基于單片機(jī)的超聲波液位傳感器測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、傳感器原理及工程應(yīng)用設(shè)計(jì)論文學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的超聲波液位傳感器測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張澤指導(dǎo)教師：任爽所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)黑需加八一晨登天考中國(guó)大慶2011年12月黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名張澤所在班級(jí)電氣2009級(jí)5導(dǎo)師姓名任爽導(dǎo)師職稱論文題目基于單片機(jī)的超聲波液位傳感器測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目分類1 .應(yīng)用與非應(yīng)用類：。工程。科研。教學(xué)建設(shè)。理論分析。模擬2 .軟件與軟硬結(jié)合類：。軟件。硬件。軟硬結(jié)合。非軟硬件（1?2類中必須各七項(xiàng)適合自己題目的類型在。內(nèi)打，）主要研究?jī)?nèi)容及指標(biāo)：本設(shè)計(jì)從現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)入手,利用單片機(jī)的強(qiáng)大

2、智能功能，通過完整的軟件與硬件的結(jié)合，闡述了一種先進(jìn)液位測(cè)量系統(tǒng)？主要參考文獻(xiàn):1朱學(xué)峰.過程控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)狀與展望M.北京：清華大學(xué)出版社，19932張玲.過程控制綜合實(shí)驗(yàn)物理實(shí)現(xiàn)與算法設(shè)計(jì)M.大連：大連理工出版社，19993袁浩.新型的數(shù)字式液位流量控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置M.西安：西安電子工業(yè)出版社,2001階段規(guī)劃：開題時(shí)間年月日完成論文時(shí)間年月日專家審定意見：系主任簽字：年月日注:1.任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫后交給學(xué)生，要求學(xué)生妥善保存？2.此任務(wù)書夾于論文扉頁(yè)與論文一并裝訂，作為論文評(píng)分依據(jù)之摘要本設(shè)計(jì)從現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)入手，利用單片機(jī)的強(qiáng)大智能功能，通過完整的軟件與硬件的結(jié)合，闡

3、述了一種先進(jìn)液位測(cè)量系統(tǒng)？根據(jù)超聲波傳感器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套適合實(shí)驗(yàn)室條件下的液位測(cè)量設(shè)備，主要通過單片機(jī)？超聲波傳感器測(cè)量鍋爐液位？本次設(shè)計(jì)選擇的電器設(shè)備有單片機(jī)？超聲波傳感器,D/A轉(zhuǎn)換器等，設(shè)計(jì)硬件控制流程圖？控制電路圖以及軟件中的主程序流程圖？通過系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間短，工作穩(wěn)定可靠，基本滿足了設(shè)計(jì)的相關(guān)要求？關(guān)鍵詞：液位測(cè)量；單片機(jī)；超聲波傳目錄摘要錯(cuò)誤！未定義書簽。前言錯(cuò)誤！未定義書簽。1超聲波測(cè)距原理31.1 超聲波錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2 超聲波傳感器錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理錯(cuò)誤！未定義書簽。1.4 超聲波傳

4、感器的選擇錯(cuò)誤！未定義書簽。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1 單片機(jī)的選用及簡(jiǎn)介錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2 超聲波液位檢測(cè)電路錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3 液位控制電路錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4 鍵盤錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5 顯示電路錯(cuò)誤！未定義書簽。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1 主程序流程圖錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2 超聲波測(cè)距的相關(guān)程序錯(cuò)誤！未定義書簽。4結(jié)論15參考文獻(xiàn)16傳感器原理及工程應(yīng)用設(shè)計(jì)論文刖百傳統(tǒng)的液位控制絕大多數(shù)是人工控制，造成了人力資源的浪費(fèi)，同時(shí)安全性可靠性都不高？現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)正處于一個(gè)由勞動(dòng)密集型？設(shè)備密集型向知識(shí)密集型轉(zhuǎn)變的過程？在這一過程中，智能控制無疑起至

