参考]基于单片机微控制器地下水监测系统研究

参考]基于单片机微控制器地下水监测系统研究内容摘要：

8k 字节的可重擦写的 Hash 闪速存储器 .256X8 字节内部 RAM 数据存储器 .32 个可编程 I/O 口线 3 个 16 位定时 /计数器 1 个全双工串行通信口 4个中断优先级， 6个中断源 采用 CMOS 工艺 ，低功耗，宽工作电压，工作频率可达 33MHz .支持两种软件可选的节电工作模式：空闲模式和掉电模式 A／ D转换电路设计 AD7705 具有以 下 功能特点： 1)双通道全差分模拟输入，可接受直接来自传感器的低电平的输入信号； 2)用Σ．△转换技术实现了 16位无丢失代码性能， 0． 003％的非线性度； 3)可编程增益，增益： l～ 128； 4)可配置成三线串行接口； 5)信号极性以及更新速率的选择可用串行输入口由软件来配置： 6)器件包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差： 计算机 控制技术 课程设计 14 7)主时 钟频率为 IMHz(2MHz)或 2． 4576MHz(4． 9152MHz)，数据输出 更新频率有20Hz， 25Hz． 100Hz。 200Hz， 50Hz． 60Hz,250Hz， 500Hz 八种选择： AD7705 采用 16 脚 DIP、 sOIC 和 TSSOP 封装，其引脚功能说明如下表 , 表 引脚说明 下 图 ， AD7705 对前级信号调理电路输出的两路直流电压信号进行模数转换，由精密基准源 TLA3l 为 AD7705 提供 2． 5V 参考电压，为了能用软件有效地控制AD7705 的复位，把 RESET 非与 AT89C51 的 P1． 3相连，这样可以保证 AD7705 能可靠的复位。 在应用时，把 DRDY 非接到 AT89C51 的 INTO 非；可以使 AD7705 在转换结束后使单片机产生中断以读取最新的转换数据。 单片机 PI． 0 与 SCLK 相连，为 AD7705 提供数据读写时钟， P1． 2 与 DIN、 DOUT 相连，作为数据的输入输出线。 计算机 控制技术 课程设计 15 图 与 AT89C52的接口连接 实时时钟电路设计 DSl302 经过一个简单的串行接口与微处理器通信。 实时时钟，日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。 对于小于 3l 天的月，月末的日期自动进行调整。 实时时钟，日历还包括了闰年矫正功能。 时钟的运行可以采用 24 小时或带 AM／PM的 12 小时格式，使用同步串行通信。 与时钟／ RAM 通信仅需 3 根线： RST(复位 )、 vo(数据线 )和 SCLK(串行时钟 )。 数据可以每次以一个字节或多达 3l 字节的多字节的形式传送至时钟 RAM 或从其中送出。 DSl302 被设计成能在非常低的功耗下工 作，消耗小于 luW 的功率便能保存数据和时钟信息． 表 引脚功能 DSl302与单片机的接口电路如图示， DSl302与单片机的连接仅需三条线， 将 RST、SCLK、 I／ o 分别与单片机的 P1． P1． P1． 6 相连，用单片机的通用 I／ O口线模拟 I2C 通信．此外，本系统采用 3． 6V的可充电锂电池作为备用电源，工作的时候由 Vcc2 向 备 用 电 池 涓 流 充 电。 计算机 控制技术 课程设计 16 图 与 AT8952 的接口电路 看门狗电路设计 看门狗定时器为单片机提供了独立的保护系统。 当系统故障时，在可选的超时周期之后， X25045 看门狗将以 RFSET 信号做出响应。 用户可从三个预设置的值中选择此周期。 一旦选定，即使在电源周期变化之后，此周期也不改变。 利用 X25045低 Vee 检测电路，可以保护系统使之免受低电压状况的影响。 当 Vex 降到最小Vee 转换点以下时．