超聲波測液位

1、.濱江學院 畢業(yè)設計題 目 超聲波測液位 院 系 濱江學院自動控制系 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 學生姓名 李澤超 學 號 20102341912 指導教師 呂富勇 職 稱 講師 二一四年 五 月 二十八 日超聲波測液位李澤超南京信息工程大學濱江學院自動控制系，南京 210044摘要：超聲波是頻率在20kHz以上的一種聲波，它屬于機械波。超聲波也遵循一般機械波的傳播規(guī)律，比如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生減弱等。正是因為具有這些性質(zhì)，可使超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。系統(tǒng)的設計主要包括兩部分，

2、即硬件電路和軟件程序。硬件電路主要包括單片機電路、超聲波模塊電路、顯示電路。我采用以AT89C2051單片機為核心的低成本、高精度、控制器。并為超生測距模塊提供觸發(fā)控制信號，在發(fā)射超聲波的同時，啟動單片機的內(nèi)部定時器開始計時，超聲波在空氣中傳播遇到障礙物后反射回波，超聲波接收電路檢測到回波信號時停止計時，則根據(jù)公式：S=Vt/2 即可計算出液位距離。軟件部分，采用了匯編語言進行程序編寫。在數(shù)據(jù)處理上充分利用匯編語言的查表優(yōu)勢，建立了速度修正值表和數(shù)碼管顯示值表，可以便捷、明了地進行數(shù)據(jù)處理和顯示。關(guān)鍵詞： 超聲波測距； AT89C2051； 液位測距系統(tǒng)Ultrasonic level mea

3、surementLizechaoNanjing University of Information Science and Technology ,Nanjing 210044Abstract：the frequency of the ultrasonic sound waves above 20kHz , which belongs to the scope of the mechanical wave . Also follow the general mechanical ultrasonic wave propagation in elastic media , such as ref

4、lection and refraction at the interface media into the media after the decay occurs , such as dielectric absorption . It is because of these properties , so that ultrasound can be used to measure the distance . With increasing levels of technology , ultrasonic ranging technology is widely used among

5、 people's daily work and life.The system design mainly includes two parts, namely, hardware circuit and software program. Including the MCUcircuit, ultrasonic module circuit, display circuit hardware circuit. I use the low cost, AT89C20

6、51 microcontroller as the core to the high accuracy, the controller. And provides the trigger control signals for ultrasonic ranging module, theultrasonic transmitting at the same time, start the MCU internal timer, communication 

7、obstacle after the echo wave in the air, the ultrasonic receiving circuit detects echo signal to stop the time, then according to the formula: S=Vt/2 cancalculate the level distance. The part of software, using assembly langu

8、ageprogramming. In the data processing to make full use ofassembly language of the look-up table, a speed correction value table and digital tube display value table, can be convenient, clear for data processing anddisplay.Key words: Ultras

9、onic ranging; AT89C2051; Liquid level measuring system 目 錄第1章 緒論4 1.1 測距在工業(yè)方面的應用4 1.2 現(xiàn)有的測距方法及其優(yōu)缺點4 1.3 超聲波測距的原理及優(yōu)點4 1.4 課題研究的意義5第2章 總體方案論證52.1 系統(tǒng)方案簡化6第3章 系統(tǒng)硬件電路設計73.1 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器93.1.1 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器外形尺寸 93.1.2 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器產(chǎn)品性能 93.1.3 超聲波測距模塊工作時序圖93.2 單片機的選型

10、（AT89C2051）113.2.1 AT89C2051簡介113.2.2 單片機最小應用系統(tǒng)113.3 顯示電路的設計11第4章 系統(tǒng)軟件設計124.1 主程序設計124.2聲波測距子程序124.3聲波測距子程序14 4.4 超聲波測距程序流程圖.15第5章 調(diào)試及仿真155.1調(diào)試步驟155.2 Proteus的軟件仿真16第6章 總結(jié).17參考文獻.17附錄一 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)電原理圖18附錄二 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)PCB圖.19附錄三 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)焊接組裝圖.20附錄四 基于AT89C2051單片機超聲波測距

