WDC31型水位高度仪的设计
一、性能简介：
WDC31型高度仪由UDZ型编码器及XX型显示器组成，配以不同闸门启闭设备的传动部件，可以测量闸门的开度(或高度)；配以钢丝绳、浮子、重锤，可测液面(即水位)高度。该仪器外壳由铸铝精加工制作，密封性好，便于安装维护，内部采用进口元器件，具有变率快，微力矩，低功耗，测点现场直接显示，工作可靠，易于和遥测终端及计算机连接等优点，已通过水利部水文仪器质量检测中心检验，符合国家有关标准。
二、主要技术指标：
1. 精度：1cm (量程10m)
2. 感量：1cm
3. 测量范围：0～100m
4. 最大变率：60cm／s
5. 显示方式：四位LCD数字显示，另外，当外接电源供电时，显示器的左上角有“LB” 指示，当与外接设备通讯成功时，最高位数字前有“-”指示。
6. 输出接口：RS-485串行输出，Modbus协议最多可连接并128只RS-485。在485的数据线上加有TVS管作避雷保护。
7. 仪器内有通讯速率选择开关，可选1200、2400、4800、9600四种，由用户设定。
8. 仪器内有编址开关，编址范围为0～255，由用户设定。
9. 仪器内有单片机，可进行高度换算等功能，并可编多种通讯协议，常用协议为国际上较为通用的MODBUS协议。
10. 传输距离：不小于1000m。
11. 工作环境：－20℃～＋50℃，湿度＜95％(温度为40℃时)。线路板表面做了防潮处理，能在湿度较大的环境中使用。
12. 可靠性：无误码工作不低于221测次(变化1cm为一测次)。
13. 接口工作电源：DC 8～12V，电流小于7mA。
14. 内部保护工作电流≤15μA(内装3.6V 1.5AH锂电池一节，可靠工作8年以上)。
15. 重量：2.5Kg，平衡锤重量：1.1Kg。
16. 外型尺寸：210×149×120(长×宽×高)，单位：mm。
三．电气介面：
仪器与外电路连接为一19芯航空插头，其中1、2、3脚为485正端，4、5、6、7脚为485负端，8、9、10、11、12脚为空，13、14、15、16脚为外接电源正端，17、18、19脚为外接电源负端。
四．地址和波特率设定
当该仪器首次与外接设备连接运行时，需要设定本仪器的地址编码和通讯波特率。打开仪器的面板就可看到两个拨码开关，其中2位的是波特率设定，8位的是地址设定，均为二进制编码，开关拨向“ON”的方向为“1”，反之为“0”。开关上的数字位以“1”为最低位，顺序排列。
波特率有四种设定，开关“00”代表1200，“01”代表2400，“10”代表4800，“11”代表9600。
五．安装使用注意事项：
1.在室外应加装防雨及防暴晒外罩。
2.本仪器内部均使用微功耗的CMOS电路，因此外接电缆要使用带屏蔽接地的信号电缆，尽量避免高架线，以防止雷电感应损坏仪器
单片机
单片机的一个广泛应用领域就是过程控制。这包括生产过程中的控制过程，例如化工过程、冶金过程、轧钢过程、机械加工过程、塑料成型过程等，以及其他各种各样的控制过程。
单片机在过程控制中应用的特点是以控制理论为基础的系统自动化控制。所以一般有明确的系统组成结构，有较严密的数学算法和较复杂的响应过程。这主要是因为在过程控制中对速度、时间、精度有严格的要求。特别是对过渡过程要求是十分严格的。
一、单片机的发展概况
单片机在过去仅仅是一种把CPU、存储器、I/O接口集成在一起的集成电路面目出现，它的功能和目的只限于小型控制。随着电子技术与计算机应用的发展，单片机技术在近年已经有了很大的发展。今天它已深入到数字信号处理、计算机网络、并行处理等大型系统中，并且采用了大量新颖的技术，也产生了各种具有新的结构和功能的单片机。
1． 一般通用单片机的发展
目前，世界上的单片机以Atrnel,Microchip,Motorola,NEC,Zilog,NS等公司的产品局多。这些公司的单片机主要是用于控制领域和仪器设备的。这类传统的产品也正在向着接口多样化、指令强化和功能用化的方向发展。
