基于單片機(jī)的液位監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、【精品】基于單片機(jī)的液位監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的液位監(jiān)控系統(tǒng)是一種利用超聲波技術(shù)電子技術(shù)電磁開關(guān)技術(shù)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸式液位測(cè)量和控制系統(tǒng)能夠在某些特定場(chǎng)合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用在工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制等方面得到了廣泛應(yīng)用近些年來(lái)工業(yè)水平的不斷發(fā)展對(duì)液位測(cè)量的精度廣度和抗干擾性提出了越來(lái)越高的要求超聲波測(cè)距技術(shù)本身也在不斷的完善和發(fā)展測(cè)距儀更趨向小型化和智能化逐步實(shí)現(xiàn)了高精確度高可靠性安全性和多功能化本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是以單片機(jī)為主控制器開發(fā)一個(gè)基于單片機(jī)的液位監(jiān)控系統(tǒng)可測(cè)量并顯示液位還可以通過(guò)單片機(jī)控制把液位限定在某一范圍內(nèi)在單片機(jī)控制失效的情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒工作人員進(jìn)行

2、手動(dòng)控制研究?jī)?nèi)容包括超聲波測(cè)距的基本原理與方法精度影響因素的分析與解決辦法單片機(jī)對(duì)閥門的控制方法監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件流程設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)完成之后提供一套可以使用的超聲波測(cè)距儀測(cè)量范圍和測(cè)量精度滿足一般工業(yè)應(yīng)用需要設(shè)計(jì)完成之后應(yīng)提供一套可以用于一般工業(yè)生產(chǎn)的液位監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程可以綜合運(yùn)用傳感器單片機(jī)電子電路和程序設(shè)計(jì)方面的知識(shí)鍛煉和提高動(dòng)手能力參與科研工作的能力關(guān)鍵詞單片機(jī) 超聲波 測(cè)距 液位監(jiān)控AbstractThe monolithic machine-based liquid place supervisory control system the main bod

3、y of a book is designed has been that one kind of the contact-type liquid making use of the ultrasonic technology electron technology electromagnetism switch technology to realize combining with coming each other place measures and controls system has been able to be put into use under some speciall

4、y appointed occasion or environment is comparatively very bad situation has got extensive use in the field of industry monitoring and controlling and so on Horizontal uninterrupted growth of industry has brought forward the more and more high request to accuracy extent and anti-interference sex that

5、 the liquid place measures in recent year self cant be in the ultrasonic distance measurement technology perfect ceaseless and developed the range finder is incline to minaturized and intellectualized step by step have realized high precision high reliability security and multifunctional-rizationThi

6、s designs primary mission is by the monolithic integrated circuit primarily controller develops one based on monolithic integrated circuits fluid position supervisory system measurable quantity and disclosing solution position but may also through the monolithic integrated circuit control the fluid

7、position define that in some scope the situation which expires in the monolithic integrated circuit control after-crops the alarm the reminder staff carries on the hand control Research content including ultrasonic rangings basic principle and method precision influencing factor analysis and solutio

8、n monolithic integrated circuit to valve control method supervisory systems overall plan design hardware design software flow design and so on After the design completes provides the ultrasonic wave distance gauge which a set may use the measuring range and the measuring accuracy meet the general in

9、dustrial application needs After the design completes should provide a set to be possible to use in the general industrial production the fluid position supervisory system Through graduation projects entire process may synthesize the utilization sensor the monolithic integrated circuit the electroni

10、c circuit and the programming aspect knowledge the exercise and enhancement beginning ability participation scientific effort abilityKeywordsMonolithic machine Ultrasonic Distance measurement The place monitors liquid摘 要1Abstract21 緒 論111意課題的提出和義1111 課題的提出1112 課題意義112 國(guó)內(nèi)外液位監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀113 國(guó)內(nèi)外超聲波測(cè)距方面的研究

11、現(xiàn)狀314 本文的主要內(nèi)容32 超聲波液位測(cè)量的理論基礎(chǔ)521 超聲波的定義522 超聲波的物理特性5221 超聲波的類型5222 超聲波的傳播523 超聲波液位測(cè)量原理624 超聲波測(cè)距原理6241 超聲波回波檢測(cè)法6242 發(fā)射脈沖波形7243 超聲波渡越時(shí)間的計(jì)量方法分析725 超聲波接收發(fā)射裝置83 超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1031 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1032 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)11321 超聲波頻率的選擇11322 單雙探頭的選擇11323 超聲波發(fā)射電路11324 超聲波的接收和處理單元15325 溫度補(bǔ)償單元18326 顯示電路設(shè)計(jì)23327 鍵盤電路設(shè)計(jì)24328 電磁閥

12、控制電路設(shè)計(jì)24329 報(bào)警電路設(shè)計(jì)253210 系統(tǒng)控制單元2533 電源電路的設(shè)計(jì)27331 直流穩(wěn)壓電源的組成27332 直流穩(wěn)壓電源的分類27333 系統(tǒng)供電電源的設(shè)計(jì)2834 液位監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)30341 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)思想30342 主程序流程設(shè)計(jì)30343 測(cè)溫子程序設(shè)計(jì)30344 按鍵子程序設(shè)計(jì)35345 顯示子程序設(shè)計(jì)3535 抗干擾設(shè)計(jì)384 超聲波測(cè)液位的誤差分析3941 環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響39411 溫度對(duì)聲速的影響39412 濕度對(duì)超聲波衰減程度的影響4142 儀器電路對(duì)測(cè)量的影響41421 硬件電路引起的時(shí)間誤差及修正41422 觸發(fā)時(shí)間引起的誤差415 總結(jié)4

