基于單片機(jī)的液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)the design of liquid transfer monitoring system based on micro-controller 2014 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電子信息 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成日期 2014年5 月27日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單學(xué)生姓名學(xué)號(hào) 班級(jí)方1009-2班 專業(yè)電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長(zhǎng)得分成績(jī)：院長(zhǎng)(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目基于單片機(jī)的液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)方1009-2班專業(yè)電子信息工程承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱一、主要內(nèi)容設(shè)計(jì)并制作一個(gè)液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控裝置，放置兩個(gè)盛水容器，分別為a容器和b容器，a容器盛有足量的水，b容器為空，初始時(shí)，從a容器轉(zhuǎn)移水到b容器，當(dāng)b容器中液面高于規(guī)定的上限值時(shí)，停止注水；當(dāng)b容器中液面低于規(guī)定的下限值時(shí)，又開始注水。二、技術(shù)參數(shù)和要求1單片機(jī)完成液位轉(zhuǎn)移控制的功能。2b容器中的水的重量的預(yù)設(shè)值可調(diào)。3使用keil c編程。實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯控制。4. 電路原理圖設(shè)計(jì)，protel印刷電路圖設(shè)計(jì)。5. 提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，提出相應(yīng)的解決方案。三、主要技術(shù)指標(biāo)（或研究方法）1單片機(jī)工作電源電壓直流5v，工作電流小于500ma。2傳感器測(cè)量液位范圍：01m。誤差0.1%。3. 液位顯示部分，保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字。 4. 論文正文不少于1萬字，查閱文獻(xiàn)資料不少于10篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3000漢字。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 1c語(yǔ)言開發(fā)。 2. 關(guān)于stc89系列相關(guān)單片機(jī)開發(fā)文檔。 3. 相關(guān)傳感器和顯示器件使用手冊(cè)和接口電路。五、進(jìn)度計(jì)劃第1周第2周： 資料收集，方案設(shè)計(jì)；第3周第4周： 開題報(bào)告，需求分析，概要設(shè)計(jì)；第5周第7周： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第8周： 中期檢查；第9周第12周： 系統(tǒng)調(diào)試和論文撰寫；第13周第14周： 論文審核定稿；第15周第16周： 答辯。教研室主任簽字時(shí)間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目基于單片機(jī)的液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)方1009-2班專業(yè)電子信息工程一、研究背景液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是進(jìn)行液位檢測(cè)跟控制，并根據(jù)液位的變化作出相應(yīng)的動(dòng)作。目前在很多方面都需要用到液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。在工廠、科研實(shí)驗(yàn)、工業(yè)控制等領(lǐng)域深受廣大工作人員的喜愛。該液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控裝置，放置兩個(gè)盛水容器，分別為a容器和b容器，a容器盛有足量的水，b容器為空，初始時(shí)，從a容器轉(zhuǎn)移水到b容器，當(dāng)b容器中液面高于規(guī)定的上限值時(shí)，停止注水；當(dāng)b容器中液面低于規(guī)定的下限值時(shí)，又開始注水。檢測(cè)液位的方法有很多，而本系統(tǒng)通過超聲波測(cè)距，就可以直接放在容器的上方。沒有像液壓傳感器放在容器的底部，防止傳感器壞掉要進(jìn)行更換帶來的麻煩。采用超聲波測(cè)液位達(dá)到了很好的效果。2、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的液壓控制一般使用直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來控制供給液體流量，利用壓力傳感器來測(cè)量液體重量，使用壓力傳感器測(cè)得液體實(shí)時(shí)重量，并以此作為反饋信號(hào)，以單片機(jī)為核心組成微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外基本都采用壓力式、超聲波、磁翻板、雷達(dá)等模塊進(jìn)行測(cè)量液體的高度。像西門子公司的雷達(dá)液位計(jì)就在工業(yè)界表現(xiàn)良好的性能而受大家歡迎。射頻電容式液位變送器依據(jù)電容感應(yīng)原理，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)浸汲測(cè)量電極的高度變化時(shí)，引起其電容變化。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式可適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕，易結(jié)晶，防堵塞，防冷凍及固體粉狀、粒狀物料。 它可測(cè)量強(qiáng)腐蝕型介質(zhì)的液位，測(cè)量高溫介質(zhì)的液位，測(cè)量密封容器的液位，與介質(zhì)的粘度、密度、工作壓力無關(guān)。液位檢測(cè)裝置的種類有磁浮子式，內(nèi)浮式，磁翻板，投入式等。它們的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所也各不相同，適用范圍也迥異。而超聲波測(cè)距跟業(yè)界享有盛譽(yù)最高的外測(cè)液位儀表現(xiàn)為一下六大特征：1、可用于苛刻的環(huán)境可測(cè)量任何壓力、毒性最劇烈、腐蝕性最強(qiáng)、絕對(duì)無菌的或極高純度的液體。