一種利用單片機(jī)的樣品定量自動采集系統(tǒng)

　　摘要：本系統(tǒng)采用AT89C51作為整個(gè)系統(tǒng)的MCU，單片機(jī)接收鍵盤輸入的采集量，并通過控制繼電器的斷開或閉合以實(shí)現(xiàn)電磁泵自動對樣品的定量采集；采用HD7279A構(gòu)成按鍵部分，按鍵輸入需要采集的樣品量，并在LCD上顯示樣品采集量。該系統(tǒng)LCD顯示清晰，樣品采集精度為1mL。
　　關(guān)鍵詞：AT89C51定量采集LCD顯示
　　
　　一、系統(tǒng)概述
　　本文主要的研究內(nèi)容是樣品的定量自動采集。該系統(tǒng)的研制主要包括硬件電路和軟件編程兩部分。其中，硬件電路分為鍵盤輸入電路、LCD顯示電路、采集樣品電路三大模塊。鍵盤輸入利用HD7279A芯片組成4*4鍵盤接口；LCD顯示電路采用以T6963C為控制器的液晶顯示屏顯示樣品的采集量；采集樣品電路利用電磁泵對樣品進(jìn)行采集，通過繼電器的斷開或閉合來控制是否驅(qū)動電磁泵采集樣品；
　　軟件編程主要分為三大模塊：LCD顯示程序、鍵盤輸入及樣品定量采集程序。以T6963C為控制器的液晶顯示器是采用文本方式顯示漢字和字符。鍵盤輸入程序是通過讀取HD7279A鍵盤接口芯片四個(gè)控制引腳（CS、DATA、CLK、KEY）的信號進(jìn)行編程，當(dāng)獲得有效的樣品采集量后，對采集樣品的控制端置低，并延時(shí)定量采集樣品，即可實(shí)現(xiàn)樣品的定量采集。
　　二、系統(tǒng)框圖及工作原理
　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可將系統(tǒng)主要分成以下幾個(gè)模塊：鍵盤輸入模塊、樣品定量采集模塊和LCD顯示模塊。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
　　啟動系統(tǒng)后，首先在鍵盤上輸入有效的所需樣品A的采集量，并在液晶屏上顯示出鍵盤輸入的樣品采集量。如果需要刪除鍵入的值，則按下“刪除”鍵，重新輸入樣品A的采集量即可。如果不需刪除直接按下“確認(rèn)”鍵后，微控制器開始接收鍵盤輸入的數(shù)字信號，通過微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，以控制電磁泵定量的采集樣品A；利用同樣的方法即可定量地采集樣品B。如果需要再次采集樣品A和B，只需按下“繼續(xù)采集鍵”，則可實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)采集樣品A和B。
　　三、硬件電路設(shè)計(jì)
　　1.系統(tǒng)復(fù)位電路
　　如圖2所示，將復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號經(jīng)施密特電路整形后，作為系統(tǒng)復(fù)位信號，加到單片機(jī)和外部I/O接口電路的復(fù)位端，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。
　　2.LCD顯示電路
　　本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)置T6963C控制器的點(diǎn)陣式LCD顯示器，在硬件電路上，LCD需要一個(gè)8位并行接口（如本次設(shè)計(jì)中AT89C51的P2口）與模塊的數(shù)據(jù)線連接，作為數(shù)據(jù)總線，還需要一個(gè)4位并行接口作為時(shí)序控制信號線，如AT89C51的P3.1作為C/D，P3.0作為RESET，P3.2作為WR，以及P3.3作為RD。如圖3即為液晶顯示模塊以間接控制方式與AT89C51的接口電路。
　　3.鍵盤輸入電路
　　本系統(tǒng)鍵盤輸入電路是利用鍵盤智能控制芯片HD7279A進(jìn)行設(shè)計(jì)。HD7279A具有片選信號，可以方便地實(shí)現(xiàn)鍵盤的接口功能，調(diào)試時(shí)也將更加穩(wěn)定。由HD7279A芯片功能可知，它只需4根線（CS、CLK、DATA、KEY）與AT89C51相連，即可實(shí)現(xiàn)鍵盤接口的功能。其中，鍵盤輸入電路如圖4所示。
　　4.樣品采集電路
　　對于樣品采集電路的設(shè)計(jì)，首先為滿足控制端和輸入端閉合與打開的電勢差要求，故選用6V的固態(tài)繼電器；并利用74LS04（反向器）驅(qū)動固態(tài)繼電器；然后通過軟件編程控制電磁泵是否采集樣品。如圖5所示，即為樣品采集電路。
　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　本次設(shè)計(jì)采用C51高級語言編程，可使程序結(jié)構(gòu)規(guī)范，并具有極強(qiáng)的可移植性和可讀性。根據(jù)樣品定量自動采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求以及硬件電路接口連接情況，軟件編程主要包括三個(gè)步驟：系統(tǒng)初始化、LCD顯示、樣品定量采集。因此，軟件主程序流程圖如圖6所示。
　　本系統(tǒng)是利用電磁泵對樣品進(jìn)行定量采集，通過控制繼電器的斷開或閉合，以達(dá)到是否驅(qū)動電磁泵進(jìn)行采樣控制，即流量控制。繼電器連接于AT89C51的P1.6口，當(dāng)P1.6為高電平時(shí)，繼電器斷開，即泵未被驅(qū)動不對樣品進(jìn)行采集；當(dāng)P1.6為低電平時(shí)，繼電器閉合，電磁泵被驅(qū)動開始采集樣品。因此對樣品A輸入00～99mL的采集量，按下“確認(rèn)”鍵后，將P1.6置低，并進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)（1mL延時(shí)1.4ms），采集完相應(yīng)的樣品A，再將P1.6置高，斷開繼電器。同理，對樣品B進(jìn)行定量采集。其樣品采集軟件流程框圖如圖7所示。
　　其中，主程序的源程序代碼如下：
　　void main(void)
　　{ unin