系统复位，复位一直确保到 Vcc 返回且稳定为止。 X25045的 特 点 是 具 有 允 许 简 单 的 三 线 总 线 工 作 的 串 行 外 设 接 口SedalPerphcrialInterface． SPI和软件协议。 X25045 采用 8脚 DIP 和 SIOC 封装。 表 引脚功能 X25045 与单片机的硬件接口非常简单， X25045 的信号线可与 AT89C52 的 I／ O口 直接相连，用软件控制读写及选通。 图是 AT89C52 单片机与 X25045 的接口电路。 该电路为 AT89C52 扩展了上电复位、手动复位、可编程看门狗定时，电源电压监控 、 串 行 E2PROM 等 功 能。 计算机 控制技术 课程设计 17 图 接口电路 人机接口电路设计 一 12864 液晶显示 使用两片 lm61202作为列驱动器，同时使用一片 HD61203作为行驱动器的 128*64点阵的液晶显示模块。 两片 HD 61202 分别控制液晶的左右半屏，它可直接与 8位微处理器接口。 HD61202 是一种点阵式液晶显示系统的列驱动器，它与行驱动器 HD61 203 配合洪同驱动 LCD。 HD61202 内部有 64*64=4096 位显示 RAM，对应液晶显示器的半屏， RAM 中每位数据对应相应 LCD 屏上一点的亮、灭状态：。 M GLS． 12864 的控制器 HD61202 有一系列操作指令．通过指令可以实现对显示屏的控制。 微型打印机 主要性能如下： (1)自带微处理器、 2KB 控制程序。 具有标准的 Ceammic 8 位并行接口，可方便地与各类微处理器连接。 (2)具有标准的 ASCII 字符库 96 个及 128 个非标准字符、圈符库，并有 16 个 6 7 点阵用户自定义、自安装字符库，可打印 8x96 点阵的图形，代码字符和图形可在同一 行中打印． TPu p16A 采用 20 芯扁平电缆及接插件与上级微处理器连接，全部标准 rrL 电平，最大通信距离达 5 米。 表 脚说明 DB0— DB7 为输入数据线． STB 非为输入选通信号线， BUSY 为打印机忙标志， ACK非为打印机输出应答信号， ERR 非为打印机输出出错信号，输出有效宽度 30ms。 计算机 控制技术 课程设计 18 图中单片机 P2． 2 口输出电平经 74HC00 反相后作为液晶显示模块 MGLS12864左右半屏的选择信号。 P3． 6 和 P3． 7 的输出信号经 74HC00 反相后作为读写使能信 号，单片机读写 LCM 就如同访问片外数据存储器一样。 P2． 3和 P2． 4 分别为打印机的选通信号和忙查询信号。 液晶显示模块和打印机共用 8位并行数据输出口 PO。 系统配有三个功能按键和一个电源开关。 三个功能按键接在单片机的中断输入上，分别实现“确定”、“取消”、“选择”功能。 图 声音报警电路如图所示，将采集到的数据与标准数据进行比较．当不符合标准时，P口输出高电平，晶体管导通，蜂鸣器报警。 表明地下水参数是不符合国家规定标准。 需要重视， 并采取相应的保护措施。 图 串行通信接口电路设计 RS232C 是 EIA(美国电子工业协会 )公布的异步串行通信接口，采用单端驱动、单端接收电路。 其特点是：传送信号只用一根信号线，地线是公共的．传输距离最长为 15m，传输速率最高为 20Kb／ s． RS232C 采用负逻辑。 l”电平为 5V～+15V。 ”0”的电平为 +5V～ +15V．而单片机采用 ITL／ CMOS 电平逻辑，二者互不 计算机 控制技术 课程设计 19 兼容，必须进行屯平变换。 我们使用 MAX232 串行通信芯片，它是单片集成双RS232 驱动，接收器，采 用 单一 +SV 电源供电，外接四支电容便可构成标准的RS． 232 通信接 13，从而完成 TTL／ CMOS 电平和 EIA 电平的相互转换．这样， 两者之 间 就可以通过 RS232 接口进行数字信号传送。 