5、關(guān)重要的作用？本課題主要對(duì)鍋爐液位進(jìn)行檢測(cè)與控制，而鍋爐是一個(gè)典型的大慣性？大滯后？具有多個(gè)參變量的過程控制系統(tǒng)？1.2 液位控制研究現(xiàn)狀？液位控制問題是工業(yè)過程中的一類常見問題，例如在飲料？溶液過濾？化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都要對(duì)液體的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，在?shí)際生產(chǎn)中，通常采用系統(tǒng)辨識(shí)的方法，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模，以建立一個(gè)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型?然而對(duì)于一些控制精度較高的場(chǎng)合，則需要建立較精確的數(shù)學(xué)模型？生產(chǎn)過程自動(dòng)控制（簡(jiǎn)稱過程控制）是自動(dòng)控制技術(shù)在石油？化工，電力，冶金，機(jī)械？輕工，紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分？進(jìn)入21世紀(jì)，隨著自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)

6、的迅速發(fā)展，過程控制發(fā)生了深刻的變革，正在向著數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化和綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)控制和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)條件，保證生產(chǎn)安全，保護(hù)環(huán)境等方面發(fā)揮著越來越巨大的作用？目前，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，正集中全力進(jìn)行工廠綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究？在我國(guó)以最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究和開發(fā)綜合自動(dòng)化技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,是參加國(guó)際市場(chǎng)劇烈競(jìng)爭(zhēng)的需要？在世紀(jì)交替之際，新技術(shù)的研究和開發(fā)將大大推動(dòng)工業(yè)過程自動(dòng)化的發(fā)展，并帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益？1.3 過程控制與單片機(jī)的發(fā)展過程控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展過程：19世紀(jì)40年代前后（

7、手工階段）：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗(yàn)人工控制生產(chǎn)過程，勞動(dòng)生產(chǎn)率很低？19世紀(jì)50年代前后（儀表化與局部自動(dòng)化階段）：過程控制發(fā)展的第一個(gè)階段，一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化？19世紀(jì)60年代（綜合自動(dòng)化階段）：過程控制發(fā)展的第二個(gè)階段，工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)車或大型裝置的集中控制？19世紀(jì)70年代以來（全盤自動(dòng)化階段）：發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三個(gè)階段？集散控制系統(tǒng)（DCS）-是集計(jì)算機(jī)技術(shù)？控制技術(shù)？通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置？系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分散的（生產(chǎn)過程是分散系統(tǒng)），但過程控制的監(jiān)視？管理是集中的，將計(jì)算機(jī)分布到車間或裝置？使系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的可靠性，

8、能方便靈活地實(shí)現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，實(shí)現(xiàn)最佳管理？本課題采用單片機(jī)作為微處理器，目前我國(guó)在單片機(jī)的測(cè)控裝置研究？生產(chǎn)？應(yīng)用中，取得了很大的成績(jī)，總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)？但在這個(gè)行業(yè)，仍處于發(fā)展期？經(jīng)調(diào)查,北京？天津的高校？科研所在這方面開展的工作更看重的是理論？算法？研究出來的成果是論文的成果較多，在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的較少；在上海，新型單片機(jī)測(cè)控裝置于系統(tǒng)的研究？生產(chǎn)基礎(chǔ)比較雄厚,在生產(chǎn)中需要新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)，也就努力研究？開發(fā)？因此，上海的工程技術(shù)和科研人員需要的是應(yīng)用技術(shù)，更看重的是生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)研究理論？算法？成果是論文的較少；深圳在研制新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成績(jī)，盡管與其它國(guó)家開

9、發(fā)者相比較尚有距離，但是,深圳的高校？科研所的最大特點(diǎn)就是實(shí)際，與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本上不去考慮,這里的工程技術(shù)和測(cè)控人員關(guān)心的不是理論？不是算法？不是論文，而考慮,是用什么材料？測(cè)控什么物理量？?jī)?yōu)點(diǎn)是什么？與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等？一些發(fā)達(dá)國(guó)家在單片機(jī)新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)研究？制造？應(yīng)用上，已積累了經(jīng)驗(yàn),奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)？我國(guó)在新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)研究？制造？應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，有一定的基礎(chǔ)，與其它發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在距離？但是，我國(guó)的科研人員能夠克服很多的困難，有望在相關(guān)領(lǐng)域能夠趕上甚至超過發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平,這是趨勢(shì)？1.4 課題的提出及意義目前在工控領(lǐng)域內(nèi)流行很多種控制系統(tǒng)，它