2、安全在測(cè)量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃易爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時(shí)，由于測(cè)量頭和儀表都在容器外，所以安裝、維修、維護(hù)操作時(shí)不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，非常安全。即使在儀表?yè)p壞或維修狀態(tài)下，也絕無引起泄漏的可能。3、環(huán)保真正的隔離測(cè)量，完全不與被測(cè)介質(zhì)接觸，決無泄漏液體甚至氣體的可能，不會(huì)污染環(huán)境，是真正的綠色環(huán)保儀表。4、方便經(jīng)濟(jì)在線維護(hù)無需停產(chǎn)。由于不需在容器上開孔，不用法蘭盤，不用連通管，所以安裝、維護(hù)最方便、最經(jīng)濟(jì)。5、耐用可靠測(cè)量頭和儀表內(nèi)無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，并嚴(yán)格密封，與外界隔離，不會(huì)磨損或腐蝕，十分耐用可靠，維護(hù)工作量很小。6、精確外測(cè)液位儀不斷地自動(dòng)校準(zhǔn),永遠(yuǎn)保證最高的測(cè)量精度。外測(cè)液位儀與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用的在儲(chǔ)罐或其連通器內(nèi)部探測(cè)液位的儀表原理完全不同，它是利用對(duì)人體無害的微振動(dòng)原理，在容器壁外側(cè)液面以下部位連續(xù)測(cè)出液面的精確高度，而完全不接觸容器內(nèi)的液體和氣體，可廣泛應(yīng)用于各種容器內(nèi)液面和界面高度的連續(xù)精確測(cè)量。該技術(shù)建立了容器內(nèi)液體和薄殼結(jié)構(gòu)罐體的力學(xué)振動(dòng)特性與液位對(duì)應(yīng)關(guān)系的規(guī)律及數(shù)學(xué)模型，屬世界首創(chuàng)。專家稱其為“液位測(cè)量的一場(chǎng)技術(shù)革命”，并認(rèn)為“開創(chuàng)了儀表發(fā)展的新思路”，在“技術(shù)上居國(guó)際領(lǐng)先水平”。三、所要進(jìn)行的主要工作和所采用的方法、手段3.1主要工作學(xué)習(xí)與宏晶stc89c51rc單片機(jī)相關(guān)的硬件資源以及軟件編程。學(xué)習(xí)數(shù)碼管的工作原理及其功能。學(xué)習(xí)超聲波的原理以及232模塊部分的工作原理。繪制系統(tǒng)電路原理圖，繪制pcb，并焊接實(shí)物，調(diào)試硬件電路。編寫相關(guān)的單片機(jī)程序，可實(shí)現(xiàn)通過按鍵調(diào)節(jié)要測(cè)液的范圍等功能。3.2采用的方法、手段查看國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，根據(jù)課題中對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行較為詳細(xì)的學(xué)習(xí)，弄清其接口的作用。而在我們這個(gè)設(shè)計(jì)中可分五部分，穩(wěn)壓電源部分、單片機(jī)部分、顯示部分、超聲波測(cè)液部分、232模塊部分?？傮w設(shè)計(jì)如下：1.硬件電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電源電路電路圖，主芯片為集成穩(wěn)壓器w7805，此部分最后改成了usb電源。超聲波測(cè)液模塊的設(shè)計(jì)和制作。232模塊部分接口的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，通過這部分完成計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。單片機(jī)部分為數(shù)碼管與stc89c51rc組合。 2.軟件設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理、數(shù)字顯示等功能。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果通過近一個(gè)月的設(shè)計(jì)，本實(shí)驗(yàn)達(dá)到了理想的結(jié)果。測(cè)量了液位，并且根據(jù)液位進(jìn)行了液位轉(zhuǎn)移動(dòng)作。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間年 月 日摘要液位監(jiān)控系統(tǒng)是一種專門監(jiān)測(cè)容器液位變化的一種裝置，根據(jù)液位的狀態(tài)可以做出相應(yīng)的響應(yīng)。液位監(jiān)控系統(tǒng)是常見的工業(yè)過程控制之一，廣泛運(yùn)用于水塔、鍋爐、高層建筑水箱、罐、工業(yè)化工槽等受壓容器的液位測(cè)量。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)生產(chǎn)的控制精度要求越來越高，所以提高液位轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)性能就顯得非常重要了。本設(shè)計(jì)采用以stc89c51rc單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)液儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)液儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)具有易控制、工作可靠、測(cè)距準(zhǔn)確度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)后的作品可用于液位測(cè)量及轉(zhuǎn)移的各種場(chǎng)合。關(guān)鍵詞：stc89c51 超聲波 液體轉(zhuǎn)移abstractdigital frequency counter is specifically on measuring signal frequency of electronic measuring instruments,widely used in the field of research and production of computers, communications equipment,audio and video instrument.at the core of the design using stc89c51 low-cost, high accuracy, micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. scm comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. on the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.the experiment proved that the system hardware and software design with easy control, reliable,accurate ranging, readable and clear process, etc.,works to achieve the