摘要：介紹了89C52單片機的防腐監(jiān)測儀的設計開發(fā)過程。介紹了一個對微電流進行采集、轉換、顯示、儲存的一套完整系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理是首先通過傳感器采集微電流信號，再進行放大后送到A/D轉換芯片中進行模數轉換得到對應的數字信號，利用AT89C52單片機對此信號進行處理，結合按鍵輸入，在液晶顯示屏上實時顯示當前的腐蝕電流以及對應的腐蝕度，同時判斷檢測卡槽是否有卡，在有卡的情況下，利用I2C串行通訊技術每隔一分鐘將數據送入IC卡進行存儲，實現對一段時間內微電流的監(jiān)測。最后通過基于VB的上位機系統(tǒng)讀卡，把IC卡里的數據導入計算機存檔。該系統(tǒng)實際應用效果良好。
關鍵詞：實時顯示；I2C串行通信；微電流；上位機
0 引言
本文介紹的腐蝕儀是為了監(jiān)測野外輸油管道腐蝕度而設計的，由于輸油管道的腐蝕度影響到石油的生產，會造成經濟損失和安全事故，故對其腐蝕度的監(jiān)測是非常必要的。本系統(tǒng)中，可以通過檢測管道里的微電流，然后通過輸入經驗參數來換算出管道當前的腐蝕度，并通過上位機程序把數據存檔，繪制腐蝕度變化曲線圖，以便操作人員可以直觀的了解輸油管道的腐蝕變化情況。
1  總體方案設計
1.1  設計總體構成方案
設計主要由下位機和上位機兩個部分組成。下位機以單片機為核心，運用程序控制來進行電流的采集、處理、顯示，并將有關數據存儲到IC卡。上位機則是通過計算機與Q系列接觸式IC卡讀寫器之間進行的串口通信，將IC卡里的數據導入計算機。
    其下位機系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1  下位機系統(tǒng)框圖
其上位機系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2  上位機系統(tǒng)框圖
1.2  下位機電路的設計
本系統(tǒng)的設計過程中，主要元件包括12位并行模/數轉換芯片AD1674、擴展多功能接口芯片8155、時鐘日歷芯片DS12887、AT89C52單片機。
放大芯片采用了AD524放大器�？紤]到腐蝕電流的取值范圍為0uA~100uA，故選取固定增益值GAIN=1000，使放大后的電流量滿足AD1674的輸入端要求。
模擬電流量通過AD1674后轉換成對應的數字量。本系統(tǒng)中AD1674與AT89C52的硬件接口電路如圖3:采用+12V、-12V雙電源供電，單極輸入方式，模擬量從10VIN輸入。其中CS接GAL16V8的18號管腳,它的啟動地址為4000H,高八位地址為4002H,低八位地址為4003H。轉換結束信號STS接到INT0上，AT89C52的讀寫信號W/R、RD通過與非門接到AD1674的操作使能端CE來控制AD1674的讀/轉換操作�？捎弥袛喾绞剑�也可用查詢方式。本系統(tǒng)中采用查詢方式，其流程如圖4所示。