10、們有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，適用范圍也不同,先做一比較：基于可編程控制器（PLC）控制方案？PLC是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)？是用越烈的環(huán)境，但是由于其原設(shè)計(jì)定位就是以處理開關(guān)量為主的順序控制的自動(dòng)化產(chǎn)品，在其工作過程中只有順序執(zhí)行而沒有工作周期的概念，因此，低于有大量復(fù)雜控制回路和人機(jī)聯(lián)系較高的生產(chǎn)過程，用PLC來控制時(shí)不適合的？以單片機(jī)為控制核心的智能控制系統(tǒng)有低功耗，更寬的工作電壓范圍，高性能化，混合信號(hào)集成化，串行擴(kuò)展技術(shù)，小體積，低價(jià)格,ISP及基于ISP開發(fā)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)？液位是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的工藝參數(shù)，因此完成上述主要功能需要比較全面地設(shè)計(jì)出超聲

11、波液位控制系統(tǒng)地方案？該系統(tǒng)主要以8051單片機(jī)位控制核心，檢測(cè)到地?cái)?shù)據(jù)經(jīng)8051單片機(jī)處理后，傳至4位數(shù)碼管顯示模塊顯示1超聲波測(cè)距原理1.5 超聲波超聲（超音波學(xué)）的定義:聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象？當(dāng)聲波的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限時(shí)，人們就覺察不出聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為超”聲？超聲波通常指1秒內(nèi)振動(dòng)20000次以上的高頻聲波？超聲波具有以下四個(gè)基本特性：束射特性，吸收特性，高功率，聲壓作用？上述四個(gè)基本特性使超聲波在媒體中導(dǎo)致如下五種效應(yīng)：力學(xué)效應(yīng)？熱學(xué)效應(yīng)？光學(xué)效應(yīng)？電學(xué)效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)？超聲波的特點(diǎn)是它能在各種媒質(zhì)中傳播；波長(zhǎng)短，因而分辨率很好；聲束尖銳，聲

12、能集中；在不同物質(zhì)界面上會(huì)有反射？折射？散射等現(xiàn)象；可獲得較高聲強(qiáng)？利用聲在媒質(zhì)中的聲速？衰減？共振？反射等現(xiàn)象可測(cè)量物質(zhì)的成分？比重？厚度等？超聲波測(cè)距就是利用超聲波脈沖反射回波實(shí)現(xiàn)的？超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒，因此，如果能測(cè)出超聲波在空氣中傳播時(shí)間，就能算出其傳播的距離？超聲波測(cè)距就是通過測(cè)定超聲波傳播的時(shí)間問隔來測(cè)出聲波傳送的距離，這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法？超聲波測(cè)距方法有如下兩種：直接式超聲波測(cè)距方法：直接式超聲波測(cè)距方法的原理是,測(cè)量發(fā)送器發(fā)射超聲波到接收器并接收到超聲波的時(shí)間t,已知超聲波在空氣中的傳播速度v,則超聲波發(fā)送器到對(duì)象物的距離為：S=v*t反射式超聲波測(cè)距

13、方法：反射式超聲波測(cè)距方法的原理是，發(fā)送器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播途中遇到對(duì)象物就立即返回來，接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)，這時(shí)計(jì)時(shí)器就顯示下了超聲波從發(fā)射到對(duì)象物間的來回傳播時(shí)間t,從而發(fā)送器到對(duì)象物的距離可用下式計(jì)算出來：S=Vt/21.6 超聲波傳感器在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中利用超聲波傳感器產(chǎn)生和接收超聲波，利用超聲波的特性進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量？利用超聲波感知或檢測(cè)物體，有非破壞性？遙控性？實(shí)時(shí)性？可穿透性等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了獨(dú)到之處？很早以前，人們便掌握了超聲波探傷與聲納的技術(shù)？近年來，超聲波的波長(zhǎng)范圍己達(dá)Lm級(jí),頻率己增大到GHz領(lǐng)域，分辨率達(dá)Pi