level measurement can be used fora variety of occasions and transfer. key words: stc89c51ultrasonic wave liquid transfer目錄第1章緒論11.1選題背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3研究?jī)?nèi)容2第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.1應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.2設(shè)備選型32.2.1供電單元32.2.2超聲波發(fā)送接收單元32.2.3鍵盤單元42.2.4顯示單元6 2.2.5繼電器單元6 2.2.6報(bào)警器單元6第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)73.1單片機(jī)控制模塊73.1.1時(shí)鐘振蕩電路73.1.2芯片stc89c51rc引腳描述73.2超聲波傳感器模塊93.3鍵盤和顯示模塊133.3.1鍵盤功能定義133.3.2 顯示接口設(shè)計(jì)143.4蜂鳴報(bào)警器模塊153.5繼電器控制模塊153.6ttl-232電平轉(zhuǎn)換模塊153.7單片機(jī)供電電源模塊16第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1軟件設(shè)計(jì)分析174.1.1 編程語(yǔ)言的選擇174.1.2 源程序的編譯174.1.3 程序的仿真調(diào)試194.2軟件設(shè)計(jì)思路194.2.1 主程序設(shè)計(jì)194.2.2 超聲波測(cè)距子程序22 4.2.3數(shù)碼管顯示程序23第5章系統(tǒng)集成與測(cè)試285.1軟件調(diào)試285.2軟件燒錄285.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果29第6章原理圖及pcb圖306.1 protel 99se簡(jiǎn)介306.2 protel 99se 設(shè)計(jì)步驟30第7章結(jié)論與展望31參考文獻(xiàn)32致謝33附錄33附錄a 外文資料33附錄b 原理圖47附錄cpcb圖48附錄d 源程序49附錄e 硬件實(shí)物圖56畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒 論1.1選題背景及意義液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)在日常生活中應(yīng)用廣泛，如家庭蓄水池、熱水器水箱、飲水機(jī)和熱水儲(chǔ)蓄箱等。在工業(yè)中，液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)用廣泛，污水處理廠，傳統(tǒng)的液位控制多采用包含手動(dòng)控制方式的單回路控制，同時(shí)采用傳統(tǒng)的指針式機(jī)械儀表來顯示液位的當(dāng)前值。這種液位控制在生產(chǎn)中一直占有主導(dǎo)地位，但隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)水箱液位控制系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅要求有更直觀、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的液位控制系統(tǒng)，同時(shí)還要求在價(jià)格和人性化方面有所突破，這就要求我們開發(fā)新型既實(shí)用又價(jià)廉的液位控制系統(tǒng)。隨著新型電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與普及，單片機(jī)控制系統(tǒng)以其控制精度高、性能穩(wěn)定可靠、設(shè)置操作方便、造價(jià)低等特點(diǎn)被應(yīng)用到液位系統(tǒng)的控制中來，同時(shí)該控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)數(shù)字顯示部分，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可視性。基于上述特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心的多功能液位控制系統(tǒng)，它完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的液位的控制及顯示功能。開發(fā)出低成本、智能化的水箱液位控制器必定會(huì)受到廣大消費(fèi)者的歡迎。同時(shí)，將該作品中使用到的控制方法加以延伸，應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制中去，會(huì)使生產(chǎn)提高效率、降低成本、使企業(yè)獲得利潤(rùn)的增值。因此，對(duì)低成本、智能化的水箱液位控制系統(tǒng)的研究具有極其重要的意義。近幾十年來，控制系統(tǒng)己被廣泛使用，在研究和發(fā)展上也己趨于完備，控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周圍的事物，液位控制系統(tǒng)已經(jīng)是一般工業(yè)界所不可缺少的，例如蓄水槽、污水處理廠等都需要液位的控制。使用液位控制系統(tǒng)來自動(dòng)維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲如某個(gè)設(shè)備的儲(chǔ)水狀況，大大減低工作人員工作的危險(xiǎn)性，同時(shí)更提高了工作的效率及簡(jiǎn)便性。 近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、光電液位開關(guān)等，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國(guó)、德國(guó)、日本等技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家，生產(chǎn)開發(fā)出一系列性能優(yōu)異、實(shí)用性強(qiáng)的液位控制器以及相應(yīng)的儀器儀表，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。這些先進(jìn)的控制器不僅能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運(yùn)用先進(jìn)的算法，采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)，使液位控制器的適用范圍更加廣。 反觀我國(guó)，雖然液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國(guó)內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍然不如先進(jìn)國(guó)家，差距仍然很大。國(guó)內(nèi)液位控制器仍以常規(guī)的pid控制器為主，無法適于滯后、復(fù)雜、時(shí)變的液位系統(tǒng)控制。