圖3  AD1674與AT89C52的硬件接口電路

 
圖4  AD1674轉換流程圖
其對應的C51語言程序如下所示：
#define ADSEL    XBYTE[0x4000]      //AD1674相關定義
#define HIGH_READ    XBYTE[0x4002]
#define LOW_READ    XBYTE[0x4003]
unsigned int ad1674()
{  uchar high,low,j=0;
    unsigned  int   ad_value1;
   unsigned  int ad_value2,ad[20],sum=0;
 for(j=0;j<10;j++)
   { ADSEL=0x00;               //啟動12位轉換
   while(STS==1) ;           //等待AD轉換完畢
   high=HIGH_READ;            //讀高八位數據
   low=LOW_READ;                //讀低四位數據
   low>>=4;
   ad_value1=high*256+low;         //合并12位二進制數為十進制數
   ad_value2=ad_value1*0.0002442*10;      //1/0XFFF=0.0002442，這里取單位為mA級
   ad[j]=ad_value2;
   }
 for(j=0;j<10;j++)   sum+=ad[j];    //對10次采集值求平均值
    sum/=10;
   return (sum);
}
AT89C52有256B的內部RAM，滿足本系統(tǒng)對數據存儲器的需求；內部有8KB的可編程只讀存儲器，構成應用系統(tǒng)時，不需要外擴程序存儲器[3]。
DS12887的MOT接GND，即選用Intel工作模式。其讀寫允許輸入腳DS／RD、R／W分別與AT89C52的讀寫信號相接。它的復用地址數據總線AD0-AD7接AT89C52的P0.0-P0.7,片選輸入CS接GAL16V8的15號管腳,它的命令寄存器地址為：分-5002H,小時-5004H，星期-5006H，日-5007H，月-5008H，年-5009H，寄存器A-500ah，B-500bh，C-500ch，D-500dH，不掉電數據存儲器為:500EH-507FH。RESET直接接VCC，保證DSI2C887在掉電時，其內部控制寄存器不受影響。
液晶顯示器NS1602，它能顯示16字符X2行的內容。系統(tǒng)運用的是間接訪問方式8位數據總線接口電路。其3個控制信號RS、R/W、E分別與AT89C52的P3.3、P3.4、P3.5口相接，8位數據信號接8155的PB端口。對液晶顯示器的操作要嚴格遵守LCD1602的接口時序。其操作分兩類：寫指令代碼，寫顯示數據。兩者的區(qū)別取決于RS，RS=0時訪問命令寄存器，RS=1時訪問數據寄存器[6]。另外，對LCD的初始化工作是非常重要的，包括清屏、數據格式設置、顯示器特性設置、顯示地址設置等。
鍵盤輸入采用4*4鍵盤，其中鍵盤行線接P1.0-P1.3，輸出接地信號；鍵盤列線接P1.4-P1.7,輸入回饋信號，來檢測按鍵是否按下。鍵盤是非編碼鍵盤，要通過軟件編程來識別鍵盤。鍵盤輸入信息的主要過程是：判斷是否有鍵按下，掃描確定按下的是哪一個鍵；把此鍵代表的信息翻譯成計算機所能識別的代碼。
由于IO口不夠用，外加一片擴展多功能接口芯片8155。其片選端接GAL16V8的14號管腳，IO/M端接地址A8，8155的命令口地址為2100H，A口地址為2101H，B口地址為2102H，C口地址為2103H。8155的PB口為LCD的數據口。
1．3 上位機電路的設計
利用接觸式IC卡讀寫器跟計算機之間進行串口通信將IC卡里的數據導入計算機。讀寫器提供了性能完善、可靠的接口函數庫，在用VB編程時可直接運用這些函數。
首先要調用通訊口初始化函數IC_InitComm(Port)來檢測串口，再設置卡型，成功后輸入頁碼就可讀入該頁的數據了。讀入的數據可通過保存控件保存到指定的路徑下。程序退出之前要執(zhí)行IC_ExitComm()函數關閉串口釋放串口設備句柄否則再次初始化串口將出錯。
 
2． 數據的串行存儲
2.1  I2C總線通信原理
I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數據。SDA總線上的數據僅在SCL為低電平時可以改變，每一個SCL周期表示傳送一位串行碼。若SCL高電平期間,SDA由高轉低,表示“開始”狀態(tài)，提示一個通信進程的激活。而SDA由低轉高，表示“停止”狀態(tài),該狀態(tài)終止所有通信。所有地址和數據均以8位串行碼為數據單位輸入輸出，總線上任何接收設備必需在接收到8位串行碼后，將SDA總線置1位低電平以確認它成功地收到一個字節(jié)數據。寫操作需在“開始”狀態(tài)后, 發(fā)出一個8位的控制及器件地址碼并得到確認,再發(fā)出一個8位或16位數據碼地址并在被確認后隨時鐘不斷滾動輸出8位數據碼,直至“停止”狀態(tài)發(fā)生[2]。
 
2.2  I2C總線的編程實現
本系統(tǒng)中是用P3.0和P3.1分別作為SDA和SCL信號,單片機所用晶體振蕩器的頻率為12MHz。當無卡插入時開關閉合，PC0為低電平，當有卡插入時開關斷開，PC0為拉為高電平。每個機器周期為1us，設計可根據I2C總線的工作時序用軟件模擬I2C總線產生起始位、停止位以及發(fā)送字節(jié)。 
3． 結束語
現有一塊美國FANN公司生產的機械電流測量表，價格一萬多元人民幣。本文以AT89C52單片機為核心處理器設計的防腐監(jiān)測儀則只需幾百元的成本，而且能自動定時將腐蝕相關數據進行存儲，與傳統(tǒng)的機械電流測量表相比，無需專門的工作人員來記錄相關數據，操作起來更簡單方便。在外形上，本設計利用液晶屏顯示，其體積更小巧。本設計能較好的對石油管道的腐蝕狀況進行監(jiān)測，將對減少石油管道事故和降低由此帶來的經濟損失起到良好效果。
本文作者創(chuàng)新點：與國外的同類儀器相比具有價格上的絕對優(yōu)勢，從使用的角度看讀數精確，攜帶方便。
參考文獻
[1] 楊振江，蔡德芳.新型集成電路適用指南與經典應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，1998.10
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[3] 李群芳，張士軍，黃建.單片微型計算機與接口技術（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版，2005.1
[4] 王述全,孟臣.智能型LED鍵盤顯示技術及其在儀器儀表中的應用[J].微計算機信息,2004,(10).
[5] http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/346669145AD1674_c.pdf[S].
[6] http://www.gemtech-hb.com/chinese/web/pdf/char.pdf[S].
[7] The I2C Bus concept and Specification[S]. Philips Semiconductors.1992