13、3致 謝44參考文獻(xiàn)45附圖146附圖2471 緒 論11意課題的提出和義111 課題的提出在日常生產(chǎn)和生活中常遇到液位的監(jiān)測(cè)問(wèn)題尤其在許多工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中需要對(duì)系統(tǒng)的液位或物料位進(jìn)行監(jiān)測(cè)特別是對(duì)具有腐蝕性的液體液位的測(cè)量傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極通過(guò)給電脈沖來(lái)檢測(cè)液面電極長(zhǎng)期浸泡在液體中極易被腐蝕電解失去靈敏性因而對(duì)測(cè)試設(shè)備的抗腐蝕性要求較高超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)利用了超聲波傳感技術(shù)的原理采取一種非接觸式的測(cè)量方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)中液位或物料位的檢測(cè)而且超聲波具有很好的指向性和束射特性人耳聽不見一般不會(huì)對(duì)人體造成傷害監(jiān)控工程實(shí)施方便迅速易做到實(shí)時(shí)控制而且測(cè)量精度又能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求所以有廣

14、泛的應(yīng)用前景目前液位的檢測(cè)越來(lái)越受到重視隨著人們生活水平和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高檢測(cè)的精度和實(shí)時(shí)性要求也越來(lái)越高另外還要求系統(tǒng)能提供對(duì)液位的自動(dòng)控制功能也就是說(shuō)今后液位的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的研究將是一個(gè)重要的課題112 課題意義為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度改善工人的工作環(huán)境節(jié)省財(cái)力物力避免資源的浪費(fèi)特別是對(duì)一些具有高溫高壓低溫低壓有輻射性毒性易揮發(fā)易爆等液體就要對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)而且液位的檢測(cè)顯得尤為重要而對(duì)于這些影響身體健康的液體不易在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行檢測(cè)必須通過(guò)一定的技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控12 國(guó)內(nèi)外液位監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀儲(chǔ)罐液位測(cè)量來(lái)源于石油和化工業(yè)是工業(yè)測(cè)量中極為廣闊的領(lǐng)域準(zhǔn)確的液位測(cè)量是生產(chǎn)過(guò)程控制的重要手段早期由于工

15、業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模不大儲(chǔ)罐液位測(cè)量主要采用法蘭式液位變送器和吹氣式等機(jī)械式測(cè)量方法但隨著生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大所需的儲(chǔ)罐數(shù)量變多體積變大原先的測(cè)量方法的弊端愈發(fā)變得突出其缺點(diǎn)如下1 法蘭式液位變送器需要保溫施工及維護(hù)工作量較大 2 吹氣式用的吹氣管要特殊訂貨且還要定期更換維護(hù)工作量較大吹氣式要消耗儀表氣有能耗它還需要敷設(shè)氣源管安裝及維護(hù)工作量較大這一系列問(wèn)題的解決有待于新的測(cè)量方法的出現(xiàn)從上世紀(jì)八十年代開始一些發(fā)達(dá)國(guó)家就借助微電子計(jì)算機(jī)光纖超聲波傳感器等高科技的研究成果將各種新技術(shù)新方法應(yīng)用到儲(chǔ)罐測(cè)量領(lǐng)域電子式測(cè)量方法便是其中的重要成果之一在電子式液位測(cè)量方法中有許多新的測(cè)量原理包括壓電式應(yīng)變式雷達(dá)

16、式超聲波式浮球式電容式磁致伸縮式伺服式混合式等二十多種測(cè)量技術(shù)由于該方法測(cè)量精度高可靠性強(qiáng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)安裝維護(hù)簡(jiǎn)單因而正在逐步取代舊的機(jī)械式液位測(cè)量方法據(jù)202年美國(guó)市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明電子式測(cè)量?jī)x的使用率占市場(chǎng)的76左右機(jī)械式僅占15用于儲(chǔ)罐液位測(cè)量的眾多電子式技術(shù)中壓電式超聲波式應(yīng)變式浮球式電容式五種測(cè)量技術(shù)應(yīng)用最為廣泛約占總數(shù)的60以上其中超聲波式測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用份額預(yù)計(jì)在2007年占到最大超聲波液位測(cè)量有很多優(yōu)點(diǎn)它不僅能夠定點(diǎn)和連續(xù)檢測(cè)液位而且能夠方便地提供遙控或遙控所需的信號(hào)與放射性技術(shù)相比超聲技術(shù)不需要防護(hù)與目前的激光測(cè)量液位技術(shù)相比超聲方法比較簡(jiǎn)單而且價(jià)格較低一般說(shuō)來(lái)超聲波測(cè)位技術(shù)不需要

17、有運(yùn)動(dòng)的部件所以在安裝和維護(hù)上有很大的優(yōu)越性特別是超聲測(cè)位技術(shù)可以選用氣體液體或固體來(lái)作為傳聲媒質(zhì)因而有較大的適應(yīng)性所以在測(cè)量要求比較特殊一般測(cè)位技術(shù)無(wú)法采用時(shí)超聲測(cè)位技術(shù)往往仍能適用當(dāng)然各種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在特定的場(chǎng)合某種方法很可能比超聲方法更為有效或經(jīng)濟(jì)例如在測(cè)量要求比較一般時(shí)機(jī)械浮子方法就比超聲方法更加經(jīng)濟(jì)在精度要求特別高的某些情況下光學(xué)測(cè)距或激光測(cè)距可能比超聲方法更為精密13 國(guó)內(nèi)外超聲波測(cè)距方面的研究現(xiàn)狀 隨著超聲波技術(shù)研究的不斷深入再加上其具有的高精度無(wú)損非接觸等優(yōu)點(diǎn)超聲波的應(yīng)用變得越來(lái)越普及根據(jù)超聲波原理制成的測(cè)量?jī)x器也越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外對(duì)超聲波測(cè)距儀研究主要在大量程測(cè)距高精度測(cè)