智能化、自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)的成熟技術(shù)。我國(guó)相關(guān)控制器大量依靠國(guó)外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實(shí)。所以，發(fā)展先進(jìn)的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢(shì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1.3研究?jī)?nèi)容針對(duì)傳統(tǒng)液位測(cè)量讀數(shù)難，測(cè)量精度不高等問題，目前采用單片機(jī)控制的測(cè)液高度，然后進(jìn)行相應(yīng)的指令，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，具有精度高、讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)、科研領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)1.1所述液體轉(zhuǎn)移監(jiān)控的功能特點(diǎn)，系統(tǒng)需要完成對(duì)液體的測(cè)量、監(jiān)控、顯示、報(bào)警和轉(zhuǎn)移幾種功能，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 圖2-1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2.2設(shè)備選型本設(shè)計(jì)采用stc89c51rc作為控制系統(tǒng)的核心。按照?qǐng)D2-l所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合適的功能部件，以完成完整的系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)包括供電單元、超聲波傳感器單元、鍵盤單元、顯示單元、繼電器單元和報(bào)警器單元六部分。2.2.1供電單元供電是每個(gè)系統(tǒng)中必須的用到的。供電可以通過usb直接給單片機(jī)供電，也可以先通過變壓器，降壓的固定的值，然后就可以穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓處理得到5v的電壓。由于usb的廣泛使用，本系統(tǒng)中采用usb供電，同時(shí)后面提供降壓穩(wěn)壓處理電路。2.2.2超聲波傳感器單元本系統(tǒng)中主要是測(cè)液，根據(jù)測(cè)液的情況進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)作。而測(cè)液有多種方法?，F(xiàn)在廣泛采用壓力式、超聲波、磁翻板、雷達(dá)等模塊進(jìn)行測(cè)量液體的高度。液位檢測(cè)裝置的種類有磁浮子式，內(nèi)浮式，磁翻板，投入式等?？紤]到各種方式的適用性情況，我們這里采用超聲波測(cè)液。主要優(yōu)點(diǎn)有：1、可用于苛刻的環(huán)境可測(cè)量任何壓力、毒性最劇烈、腐蝕性最強(qiáng)、絕對(duì)無菌的或極高純度的液體。2、安全在測(cè)量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃易爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時(shí)，由于測(cè)量頭和儀表都在容器外，所以安裝、維修、維護(hù)操作時(shí)不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，非常安全。即使在儀表?yè)p壞或維修狀態(tài)下，也絕無引起泄漏的可能。3、環(huán)保真正的隔離測(cè)量，完全不與被測(cè)介質(zhì)接觸，決無泄漏液體甚至氣體的可能，不會(huì)污染環(huán)境，是真正的綠色環(huán)保儀表。4、方便經(jīng)濟(jì)在線維護(hù)無需停產(chǎn)。由于不需在容器上開孔，不用法蘭盤，不用連通管，所以安裝、維護(hù)最方便、最經(jīng)濟(jì)。5、耐用可靠測(cè)量頭和儀表內(nèi)無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，并嚴(yán)格密封，與外界隔離，不會(huì)磨損或腐蝕，十分耐用可靠，維護(hù)工作量很小。6、精確外測(cè)液位儀不斷地自動(dòng)校準(zhǔn),永遠(yuǎn)保證最高的測(cè)量精度。2.2.3鍵盤單元單片機(jī)系統(tǒng)中常用的鍵盤有以下三種類型。1.獨(dú)立型按鍵獨(dú)立型按鍵的一腳通過電阻接電源端或者地，而另一腳接單片機(jī)的i/o口，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。在按鍵被按下和沒有按下時(shí)，i/o口電平剛好相反。這樣通過檢測(cè)i/o口的電平狀態(tài)即可判斷哪個(gè)按鍵被按下了。此類鍵盤的特點(diǎn)是按鍵電路配置靈活、按鍵的狀態(tài)識(shí)別簡(jiǎn)單，但是每一個(gè)按鍵需要占用一個(gè)i/o口，資源占用率較高，當(dāng)按鍵的數(shù)量不是很多或者系統(tǒng)有較多的i/o口剩余時(shí)，可以采用此類設(shè)計(jì)。圖2-2 獨(dú)立型按鍵圖2-3 矩陣掃描鍵盤2.矩陣掃描鍵盤矩陣掃描鍵盤有行線和列線組成。按鍵位子行列線的交叉點(diǎn)上，結(jié)構(gòu)圖如2-3所示。一個(gè)3*3的矩陣結(jié)構(gòu)就可以構(gòu)成一個(gè)含有9個(gè)按鍵的鍵盤。按鍵設(shè)置在行列線的交叉點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)的兩端。行列通過上拉電阻接到+5v上。平時(shí)當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，列線處于高電平的狀態(tài)；而當(dāng)有鍵按下時(shí)，行列線導(dǎo)通，因此列線的電平狀態(tài)將由此相連接，各個(gè)按鍵按下與否影響該鍵所在的行列線的電平。這樣行列線配合起來進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，即可確定按鍵的位置。此類鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的i/o口，適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。3.ps/2接口鍵盤ps/2接口2是由ibm公司開發(fā)的一種計(jì)算機(jī)接口。計(jì)算機(jī)上的鼠標(biāo)和鍵盤使用的就是這種接口，現(xiàn)在在計(jì)算機(jī)上更多的是使用usb接口。ps/2鍵盤為每一個(gè)按鍵分配唯一的編碼。鍵盤內(nèi)的處理器對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有案件拔按下或者釋放時(shí)，處理器就對(duì)發(fā)送“掃描碼到計(jì)算機(jī)。掃描碼分為兩種不同的類型：通碼和斷碼。當(dāng)鍵被按下，發(fā)送的是通碼；當(dāng)鍵盤被釋放，發(fā)送的是斷碼。這樣通過查找掃描碼表就可以確定是哪一個(gè)按鍵，ps/2掃描碼共有三套，現(xiàn)在廣泛使用的是第二套掃描碼。