【参赛】带记忆功能的高度显示器
本帖最后由 LHZ07206 于 2017-11-22 20:34 编辑本人学习单片机，断断续续也有好几年的时间了，也进行过一些简单的小制作，本次制作主要是进行一些技术验证，比如数码管驱动、I2C器件的使用以及C语言编程方面的一些技巧等等，手工太差，还请大家多包涵。下面对本次制作进行一下说明：
一、显示器功能：
利用单片机，对编码器反馈脉冲或其它脉冲信号进行计数，如果用于起重机械，可以显示起升的高度，如果用于其它方面，可以显示行程距离或对物品进行计数。
二、技术要点：
1、由于数据需要连续动态显示，而且显示的位数不固定，要从一位数逐步跳变为多位数，因此设计了加一、减一程序，用C语言编程成为独立的函数模块，在中断程序中根据需要进行调用。
2、使用电源监控芯片监测系统工作电压，在掉电的瞬间通知单片机对数据进行存储操作。
3、无需内置电池，利用I2C总线，使用E2PEOM元件AT24C08对当前数据进行存储，实现了断电记忆。
三、设计思路：
本装置由以下几部分组成：数字脉冲输入电路（包括光电耦合、方向判别）、计数及运算控制电路（脉冲计数、零点设置、断电记忆）、驱动电路（数码管显示及预置报警）。
1、获取编码器反馈脉冲，根据电机转速、编码器脉冲数、减速箱变比和钢丝卷筒直径，可以测算出钢丝绳每运行0.01米所需的脉冲个数，将此数值作为单片机计数中断值固化在程序中，通过数码管将高度值以厘米级的精度动态显示出来，最大可显示到正负999.99米（根据需要可以任意扩展）。
2、设“零点设置”按钮，此按钮的作用在于：（1）更换钢丝绳后用来校准取物装置的零点位置。（2）无论吊钩在什么位置，都可利用此按钮将显示器置零，以当前位置为零点，显示某一段起升或下降的距离。
3、断电记忆当前位置。如果不采取措施，在起重机工作中出现断电的情况下，则需重新设置零点位置。为了保存掉电前吊钩的位置数据，利用电源监控芯片MAX708监测工作电压，在掉电的瞬间触发外部中断，单片机执行中断服务程序，将现场实时数据写入E2PEOM中。上电复位后，则先从E2PEOM中读出数据送到显示器，实现了现场数据的恢复。
4、I2C总线的软件实现。由于E2PEOM元件AT24C08与AT89S52单片机的连接采用I2C总线，而廉价的普通单片机不带有I2C总线接口，因此本系统采用普通I/O口通过软件模拟I2C总线协议，虽然软件编程上稍微复杂一些，但是与自带锂电池的NVRAM芯片相比，降低了成本，是一种廉价、实用的方法。
图片说明显示不全。 本帖最后由 LHZ07206 于 2017-11-22 20:37 编辑
由于图片说明字体显示不全，发个完整文档：
一、显示器功能：
利用单片机，对编码器反馈脉冲或其它脉冲信号进行计数，如果用于起重机械，可以显示起升的高度，如果用于其它方面，可以显示行程距离或对物品进行计数。
二、技术要点：
1、由于数据需要连续动态显示，而且显示的位数不固定，要从一位数逐步跳变为多位数，因此设计了加一、减一程序，用C语言编程成为独立的函数模块，在中断程序中根据需要进行调用。
2、使用电源监控芯片监测系统工作电压，在掉电的瞬间通知单片机对数据进行存储操作。
3、无需内置电池，利用I2C总线，使用E2PEOM元件AT24C08对当前数据进行存储，实现了断电记忆。
三、设计思路：
本装置由以下几部分组成：数字脉冲输入电路（包括光电耦合、方向判别）、计数及运算控制电路（脉冲计数、零点设置、断电记忆）、驱动电路（数码管显示及预置报警）。
1、获取编码器反馈脉冲，根据电机转速、编码器脉冲数、减速箱变比和钢丝卷筒直径，可以测算出钢丝绳每运行0.01米所需的脉冲个数，将此数值作为单片机计数中断值固化在程序中，通过数码管将高度值以厘米级的精度动态显示出来，最大可显示到正负999.99米（根据需要可以任意扩展）。
2、设“零点设置”按钮，此按钮的作用在于：（1）更换钢丝绳后用来校准取物装置的零点位置。（2）无论吊钩在什么位置，都可利用此按钮将显示器置零，以当前位置为零点，显示某一段起升或下降的距离。
3、断电记忆当前位置。如果不采取措施，在起重机工作中出现断电的情况下，则需重新设置零点位置。为了保存掉电前吊钩的位置数据，利用电源监控芯片MAX708监测工作电压，在掉电的瞬间触发外部中断，单片机执行中断服务程序，将现场实时数据写入E2PEOM中。上电复位后，则先从E2PEOM中读出数据送到显示器，实现了现场数据的恢复。