14、n量級(jí)的超聲波顯微鏡已實(shí)用化？在這種頻率范圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統(tǒng)的形狀大相徑庭，它的進(jìn)步將對(duì)電子學(xué)的發(fā)展起重要作用？人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，己發(fā)明設(shè)計(jì)并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器：機(jī)械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器？實(shí)質(zhì)上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器，它將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量（發(fā)射換能器來完成）和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測(cè)的能量（接收換能器來完成）?一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換？電氣方式類型包括壓電型？磁致伸縮型和電動(dòng)型等，機(jī)械方式有：氣流旋等？各種類型的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率砌率和聲波特性都不相同？目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器？而

15、壓電材料有單晶體的？多晶體復(fù)合的,如石英單晶體，輕酸鋼壓電陶瓷？對(duì)欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體（PZT-4,PZT-5）等？1.7 超聲波的傳感器結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理將兩個(gè)壓電元件（或一個(gè)壓電元件和一個(gè)金屬板）粘合在一起，稱為雙壓電晶片（由一個(gè)壓電元件構(gòu)成的稱為單壓電晶片）壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的？它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板？當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào),其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波？反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了？超聲波傳感器可

16、以視為一個(gè)電感？電容和電阻串聯(lián)的（共振）電路其電抗特性是左側(cè)右側(cè)呈電容性，中間部分呈電感性？這種特性只有在高Q值的晶體振子活著陶瓷振子中可以看到？利用這一特性構(gòu)成了超聲波傳感器特有的電路？超聲波傳感器由兩個(gè)共振頻率，低頻的共振頻率ft叫做串聯(lián)共振頻率，在電阻（R）,電感（L）和電容（C1）的串聯(lián)電路中振蕩？這時(shí)的傳感器阻抗最低；而在高頻處的共振頻率為逆共振頻率，在電阻（R）,電容（C1）和電容（C2）的串聯(lián)電路中震蕩？發(fā)送超聲波在串聯(lián)共振頻率處具有最高靈敏度，接收超聲波在串聯(lián)逆共振頻率處具有最高靈敏度，而且由于超聲波傳感器具有共振特性，即使將方波輸入到發(fā)送傳感器，接收傳感器的輸出也是正弦波？1

17、.8 超聲波傳感器的選擇市場(chǎng)上的超聲波傳感器大致可以分為通用型，寬頻帶型，封閉型，高頻型幾類，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，也就各有用途？！用型頻帶窄，但靈敏度高抗干擾性強(qiáng)，在多通道，且通道間頻率較近的應(yīng)用中最好使用它；寬頻代型能在工作頻帶內(nèi)有兩個(gè)共振點(diǎn)，因而加寬了頻帶，它兼做發(fā)送和接收傳感器；封閉型適用于室外環(huán)境，有較好的奈風(fēng)雨特性，用于汽車后的監(jiān)測(cè)等裝置上；高頻型的中心頻率可以達(dá)到200KHz，方向性強(qiáng),可以進(jìn)行高分辨率的測(cè)量？本次設(shè)計(jì)用了通用型TL851和TL852來發(fā)送和接收超聲波？2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制原理為：液位控制系統(tǒng)的控制目的是容器內(nèi)液位保持恒定，假如管道中的壓力是恒定的，管道閥門的開度對(duì)應(yīng)一定