18、距以及測(cè)距儀的智能化和網(wǎng)絡(luò)化等幾個(gè)方向 澳大利亞HAWK公司HPAWK系列產(chǎn)品使超聲波測(cè)距技術(shù)有了重大的突破她不僅拓寬了擦超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合適用極惡劣的工作環(huán)境而且適用智能調(diào)節(jié)技術(shù)大大提高了超聲波產(chǎn)品的可靠性及性能指標(biāo)讓用戶使用無(wú)后顧之憂智能的全自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)波頻率自動(dòng)的溫差補(bǔ)償功能使其工作更加穩(wěn)定可靠HPAWK系列產(chǎn)品還擁有靈活多樣的通訊方式可編程故障保護(hù)模式它還擁有先進(jìn)的遠(yuǎn)程GSMCDMA互聯(lián)網(wǎng)調(diào)試功能使得用戶隨時(shí)可以得到技術(shù)支持它以其尖端的技術(shù)穩(wěn)定可靠的工作質(zhì)量在化工電力冶金煤礦輕工碼頭汽車等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 國(guó)內(nèi)在超聲波測(cè)距儀的研究國(guó)內(nèi)相對(duì)落后一些但也出現(xiàn)了很多功能和性能都很不錯(cuò)的

19、產(chǎn)品技術(shù)上也有很大的發(fā)展不過(guò)尖端的產(chǎn)品和技術(shù)都不是應(yīng)用最多的應(yīng)用最多的就是適用型的技術(shù)和產(chǎn)品以最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)合乎要求的功能14 本文的主要內(nèi)容本文的主要任務(wù)是以單片機(jī)為主控制器開發(fā)一個(gè)基于超聲波測(cè)距的液位監(jiān)控系統(tǒng)可測(cè)量并顯示距離還可以通過(guò)單片機(jī)控制把液位限定在某一范圍內(nèi)在單片機(jī)控制失效的情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒工作人員進(jìn)行手動(dòng)控制研究設(shè)計(jì)內(nèi)容包括一超聲波測(cè)距的基本原理與方法二超聲波監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)三超聲波測(cè)距電路的設(shè)計(jì)四控制電路設(shè)計(jì)五系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)六電源電路的設(shè)計(jì)七PCB布線及硬件抗干擾設(shè)計(jì)八超聲波測(cè)距的誤差分析設(shè)計(jì)完成之后提供一個(gè)可以應(yīng)用于一般工業(yè)的完整的超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

20、測(cè)量范圍和測(cè)量精度滿足一般工業(yè)應(yīng)用需要通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程可以綜合運(yùn)用傳感器單片機(jī)電子電路和程序設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)鍛煉和提高科研的能力2 超聲波液位測(cè)量的理論基礎(chǔ)21 超聲波的定義人們所感覺到的聲音是機(jī)械波傳到人耳引起耳膜振動(dòng)的反應(yīng)能引起人們聽覺的機(jī)械波頻率在20Hz20kHz超聲波是頻率大于20kHz的機(jī)械波在通常的超聲波測(cè)距系統(tǒng)中用電脈沖激勵(lì)超聲探頭的壓電晶片使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)這種振動(dòng)在與其接觸的介質(zhì)中傳播形成超聲波22 超聲波的物理特性221 超聲波的類型根據(jù)波動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向的不同關(guān)系可將波動(dòng)分為多種波型在超聲波檢測(cè)中主要應(yīng)用的波型有縱波橫波表面波 瑞利波 和蘭姆波本文主要

21、應(yīng)用的是超聲縱波222 超聲波的傳播在超聲波傳播過(guò)程中被超聲所充滿的空間稱為超聲場(chǎng)與超聲波的波長(zhǎng)相比如果超聲場(chǎng)很強(qiáng)這時(shí)超聲波就像處在一種無(wú)限的媒介中超聲波自由地向外擴(kuò)散反之如果超聲波的波長(zhǎng)與相鄰媒介的尺寸相近則超聲波受界面限制不能自由地向外擴(kuò)散用來(lái)描述超聲場(chǎng)的特征量主要包括聲速聲壓聲強(qiáng)以及媒介的特征阻抗等等超聲場(chǎng)的物理性質(zhì)主要有反射與折射衰減與吸收疊加與干涉等由于超聲波也是一種聲波超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)理論上在13的海水里聲音的傳播速度為1500ms在鹽度水平為35深度為Om溫度為0的環(huán)境下聲波的速度為14493ms聲音在25空氣中傳播速度的理論值為344ms這個(gè)速度在0時(shí)降

22、為334ms聲波傳輸距離首先和大氣的吸收性有關(guān)其次溫度濕度大氣壓也是其中的因素而這些因素對(duì)大氣中聲波衰減的效果比較明顯溫度是和其他常數(shù)一樣決定聲音速度的第二因素它和溫度的關(guān)系可以用以下公式來(lái)表示C 33145061T 米秒 在使用時(shí)如果溫度變化不大則可認(rèn)為聲速是基本不變的如果測(cè)距精度要求很高則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ曀俅_定后只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間即可求得距離這就是超聲波測(cè)距系統(tǒng)的機(jī)理23 超聲波液位測(cè)量原理超聲波液位測(cè)量其實(shí)就是要測(cè)量超聲波測(cè)距儀到頁(yè)面的距離如果超聲波測(cè)距儀安裝在底部測(cè)得的距離即為液位高度如果超聲波測(cè)距儀安裝在液面上方需要通過(guò)換算來(lái)算得液位高度液罐總高度減去測(cè)得的距離即

23、為液位高度本文選擇把測(cè)距儀安裝在液面上面測(cè)距儀安裝相對(duì)方便些24 超聲波測(cè)距原理241 超聲波回波檢測(cè)法超聲波測(cè)距的方法有多種如相位檢測(cè)法聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法臥勸相位檢測(cè)法雖然精度高但檢測(cè)范圍有限聲波幅值法易受反射波的影響在超聲檢測(cè)技術(shù)特別是超聲測(cè)量技術(shù)中使用最廣泛的是超聲波回波檢測(cè)法通過(guò)測(cè)量超聲波經(jīng)反射放大后到達(dá)接收端的時(shí)間與發(fā)射時(shí)間之差實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量稱為TOF Time of Flight 方法也叫渡越時(shí)間法渡越時(shí)間法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單被廣泛的應(yīng)用于聲學(xué)測(cè)距系統(tǒng)它的原理是超聲波發(fā)射器發(fā)出單個(gè)或一組超聲波脈沖在發(fā)射時(shí)刻同時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)超聲波在空氣中傳播途中遇到被測(cè)目標(biāo)經(jīng)過(guò)反射到達(dá)超聲波接收端