4、I2C总线的软件实现。由于E2PEOM元件AT24C08与AT89S52单片机的连接采用I2C总线，而廉价的普通单片机不带有I2C总线接口，因此本系统采用普通I/O口通过软件模拟I2C总线协议，虽然软件编程上稍微复杂一些，但是与自带锂电池的NVRAM芯片相比，降低了成本，是一种廉价、实用的方法。
四、具体电路及程序：
1、具体电路如图所示：
（1）本装置采用MAX7219驱动数码管显示器实现数据的连续显示，MAX7219是一种串行接口8位LED显示驱动器，仅需使用单片机3个引脚，即可实现对8位LED数码管的显示控制和驱动，线路非常简单，控制简单方便。对MAX7219的控制编程主要分为:初始化子程序（主要是对MAX7219的显示模式、显示亮度、显示位数等进行初始化），以及送显子程序。
（2）数据信号的采集，将编码器的反馈信号，输入高速光耦6N137，6N137是一款用于单通道的高速光耦合器，转换速率高达10MBit/s。A、B两路脉冲信号经过光耦输出分别接至双D触发器74HC74 的时钟端CLK和控制端D，正转时，A信号的相位超前B信号90°，Q输出端始终为高电平。反转时，A信号的相位延后B信号90°，Q输出端始终为低电平。因此,通过读取Q的电压高低，就可以判别光电编码器的转向，进行加、减计算，同时将A脉冲输入到单片机的P3.2引脚进行计数。根据电机的转速、减速箱的变比、钢丝卷筒的直径，可以测算出经过多少个脉冲，等于实际高度1厘米的距离。将此脉冲数作为单片机的外部中断计数计数值，在中断程序中调用加一或减一函数。
（3）为了保存掉电前吊钩的位置数据，利用E2PROM元件AT24C08和电源监控芯片MAX708实现掉电数据保存。24C系列串行EEPROM具有断电以后存储的数据不消失的特点，而且体积小、功耗低、占用I／O口线少，读写操作相对简单。既可由软件对其内容进行随机读写，又可在芯片断电的情况下长期保存片内信息，本系统采用普通I/O口通过软件模拟I2C总线协议，在掉电前将实时数据写入E2PEOM中，上电复位后，则先从E2PEOM中读出数据送到显示器，实现了现场数据的恢复。掉电检测功能由芯片MAX708实现，MAX708是一种微处理器电源监控芯片，可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。复位信号可由VCC 电压、手动复位输入或由独立的比较器触发。独立的比较器可用于监视第二个电源信号，域值为1.25 V、用于电源失效或低电压报警，为处理器提供电压跌落的预警功能。
2、程序设计：（MAX7219、AT24C08通信协议及部分函数定义省略）根据某种起重机的需要，计算出127个脉冲进行加一操作。
#include <AT89X52.H>
#include <intrins.h>
#include <absacc.h>
#defineuchar unsigned char
uchar sh={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
uchar ql={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
void timer0(void)interrupt 1 /*计数器中断服务函数，判断正转，调用*/
/*加、减1程序*/
{
while((sh==0)&&(sh==0)&&(sh==0)&&(sh==0)&&(sh==0))
{
if(p1_5==1)
{
sh=0x00;
jia_yi();
}
else
{
sh=0x0a;
jia_yi();
}
}
if(sh==0x00)
{
if(p1_5==1)
jia_yi();
else
jian_yi();
}
else
{
if(p1_5==1)
jian_yi();
else
jia_yi();
}
}
void int0(void) interrupt 0 /*外部中断服务函数, 判外部清零按键*/
{
uchar *w;
w=ql;