（1）强化指令功能
指令强化在大多数新型单片机中，主要体现在采用RISC技术，使每条指令的功能都能相应增强了。例如Microchip公司的PIC16C5X系列单片机，由于采用RISC技术，故只有33条基本指令，每条指令字长12位，它具有较强的功能，而它的16c78系列功能更强。Motorola公司的16位单片机68HC16Y1也采用了RISC技术。
（2）增加各种接口部件
接口多样化主要体现在两个方面：一个方面是在不同用途的单片机上形成不同的接口；另一个方面在多用途的单片机上形成多种接口。过去，一般较高档的单片机如是8096等才设置Watchdog.但现在十分普通的8位单片机PIC16C5X系列单片机也设置了WATCHDOG。同样，PHILIPS的单片机 83C58也设置了Watchdog，它和80C51兼容，特别在其内部存储器中还提供了扩大堆栈功能的切换开关空间。
（3）提高专用程度
目前，单片机由于在消耗品和一切仪器上的应用量大大增加，故应用的对象层出不穷。这种量大面广的状态使单片机渐渐趋向专用化。Motorola公司推出MC68HC05系列和M68HC08系列的几十个品种、NEC公司推出的Upd75X系列的几十个型号、NS公司推出的COP400系列的各种型号和Microchip公司推出的PIC16C5X系列和16C78系列的多个型号，都是分别为了在家用电器、仪器仪表等各类对象上专用。
2、特殊单片机的出现
(1)数字信号处理器DSP
DSP是用于通信上数字信号处理的单片机,它的结构比一般单片机要复杂,速度也高得多,主要的DSP生产厂家有德州仪器公司TI,日本电气公司的NEC,美国Motorola公司等
（2）信息驱动处理器MDP
信息驱动处理器MDP(Message-Driven Processor)是一种最新的单片机,它专门用于计算机网络和并行处理.MDP在1991年6月由麻省理工学院、大卫逊设计和开发公司和英特尔公司联合研究成功.研制MDP有两个主要的目的:
第一,用于实现通用的多节处理点;这种节点需要有效的支持几种不同的并行程序模式,并提供通信、同步等功能。
第二，产生不昂贵的用于并行计算机的超大规模集成电路；并可以连网以组成杰里宾多计算机，即J机。
MDP是一个36位单片机，内部含有100多万个晶体管。片内有3个CPU、存储器和网络端口。片内的有错误检测和校正的存储器控制器，允许外部可扩充存储器容量到1MB。
MDP由CPU（读取电路、控制电路、寄存器文件及算术逻辑部件RALU）、存储器、通信系统（线路传送器、网络输入输出接口）、寻址算术部件AAU及诊断接口等组成。
（3）神经元单片机
神经元单片机是网络节点控制用的单片机，它主要用于组成工业计算机控制网络一实现有关任务的实时控制，神经元单片机的典型产品是Motorola公司的Newral Chip3150,现在主要产品3150，3120由日本东芝公司以及美国Cypress公司生产。
Newral Chip3150的结构中有三个CPU、一个RAM、一个EEPROM、一个通信端口、一个I/O部件和存储器接口，另外还有时钟及控制电路。它的主要特性如下；
① 有三个9位流水线CPU。
② 有可编程的11条I/O端口引线，可用在24节点上。
③ 有两个16位定时/计数器。
④ 有5个通信端口引线，可支持网络的收发。
⑤ 有2KB的静态RAM。
⑥ 有含充电泵的512B电可改写存储器EEPROM。
⑦ 有外部存储器接口。
⑧ 有睡眠方式和每个单片机不同的48位识别数字。
（4）模糊单片机
模糊单片机是一种能执行模糊逻辑推理功能的单片机。模糊单片机和数字单片机之间的区别在于：数字单片机只能执行二进制数字运算和处理，它需执行的任何任务都要依赖软件的功能才能实现。模糊单片机则可以执行模糊化、模糊推理、反模糊化等一系列操作而无需软件。