图是 AT89C52 单片机通过MAX232 与 PC 机进行通信的硬件接线图。 表 机 RS232c 接口引脚说明 图 串行通信硬件接线图 电源电路设计 LM2575 开关稳压集成电路芯片的主要参数如下： 计算机 控制技术 课程设计 20 1)最大输出电流： 1A： 2)最大输入电压： 45V； 3)输出电压： 5V： 4)振荡频率 ： 52lHz； 5)最大稳压误差： 4％； 6)转换效率： 75％～ 88％ (不同的电压输出的效率不同 )： 7)工作温度范围：为一 40℃～ +125℃。 MAX660 是单片电压反向电荷泵，可以将 +1． 5V～ +5． 5V 的电压转换成 1． 5V～5． 5V。 工作仅消耗 0． 12mA 电流，适用于手持设备．以及为运放供电。 在本系统中通过 MAX660 将 +5 V 转换为 5V为运放 TLC2274 和滤波器 MAX2575 供电。 ． 图 电源电路图 4 系统软件设计 系统程序设计概 述 程序软件是系统的灵魂，系统依靠程序软件的运行实现地 下 水参数的自动测量，程序软件的设计可以有效的发挥扩展系统硬件的功能，又可以完善抗干扰措施。 程序设计应遵循以下原则： （ 1)采 用结构化程序设计，功能程序实行模块化，便于调试、连接和移植修改； (2)合理利用系统资源； (3)提高软件的抗干扰能力。 运用汇编语言进行单片机软件的开发，能充分发挥硬件速度快、效率高的特长，便于实现实时测量。 单片机程序主要实现数据采集、数据处理、数据显示打印、数据通信等功能。 包括主程序、数据采集子程序、时钟读取子程序、数据存储子程序、 LCD 显示子程序。 打印控制子程序、按键处理子程序等。 计算机 控制技术 课程设计 21 系 统 初 始 化系 统 扫 描判 断 字采 集 数 据 数 据 管 理 通 信 图 系统框图 主程序设计 主程序是是一个顺序执行的无限循环的程序。 它负责调度系统的各应用程序模块，并与系统的外部设备及时交换信息，实现系统软、硬件资源的整体管理． 计算机 控制技术 课程设计 22 测 量采 集 数 据存 储 数 据数 据 处 理是 否 报 警 报 警打 印显 示是 否 显 示是 否 打 印NNNYYY开 始上 电 自 检系 统 初 始 化等 待NY读 取 时 钟 并 显 示是 否 上 传 上 传结 束NY 图 42主程序流程图 子程序设计 数据采集程序设计 数据采集是由 AD7705 进行两次 A／ D 转换 来 完成的。 将 SCKL， 分别接单片机的PI． 0和 P1． 3。 DIN 和 DOUT 相连并接单片机的 P1． 2；直接将片选端 c5 接地，使片选始终有效： DRDY 非 接外部中断 0即 P3． 2，当一次 AD 转换结束，自动产生一次中断，在中断中设置标志．通知单片机取 AD 转换结果。 单片机对 AD7705 计算机 控制技术 课程设计 23 寄存器进行操作必须严格遵循规定的时序， AD7705 与单片机之间的数据交换必须是倒序 (8位 )．只有在状态信号 DRDY 指示输出数据寄存器的数据准备就绪时，单片机才可以读取转换结果 . 开 始选 中 A D 7 7 0 5串 行 口 初 始 化设 置 寄 存 器选 择 数 据 存 储 位A / D 转 换结 束存 储 高 位 字 节完 毕存 储 低 位 字 节完 毕YYNN 图 43数据采 集流 程 图 数据存储程序设计 存储器为串行的 EEPROM，这就决定了读写速度相对较慢，并且不能无限次的读写．读存储器阵列数据，首先把 CS拉至低电平选择芯片，发送 8 位 READ 指令，紧接是 8 位字节地址，然后是所选定地址的存储器储存的数据移出到 SO 线上。 继续提供 SCK 便读出下一地址储存的数据。 当字节地址到达最高地址 ($IFF)时，地址计数器自动翻至 000， a 置高电平终止读操作首先发出 WREN 指令使写使能锁存器置位。 CS 首先被置低电平，发。