18、的液體流量，這時(shí)為了保持液位恒定只須測(cè)量實(shí)際液位，并與液位設(shè)定值進(jìn)行比較，利用二者的偏差以PID控制規(guī)律控制管道閥門的開度？系統(tǒng)只有檢測(cè)液位偏離設(shè)定值時(shí)才能進(jìn)行控制，在本課題中，在液位控制主回路中增加液體流量控制回路，構(gòu)成單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)？根據(jù)分析控制流程為如圖1：圖1控制流程圖2.1 單片機(jī)的選用及簡(jiǎn)介單片機(jī)也被稱為單片微型計(jì)算機(jī)”，單片機(jī)一詞最初源于“singlechipmicrocomputer簡(jiǎn)稱“SCM,隨著SCM在技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)上的進(jìn)步，其控制功能不斷擴(kuò)展，它的主要作用已經(jīng)不是計(jì)算而是控制了？現(xiàn)在最具有代表性？最典型的機(jī)型當(dāng)屬AT89S51系列單片機(jī)了，本課題液位控制系統(tǒng)采用AT89

19、S51單片機(jī)？一塊芯片上包括：8位中央處理器單元CPU;4/8KBROM或EPROM;128/256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM;21/26個(gè)特殊功能寄存器SFP;4個(gè)8位并行I/O口;2/3個(gè)16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器,T0?T1用來對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可設(shè)置成定時(shí)器；有5/6個(gè)中斷源，其中3個(gè)是內(nèi)部中斷源，2個(gè)外部中斷源，通過軟件可編程為兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；1個(gè)全雙工的通過編程工作在異步方式的串行接口，使數(shù)據(jù)可在微機(jī)之間一位一位地用行傳送；內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體振蕩器和電容需要外接，允許最高振蕩頻率為12MHz;64KB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間；64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間；位尋址空間為00

20、HFFH,具有較強(qiáng)的位處理能力？AT89S51的引腳圖如圖2:-2P1.0P0.0P1.1P0.1P1.P0.2P1.3P0.3P1.4P0.4P1.5P0.5P1.6P0.6P1.7P0.7INT1P2.0INT0一P21AT89S51P2.2T1P2.3T0P2.4P2.5EA/VPP2.6P2.7X1X2RESETRXD一TXARDALE/PWRPSEN39-38-37-363534-33322122233456-7-813-)12-i1CJW22匚I54A3126E-J274a2888101130-c29-19HO18Q947-：116-)圖2AT89S51的引腳圖2.2 超聲波液位檢

21、測(cè)電路超聲波換能器選用壓電式換能器？超聲波收發(fā)器采用超聲波專用芯片TL851和TL852?TL851數(shù)字集成電路，是專用的聲納測(cè)距控制器？TL852模擬集成電路，是專用的聲納測(cè)距接收器？這兩個(gè)芯片已廣泛應(yīng)用于超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，是靜電和壓電換能器接口？超聲波信號(hào)由TL851和TL852及外圍元件產(chǎn)生，然后通過三極管和變壓器輸送至超聲波換能器，該超聲波換能器集收發(fā)于一體，返回信號(hào)也是通過TL851和TL852等處理后傳送給AT89S51?由TL851和TL852組成的超聲波收發(fā)器有兩種工作方式：?jiǎn)位夭╪gle-echo)工作方式和多回波(multi-echo)工作方式？所謂單回波工作用K式是指發(fā)出

22、INIT信號(hào)后等待回波信號(hào)，然后將回波信號(hào)放大并在ECHO引腳生成一個(gè)邏輯高電平輸出，這樣從INIT置高電平到ECHO輸出高電平的時(shí)間就是超聲波發(fā)出到遇到對(duì)象物返回的時(shí)間？多回波工作模式的多個(gè)回波必須在一次發(fā)射中得到，那么就必須在ECHO輸出高電平以后，在BINK上輸入高電平且延時(shí)不小于0.44ms的脈沖，在脈沖的下降沿ECHO電平,可以重新接收回波？TL851的測(cè)量距離為6英寸到35英尺？它有一個(gè)可使用低成本外部陶瓷振起振的內(nèi)部振蕩器，使用簡(jiǎn)單的外部接口和420KHz的陶瓷晶振，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)50KHz靜電轉(zhuǎn)換器？TL851的INIT引腳必須在cc上電5ms之后才可以置高電平,在這5ms的時(shí)間

