路、按键控制电路、RS485通讯电路和单片机控制电路。主要内容有以下几点：（1）12位的A/D转换器及带有显示的时钟转换电路（2）高精度稳压电源：24V（3）点阵式液晶显示器显示：16位数显（4）时钟、水位高度设置控制键（6键：设置、+、-、左移、右移、确认）（5）RS485通讯电路系统可以同时测量总体液位和/或界面液位，以及温度输出，标定极其简单，无需实标，仅仅只需按按钮，可现场替换差压式，电容式，超声波式，雷达式，外浮筒式，核子式，钢带或钢带伺服式等液位变送器。2.2 课题分析课题任务：任务：设计一个基于磁伸缩的线性水位计。基本要求：1、设计一个高于12位的A/D转换和一个时钟电路并带有显示；2、设计一个24V的高精度稳压电源；3、数据由16位点阵式液晶显示器显示；4、由6键（设置、+、左移、右移、确认）控制设置时钟、水位高度；5、设计一个RS485通讯电路。 课题任务分析：课题中的水位计要用磁致伸缩式的传感器，这种液位计不仅要能显示液位高度，还需用键盘加以控制，完成“设置、+、-、左移、右移和确认”六个功能，同时还要有通讯电路，以便与上位机相连接，可以完成远程控制。要设计出能加以控制并显示的液位计，需要硬件电路和系统软件的共同配合，硬件部分要完成液位计的电源动力部分、按键部分、单片机外围电路、显示电路等。软件部分要完成的任务有：主控程序、按键程序、显示程序、通讯程序等部分。2.3 单片机核心部分的总体设计 本电路的设计包括感器模块、信号处理与放大电路、A/D转换模块、按键控制模块、LCD显示模块、RS485通讯模块、电源模块、MCU处理模块，由传感器采集数据，由仪表放大电路对采集的信号进行处理，然后 经A/D转换变为数字信号输送给单片机进行处理并在LCD上显示并还显示当前时间，而且可以远程通讯。系统总体结构框图如下图所示。本课题设计液位高度和时间显示可以完成如下功能： 使用点阵式LCD显示器来显示现在水位高度和现在的时刻，显示格式分别为“XX:XX:XX”和“XXX.X mm”。例如，“06:47:01”的时刻水位高度为“227.5 mm” 。 具有6个小按键操作来设置上限水位高度和现在的时刻。当水位高度超过设置的上限高度时， LCD显示器会出现“错误” 字样。通过“设置”键选择上限水位高度还是时间的调整，然后通过“左移” 、“右移”键确定哪位的设定，最后通过“+” 、“-”可从数0开始一直调到9中的任意数字。 利用RS485可以远程通讯，其既作驱动器用，将信息传给计算机，又可作接收器用，从计算机获取控制命令。2.4 研制过程通过查阅资料和书籍，结合自身的电路知识来设计。利用protel99se和Proteus将设计的原理图画出，为制作PCB提供依据。了解AT89C51的内部资源，利用C语言进行编程。4.程序的调试和烧录取得印制电路板后，把器件按图正确的焊接在PCB板上，然后将程序烧录进AT89C51并进行系统电路的调试。考虑PCB板刻录需仪器，我们自己手工焊接。2.5 其他说明系统分为硬件部分和软件部分。本论文给出了相关芯片的概略资料，主要介绍软件设计思路，及概略介绍了硬件设计流程。第三章 硬件设计3.1 MCS-51系列单片机内部结构及功能部件图3.1 AT89C51芯片引脚图（DIP封装）下面以DIP封装的AT89S51为例叙述各个引脚的功能。1）主电源线VCC（40引脚）：接+5V电源正端，正常操作和对EPROM编程及验证时均接+5V电源。GND（20引脚）：接电源地端。2）外接晶体线XTAL1（19引脚）：接外部晶体振荡器的一端。在单片机的内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片