放大 比较
红外发射 输液瓶 门限信号 至单片机
红外接收 图7液位检测框图
图8液位检测电路
3.2.4 键盘控制电路
本设计中所采用的键盘为非编码机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。触点式开关按键在最常见，且寿命长。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成，因此既经济又实用。在机械键盘按键按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随一定时间的触点机械抖动，然后才稳定下来。其抖动过程如图9所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~l0ms。按键抖动会导致错误判断按键通或断的状态，这种情况是绝对不允许出现的。所以在设计中必须采取去抖动措施，由于按键数较多，故采用软件去抖。软件去抖采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个l0ms左右的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：（1）检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。（2）有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。（3）准确输出按键值（或键号），以满足跳转指
8
令要求。
图9按键抖动过程
由于本系统按键数较多，故采用4×4行、列结构的16位矩阵键盘，如图10所示。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位臵。
图10矩阵键盘电路
3.2.5 声光报警单元
本设计采用蜂鸣器与发光二极管实现声光报警。当传感器检测到液位低于预设值或传感器检测不到有液滴下落时，从站单片机控制蜂鸣器和报警灯工作，在发出声光报警的同时向主站发出报警信息。在实际应用中，如果设定的滴速过高，输液瓶上升到支架顶部时，仍达不到设定的滴速，输液瓶继续上升有可能会拉倒支架，造成危险。所以在支架的顶部安装一个红外探测器，如检测到输液瓶上升到支架顶部，则发出信号，通知单片机控制电机停转，同时发出声光报警并向主站发送报警信号。下图11为声光报警电路。
9
图11声光报警电路
3.2.6 电源电路单元
任何电气设备的使用都离不开供电系统，在整个单片机系统设计中，电源的设计是必须要考虑的。电源的设计取决于系统所要求的供电方式，如是采用单电源方案，还是多电源方案，系统的功耗有无特殊规定等等。本系统所选用的单片机是AT89S53，其标准工作电压为+5V，且发光二极管和光敏三极管以及通讯所用的CAN总线适配器等电路的工作电压都是+5V，因此在本设计中采用单电源方案。单电源方案的优点是系统简单、工作可靠。此外还涉及到对步进电机的控制，步进电机及驱动电路由L297和L298N组成，L297的工作电压为+5V ，L298N除逻辑电路工作电压+5V外，因此还需加入一个较高的电源电压来增强电机的驱动能力。根据L298N的相关资料，这个电源电压的范围在+2.5V~+46V之间，考虑到用电安全及设计方便等因素，将其设定在+15V。因此我们的目标是设计出一个能够提供+5V与+15V的电源，其电路如图12所示。
图12电源电路
由上图可以知，此电源电路可以将220V的交流市电转换为+5V和+15V直流电输出。从原理上看，首先将通过变压器的220V交流市电转换为24V交流电，然后经过二极管桥式整流电路和滤波电容C3对其进行整流，获得略低于24V的直流电输出，经过C4滤除纹波电压后进入集成稳压源L7815产生+15V直流电压供L298N使用，同时此电压又作为MC7805的输入电压，通过MC7805产生+5V电压供系统逻辑电路和各模块使用。这种做法的好处是只使用一个变压器，降低
10
了成本的同时还减小了+5V直流电源的纹波电压。 3.3 通信电路单元
本系统所采用的是CAN总线作为通信总线，以下就对CAN总线的适配芯片以及通信接口连接做简要介绍。 3.3.1 CAN总线适配芯片连接电路 CAN收发器 MPC2510 节点控制器
节点控制器 MPC2510
MPC2510
MPC2510
CAN收发器
CAN收发器
CAN收发器
CAN收发器 MPC2510 系统主控制器
节点控制器 节点控制器
图13 CAN总线通信原理图
以CAN总线作为通信系统的典型实现方法如图13所示。由系统框图中的CAN接口部分可以得知，CAN接口由两个部分组成：CAN控制器和CAN收发器。其中前者主要用于实现物理信令子层和数据链路层，而后者则是CAN控制器与物理传输媒体之间连接的子层接口。在本设计中，采用MCP2510作为CAN控制器，CAN收发器采用TJA1050。
MCP2510是Microchip Technology Inc.（美国微芯科技有限公司）生产的一款控制器局域网络协议控制器，完全支持CAN总线V 2.0A /B技术规范。该器件支持CAN1.2 、CAN2.0A、主动和被动CAN2.0B等版本的协议，能够发送和接收标准和扩展报文。同时它还具备验收过滤以及报文管理功能。该器件包含三个发送缓冲器和两个接收缓冲器，减少了单片机的管理负担。
TJA1050是控制器区域网络协议控制器和物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器。TJA1050可以为总线提供差动发送性能，为CAN控制器提供差动接收性能，是PCA82C250和PCA82C251高速CAN收发器的后继产品。
11