ps/2接口采用雙向串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。每個(gè)字節(jié)為一楨，包含11位(一位起始位、8位數(shù)據(jù)位、一位奇偶校驗(yàn)位和一位停止位)。此類鍵盤的特點(diǎn)是集成度高，使用靈活。由于使用了串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，僅需要使用兩個(gè)i/o端口即可(由于程序設(shè)計(jì)的原因，其中一個(gè)端口通常要占用一個(gè)外部中斷端口)，但成本較高，而且不易集成在系統(tǒng)內(nèi)部5。本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)stc89c51的i/o端口較多，在實(shí)際使用中，但本次設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能還是比較少，操作簡(jiǎn)單，因此獨(dú)立型按鍵可以防止由于鍵盤操作人員的誤操作。綜合考慮實(shí)際的使用情況和成本，本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立型按鍵進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。2.2.4顯示單元 顯示可以有很多方法，可以利用字符液晶顯示，利用lcd顯示，可以利用數(shù)碼管顯示，由于顯示的內(nèi)容很小，并且顯示的亮度可以提高。本設(shè)計(jì)利用了數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 2.2.5繼電器單元 繼電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。繼電器的觸點(diǎn)有三種基本形式：動(dòng)合型（常開）（h型）線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的，通電后，兩觸點(diǎn)就閉合。動(dòng)斷型（常閉）（d型）線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開。轉(zhuǎn)換型（z型）這是觸點(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開和另一個(gè)閉合，線圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。繼電器的種類很多，而且額定電壓不同，基于本設(shè)計(jì)主控芯片的電源電壓為5v所以采用srd-05vdc-sl-c型繼電器。2.2.6 報(bào)警器單元方案一：無緣蜂鳴器。無緣蜂鳴器內(nèi)部沒有震蕩源，蜂鳴器沒有內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路，有些公司和工廠稱為訊響器，國(guó)標(biāo)中稱為聲響器。無源蜂鳴器工作的理想信號(hào)方波。如果給預(yù)直流信號(hào)蜂鳴器是不響應(yīng)的，因?yàn)榇怕泛愣?，鉬片不能振動(dòng)發(fā)音，需要在其供電端加上高低不斷變化的電信號(hào)才能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 方案二：有源蜂鳴器。蜂鳴器內(nèi)部有振蕩、驅(qū)動(dòng)電路，只需要一個(gè)高低電平就可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。有緣蜂鳴器和無源蜂鳴器的根本區(qū)別是產(chǎn)品對(duì)樣。有源蜂鳴器工作的理想信號(hào)是直流電，通常標(biāo)示為vdc、vdd等。因?yàn)榉澍Q器內(nèi)部有一簡(jiǎn)單的振蕩電路，能將恒定的直流電轉(zhuǎn)化成一定頻率的脈沖信號(hào)，從面實(shí)出磁場(chǎng)交變，帶動(dòng)鉬片振動(dòng)發(fā)音。但是在某些有源蜂鳴器在特定的交流信號(hào)下也可以工作，只是對(duì)交流信號(hào)的電壓和頻率要求很高，此種工作方式一般不采用。因此基于以上兩種方案，我們選擇方案二有緣蜂鳴器作為報(bào)警模塊。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制模塊 本設(shè)計(jì)芯片采用的是宏晶公司生產(chǎn)的stc系列芯片，芯片為40個(gè)引腳足以應(yīng)對(duì)本次設(shè)計(jì)的控制要求。stc89c51rc/rd系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾，抗靜電，高速，高可靠，低功耗的單片機(jī)。3.1.1芯片stc89c51rc引腳描述 單片機(jī)stc89c51rc其引腳圖如圖3-1所示。 圖3-1 stc89c51引腳圖引腳功能介紹：1.vcc：電源電壓。2.gnd：地。 3.p1口：p1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(ill)。flash編程和程序校驗(yàn)期間，pl接收低8位地址。表3-1p1口的第二功能端口引腳第二功能p1.5p1.6p1.7mosi(用于isp編程)miso(用于isp編程)sck(用于isp編程)4.p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。5.p3口：p3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)p3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端口時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流(iil)。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-2所示：表3-2p3口的功能端口引腳第二功能 p3.0p3.1p3.2p3.3p3.4p3.5p3.6p3.7rxd(串行輸入口)txd(串行輸出口)int0(外部中斷0)int1(外部中斷1)t0(定時(shí)計(jì)數(shù)器0)t1(定時(shí)計(jì)數(shù)器1)wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)6.rst：復(fù)位輸入；當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置sfr auxr的disrt0位(地址8eh)可打開或關(guān)閉該功能。disrt0位缺省為reset輸出高電平打開狀態(tài)。7.xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。8.xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2時(shí)鐘振蕩電路 本系統(tǒng)選用單片機(jī)stc89c51rc，采用外部晶振作為時(shí)鐘頻率，晶體振蕩器xtal1與xtal2分別為用做片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出。時(shí)鐘振蕩電路如下圖3-1所示。