單片機(jī)的超聲波液位測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、畢業(yè)論文 < 設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的超聲波液位測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)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)。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(guò)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(guò)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(guò)程時(shí)間短， 工作穩(wěn)定可靠，基本滿(mǎn)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)；超聲波傳感器ABSTRATThis design

2、obtains from the modernization computer control technology, using monolithic integrated circuit's formidable intelligent function, through the complete software and hardware's union, elaborated one kind of advanced fluid position measurement system.According to ultrasonic sensor's charac

3、teristic, designs a set to suit under the laboratory condition the fluid position measurement equipment, mainly through monolithic integrated circuit, ultrasonic sensor survey boiler fluid position. This design choice's electric appliance equipment has the monolithic integrated circuit, the ultr

4、asonic sensor, the D/A switch and so on, designs in the hardware control flow chart, the control circuit diagram as well as software's master routine flow chart. Indicated through the system simulation experiment: This system design is reasonable,the automaticity is high, the experiment processt

5、ime is short, work stable reliable, has satisfied the design related request basically.Key words Fluid position survey。 Monolithic integrated circuit。 Ultrasonic sensor目錄引言11超聲波測(cè)距原理21.1 超聲波21.2 超聲波傳感器31.3 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理41.4 超聲波傳感器的選擇42超聲波測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1 單片機(jī)的選用及簡(jiǎn)介52.2 超聲波液位檢測(cè)電路62.3 液位控制電路82.4 鍵盤(pán)92.5 顯示

6、電路93系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)113.1 主程序流程圖113.2 超聲波測(cè)距的相關(guān)程序124系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)論14參考文獻(xiàn)15謝辭161引言1.1 概述傳統(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?，F(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(guò)程。在這一過(guò)程中，智能控制無(wú)疑起至關(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(guò)程控制系 統(tǒng)。1.2 液位控制研究現(xiàn)狀液位控制問(wèn)題是工業(yè)過(guò)程中的一類(lèi)常見(jiàn)問(wèn)題，例如在飲料、溶液過(guò)濾、化工生產(chǎn) 等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程中都需要對(duì)液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，在?shí)際生產(chǎn)

7、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，一提高控制精度。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制 <簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)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(guò)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)的迅速發(fā)展，過(guò)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(lái)越巨大的作用。目前

8、，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(kāi)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(kāi)發(fā)將大大推動(dòng)工業(yè)過(guò)程自動(dòng) 化的發(fā)展，并帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.3 過(guò)程控制與單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展過(guò)程：19世紀(jì)40年代前后（手工階段,：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗(yàn)人工控制生產(chǎn)過(guò)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(guò)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 >

9、:過(guò)程控制發(fā)展的第二個(gè)階段，工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn) 車(chē)或大型裝置的集中控制。19世紀(jì)70年代以來(lái)（全盤(pán)自動(dòng)化階段 >:發(fā)展到現(xiàn)代過(guò)程控制的新階段，這是過(guò) 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(guò)程是分散系統(tǒng) ，但過(guò)程控制的監(jiān)視、 管理是集中的，將計(jì)算機(jī)分布到車(chē)間或裝置。使系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的可靠 性，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)作為微處理器具體色機(jī)控制器，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)，

10、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(kāi)展的工作更看重的是理論、 算法、研究出來(lái)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(kāi)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(kāi)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)用工程無(wú)關(guān)的問(wèn)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

11、文，而考慮， 是用什么材料、測(cè)控什么物理量、優(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(guò)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PL?？刂品桨?。PLC是一種專(zhuān)門(mén)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)。

12、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(kāi)關(guān)量為主的順序控制的自動(dòng)化產(chǎn)品，在其工作過(guò)程中只有順序執(zhí)行而沒(méi)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(guò)程，用PLC來(lái)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(kāi)發(fā)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。液位是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)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1.1

13、 超聲波超聲<超音波學(xué)）的定義：聲音是與人類(lèi)生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的 頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限時(shí)，人們就覺(jué)察不出聲的存在，因而稱(chēng)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

14、、比重、厚度等。超 聲波測(cè)距就是利用超聲波脈沖反射回波法實(shí)現(xiàn)的。超聲波在空氣中的傳播速度為340M磨，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(guò)測(cè)定超聲波傳播的時(shí)間問(wèn)隔來(lái)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： <1）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=Vt<2）反射式超聲波測(cè)距方法：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(kāi)始計(jì)時(shí)，超