11、系統(tǒng)C語言原程序.21附錄五附錄:元件清單.261. 緒論1.1 測距在工業(yè)方面的應用在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場，測距技術(shù)的應用可以說是無處不在。在水利水電、污水處理領域，利用測距技術(shù)可對水面高度實現(xiàn)實時監(jiān)測。在冶金、物料液位、管道等不宜直接接觸的場合，非接觸式測量技術(shù)發(fā)揮了重要作用。超聲波測距技術(shù)作為非接觸式測量技術(shù)的一種，可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)線上的物料傳送定位、電梯的運行監(jiān)測、移動機器人的測距定位等。在車載導航、石油、化工等領域，超聲波測距技術(shù)都得到了廣泛的應用。1.2 現(xiàn)有的測距方法及其優(yōu)缺點最早的測距技術(shù)大多是基于機械傳動工作原理的測距，隨著工業(yè)控制的需求，慢慢過渡到機電一體化式測距，而隨著系統(tǒng)集成

12、性的需要正朝著智能式測距發(fā)展。其中作為機械式測距技術(shù)的代表，機械鋼帶式液位計優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但是機械傳動部件較多，安裝、維護比較困難，且只限于測液位。非接觸式測距技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制。現(xiàn)在典型的非接觸測距方法有雷達探測、激光探測、CCD探測和超聲波測距等方法。其中激光具有穿透力強、強度高等特點適合在惡劣天氣如大霧天或遠距離測距系統(tǒng)中使用，成本較高。而CCD測距不需要信號發(fā)射器，主要利用光電耦合器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，所得模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)化為便于處理的數(shù)字信號。全過程需要采集大量的信息，計算量大。相比之下，超聲波測距因其獨特的優(yōu)勢適合短距離的測距系統(tǒng)

13、，特別是在工業(yè)現(xiàn)場不易人們直接接觸的場合發(fā)揮了很大的作用。超聲波主要應用于車輛導航、物料定位、建筑工地以及空氣中和水下目標的探測、定位等場合。從上世紀八十年代開始，國外就開始利用微電子技術(shù)和計算機等高科技成果，帶動液位測量技術(shù)的發(fā)展。就目前為止，工業(yè)中運用的液位測量方式就有幾十種，比如常見的有壓電式、應變式、電容式等。這些方法同早期的機械測量相比，運用比較簡單，但大都采用了如壓力值、電氣量等中間量來反映液位值，增加了測量誤差。而超聲波測距卻可實現(xiàn)精確測距，改善了系統(tǒng)的精度。因此，無論是工業(yè)現(xiàn)場控制，還是人們的日常生活中，超聲波的應用已經(jīng)很成熟。1.3 超聲波測距的原理及優(yōu)點超聲波測距方法主要有

14、三種：1）相位檢測法：精度高，但檢測范圍有限；2渡越時間法：工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設計上都容易實現(xiàn)；3）聲波幅值檢測法：易受反射波的影響，本設計用的是相位檢測法。其原理為：檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時間t，這個時間便是渡越時間，然后求出距離s。設s為測量距離，t為往返時間差，超聲波的傳播速度為v，則有s=vt/2。綜合以上分析，本設計將采用渡越時間·。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與空氣溫度有關(guān)，一般來說，溫度每升高1攝氏度，聲速增加0.6米秒。表1-1列出了幾種溫度下的聲速：表1-1 聲速與溫度的關(guān)系表溫度（攝氏度）3020100102

15、030100聲速（米秒）313319325323338344349386在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速v是基本不變的，計算時取v為340m/s。如果測距精度要求很高，則可通過改變硬件電路增加溫度補償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下通過軟件改進算法的方法來加以校正。由于超聲波在空氣中的方向感很強，探測距離很遠，基于超生波的測距被廣泛應用，而且其數(shù)據(jù)處理比較簡單，利用軟件編程即可實現(xiàn)計算機實時控制。超聲波液位測量采用高速高性能的單片機為微控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)液位的測量，還可以提供需要的信號進行遠距離控制。與價格昂貴、系統(tǒng)復雜的激光測量系統(tǒng)相比，超聲波測距成本較低、系統(tǒng)可靠性高。

16、應用于工業(yè)現(xiàn)場的超聲波測距系統(tǒng)大多沒有復雜的傳動、運動部件，安裝、維護時比較方便，尤其是在氣體或液體中測量時超聲波測距系統(tǒng)性能表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。比如在工業(yè)或生活污水處理現(xiàn)場中，超聲波測距技術(shù)就得到了很好的應用。1.4 課題研究的意義由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受外界因素的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境方便儀器的保養(yǎng)和維修。因此可廣泛應用于化工、電廠、污水處理廠、水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品業(yè)（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中。可在不同環(huán)境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液

