[导读] 本文根据系统的技术要求，主要提出了系统硬件结构设计方案并论述设计原理详细的论述了信号采集电路、LCD显示电路，4～20mA标准电流输出电路、打印机电路、键盘电路和RS-232接口电路的设计思想。采用了一些抗干扰措施，提高了系统的工作稳定性和测量精度。
1 引言
本系统主要用于对城市及工业排污水流量的监测，为国家的宏观管理提供信息。其主要技术参数和功能有：
① 水位测量范围：0.030m~1000m，水位分辨率为0.001m；水位测量误差：±0.003m；流量测量范围：10 m3/h~1500 m3/h；流量测量误差：±3%。
② 实时按小时存储流量数据，存储时间为5个月；查询和打印历史数据；实时显示实测数据；
③ 自动显示运行状态和操作信息；
④ 通过键盘操作，设置系统时钟和巴歇尔槽的类型。
⑤ 提供RS~232接口功能；输出4~20mA标准电流信号。
2 系统硬件结构的组成
系统硬件结构图略，可向作者索取。单片机使用AT89C55WD，该芯片的主要特点是内部集成ROM为20K字节，其它性能与52系列相同。这样既免去外部ROM的扩展，又提高了系统的可靠性和抗干扰能力。74LS373作为地址锁存器，将单片机转换为标准的三总线结构。74LS244驱动器用于提高单片机控制信号的带载能力，以提高系统工作的可靠性。74LS138译码器的高电平使能端E3用P2.7控制，两个低电平使能端E1、E2直接接地，C、B、A分别连接P2.6、P2.5、P2.4，这样每个译码输出信号控制的地址范围为4K字节，共计32K字节且为高地址段、低32K字节的地址段被内部带有锂电池的DS1320Y非易失性SRAM芯片占用，地址为0000H ~ 7FFFH。主要用于存放历史数据，作为数据缓冲区和C51高级语言的运行环境。它的片选信号直接接地，即默认为P2.7为低电平时选通，这样可减少连线和发生故障的概率。
3 主要模块功能及其设计
3.1 信号调理电路、数据采集电路
调理电路是将压差传感器输出的微弱电压信号经放大后，再经具有调零、调满的后级放大电路，通过低通滤波器输出0~5V 的电压信号送至A/D转换电路MAX197进行采集，由单片机检测并进行相应的数据处理。该电路应用12位A/D转换芯片MAX197，共有8个模拟输入通道，工作方式和通道号在同一字节写入芯片便可启动转换，转换结束信号为有效电平时，分别读出低8位和高4位，数字化的值为0~4905，对应着压力即水的深度h为0~1000mm，将此值代入公式Q＝K×Hn，可计算出瞬时流量Q，式中K和指数n由用户使用的巴歇尔槽的类型来确定。MAX197可编程芯片的工作方式在启动前可根据需要设置。
3 键盘电路和微型打印机电路
键盘接口电路使用8255可编程并行芯片，片选信号的地址为E000H，PA口连接的是操作键。PB口连接着功能键并用中断的方式向系统反映用户的击键信息，它们通过中断源扩展电路合用单片机的同一中断源，单片机响应中断后，利用查询的方法再进一步的识别具体的中断源信号，进行相应的操作。操作键是配合功能键使用的，在不同的功能键下完成不同的操作，以减少系统的空间占用和配线。中断源扩展电路是通过74LS08与门逻辑电路实现的。键盘防抖动和防重复键是通过软件实现的。
8255的PC口是连接微型打印机数据线与单片机的接口电路，打印机的BUSY信号使用P14进行查询访问，选通信号用P1.5控制。打印机的型号为WH4008A/T，每行点数为240，内部配有全部字符集及所有国标一、二级汉字。用户可自选使用并行接口或串行接口，本系统选择使用前者。它提供了众多的打印机控制命令，有汉字的旋转，放大，字间距调整，打印条形码和图形等，编程灵活方便。
3.3 液晶（LCD）显示电路
系统使用SED1335彩色液晶显示器，有效显示点阵为320X240，显示颜色为4色；内藏字符发生器CGROM；可工作在文本显示模式或图形显示模式；其最大特点是MPU访问SED1335不需判其“BUSY”，SED1335随时准备接收MPU的访问并在内部时序下及时地把MPU发来的指令、数据传输就位。与单片机以总线的形式连接，主要信号有：片选信号地址为0xB000，8Bit数据线接P0口、写入控制线WR、数据/命令选择信号线接A8。
3.4 实时时钟电路
为节省系统的软件开销，使其具有良好的实时性，系统采用硬件DS12887实时时钟电路。DS12887是内部带有非遗失性RAM的实时时钟集成电路。24脚双列直插封装组件，在一个组件内有石英晶体、锂电池和一个集成电路。集成电路内包括振荡器、日历时钟、总线接口、写保护电路、计数器等部件，寄存器A、B、C、D以及114字节的用户RAM。占用系统地址：0C000H0C00DH依次是秒、秒报警、分、分报警、时、时报警、周、日、月、年寄存器，A、B、C和D控制寄存器；0C00EH~0C07FH为用户RAM区。
3.5 RS232接D电路
使用两片MAX232集成电路芯片完成E1A 信号电平标准与TTL信号电平标准之间的转换，该芯片使用单+5V电源供电，内部具有电压提升电路。避免了使用其它需用±（12~15）V供电的集成电路芯片所带来的不便。提供与通信设备硬件握手信号R1、CD、DTR和RTS。
3.6 输出4~20mA电路
电路结构如图1。两片8位双缓冲DAC0832数摸转换芯片组成一个16位的DAC。输出时先将数字信号的高8位输出到DAC0832（1）输人缓冲器，片选信号为CSH（地址9000H），这时输出电流不发生变化。当输出数字信号低8位输出时，片选信号CSL（地址A000H）使其进入DAC0832（2）的输入缓冲器，接着Xfer、WRZ信号有效使得输出的16位数字信号进入DAC0832（2）（1）的输出缓冲器，输出电流作相应的变化。放大器A1是将DAC0832输出的电流信号转换为电压信号。调节电位器RW1使得DAC0832（1）的1LSB对输出的贡献是DAC832（2）的1LSB的256倍；放大器A2电路部分用于调节其输出电压的满量程值，AD694的功能是将电压信号0~2V（或0~10V）转换为4~20mA（或0~20mA）电流信号。
4 系统的抗干扰措施
采用合理的接地技术先将数字地和模拟地分别连接并各集中于一点，最后两者在同一点汇聚；对于PCB板的传感器输入信号处理电路部分使用铺地技术；在软件上使用数字滤波技术——平均值滤波法，以提高系统的测量精度。
5 结束语
本系统经过一段时间的调试、运行，符合系统的技术要求，不久将投放市场。