應用多個單片機的液位監(jiān)控儀

摘要：介紹把多個單片機用于一個多路液位監(jiān)控系統(tǒng)的方法。說明用多個單片機的原因及用單片機取代I/O接口的理由，并對系統(tǒng)的軟硬件設計、調(diào)試也做了說明。
關鍵詞：多單片機 液位 監(jiān)控

采用單片機設計液位監(jiān)控儀是很通用的做法。如果要測量的液位有很多路（16路以上），每路要求能滾動顯示1年內(nèi)每班、每日、每月的輸入輸出總量（1日3班），正?；蛞馔馔ｋ姅?shù)據(jù)不丟失，人機交互能力要強（要設置適當數(shù)量的按鍵及采用LCD顯示），并且每路液位要求對應2路控制輸出信號（液罐液體輸入控制和輸出控制），配置微型打印機端口，設置聲音報警，所有這些無疑需要很多的I/O端口來支持，單憑一個單片機是辦不到的，需要擴展I/O端口。在此設計中，筆者認為采用專用I/O擴展芯片有較多的弊端，權(quán)衡利弊，選擇了用單片機來代替專用I/O接口芯片的方法。

1 專用 I/O芯片與單片機用作I/O芯片的對比

①專用I/O接口芯片的I/O口數(shù)量不比單片機多（筆者采用單片機型號為89C52）；

②專用I/O接口芯片使用不靈活，幾種使用方式已被芯片設計者設定，不能超出此范圍變化，而單片機則受限制較小，使用起來較靈活；

③專用I/O接口芯片獨立性差、智能性差，無論是接收輸入信號還是輸出控制信號，I/O專用芯片對信號的輸入輸出增色不能做出決定，必須要由單片機來做決定，僅起接力或過渡信號作用，沒有監(jiān)控能力，不能獨立處理問題，而單片機則不然，可采用多種方式靈活處理問題；

④使用I/O擴展專用芯片就必須要熟悉它，工程技術(shù)人員一般對單片機的熟悉程度要比對它強很多，相比之下，使用它要浪費時間，再一個I/O擴展專用芯片的價格均要比單片機高，從成本核算上考慮不經(jīng)濟；

⑤專用I/O芯片實時性差，由于I/O擴展專用芯片僅起收發(fā)信號的作用，本身沒有加工處理信號的能力，這樣信號經(jīng)過它來回的傳遞勢必造成延遲，因而會出現(xiàn)實時性差的問題；

⑥使用單片機作I/O接口，便于軟硬件設計模塊化，分工清晰，給設計、調(diào)試、維護帶來極大方便；

⑦使用單片機作I/O接口加強了對接口的監(jiān)管力度，減輕了主單片機的負擔。

2 硬件結(jié)構(gòu)及分工

硬件設計共分如下幾部分：單片機；A/D轉(zhuǎn)換部分；控制信號輸出部分；非易失性存儲器（作RAM擴展）；按鍵部分；顯示部分；打印I/O端口部分；模擬開關部分。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

硬件設計中：

①單片機選用89C52，其特點是片內(nèi)含有8KB ROM，不需片外擴展ROM；

②A/D轉(zhuǎn)換器選用MC14433，其特點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強，每秒可轉(zhuǎn)換20次左右，因為液位變化不是很快，所以可滿足監(jiān)測液位變化的需要；

③控制信號輸出采用單片機控制74LS373鎖存器的方式，這樣可通過增減鎖存器個數(shù)的方式來增減控制輸出端口數(shù)量；

④因每路要求能滾動顯示1年內(nèi)每班、每日、每月的輸入輸出量總量（1日3班），正?；蛞馔馔ｋ姅?shù)據(jù)不丟失，所以采用了AT29LV040A（512KB）的閃速存儲器（也可采用FRAM），因89C52最多可外擴展64KB的RAM，為了保證有足夠的存儲空間可將AT29LV040A的A16、A17和A18地址線與1#單片機的某個端口連接，這樣通過控制這3個地址線的變化就可達到使用AT29LV040A的512KB空間的目的。

⑤按鍵部分采用常規(guī)的非編碼鍵盤方式即可；

⑥為了提高人機的交互能力，顯示部分采用了GXM12864SL大屏幕LCD，這樣屏幕上可顯示自編的漢字、數(shù)字、等式及簡單的圖案；

⑦打印I/O端口，可根據(jù)要求進行相應的連接配置即可；

⑧模擬開關選用多片CD4051，它們與單片機配合，用于選擇多路液位模擬量中的1路液位的模擬量，然后進行A/D轉(zhuǎn)換。

由于選用了3個單片機，有效地解決了I/O端口不夠用的問題，也使得在設計上簡化了許多，只要按照常規(guī)的連接芯片方式即可，省去了很多的過渡芯片，如74LS244、74LS245、74LS73等，也使得軟件設計變得簡單容易。因硬件連接變得簡單而且均為常規(guī)連接，所以本文沒有提供詳細的線路連接圖。3個單片機之間的數(shù)據(jù)交換采用了串行口通信方式。本設計中，3個單片機采用同時復位，當然也可采用分開復位方式，但按鍵要增加，此種情況視要求而定。