17、位控制，可進行差值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。這不僅大大降低設備的維護成本，也比較的精確和實用。2 總體方案論證本設計利用超聲波測距的原理設計了一套液位測距系統(tǒng)。利用超聲波在空氣中傳播遇到障礙物后反射回波，并通過回波接收電路檢測回波信號，用t表示超聲波從發(fā)出到檢測到回波信號的時間，V為超聲波在空氣中的傳播速度，則可計算出液位的距離S=Vt/2。采用硬件設計和軟件設計相結(jié)合的方式，選用單片機為微控制器，超聲波發(fā)射和接收器分別通過相應電路與單片機相連，這樣就可以通過單片機來控制超聲波的發(fā)射和接收，并利用單片機的內(nèi)部定時器/計數(shù)器計算超聲波的傳輸時間t。 單片機AT89C2051發(fā)出短

18、暫的40kHz信號，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)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結(jié)果被送至LED數(shù)碼管進行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：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。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。開始測量超聲波信號開定時器關(guān)定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測電聲換能器電聲換能器驅(qū)動電路圖2 超聲波測距系統(tǒng)框圖2.1 系統(tǒng)方案簡化為了系統(tǒng)設計的簡單化，在超聲波發(fā)射和接受這塊進行了簡化，經(jīng)過比較和

19、文獻資料的查閱，選用TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器代替復雜的超聲波發(fā)射、接收和檢波電路，這樣系統(tǒng)控制就簡單的多。只需要單片機提供一定的電平觸發(fā)信號，TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器就會自動發(fā)射、接收和檢測回波信號。簡化后確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。系統(tǒng)控制框圖（如圖2.1）。超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機控制系統(tǒng)（AT89C2051）顯示模塊鍵盤模塊供電單元圖2.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡化框圖3 系統(tǒng)硬件電路設計該超聲波液位測距系統(tǒng)硬件電路主要有四大部分組成，主要是超聲波測距集成模塊、單片機和數(shù)碼管顯示部分。本章將分別從這

20、四大部分進行設計和說明，包括器件的選型和模塊的電氣連接等。3.1 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，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的原理。所謂壓電逆效應如圖2-2所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。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，外部負電荷與極化負電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。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，在長度方向上縮短。圖

21、3.1壓電逆效應圖3.1.1 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器外形尺寸  圖3.1.1壓電陶瓷超聲傳感器外形圖3.1.2 TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器產(chǎn)品性能 性 能 發(fā) 射接 收標稱頻率（KHz）4040發(fā)射聲壓KHz（0dB=0.02mPa）117min-接收靈敏度at40KHz (0dB=V/Pa)-65min靜電容量at1KHz,<1V (PF)2000±302000±306dB指向角 80°80°3.1.3 超聲波測距模塊工作時序圖圖3.1.2 工作時序圖3.2 單

22、片機的選型（AT89C2051）作為液位測距系統(tǒng)的核心控制部分，單片機擔負著給壓電型超聲波傳感器發(fā)送觸發(fā)信號和超聲波的傳輸時間計時、距離計算及結(jié)果輸出等功能。經(jīng)過資料的查閱和對比，最終選擇價格便宜、性能穩(wěn)定、低功耗的AT89C205單片機。3.2.1 AT89C2051簡介AT89C2051是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-5l指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位 央處理器和Flash存

23、儲單元，功能強大。AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。主要性能參數(shù)·與MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ·2k字節(jié)可重擦寫閃速存儲器 ·1000次擦寫周期 ·2.7V6V 的工作電壓范圍 ·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz ·兩級加密程序存儲器 ·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM ·15個可編程IO 口線 ·2個l6位定時計數(shù)器 ·6個 斷源 ·可編程串行UART 通道 ·可直接驅(qū)動LED 的輸出端口·內(nèi)置一個模擬比較器 ·低功耗空閑

24、和掉電模式 功能特性概述 AT89C2051提供以下標準功能：2k字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個IO 口線，兩個16位定時計 數(shù)器，個5 向量兩級 斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，內(nèi)置個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051可降至0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器，串行通信口及 斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。圖3.2.1 AT89C205單片機管腳圖本系統(tǒng)由單片機A T 8 9 C 2 0 5 1控制，

25、包括單片機系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖2.1 所示。硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89C2051。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P3.5端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.6端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的P1口，位碼輸出端口分別為單片機的P3.2、P3.1、P3.0口,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單

