基于51单片机的经济型高精度变送器设计

该部分电路为通信协议物理层硬件设计。其中采用高速光电藕合器6N137,以适应高速串行数据通信要求,提高通信电路的抗干扰能力;采用 SN75LBCl84,它是一种RS—485接口芯片,该芯片在传输率为250kbps的情况下可传输的最远距离可达1.5km,可以完成 TTL 电平与RS—485电平之间的转换。该芯片还有一个独特的设计．即当输入端开路时,其输出为高电平,这样,即使在接收器输入端电缆有开路故障时,也不影响系统的正常工作。

3.3.6 显示器接口电路设计

设计使用的显示器采用的是型号为QH2001的128×64点阵图形液晶显示模块LCM,与CPU接口简单, 显示器可以直接显示汉字、ASCII 码字符,使显示信息清晰易懂,符合阅读习惯。

3.3.7 键盘接口电路与电源设计

74LS373 作为键盘 I/O 接口,共设计９个按键。电源由 220V AC 供电,采用集成开关电源,分别供出+5V 和 2A(单片机系统使用)、+5V 和 1A(RS—485 接口隔离使用)、±12V(放大电路使用)三种规格的值。

4 智能变送器软件设计www.51kaifa.com

智能变送器的软件部分采用MCS—51汇编语言、模块化程序设计方法,主要模块有监控程序模块、信号增益自调节模块、数据采集和处理模块、信号输出模块、通信模块、键盘扫描模块、采样定时模块等。下面分别予以介绍。

4.1 监控程序模块

系统监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序。是单片机系统程序的框架。其主要任务完成系统自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成显示功能。在设计监控程序时,在通信、定时采集数据、键盘扫描、数据显示等功能中,为及时响应其它仪器通信要求,通信功能的优先级别应最高,次之为定时采集数据,优先级别最低为数据显示,各作业之间具有明显优先级的差别,所以监控程序采用作业优先调度型,优先级高者先运行。www.51kaifa.com

4.2 输入信号增益自调节模块

此模块根据上位机传送过来的弱信号的最大值VMAX来设定放大环节的放大系数。将弱信号放大到0～5V,即放大系数等于5000除以VMAX。

4.3 数据采集和处理模块

该部分模块主要包括 A/D 转换子程序、去脉冲干扰平均值滤波子程序、标度转换子程序等。为更好的消除脉冲干扰的影响,系统采用去极值平均滤波。即连续采样7次,将其累加求和同时找出其中的最大值和最小值,再从累加和中减去最大值和最小值,按5个采样值求平均,即得有效采样值。

4.4 通信模块设计

数字通信是智能变送器的基本功能,硬件设计采用 RS—485 总线将多台变送器连接成一个分布式数据采集系统。这种 RS—485 网络结构具有接口简单、灵活性好、价格低、易于控制等优点,可广泛应用于工业控制系统中。

4.5 采样定时模块

采样定时利用单片机内部定时器 T0 完成。T0基准定时时间为50MS。采样时间判断分两部分完成,一是在T0中断服务程序中产生一个1秒的时基信号,二是在主程序中调采样时间判断子程序,判断是否到某通道采集时间。

5 智能变送器软件抗干扰的设计

串入单片机系统内部的干扰会对单片机的工作造成很严重的影响,将造成软件系统失控,即程序跑飞。其后果将不可设想,因此,必须尽可能早地发现并采取补救措施。软件功能设计完成后,为提高系统抗干扰性能,采取一些软件抗干扰措施。主要有:

1.指令冗余

当程序跑飞、跑乱后,当程序执行到单字节指令上时,使自己自动纳入正轨。为了使跑飞的程序迅速纳入正轨,应多用单字节指令,在对程序流向起决定作用的指令(如 RET RETI ACALL LCALL LJMP JZ JNZ JC JNC DJNZ)前,加两条 NOP指令,形成指令冗余。如www.51kaifa.com

NOP

NOP

LJMP CHULI; 数据处理子程序

2. 软件陷阱

当程序进入非程序区(如空闲 EPROM 区),或表格区时,采用冗余指令无法使程序恢复正轨,此时可以设定软件陷阱,拦截乱飞的程序,将其迅速引入一个指定位置,并有专门对程序运行出错处理的程序。软件陷阱由三条指令构成:

NOP

NOP

LJMP ERR; ERR错误处理程序入口

3. 看门狗复位

当程序陷入死循环后,软件拦截技术无法将程序拉回正轨,经一定时间后看门狗就自动给 CPU 发送复位信息,强迫程序返回到 0000H 入口。看门狗喂狗程序为:

SETB CS5045; CS5045 为 X5045 的片选引脚

CLR CS5045

SETB CS5045

6 本文作者创新点:

智能变送器,是计算机技术、检测技术与通信技术汇合的结果,本文按照经济、实用、可靠的设计要求,对选用输出不同幅值的弱信号多传感器应用系统,设计一种通用的主机,利用仪表运算放大器AD623和数控电位器X9241设计了增益自调节mvDC信号高精度放大电路,采用12位串行接口、具自诊断功能 A/D转换器TLC2543完成模拟信号到数字信号转换,经89C52单片机采集处理后,由D/A、V/I转