24、此時(shí)停止計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)得到的時(shí)間t就是超聲波在發(fā)射器和被測(cè)目標(biāo)之間來(lái)回傳播的時(shí)間242 發(fā)射脈沖波形超聲測(cè)距常用的發(fā)射脈沖波形如圖2-1所示有單個(gè)尖脈沖衰減振蕩脈沖窄等幅波列脈沖和寬等幅波列脈沖由于媒介中超聲波的衰減系數(shù)是頻率的函數(shù)同一發(fā)射的脈沖波中不同頻率成分的波將以不同的群速度傳播這使得脈沖波形將隨著傳播距離的增大而發(fā)生畸變并且這種畸變程度隨距離的增加而變得顯著在要求分辨力較高和盲區(qū)較短的超聲測(cè)量技術(shù)中一般使用寬度較窄的脈沖波但脈沖越窄則頻譜分量越豐富波形畸變?cè)絿?yán)重在要求傳播距離較遠(yuǎn)的超聲測(cè)量技術(shù)中則傾向采用較寬的等幅脈沖波由于維持振動(dòng)的周期數(shù)較多寬等幅脈沖波的頻譜分量較純些能量較大畸變較小所

25、以適合于傳播較遠(yuǎn)的距離圖2-1 超聲波測(cè)距常用發(fā)射脈沖波形243 超聲波渡越時(shí)間的計(jì)量方法分析根據(jù)超聲波測(cè)距的原理發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波在媒介中傳播到物體表面經(jīng)過(guò)反射后再通過(guò)媒介返回到接收換能器通過(guò)測(cè)量超聲波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間 根據(jù)媒介中的聲速 v 就能計(jì)算出從換能器到物體表面之間的距離 L 被測(cè)距離的表達(dá)式 2-8由上式計(jì)算出測(cè)量誤差 2-9式中 -測(cè)距誤差-聲速t-時(shí)間測(cè)量誤差-聲速誤差 如果要求測(cè)量誤差小于001米由于超聲波在20時(shí)的速度為344ms忽略聲速誤差則 2-10 顯然直接測(cè)量的方法是行不通的所以采用脈沖計(jì)數(shù)的方法間接測(cè)量被測(cè)時(shí)間就可以滿足高精度要求25 超聲波接收發(fā)射裝置

26、以超聲波為檢測(cè)手段包括發(fā)射超聲波和接收超聲波并將接收的超聲波轉(zhuǎn)換成電量輸出的裝置稱為超聲波傳感器習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭常用的超聲波傳感器有兩種即壓電式超聲波傳感器域稱壓電式超聲波探頭 和磁致式超聲波傳感器本論文采用的是壓電式超聲波傳感器主要由超聲波發(fā)射器 或稱發(fā)射探頭 和超聲波接收器 或稱接收探頭 兩部分組成它們都是利用壓電材料 如石英壓電陶瓷等 的壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的利用逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生超聲波以此作為超聲波的發(fā)射器而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以此作為超聲波的接收器一般壓電式超聲波換能器有兩個(gè)共振頻率低頻共振頻率叫串聯(lián)共振頻率 此時(shí)阻耗

27、R 最小用于發(fā)送超聲波高頻的共振頻率稱為逆共振頻率 a 主要是產(chǎn)生共振用于接收超聲波而在串聯(lián)共振頻率 處發(fā)送靈敏度最高在逆共振頻率 a 處接收靈敏度最高所以選用一對(duì)超聲波換能器使其效率最高超聲波傳感器產(chǎn)生振蕩的方法很多主要有以下幾種阿1由外部電路產(chǎn)生振蕩如NE555低頻振蕩器調(diào)制40kH之的高頻信號(hào)高頻信號(hào)通過(guò)超聲波傳感器以聲能形式輻射出去 2 使用工業(yè)用小功率超聲波收發(fā)控制集成電路LM1812驅(qū)動(dòng)發(fā)送超聲波傳感器振蕩 3 采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器或直接使用程序產(chǎn)生固定的脈沖通過(guò)放大處理后驅(qū)動(dòng)發(fā)送超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波3 超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的超聲波液位監(jiān)控系

28、統(tǒng)工作原理框圖如圖3-1所示該系統(tǒng)由AT89C2051 單片機(jī)超聲波發(fā)射電路接收放大電路環(huán)境溫度采集電路報(bào)警電路控制鍵盤控制電路及顯示電路組成AT89C2051 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件協(xié)調(diào)各部件的工作發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊振蕩源和放大驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)控制發(fā)射模塊產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器每次發(fā)射包含若干個(gè)脈沖發(fā)射持續(xù)約015ms當(dāng)?shù)谝粋€(gè)超聲波脈沖發(fā)射后計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)在檢測(cè)到第一個(gè)回波脈沖的瞬間計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)這樣就能夠得到從發(fā)射到接收的時(shí)間t溫度采集電路也將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)采集送到單片機(jī)中提供計(jì)算距離時(shí)對(duì)超聲波傳播速度的修正最終單片機(jī)利用公式s 12vt和v 3315 0607T計(jì)算出被