23、里,系統(tǒng)內(nèi)部被重新設(shè)定，并且產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩？INIT置高電平之后,TL851就發(fā)送頻率為49.4KHZ,振幅為400V的16脈沖的脈沖用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器XDCH工作？這16脈沖在轉(zhuǎn)換器中被轉(zhuǎn)化為超聲波并發(fā)射出去，在16個(gè)脈沖結(jié)束后，仍有一個(gè)200V的直流電以保證轉(zhuǎn)換器繼續(xù)工作？當(dāng)使用外部420KHz陶瓷晶振時(shí)，TL851的消隱(BLNK)信號(hào)禁止接收2.38ms內(nèi)的回波該回波可能是由轉(zhuǎn)換器阻尼振蕩所產(chǎn)生的噪聲造成的，因此消隱特性禁止接收與傳感器相距1.33英尺的目標(biāo)物的回波？如果想要檢測(cè)1.33米的目標(biāo)物，可以使禁止消隱(BINH)變?yōu)楦唠娖揭钥s短消隱，使傳感器可以接收輸入信號(hào)？消隱(BLNK)也

24、可在單回波工作方式或多回波工作方式中用于關(guān)閉接收輸入和重置ECHO為邏輯低電平？AT89S51單片機(jī)的P1超聲波收發(fā)器，其中,P1.0-P1.3分別接超聲波收發(fā)器1的INIT?ECHO?BLNK?BINH弓唧；P1.4-P1.7的分別接超聲波收發(fā)器2的INIT?ECHO?BLNK?BINH弓I腳？通過清零P1.0?P1.4(經(jīng)反相器加到INIT引腳)啟動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時(shí)T1開始計(jì)數(shù)，并不斷查詢P1.1和P1.5的狀態(tài),當(dāng)P1.1或P1.5變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，即收到回波，讀取T1的計(jì)數(shù)值？通過T1的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出從發(fā)射超聲波到收到回波的時(shí)間，從而計(jì)算出發(fā)射處到對(duì)象物的距離圖3為超聲波液位

25、檢測(cè)的具體電路圖:68k1mHGCD GCC GCB GCATL852LC BIASXINGADJG1OUTG2INRECG1IN3.9K13P GND420kXTAL 230 p,2KVccECHOGCDGCC TL851FILTRECGCBBL NKGCABINHINITXMITXT AL 2OSCXT AL14616.L14'12115kGCD0PO2KH3332T0.1uGNDE CHOFIL TRECGCD GCCGCB GCATL852LCBIAS XINGADJ G1OUTG2INRE CG1INGCC TL851GCBBL NKGCABINHINITXMITXT AL

26、2OSCXT AL 1A AL:J2XT AL1AL EEA-PSENP0.0(AD0)-RD/P3.7P0.1(AD1)TIME R 1/P3. 5P0.2(AD2)-W R/P3.6P0.3(AD3)TIME R 0/P3. 4P0.4(AD4)INT R1/P3.3P0.5(AD5)INT R0/P3.2P0.6(AD6)TXD/P3.1P0.7(AD7)RXD/P3.0P1.0P2.7(A15)P1.1P2.6(A14)P1.2P2.5(A13)P1.3P2.4(A12)P1.4P2.3(A11)P1.5P2.2(A10)P1.6P2.1(A9)P1.7P2.0(A8)RST29-17

27、1516,141312二一1110=28-272625242322圖3超聲波液位檢測(cè)電路圖2.3 液位控制電路液位控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多采用調(diào)節(jié)閥，本系統(tǒng)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥？電動(dòng)調(diào)節(jié)閥所接收的信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即4-20MA?DAC0832是8位分辨率D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價(jià)格低廉，接口電路及程序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用？DAC0832的引腳圖（管腳圖）及功能及圖4下面17CSWR1GNDDL3DL2DL1DL0(LSB)VREFRcdGNDVCCILE(BYTE1/BYTE2)WR2XFERDL4DL5DL6DL7(MSB)IOUT2IOUT1