圖3-2 時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容c1、c2接在放大器(stc89c51rc中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益的反向放大器)的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。為便于cpu處理數(shù)據(jù)，讓計(jì)時(shí)器每計(jì)一次數(shù)就是1us,振蕩器采用了11.0592mhz的石英晶體。對(duì)外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，這里電容使用33pf。3.1.3復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。1.手動(dòng)按鈕復(fù)位手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端rst上加入高電平。一般采用的辦法是在rst端和正電源vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則vcc的+5v電平就會(huì)直接加到rst端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。2.上電復(fù)位stc89c51的上電復(fù)位電路只要在rst復(fù)位輸入引腳上接一電容至vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于cmos型單片機(jī)，由于在rst端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uf。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電 容加給rst端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即rst端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，rst端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10mhz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1mhz，起振時(shí)間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使rst端電壓迅速下降到0v以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器pc將得不到一個(gè)合適的初值，因此，cpu可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。3.2超聲波傳感器模塊3.2.1 超聲波測(cè)距原理概述 超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲測(cè)距是一種非接觸式的檢測(cè)方 式。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等影響。對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。 因此在液位測(cè)量、機(jī)械手控制、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高;而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、信號(hào)處理可靠等特點(diǎn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。 超聲波測(cè)距的方法有多種，本超聲波測(cè)中系統(tǒng)的原理為: 檢測(cè)出從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，將這個(gè)時(shí)間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對(duì)應(yīng)值如表3-3，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t (見圖3-3)，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離( s ) ，即: s = v t / 2 。 表3-3 聲速與溫度的關(guān)系溫度（攝氏度）-30-20-100102030100聲速（m/s）313319325323338344349386圖3-3 超聲波測(cè)距時(shí)序圖3.2.2 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等; 機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 3.2.3 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。所謂壓電逆效應(yīng)如圖3-4所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應(yīng)變。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時(shí)，外部負(fù)電荷與極化負(fù)電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長(zhǎng)度方向上伸長(zhǎng)。若外部施加的極性變反，如圖 c 所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長(zhǎng)，在長(zhǎng)度方向上縮短。圖 3-4 壓電逆效應(yīng)圖 3.2.4 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)構(gòu)成 單片機(jī)stc89c51rc發(fā)出短暫的40khz信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，讀出時(shí)間 t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至led數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 限制超聲波系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測(cè)距離。超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖如圖3-5所示。圖 3-5 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個(gè)模塊組成。 單片機(jī)使用51系列的stc89c51rc單片機(jī)，該單片機(jī)工作性能穩(wěn)定，同時(shí)也是在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到的控制芯片。 發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。 接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡(jiǎn)單，調(diào)試工作小較小。 