29、測(cè)距離然后與系統(tǒng)預(yù)設(shè)距離比較如果小于預(yù)設(shè)最低液位或者大于預(yù)設(shè)最高液位單片機(jī)進(jìn)行液體流入流出自動(dòng)控制當(dāng)液位變化過(guò)快或者其他單片機(jī)無(wú)法進(jìn)行液位控制的情況下單片機(jī)啟動(dòng)報(bào)警電路通知工作人員進(jìn)行人為干預(yù)完成這些步驟進(jìn)行第二次超聲波發(fā)射在這過(guò)程中單片機(jī)顯示電路不斷的更新顯示的液位值其中控制鍵盤可以控制系統(tǒng)的液位變化范圍最高液位h1和最低液位h2和報(bào)警參數(shù)h超出極限低液位或極高液位認(rèn)為單片機(jī)不能完成自動(dòng)控制32 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)321 超聲波頻率的選擇超聲波發(fā)散角10米超聲波測(cè)距精度和超聲波頻率成正比因此頻率過(guò)低會(huì)影響測(cè)距精度根據(jù)一般工業(yè)需要結(jié)合其它因素本系統(tǒng)采用40 KHz左右的頻率322 單雙探

30、頭的選擇如果使用單超聲波探頭將會(huì)影響最小測(cè)量距離而且可能會(huì)在轉(zhuǎn)換時(shí)有噪聲產(chǎn)生因此本系統(tǒng)采用收發(fā)分離雙超聲波探頭323 超聲波發(fā)射電路1超聲波發(fā)射電路功能發(fā)射電路目的為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號(hào)依據(jù)電路需要發(fā)射電路滿足下列要求 振蕩電路振蕩頻率可調(diào) 驅(qū)動(dòng)能力較高 IO口控制口2超聲波振蕩電路當(dāng)加載在超聲波傳感器的兩端的信號(hào)頻率與其固有頻率為同一頻率時(shí)發(fā)生共振電信號(hào)電能能高效率的轉(zhuǎn)化為機(jī)械聲波機(jī)械能一般廠家生產(chǎn)的超聲波傳感器標(biāo)識(shí)的固有頻率是40KHz實(shí)際有偏差如40士05KHz故設(shè)計(jì)可調(diào)頻率振蕩電路以便將信號(hào)頻率調(diào)到超聲波傳感器的固有頻率上蕩電路有多種設(shè)計(jì)方案方案選擇如下方案一利用非門或

31、與非門和電阻一起構(gòu)成振蕩電路如圖3-2所示圖3-2 非門和電阻電容組成的振蕩電路這個(gè)電路組成的是最簡(jiǎn)單的振蕩器這種振蕩器特點(diǎn)是T 1423 R×C且電源波動(dòng)將使頻率不穩(wěn)定適合小于100KHz的低頻振蕩情況此振蕩是上電振蕩不方便控制方案二采用兩三極管和電阻電容構(gòu)成的振蕩器如圖3-3所示方案三LC三點(diǎn)振蕩電路如圖3-4所示圖 3-3 三極管和電阻電容構(gòu)成的振蕩器方案四555芯片組成振蕩電路如圖3-5所示555芯片振蕩電路外圍元件少電路簡(jiǎn)單振蕩頻率可調(diào)可產(chǎn)生方波和三角波可調(diào)整波形占空比在很多電路中都用到如圖3-5所示圖3-4 LC三點(diǎn)振蕩電路圖 3-5 555芯片組成振蕩電路上面幾個(gè)振蕩電

32、路都是很實(shí)用的電路外圍元件少電路簡(jiǎn)單芯片驅(qū)動(dòng)能力大振蕩輸出的信號(hào)為方波信號(hào)考慮系統(tǒng)需要和方便本文中的振蕩電路選方案四用555芯片和外圍元件構(gòu)成振蕩電路此電路穩(wěn)定且易控制本文中采用的555芯片振蕩電路 頻率的計(jì)算如下RA 15K RB 15K C 1000pFTL 069x RBx C 069x15x103x1000x 10-12 10secTH 069 x RA RB x C 069 x 165 x 103 x 1000 x 10-12 11secf 1 TL TH 1 1035 1139 x 10-6 460 KHz 3超聲波驅(qū)動(dòng)電路原理圖驅(qū)動(dòng)電路目的為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)

33、電路要求產(chǎn)生出具有一定功率一定脈沖寬度和一定頻率的超聲電脈沖去激勵(lì)發(fā)射器由發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為超聲機(jī)械波機(jī)械能驅(qū)動(dòng)電路有幾種方案如下采用專用芯片驅(qū)動(dòng)由分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路其價(jià)格便宜元件普通調(diào)試方便采用變壓器提升電壓增加驅(qū)動(dòng)能力采用非門并接利用芯片的驅(qū)動(dòng)能力聲波在空氣中傳播受空氣介質(zhì)影響距離越大衰減越大為能接收遠(yuǎn)距離得回波采取有效措施有增加驅(qū)動(dòng)功率減小聲波頻率 頻率越低衰減越慢 本文采用變壓器升壓增加驅(qū)動(dòng)能力整個(gè)發(fā)射電路由555振蕩電路晶體管放大電路變壓器以及壓電超聲波傳感器組成40kHz振蕩信號(hào)由555集成塊和周圍電路產(chǎn)生然后送至放大電路驅(qū)動(dòng)壓電傳感器發(fā)出一系列的脈沖群每一個(gè)脈沖群持續(xù)時(shí)間大約

34、為015ms 左右信號(hào)經(jīng)過(guò)三級(jí)管放大再經(jīng)過(guò)阻抗匹配電路即變壓器 變壓器輸入輸出比110 后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射換能器兩端就加上了高電壓內(nèi)部的壓電晶片開始震動(dòng)經(jīng)過(guò)壓電換能器將發(fā)出40kHZ的脈沖超聲波具體電路如圖3-6所示圖 3-6 超聲波發(fā)射電路324 超聲波的接收和處理單元 1 超聲波接收電路功能根據(jù)電路需求需要接收放大電路滿足以下要求微弱信號(hào)放大放大倍數(shù)要求從mv到V波形整形如圖3-7所示超聲波接收器將接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) 正弦波 信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大以后被送入電壓比較器進(jìn)行比較電壓比較器輸出的方波信號(hào)直接輸入INT0中斷口該低電平作為AT89c51外部中斷0的中斷信號(hào)使AT89C51