28、DI0DI7:數(shù)據(jù)輸入線,TLL電平？ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效？CS:片選信號(hào)輸入線，低電平有效？WR1:為輸入寄存器的寫選通信號(hào)？XFER:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效？WR2:為DAC寄存器輸入線？loutl：電流輸出線？當(dāng)輸入全為1時(shí)loutl最大？Iout2:電流輸出線？其值與Iout1之和為一常數(shù)？RFD:反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻.VCR:電源輸入線(+5v+15v)VREF:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v+10v)AGND:模擬地，摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較圖3.5為DAC0832與單片機(jī)接口應(yīng)用電路圖

29、：二ATE9S51KFER1LEVKEF0832Dm一笠信目變鞅至調(diào)節(jié)閥圖5DAC0832與單片機(jī)的接口電路圖2.4 鍵盤鍵盤輸入單元采用獨(dú)立式鍵盤，由上下左右四個(gè)組成鍵，其中這個(gè)鍵為開始鍵，下為顯示切換鍵，左右為數(shù)字增減鍵，增減后用以改變?cè)O(shè)定值的大小,以下是片機(jī)的接口電路？2.5 顯示電路LED(LightEmittingDiode)是當(dāng)外加電壓超過額定電壓時(shí)發(fā)生擊穿而發(fā)出可見光,LED的工作電壓通常為220mA?工作壓降為2V左右，使用時(shí)加電阻？顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管具有：低能耗？低損耗？低壓，對(duì)外界環(huán)境要求低，易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，雖只能顯示非常有限的符號(hào)和數(shù)碼字，但可完全滿足本設(shè)

30、計(jì)?在顯示部分采用LED動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，節(jié)省單片機(jī)空間，而且動(dòng)態(tài)顯示電流很小，單片機(jī)可以提供？顯示器結(jié)構(gòu)如圖7:109876圖7LED數(shù)碼管D5D4D6D3D7D2D8D1ID0ID1aID2bID3ICM7218BcID4dID5eID6fID7g1MODEdpWRITE14 567-910111213141011302901234567 00000000 00000000 PPPPPPPPINT1P2o 0INTO-AT89S51P2o 1P2o 2T1P2o 3TOP2o 4P2o 5EA/VPP2o 6P2o 7X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSEN01234567 0

31、0000000 11111111 PPPPPPPP圖8LED顯示電路以上是液位控制系統(tǒng)各部分硬件的具體設(shè)計(jì)，具整個(gè)系統(tǒng)具體電路如圖3.9所示:n.2AT 日 9ssiFL, 3L/274LS74FL.OAJEIT- .f L tJINTrTrKCLc B A士麗力流量噎測(cè)交送信號(hào)¥irTXD1 cF2.7'RID1二KB or?IiOIfiU-STARTALEUE EOC電液我檢測(cè)天恚信號(hào)74IFC164口酬QLRO位信號(hào)變換至調(diào)節(jié)閥門y % 口;日.圖9鍋爐液位控制電路圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件也是非常重要的部分，直接關(guān)系到最終結(jié)果？在以下的介紹中，主要是針對(duì)各個(gè)模塊程序的整體功

32、能的介紹？3.1主程序流程圖主程序完成初始化工作？各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制及記錄超聲波的發(fā)射時(shí)間？中斷服務(wù)程序主要完成時(shí)間值的讀??？距離計(jì)算？結(jié)果的顯示或輸出等工作？軟件分為兩部分，即主程序和中斷程序？工作流程圖如圖10所示？圖10主程序流程圖3.2超聲波測(cè)距的相應(yīng)程序前方測(cè)距電路的輸出通過放大器的輸入端，中斷源如下：的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左？右測(cè)距電路的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)單片機(jī)P1.1和P1.5接到放大器的識(shí)別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左？部分源程序RECEIVEI:PUSHACCCLREX1；關(guān)外部中斷1JNBp1.1,RIGHTJNBp1.5,LEFT；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序;P1.5引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序RETURN:SETBEX1;開外部中斷1POPPOPRETIIGHT:;右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口AJMPRETURNLEFT:.;左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口;關(guān)外部中斷0;讀取時(shí)間值;計(jì)算時(shí)間差;存儲(chǔ)結(jié)果.AJMP在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T1,利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間？當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離？