26、片機P3.7輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器T0計時，當檢測到P3.7由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以2即可得到測量值，最后經(jīng)3位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。3.2.2 單片機最小應用系統(tǒng)超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由：A T 8 9 C 2 0 5 1單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構(gòu)成。如圖3.2.2。圖3.2.2 超聲波測距單片機系統(tǒng)3.3 顯示電路的設計本系統(tǒng)采用三位一體L E D 數(shù)碼管顯示所測距離值，如圖(見下頁) 。碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的P1口，位碼輸出端口分別

27、為單片機的P3.2、P3.1、P3.0口,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。圖3.3 數(shù)碼管顯示電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序設計超聲波測距的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設定時器0為計數(shù)，設定時器1定時。置位總中斷允許位EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位cl=1，即進行測量一次，程序設計中，超聲波測距頻度是2次/秒。測距間隔中，整個程序主要進行循

28、環(huán)顯示測量結(jié)果。當調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機產(chǎn)生6-8個頻率為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，立即啟動內(nèi)部計時器T0進行計時，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，單片機需要延時約1.5 -2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機P3.7腳的電平判斷程序。當檢測到P3.7腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時，立即停止T0計時。由于采用單片機采用的是12 MHz的晶振，計時器每計一個數(shù)就是1s，當超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間

29、）按式（2）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。設計時取15時的聲速為340 m/s則有：  d=(c×t)/2=172×T0/10000cm其中，T0為計數(shù)器T0的計算值。 測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。     4.2 超聲波測距子程序         void csbcj() /超聲波測距子程序if(cl=1) TR1=0;TH0=0x00;T

30、L0=0x00;i=20;/超聲波脈沖個數(shù)10個while(i-)csbout=!csbout;TR0=1; i=150;while(i-)i=0;while(csbint)/判斷接收回路是否收到超聲波的回波i+;if(i>=2450)/如果達到一定時間沒有收到回波,則將csbint置零,退出接收回波處理程序csbint=0;TR0=0;TH1=0x9E;TL1=0x57;t=TH0;t=t*256+TL0;s=t*csbc/2;/計算測量結(jié)果TR1=1;cl=0;4.3 超聲波測距程序流程圖  YYN=N0=0=1開始初始化測量標志啟動定時器超聲波測距距離>上限值距離&

31、lt;盲區(qū)值=顯示值= C C C顯示值= - - -測量段碼轉(zhuǎn)換顯示設定段碼轉(zhuǎn)換距離<報警值=報警輸出=N4.4 超聲波測距程子序流程圖Y時間=1s?發(fā)送超聲波延時避開盲區(qū)收到回波否？預設時間？啟動計時器T0停止計時計算測量值超聲波測距結(jié)束NNYYN五.調(diào)試及仿真5.1調(diào)試步驟我們的步驟是先焊接各個模塊，焊接完每個模塊以后，再進行模塊的單獨測試，以確保在整個系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的AT89C2051機裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對著墻面往復移動，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會不會變化，在測量范圍內(nèi)能否正常顯示。如果一直顯示“- - -”，則需將下限值增大。本

32、測距板1S鐘測量兩次，若要修改測量間隔，可將程序“if(csbds>=40) /1S測量一次?！敝械摹?0”增大或減小即可。超聲波發(fā)送功率較大時，測量距離遠，則相應的下限值（盲區(qū)）應設置為高值。試驗板中的聲速沒有進行溫度補償，聲速值為340m/s。從實物測試的總體來說本測距板基本上達到了要求，理想上超聲波測距能達到5到7米左右，而我們所能實現(xiàn)的最大距離只有5.00米，對液面的要求是液面的面積要大。測量結(jié)果受環(huán)境溫度影響。分析原因如下：1.超聲波發(fā)送部份為了簡化電路,沒加設置專門的超聲波驅(qū)動電路,而是用單片機的P3.5輸出端加了一個上拉電阻后就直接驅(qū)動超聲波發(fā)送頭。理論上，驅(qū)電電壓只有5伏

33、。2.本測距板沒設計溫度補償電路，來對測量結(jié)果進行修正。5.2 Proteus的軟件仿真Proteus是一款功能多樣的仿真軟件，其ISIS用來做仿真很方便，尤其是單片機設計的仿真，我們在設計的一開始，用Protenus來仿真我們的設計，以便對設計的正確性和簡便性做出判斷。由于Protenus軟件里沒有超聲波的仿真模型，我便用電容代替。用Proteus繪制好的電路圖導入程序，然后執(zhí)行仿真。6總 結(jié)文中設計的液位測距系統(tǒng)是基于AT89C2051單片機為核心控制器，采用了TCT40-16T/R1壓電陶瓷超聲傳感器。由單片機的P 3 .5口控制超聲波的發(fā)射經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到40kHz的正弦波