35、產(chǎn)生中斷在中斷服務(wù)程序中停止計(jì)數(shù)器T0的計(jì)時(shí)并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)由此可見接收電路完成了超聲波回波信號(hào)的換向識(shí)別轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大和整形以及產(chǎn)生中斷信號(hào)等功能如圖3-7進(jìn)行波形處理圖3-7 接收電路信號(hào)變化關(guān)系圖2超聲波接收電路電路微弱信號(hào)需要放大整形因此接收部分電路主要由放大電路電壓比較電路構(gòu)成根據(jù)所用的TR40-16型超聲波傳感器的資料以及在實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時(shí)有一部分聲波從發(fā)射器直接傳到接收器這部分信號(hào)直接加到回波信號(hào)中干擾回波信號(hào)的檢測(cè)此問(wèn)題在軟件中處理超聲波接收電路將接收換能器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行濾波放大檢波整形來(lái)得到大幅值電信號(hào)供單片機(jī)INT0端口辨識(shí)接收電路可采用新

36、產(chǎn)品專用集成電路也可用傳統(tǒng)的濾波放大檢波整形的電路過(guò)去均采用分立元件構(gòu)成現(xiàn)在可以用專用超聲波接收集成電路來(lái)代替還可以使用價(jià)格便宜的極普通的Mpc08C作為超聲波的放大電路采用獨(dú)特的連接方式可獲得非常好的應(yīng)用效果通過(guò)比較幾個(gè)電路用集成芯片固然能簡(jiǎn)單快捷外圍元件少但是通過(guò)多級(jí)運(yùn)放作為放大電路能改變放大倍數(shù)能適應(yīng)小信號(hào)的采集綜合因素考慮本論文中采用圖3-8所示的電路即采用運(yùn)算放大器TL084CN構(gòu)成放大電路當(dāng)頻率為40KHz時(shí)理論上極限放大約1000倍但實(shí)際工作中不可能讓放大器工作于極限狀態(tài)放大倍數(shù)過(guò)高易產(chǎn)生自激振蕩因此采用兩極放大每級(jí)放大倍數(shù)455倍 放大電路兩級(jí)放大放大倍數(shù)分別為455×

37、;4 55 在此電路中R108并接接收器兩端其目的取微弱信號(hào)為電壓信號(hào)供放大電路放大放大電路的輸入阻值為18M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100K靈敏度高放大電壓幅值為25士1V士1V隨距離遠(yuǎn)近而變化 C108連接前后兩極放大阻兩極間直流通兩極間交流 運(yùn)放芯片采用TL084供電電壓為9V單電壓供電 在接收器的輸入端接入25V是為了將微弱信號(hào)加載在25V使信號(hào)更有利于放大除去不必要的干擾圖3-8 由TL084集成運(yùn)放兩級(jí)放大接收電路 比較電路的設(shè)計(jì)比較電路目的是將mV級(jí)的微弱信號(hào)放大后的V級(jí)信號(hào)整形成能為INT0辨識(shí)的脈沖信號(hào)本文是下降沿引起中斷根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想要將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU識(shí)別的高低中斷信號(hào)所以在

38、對(duì)回波信號(hào) 正弦波 經(jīng)過(guò)兩次放大以后需要將正弦波整形成方波于是后面接了一個(gè)電壓比較電路考慮輸入頻率為40KHz采用了集成電壓比較器LM393LM393具有低偏置電流和失調(diào)電流 典型值分別為100nA和6nA 其響應(yīng)速度為200ns可用單電源供電 如5V 也可用雙電源供電 如±12V 在本系統(tǒng)中采用了5V單電源供電通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察LM393輸出信號(hào)符合設(shè)計(jì)要求單片機(jī)INT0端口識(shí)別引腳1處標(biāo)準(zhǔn)下降沿具體電路如圖3-9所示圖3-9 LM393構(gòu)成比較電路如圖3-9所示放大后的信號(hào)由LM393第2腳進(jìn)入在第3腳是25V有一個(gè)電容電阻接入的比較基準(zhǔn)電壓由于R2電阻可調(diào)4即根據(jù)輸入的信號(hào)可以調(diào)節(jié)基

39、準(zhǔn)電壓可以有效地防止千擾LM393是9V 可調(diào) 供電需要在輸出端口接上一個(gè)上拉電阻R3該電阻由5V供電將9V高電平拉低到5V高電平供單片機(jī)INTO端口識(shí)別 完整的超聲波接收和處理電路如圖3-10所示325 溫度補(bǔ)償單元1補(bǔ)償目的聲波在介質(zhì)中的速度受介質(zhì)介質(zhì)溫度影響在本課題中介質(zhì)是空氣空氣顆粒較小對(duì)超聲波衰減影響較小忽視其帶來(lái)的影響但空氣溫度變化影響較大不容忽視圖3-10 超聲波的接收和處理電路2DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比 他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的

40、數(shù)字值讀數(shù)表方式可以分別在93175ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量 并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線 單線接口 讀寫 溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線 總線本身也可以向所掛接的DS18 B20供電 而無(wú)需額外電源因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單 可靠性更高他在測(cè)溫精度轉(zhuǎn)換時(shí)間傳輸距離分辨率等方面較DS1820 有了很大的改進(jìn) 給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-11所示64b閃速ROM 的結(jié)構(gòu)如下8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼1

41、0HMSB LSBMSB LSBMSB LSB圖3-11DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào) 接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào) 共有48 位 最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼 這也是多個(gè)DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因 非易市失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL 可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限 高速暫存存儲(chǔ)器DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2RAM后者用于存儲(chǔ)TH TL值數(shù)據(jù)先寫入RAM 經(jīng)校驗(yàn)后再傳給E2RAM而配置寄存器為高速暫存器中的第5個(gè)字節(jié) 他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率