最典型的模糊单片机是美国Neuralogix公司推出的NLX230，NLX220系列。它们是最有代表性和最具特色的模糊单片机。
NLX220的结构包括输入部件、模糊化器（Fuzzifier）、反模糊化器（Defuzzifier）、控制器（Controller）、参数存储器（Parameter Storage）和输出部件。
二、单片机内部结构的进步
内部集成模块包括定时器/计数器，比较器，A/D转换器，串行通信接口，看门狗电路，显示控制器等。一些芯片，如C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90，68HC08A2，有内置系统便建立控制网络或建立局域网。有些芯片，如MB89850-60，MC68HC08MR-16或24，特别内置脉宽可调和频率可调的控制电路。还有一些芯片，超过正常工作频率60MHZ工作水平，如TC10GP，DS568000，SH7410，SH7612，有三个核心构成，其基于系统芯片概念。有四个核心的微型控制器：微控制器和 DSP 核心，数据和程序存储器和特殊功能的集成电路。 因此有很多的功能和高速运算能力, 举例来说 FFT。
1.功耗方面的改进
减少微控制器的功耗由多种工作方式实现如等待，中止，休眠，能力缩减,等等。飞利浦公司的 P87LPC762 是小工作电流的一个范例,只需 1.5mA的工作电流就满足了，当在休眠时候，只需 0.5 mA。大部分的 TI 的 MSP430,有三种工作状态,如 LPM1 ， LPM3 和 LPM4,LMP1需50uA的工作电流，LMP3需1.3uA的工作电流，LMP4时CPU停止工作只需0.1uA的工作电流。
2.封装类型的进步
封装技术随着芯片技术的发展已经取得了很大的发展，一个单片机可作在1mm厚，5*8mm的塑料片上。为了满足微型封装技术的要求，很多芯片以简单结构生产，如8脚PIC12XXX 系列芯片, 只有 0.5~2 KB程序存储器和只有 25~128 B 的数据存储器， 6个输入／输出借接口和 1个定时器。
3.产品技术的进步
现代很多微处理器运用COMS技术大量生产，大小降低到0.6mm。一些公司如摩托罗拉达成 0.35mm的大小,甚至 0.25个毫米,所以内部密度和可靠度性都得到了很大的提高。
4.结构系统的进步
单片微控制器的进步在和微控制器的嵌入式统中被应用。 目前, 用与网络连接的单片机已形成一种趋势。
这技术有三个主要的部份:
EmNicro 一个非常小的网络服务器设计中当作只有 1个 KB 存储器在内部植入的设备。
EmGateway 一个功能非常强大的服务器, 用与网络浏览器支持标准因特网通信输入处理的设备。
Network browser一个作为显示和数据传输的设备。
一个正在被解决的新问题，是如何实现新产品和网络之间的内接。 新方法是整合需要的软件包和相关的软件为使用者形成整合的系统环境。
5. 电源的电压需求的进步
扩展工作电压的范围和降低微控制器的功耗仍是现在发展的目的。现在大多数的芯片能在3.3~5.5 VDC 的条件下工作。像MB89191-8
9195 ， MB89121-125和 Fujitsu 的 MB89130 系列的一些芯片,能以 2.2~6 VDC 的条件下工作。F2MC-8 L 系列大部分能在 2.2~6 VDC 的工作条件工作。 MSP430X11X 系列能在 2.2 VDC的工作条件工作。
6．制造工艺的进步
COMS技术的广泛应用，而且大多数的制造厂应用超过 0.6个毫米的光学雕刻技术。 一些制造厂甚至达到 0.35个毫米 0.25个毫米,如此准确度和可靠性都得到了非常好的改良。
一些重要的特性在微控制器发展中出现：
芯片工作可靠。
芯片高应用水平。
与内部通信网络紧密连接。
多种功能内部集成。
随着制造业工艺的发展和系统设计的进步，微控制器的新变化和进步将会继续出现，不久微机系统和微控制器将很相似无法辨别。