3.2.5超聲波發(fā)射、接收電路 超聲波發(fā)射、接收電路如圖 3-6。超聲波發(fā)射部份由電阻r2及超聲波發(fā)送頭t40 板成；接收電路由bg1、bg2x組成的兩組三級(jí)管放大電路組成；檢波電路、比較整形電路由c7、d1、d2 及bg3組成，超聲波傳感器與stc89c51單片機(jī)的p2.6、p2.7引腳相連。 40khz的方波由stc89c51rc單片機(jī)的p 3 .5驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40khz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減， 所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的p3腳。 該測(cè)距電路的 40khz 方波信號(hào)由單片機(jī)stc89c51rc的p 3 .5發(fā)出。方波 的周期為1/40ms，即25us，半周期為12.5us。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生40khz方波。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為12m晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是1us，所以只能產(chǎn)生半周期為12us或13us的方波信號(hào)，頻率分別為 41.67khz和38.46khz。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約38.46khz 的方波。 圖 3-6 超聲波測(cè)距發(fā)送接收單元 由于反射回來的超聲波信號(hào)非常微弱，所以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接收電路 如圖4所示。接收到的信號(hào)加到bg1、bg2組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為70倍。放大的信號(hào)通過檢波電路得到解調(diào)后的信號(hào)，即把多個(gè)脈沖波解調(diào)成多個(gè)大脈沖波。這里使用的是i n 4148檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管 之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好，制作難度小。3.3鍵盤和顯示模塊鍵盤、是十分重要的人機(jī)交互工具。是人向機(jī)器發(fā)出指令、輸入信息的重要組成部分。而顯示設(shè)備則是提醒用戶操作、輸出運(yùn)行結(jié)果的重要設(shè)備。3.3.1鍵盤功能定義本設(shè)計(jì)只有三個(gè)按鍵，其作用分別為：一個(gè)menu鍵，就是菜單鍵。一個(gè)是增加鍵，按此可以調(diào)高設(shè)定的液位值，一個(gè)是減小鍵，可以降低設(shè)定的液位值。按鍵如圖3-7。圖3-7 按鍵圖3.3.2 顯示接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用三位一體led數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，其原理如圖3-8所示。碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的p1口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的p3.2、p3.1、p3.0口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用pnp三極管s9012 三極管驅(qū)動(dòng)。 圖3-8 數(shù)碼管顯示原理圖3.4蜂鳴報(bào)警器模塊本設(shè)計(jì)采用電磁式蜂鳴器作為超過最大頻率的報(bào)警信號(hào)。它與單片機(jī)stc89c51的連接如圖3-9所示。單片機(jī)stc89c51的p2.6口通過三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)p2.6輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，bell構(gòu)成回路，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。圖3-9 蜂鳴報(bào)警器原理圖3.5繼電器控制模塊 基于本設(shè)計(jì)主控芯片stc89c51采用5v電源供電，所以我所采用的是srd-05vdc-sl-c型繼電器。此繼電器的作用相當(dāng)于開關(guān)，該型號(hào)的繼電器有5只引腳，其中2只為線圈引腳，1只為公共端，1只為常開端，1只為常閉端，相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)線圈端加5v直流電壓時(shí)，觸點(diǎn)吸合，負(fù)載端閉合或斷開。3.6ttl-232電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖3-10 ttl-232電路1.vcc：3v到5v外供電源的+極，如外部設(shè)備的ttl通訊口能提供3v到5v穩(wěn)壓電源，可以直接連接使用。如果使用另外的穩(wěn)壓電源供電，請(qǐng)將電源的“+”極接vcc，電源的“-”極接gnd)。切勿接反，否則會(huì)燒壞板上芯片；2.gnd：ttl信號(hào)地，使用時(shí)接外設(shè)備的ttl信號(hào)地；3.txd：232側(cè)發(fā)送信號(hào)的ttl電平輸出端，使用時(shí)接外部設(shè)備的ttl信號(hào)接受端；4.rxd：232 側(cè)接受信號(hào)的ttl電平輸入端，使用時(shí)接外部設(shè)備的ttl信號(hào)發(fā)送端。3.6單片機(jī)供電電源電路圖3-11 w7805電路設(shè)計(jì)如圖3-11所示的電路是用w7805正集成穩(wěn)壓器組成的恒壓源應(yīng)用電路。圖示電路中正集成穩(wěn)壓器w7805工作在懸浮狀態(tài)。在其輸出端和公共端之間接入一個(gè)電阻，形成一固定電流，讓此電流流過負(fù)載r1后，再回到電源。 選擇w7805輸出電壓低的穩(wěn)壓器，主要是為了提高效率。調(diào)節(jié)r的大小，可以改變恒流源的值(當(dāng)然不能超過該穩(wěn)壓器的最大輸出電流)。輸出電流符合iout=v/r+id，式中，id為穩(wěn)壓器靜態(tài)電流，小于10 ma。當(dāng)r較小即輸出電流較大時(shí)，可以忽略id，但iout不能太小，否則id的變化將影響恒壓的精度。當(dāng)負(fù)載r1變化時(shí)，穩(wěn)壓器w7805用改變自身的壓差來維持通過負(fù)載的電壓不變。 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)分析4.1.1 編程語(yǔ)言的選擇mcs-51編程語(yǔ)言常用的有兩種，一種是匯編語(yǔ)言，另一種是c語(yǔ)言5。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高，但是可讀性并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而c語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了匯編語(yǔ)言，而且c語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來解決高實(shí)效性的代碼編寫問題。