42、將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值該字節(jié)各位的定義如下TMR1R011111低5位一直都是1 TM是測(cè)試模式位 用于設(shè)置DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式在DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為0 用戶不要去改動(dòng) R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù) 即是來(lái)設(shè)置分辨率 如表3-3所示 DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12 位 表3-3 R1和R0模式表R1R0分辨率分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間ms009位93750110位18751011位275001112位75000由表3-3可見 設(shè)定的分辨率越高 所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)因此 在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外 還有

43、其他8個(gè)字節(jié)組成 其分配如下所示其中溫度信息 第12字節(jié) TH 和TL 值第3 4字節(jié)第68 字節(jié)未用表現(xiàn)為全邏輯1 第9字節(jié)讀出的是前面所有8 個(gè)字節(jié)的CRC 碼 可用來(lái)保證通信正確溫度低位溫度高位T HTL配置保留保留保留8 位CRCLSBMSB當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后 開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1 2 字節(jié)單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù) 讀取時(shí)低位在前 高位在后 數(shù)據(jù)格式以010625LSB形式表示溫度值格式如下232221202-12-22-32-4MSBLSB SSSSS262524MSBLSB對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)

44、算 當(dāng)符號(hào)位S 0時(shí) 直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制當(dāng)S 1時(shí) 先將補(bǔ)碼變換為原碼再計(jì)算十進(jìn)制值表3-4是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值表3-4部分溫度值溫度二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示 12500000111 01000007D0H 25062500000001 100100010191H 0500000000 000010000008H000000000 000000000000H- 0511111111 11111000FFF8H- 25062 511111110 01101111FE6FH-5511111100 10010000FC90HDS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后 就把測(cè)得的溫度值與TH TL作比較 若

45、T TH 或T TL 則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位 并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)因此 可用多只DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索DS18B20與單片機(jī)的接口電路見圖3-13圖 3-13 DS18B20與單片機(jī)的接口326 顯示電路設(shè)計(jì)顯示模塊使用靜態(tài)顯示這樣可以提高單片機(jī)工作效率同時(shí)提高顯示亮度在室外使用時(shí)方便使用者讀取數(shù)據(jù)所謂靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示某一字符時(shí)相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止例如7段顯示器的abcdef段導(dǎo)通gdp段截止則顯示0這種顯示方法的都需要有一個(gè)8位輸出口控制對(duì)于51單片機(jī)可以在并行口上擴(kuò)展多片鎖存器74LS573做為靜態(tài)顯示器接口但這樣做相對(duì)麻煩一些本系統(tǒng)直

46、接用四個(gè)IO口連接LED的片選端口靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度高控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)單片機(jī)才執(zhí)行一次顯示子程序這樣大大節(jié)省了單片機(jī)CPU的時(shí)間提高了單片機(jī)的工作效率缺點(diǎn)是位數(shù)多時(shí)硬件開銷太大因此靜態(tài)顯示適合顯示亮度要求高位數(shù)不多的情況下使用 本設(shè)計(jì)中的顯示電路如圖3-10其中七位段碼由單片機(jī)P0口經(jīng)過(guò)鎖存器提供片選信號(hào)由單片機(jī)的P14P17四個(gè)IO口提供圖3-10 顯示電路327 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤采用4×4矩陣式鍵盤接單片機(jī)P2口由程序掃P2口判斷按下的是那個(gè)位置的鍵然后查詢鍵值表執(zhí)行相應(yīng)的功能圖 3-12 鍵盤控制

47、電路328 電磁閥控制電路設(shè)計(jì)液體由管道經(jīng)過(guò)電磁閥注入系統(tǒng)通過(guò)控制電磁閥來(lái)控制液體的注入控制信號(hào)來(lái)自單片機(jī)的P16引腳經(jīng)過(guò)三極管放大來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器電磁閥由繼電器直接控制具體電路如圖3-11所示圖3-11 電磁閥控制電路其中R2R3為限流電阻防止三極管燒壞LED為繼電器工作指示燈二極管D1起到保護(hù)繼電器線圈的作用R4C4和R5共同起到消除繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧329 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器組成由單片機(jī)的P24腳控制經(jīng)過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器測(cè)量的距離超出設(shè)定的距離后由程序?qū)纹瑱C(jī)的P24置1蜂鳴器開始發(fā)聲3210 系統(tǒng)控制單元控制單元由單片機(jī)AT89C51和周圍器件構(gòu)成AT89C51是一個(gè)

48、2k字節(jié)可編程EPROM的高性能微控制器它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的指令和引腳兼容因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案AT89C51有以下特點(diǎn)2k字節(jié)EPROM128字節(jié)RAM15根IO線2 個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)1個(gè)全雙向的串行口并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器具有425V至55V的電壓工作范圍和12MHz24MHz工作頻率同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖掉電和時(shí)鐘電路等此外AT89C51還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式空閑時(shí)CPU停止而讓RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作可掉電保存RAM的內(nèi)容但可使振蕩器停振以禁止芯

49、片所有的其它功能直到下一次硬件復(fù)位AT89C51有2個(gè)16位計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器寄存器Timer0 和Timer1作為一個(gè)定時(shí)器每個(gè)機(jī)器周期寄存器增加1這樣寄存器即可計(jì)數(shù)機(jī)器周期因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期有12個(gè)振蕩器周期所以計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的112作為一個(gè)計(jì)數(shù)器該寄存器在相應(yīng)的外部輸入腳P34T0和P35T1上出現(xiàn)從1至0的變化時(shí)增1由于需要二個(gè)機(jī)器周期來(lái)辨認(rèn)一次1到0的變化所以最大的計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的124可以對(duì)外部的輸入端P32INT0和P33INT1編程便于測(cè)量脈沖寬度的門充分利用AT89C51的片內(nèi)資源即可在很少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的液位監(jiān)控系統(tǒng)C1C2Y4組成時(shí)鐘電路為單片機(jī)工作提供時(shí)鐘脈