write_nbyte(0xa0,0x00,w,6);
sh=0;
sh=0;
sh=0;
sh=0;
sh=0;
sh=0;
p3_2=1;
}
void int1(void) interrupt 2/*用MAX708检测电源电压，掉电时触发*/
/*中断程序*/
{
uchar *s;
s=sh;
write_nbyte(0xa0,0x00,s,6);
}
void main()
{
uchar *s;
s=sh;
EX1=0; /*关外中断1*/
IT1=1; /*设外中断1为后沿负跳有效*/
IT0=1; /*设外中断0为后沿负跳有效*/
EX0=1; /*允许外中断0*/
IE1=1;
IE0=0;
p3_2=1;
p1_5=1;
TMOD=0x06; /*计数器工作在方式2*/
TH0=0x81; /*对TH0 TL0 赋值，计满127进入中断*/
TL0=0x81;
TR0=1;
ET0=1; /*允许计数中断*/
EA=1;
Init_Max7219();
x24c02_init();
read_nbyte(0xa0,0x00,s,6);/*从总线读取数据*/
EX1=1; /*读完数据后再开预警中断*/
while(1)
{
Init_Max7219();
Write_Max7219(0x01,sh);
Write_Max7219(0x02,sh);
Write_Max7219(0x03,sh);
Write_Max7219(0x04,sh);
Write_Max7219(0x05,sh);
Write_Max7219(0x06,sh);
}
}
请把原理图也发上来。 lq19512003 发表于 2017-11-22 20:20
请把原理图也发上来。
原理图：
见到图了，多谢了！ lq19512003 发表于 2017-11-22 21:09
见到图了，多谢了！
谢谢版主:handshake 东西做的不错，但是我提几个问题，善意的:lol
1.断电人家起重机上下了，你怎么恢复高度
2.编码器掉数据了怎么校准
以上问题都是小问题，但是需要解决的 外行看起来好复杂 本帖最后由 LHZ07206 于 2017-11-24 19:37 编辑
291680852 发表于 2017-11-23 22:38
东西做的不错，但是我提几个问题，善意的
1.断电人家起重机上下了，你怎么恢复高度
2.编码器掉数据了 ...
问题提的好，1，如果起重机断电，手动松开制动盘让货物下降，这属于特殊情况，上电后只需将吊钩触地，按清零按钮置零即可。另外，如果是固定式的起重机，使用工业电源，那么此装置可以从控制电源取电，如果控制电源断电，那么起重机是不可能动作的。如果是移动式的起重机，可以从电瓶取电，当然要通过总开关之后的，如果起重机在工作，发动机一定是工作的，电瓶当然是有电的，如果遇到特殊情况电瓶线断了，那就只有重新置零解决了。2，编码器只要与电机连接可靠，是不会掉数据的，但是绝对值编码器确实存在累计误差的问题，长时间使用后可以置零调整，平时也可以用设置好的吊钩零位位置来进行验证，这个误差很小的，精度要求不高的话可以忽略不计。
此外还有一点需要说明，如果您看图仔细，可以发现，数据开始累加之后，怎么最高位的数码管熄灭了？其实这个最高位是个符号位，零点设置好之后，如果吊钩是往下走，那么最高位则显示负号“－”，进行负累加；从零点往上走则不显示符号位，进行正累加；如果是从负高度经过零位后过渡到正高度，那么就从负高度一直减到0，经过零点后再进行正累加，这些都是编程实现的。 学习一下，看起来不错！ 楼主 是不是考虑车上的供电电压是12v的电池呢 冰云 发表于 2017-11-27 19:10
楼主 是不是考虑车上的供电电压是12v的电池呢
12V没问题，可以用啊，还省了变压器了。 看起来很厉害，只是没有想明白到底如何使用。 micdot 发表于 2017-11-28 19:01
看起来很厉害，只是没有想明白到底如何使用。
这个要根据实际需求，修改单片机外部计数中断值，然后重新编译、烧录，才能使用。 有个硬伤，卷扬机的辊子随着钢丝绳的伸长和缩短 直径在不断变化，基于“记圈数的”采样是行不通的。。。。当然理论上发散一下是可以的，但要实际使用还是不行的。