34、，由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負跳變，輸入單片機的P3腳。從調(diào)試過程和調(diào)試結(jié)來果看，雖然沒有出現(xiàn)預期的結(jié)果顯示，但是經(jīng)過了一番的排查，找到了問題的根源，鑒于調(diào)試時間的緊迫性，未能及時更換模塊解決問題，確實有些遺憾，但是通過一些列的設計，從硬件電路到軟件部分設計，再小到編程的細節(jié)問題，自己確實學到了很多。任何系統(tǒng)設計都或多或少存在著一定的誤差，而文中設計的液位測距系統(tǒng)也不例外。對于誤差的分析，相信隨著超聲波測距集成模塊的技術(shù)改進誤差會隨之減少。就本系統(tǒng)設計而言，由于軟件部分采用的是匯編語言編程，在時間的準確度上做到很好，但在數(shù)據(jù)處理上采用

35、了很多的近似處理，從而給測量結(jié)果帶來了一定的誤差。針對這種情況，可以考慮采用匯編與C語言相結(jié)合來編程，充分利用兩者的優(yōu)勢來少測量誤差。參考文獻1馬瑩,鄭文斌.基于單片機的超聲波液位檢測系統(tǒng)設計J.海峽科學，2007（10）2張敏,寇為剛.基于超聲波的自動測距系統(tǒng)設計J.自動化技術(shù)與應用，2011（04）3趙廣濤,程蔭杭.基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設計J.微計算機信息，2006（01）4莫德舉,劉艷艷.超聲波液位測量方法的研究J.儀器儀表與分析監(jiān)測，2007（01）5卜英勇.一種高精度超聲波測距方法的研究J.鄭州大學學報，2006（27）6樓然苗,李光飛.單片機課程設計指導M.北京：北京航空航天

36、大學出版社，2007.7 7田志宏,曹建光,劉秀紅.超聲波傳感器在電動輪椅車上的應用研究J.傳感技術(shù)學報，2007（20）8彭翠云,趙廣耀,戎海龍.汽車倒車系統(tǒng)中超聲波測距模塊的設計J.壓電與聲光，2008（30）9孫寶元,楊玉清.傳感器及其應用手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.510應崇福主編.超聲學M.北京：科學出版社，1990附錄一：基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)電原理圖附錄二 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)PCB圖附錄三 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)焊接組裝圖附錄四 基于AT89C2051單片機超聲波測距系統(tǒng)C語言原程序#include &l

37、t;REG2051.H>#define csbout P3_5/超聲波發(fā)送#define csbint P3_7 /超聲波接收#define csbc=0.034#define bg P3_4 unsigned char csbds,opto,digit,buffer3,xm1,xm2,xm0,key,jpjs,ki;/顯示標識unsigned char convert10=0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/09段碼unsigned int s,t,i,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1,sjtz,sja,sjb;b

38、it cl;void csbcj();void delay(i);/延時函數(shù)void scanLED();/顯示函數(shù)void showOnce();/顯示循環(huán)函數(shù)void timeToBuffer();/顯示轉(zhuǎn)換函數(shù)void offmsd();void main()/主函數(shù)EA=1; /開中斷 TMOD=0x11; /設定時器0為計數(shù)，設定時器1定時ET0=1; /定時器0中斷允許 ET1=1; /定時器1中斷允許 TH0=0x00;TL0=0x00;TH1=0x9E;TL1=0x57;csbds=0;csbint=1;csbout=1;cl=0;opto=0xff;sj1=25;sj2=10

39、0;sj3=400;ki=0;TR1=1; /設定時值1為20ms while(1) csbcj();/調(diào)用超聲波測距程序if(s>sj3)/大于時顯示"CCC"buffer2=0x39;buffer1=0x39;buffer0=0x39;else if(s<sj1)/小于時顯示"- - -"buffer2=0x40;buffer1=0x40;buffer0=0x40;else timeToBuffer();/調(diào)用轉(zhuǎn)換段碼功能模塊offmsd();/調(diào)用判斷百位數(shù)為零模塊，百位為零時不顯示 scanLED();/調(diào)用顯示函數(shù)void scanLED() /顯示功能模塊 digit=0x04; for( i=0; i<3; i+) /3位數(shù)顯示 P3=digit&opto; /依次顯示各位數(shù) P1=bufferi; /顯示數(shù)據(jù)送P1口 del