對(duì)于開發(fā)周期來說，c語(yǔ)言的開發(fā)周期通常小于匯編語(yǔ)言很多。c語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)，這種語(yǔ)言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)，它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)組，結(jié)構(gòu)體等）。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位（bit）一級(jí)的操作。c語(yǔ)言的模塊化開發(fā)方式使開發(fā)出來的程序模塊可不經(jīng)修改，直接被其他項(xiàng)目所用，這樣可以最大程度的實(shí)現(xiàn)資源共享。由于c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件的編程操作，因此c語(yǔ)言集高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的功能為一體，具有高效性，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。綜合以上c 語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選擇由宏晶公司（stc）生產(chǎn)的stc系列兼容單片機(jī)c語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)keil uvision4對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程。4.1.2 源程序的編譯由于單片機(jī)只能執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的程序（目標(biāo)程序），因此將c52源程序編輯好以擴(kuò)展名.c保存后，應(yīng)將源程序編譯成目標(biāo)程序。編譯過程中，能夠檢查程序的正確性，并能發(fā)現(xiàn)源程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤和一般性的邏輯錯(cuò)誤，但不能檢查結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)誤。如果有錯(cuò)誤，信息窗口會(huì)報(bào)告顯示，并指出錯(cuò)誤位置及錯(cuò)誤類型。程序錯(cuò)誤被糾正后，要重新進(jìn)行編譯調(diào)試，直到程序編譯無誤為止。只有當(dāng)被編譯的程序沒有錯(cuò)誤時(shí)，才能執(zhí)行程序及對(duì)程序進(jìn)行仿真調(diào)試，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和多次試驗(yàn)，本實(shí)物最終得到了誤差還比較滿意的效果。由于硬件電路和軟件仿真的差別，設(shè)計(jì)當(dāng)中加入了一個(gè)線性補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)環(huán)節(jié)，這是多次通過實(shí)驗(yàn)線性擬合得到的答案。4.1.3 程序的仿真調(diào)試 對(duì)源程序編譯形成目標(biāo)程序，只是排除了語(yǔ)法錯(cuò)誤和一般性的邏輯錯(cuò)誤，只有將目標(biāo)程序應(yīng)用到硬件中，經(jīng)過開發(fā)系統(tǒng)keil uvision4的仿真調(diào)試后且滿足功能要求才能寫到程序存儲(chǔ)器中。仿真調(diào)試是對(duì)程序功能是否能實(shí)現(xiàn)所做的最后檢查。4.2軟件設(shè)計(jì)思路4.2.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序是整個(gè)系統(tǒng)軟件的運(yùn)行主體，各個(gè)子系統(tǒng)的軟件程序都必須經(jīng)過它的調(diào)度，才能運(yùn)行得當(dāng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的功能要求，主程序主要完成了對(duì)系統(tǒng)的初始化。 超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用 c 語(yǔ)言編程。 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí)。置位總中斷允許位ea。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位 cl=1，即進(jìn)行測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是1次/秒。測(cè)距間隔中，整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測(cè)量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn)生6-8個(gè)頻率為38.46khz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 t0 進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約1.5 -2ms時(shí)間（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對(duì)單片機(jī)p3.7腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測(cè)到p3.7腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止t0計(jì)時(shí)。由于采用單片機(jī)采用的是12 mhz的晶振，計(jì)時(shí)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1s，當(dāng)超聲波測(cè)距子程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 t0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（2）計(jì)算，即可得被 測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。 設(shè)計(jì)時(shí)取 15時(shí)的聲速為 340 m/s 。其中， t0為計(jì)數(shù)器t0的計(jì)算值。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制bcd碼方式送往 led顯示約0.5s， 然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。圖 4-1 主程序流程圖（這圖去掉底色，雙擊試了自己概不了 說損壞了）圖4.2 超聲波測(cè)距子程序流程圖4.2.2 超聲波測(cè)距子程序 void csbcj(