15、聲波在空氣中傳播途中遇到對(duì)象物就立即返回來(lái)，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)器就計(jì)下了超聲波從發(fā)射到對(duì)象物間的來(lái)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(lái)：S=Vt/21.2 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(lái)，超聲波的波長(zhǎng)范圍己達(dá) Lm級(jí)，頻率己擴(kuò)大到GHz領(lǐng)域，分辨率達(dá)Pin 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

16、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(lèi)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(lái)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(lái)完成 。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。電氣方式類(lèi)型包括：壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等，機(jī)械方式有：氣流旋笛、液哨、加爾統(tǒng)笛等。各種類(lèi)型的超聲波 發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不相同。目前使用較多的是電氣類(lèi)中 的壓電型超聲波發(fā)生器。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單

17、晶體，欽 酸鋼壓電陶瓷、錯(cuò)欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體 （PZT-4, PZT-5等。1.3 超聲波傳感器的結(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(chēng)為雙壓電晶片由一個(gè)壓電元件構(gòu)成的稱(chēng)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(lái)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。超聲波傳感器可以視為一個(gè)電感、電容和電阻串聯(lián)的

18、 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fa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。1.4 超聲波傳感器的選擇市場(chǎng)

19、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(lèi)， 他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，也就各有用途。通用型頻帶窄，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；寬頻帶型能在工作頻帶內(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(chē)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(lái)發(fā)送和接收超聲波。2超聲波測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(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(mén)的開(kāi)度對(duì)應(yīng)一定的液體

20、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(mén)的開(kāi)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(chēng)為“單片微型計(jì)算機(jī)”，單片機(jī)一詞最初源于“single chipmicrocomputer ”，簡(jiǎn)稱(chēng)“ 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?，F(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

21、統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)。一塊芯片上包括： 8位中央處理器單元CPU 4/8KB ROM® 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 SFR 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(lái)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(guò)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(guò)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

22、間； 64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間； 具有位尋址功能，位尋址空間為 00H- FFH,具有較強(qiáng)的位處理能力AT89S51的弓I腳圖如圖2:1P1.0PO.O-3938223P1.1P0.137-4P1.P0.2365P1.3P0.335-6P1.4P0.434-7P1.5P0.533-8P1.6P0.63213 sP1.7P0.721之INT1P2.022INTO P2 1AT89S51 P2.223152414T1P2.325TOP2.42631P2.527EA/VPP2.62819P2.718X1X291047J46：jRESETRDWRRXDTXD_ALE/PPSEN1130-29-圖

23、2 AT89S51的引腳圖2.2 超聲波液位檢測(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(zhuān)用芯片TL851和TL852 。TL851數(shù)字集成電路，是專(zhuān)用的聲納測(cè)距控制器。TL852模擬集成電路，是專(zhuān)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(guò)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(guò)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（mult

24、i-echo工作方式。所謂單回 波工作模式是指發(fā)出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?1腳生成一個(gè)邏輯高電平輸出，這樣從 INIT置高電平到ECHO俞出高電平的時(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0.44 ms的脈沖，在脈沖的下降沿 ECH僅回到低電平，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品振起 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。TL

25、851的INIT引腳必須在Vcc上電5ms之后才可以置高電平，在這 5ms的時(shí)間里，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個(gè)脈沖的脈沖用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器 XDCHT作。這16個(gè)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)200 V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2.38 ms 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英

26、尺內(nèi)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；邏輯低電平。AT89S51單片機(jī)的P1 口控制兩個(gè)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引腳；P1.4-P1.7 的分別接超聲波收發(fā) 器2的INIT 、ECHO BLNK BINH弓唧。通過(guò)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(kāi)始計(jì)數(shù)，并不斷查詢(xún)P1.1和P1.5 的狀態(tài)，當(dāng)P1.1或P1.5變?yōu)楦唠娖綍r(shí)

27、，即收到回波，讀取 T1的計(jì)數(shù)值。通過(guò)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為超聲波液位檢測(cè)的具體電路圖：Vcc68kGCD1mHGCD GCC GCB GCATL852LC BIASXIN GADJG1OUTG2INRE CG1INFILTRE CA2E CHOFIL TRE CGCC TL851GCBBLNKGCABINHINITXMITXT AL 2OSCXT AL 110.1uGNDGCDGCCGCBGCATL852LCBIASXINGADJG1OUTG2INRECG1INL851BL NKBINHINITXTAL 2XTAL 10

28、k2RSTXT AL 2、XT AL1ALEEAPSENP0.0(AD0)-RD/P3.7P0.1(AD1)TIME R 1/P3. 5P0.2(AD2)-WR/P3.6P0.3(AD3)TIME R 0/P3. 4P0.4(AD4)INTR1/P3.3P0.5(AD5)INTR0/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)2917 151412圖3超聲波液位

29、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)大多米用調(diào)節(jié)閥，本系統(tǒng)木用電動(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 DAC083此 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勺引腳圖 管腳圖）及功能：CS -120VCCWR1 -219ILE(BYTE1/BYTE2)GND-318WR2DL3 -417XFERDL2 -516DL4DL1 -615DL5DL0(LSB).714DL6VREF -813DL7(MSB)Rcd912I OUT2GND-1011I OU

30、T1圖4 DAC0832引腳功能介紹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(xiě)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DACJ存器寫(xiě)選通輸入線。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loutl之和為一常數(shù)Rfb:反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線(+5v+15v>Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v+10v>AGNDg擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地. DGNEB字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較 圖

31、3.5為DAC083加單片機(jī)接口應(yīng)用電路圖：T+5V圖5 DAC0832與單片機(jī)的接口電路圖71bAT89S51短信號(hào)變推至調(diào)節(jié)閥2.4 鍵盤(pán)鍵盤(pán)輸入單元采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，由上下左右四個(gè)鍵組成，其中上這個(gè)鍵為開(kāi)始鍵 下為顯示切換鍵，左右為數(shù)字增減鍵.增減鍵用以改變?cè)O(shè)定值的大小，以下是鍵盤(pán)與單片機(jī)的接口電路。+5VRIR2 R3 R4圖6鍵盤(pán)2.5 顯示電路LED<Light Emitting Diode ）是當(dāng)外加電壓超過(guò)額定電壓時(shí)發(fā)生擊穿而發(fā)出可見(jiàn) 光，LED的工作電壓通常為220mA工作壓降為2V左右，使用時(shí)需加限流電阻。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，

32、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(mǎn)足本設(shè) 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:單片機(jī)與顯示電路的連接如圖圖7LED數(shù)碼管8:101234567 oooooooo 11111111 pppppppp99a入KKINT1P2o 0INTO-P2o 1AT89S51P2o 2T1P2o 3TOP2o 4P2o 5EA/VPP2o 6P2o 7X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSEN242526272801234567 oooooooo oooooooo ppppp

33、ppp1 _2 _3,_5 -6 _7-8910J112131044-3029gdpD5D4D6D3D7D2D8D1IDOID1aID2bID3 ICM7218BID4dID5eID6fID7gMODE WRITEdp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:16 / 21叩q q q 10KALEFl. 0Pl J I。，TPO.OFL 21TS9S51FL 3標(biāo)TKDP2.7 RKDRD1/274LS74D不CK QCLKVr (+)Vr (-5X GNDcBINIo流置檢測(cè)變送信號(hào)AD7DOIHO0液位檢測(cè)變送信號(hào)STARTALEOEEO

34、CT 5V74HC164口 QT Q1Q。0t0174HC1&4D so TEf E 語(yǔ)自 IF Eui）授信號(hào)變換至調(diào)節(jié)陶門(mén)238b f R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)間值的讀取、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)距的相關(guān)程序3.2.1 超聲波的接收與發(fā)送前方測(cè)距電路

35、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 的輸出通過(guò)放大器的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)單片機(jī)P1.1和P1.5接到放大器 的輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢(xún)來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。部分源程序如 下：RECEIVEI : PUSHPSWPUSHACCCLREX1關(guān)外部中斷1JNB p1.1, RIGHT; P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序JNB p1.5, LEFT ; P1.5引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序RETUR NSETB EX1開(kāi)外部中斷1POP ACCPOP PSWRETIRGHT:；右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口AJMP RETURNLEF

36、T .;左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口AJMP RETUN3.2.2 超聲波傳播時(shí)間在啟動(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)，接收電路輸出端產(chǎn) 生一個(gè)負(fù)跳變，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。其部分源程序如下：RECEIVE0 PUSH PSWPUSH ACCCLR EX0;關(guān)外部中斷0MOV R7, TH0 ;讀取時(shí)間值MOV R6, TL0CLR CMOV A, R6SUBB A, #0BBH計(jì)算時(shí)間差MOV 31H, A ;存儲(chǔ)結(jié)果MOV A, R7SUBB A, #3CHMOV 30H, ASETB EX0;開(kāi)外部中斷0 POP ACCPOP PSW RETI 4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)論超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試，其中超聲波發(fā)射和接收采用T1851和TL852的超聲波換能器TCT40-10F1<T發(fā)射）和TCT40-10S1<Rg收），中心頻率為 40kH