50、沖R1C1S1共同組成復(fù)位電路P30與DS18B20相連通過(guò)程序控制完成與DS18B20的通信和對(duì)DS18B20的控制P17接發(fā)射電路的控制信號(hào)接口有單片機(jī)程序控制P17的電平來(lái)完成對(duì)發(fā)射電路的控制P32與接收電路的輸出電平接口相連當(dāng)接收電路輸出低電平的時(shí)候P17引發(fā)中斷P0口接的是顯示電路P16接一個(gè)開關(guān)單片機(jī)程序通過(guò)查詢P16來(lái)控制系統(tǒng)的工作和停止P0口為顯示數(shù)據(jù)接口P10P13為L(zhǎng)ED片選信號(hào)接口通過(guò)程序來(lái)選中其中一個(gè)LED芯片P15為電磁閥控制接口通過(guò)程序控制P15的電平來(lái)控制電磁閥的打開和關(guān)閉P14為報(bào)警電路接口P14高電平啟動(dòng)報(bào)警電路低電平關(guān)閉報(bào)警電路停止報(bào)警P2口為鍵盤接口通過(guò)軟

51、件掃描P2口再查詢鍵值表然后再執(zhí)行相應(yīng)的程序來(lái)完成鍵盤相應(yīng)的功能圖 3-12 系統(tǒng)控制模塊33 電源電路的設(shè)計(jì)331 直流穩(wěn)壓電源的組成 小功率穩(wěn)壓電源是由電源變壓器整流濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成的 其框圖如圖3-12所示 圖3-12直流穩(wěn)壓電源組成框圖220V交流電壓變成所需的交流電壓變壓過(guò)程通常由變壓器來(lái)完成如收錄機(jī)VCD黑白電視機(jī)等設(shè)備的電源大都是用變壓器來(lái)降低電網(wǎng)電壓的 3 濾波器將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除減少交流成分增加直流成分常用的濾波電路有電容濾波電感濾波及阻容濾波等電路 4 穩(wěn)壓電路濾波后的電壓還會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)一般有±10左右的波動(dòng)和隨負(fù)載溫度的變化而變化穩(wěn)壓電路的

52、作用是克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)負(fù)載和溫度變化時(shí)所引起的輸出電壓的變化維持輸出直流電壓穩(wěn)定 332 直流穩(wěn)壓電源的分類 直流穩(wěn)壓電源的種類很多常見的主要有以下四類 1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源其特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功率較小穩(wěn)壓精度低晶體管串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源其主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單工作可靠功率較大穩(wěn)壓精度高無(wú)電磁干擾但效率低集成穩(wěn)壓器其特點(diǎn)是體積小可靠性高以及溫度特性好而且使用方便價(jià)格便宜開關(guān)式穩(wěn)壓電源它的主要特點(diǎn)是效率高溫升低電路便于集成化但電路較復(fù)雜并有高頻干擾存在當(dāng)負(fù)載要求功率較大且效率高時(shí)常采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源8V和15V兩個(gè)電壓輸出然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)整流電路進(jìn)行整流整流電路使用最為簡(jiǎn)單常用的單向橋式整流電

53、路整流電路輸出的電壓是單相脈動(dòng)電壓通常用它的平均值與直流電壓等效輸出平均電壓為流過(guò)負(fù)載的平均電流為流過(guò)二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓本文中采用ESAC82-004二極管 濾波電路如圖3-14圖3-14 濾波電路穩(wěn)壓電路為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電源工作可靠本文采用集成穩(wěn)壓模塊進(jìn)行穩(wěn)壓5V9V12V分別使用LM7805LM7809LM7812進(jìn)行穩(wěn)壓25V電壓由于工作電流很小使用電阻分壓從5V電源中獲得3 系統(tǒng)電源整體電路設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源電路的電氣原理圖如圖3-15所示它由降壓變壓器整流橋?yàn)V波電路和集成穩(wěn)壓芯片組成這樣設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單也能滿足系統(tǒng)的需要圖3-15 電源原理圖34 液位監(jiān)控系統(tǒng)

54、的軟件設(shè)計(jì)341 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)思想采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想對(duì)不同功能的程序進(jìn)行分別編程其中環(huán)境溫度的檢測(cè)由定時(shí)器中斷來(lái)控制沒隔一段時(shí)間測(cè)一次溫度系統(tǒng)工作流程如下首先主程序完成初始化然后發(fā)生超聲波并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)為避免串?dāng)_在發(fā)射期間接收中斷INT0關(guān)閉在發(fā)射完畢后開啟中斷INT0當(dāng)超聲波回波被接收到后引發(fā)中斷停止計(jì)時(shí)然后讀取溫度和時(shí)間再確定該溫度下超聲波在液體中的傳播速度最后計(jì)算液位計(jì)算出液位后與預(yù)設(shè)的最高液位和最低液位值進(jìn)行比較如果超出預(yù)設(shè)值就做出相應(yīng)的自動(dòng)操作再往后和液位極限值比較如果超過(guò)極限值就認(rèn)定系統(tǒng)不能完成自動(dòng)控制啟動(dòng)報(bào)警電路提醒相關(guān)人員進(jìn)行人為操作最后調(diào)用顯示子程序如果不需要系

55、統(tǒng)進(jìn)行任何操作的話就直接調(diào)用顯示子程序342 主程序流程設(shè)計(jì) 主程序主要完成初始化和協(xié)調(diào)子程序調(diào)用的工作首先主程序要完成單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的初始化然后開始發(fā)射超聲波并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器等接收電路接收到超聲波信號(hào)后引發(fā)中斷中斷程序執(zhí)行完畢后主程序開始處理數(shù)據(jù)最后做出相應(yīng)的動(dòng)作具體流程見下頁(yè)圖3-16所示343 測(cè)溫子程序設(shè)計(jì)測(cè)溫子程序由定時(shí)中斷執(zhí)行每隔一段時(shí)間測(cè)一次溫度測(cè)溫程序如下include sbit DQ P37 定義通信端口延時(shí)函數(shù)extern delay int n extern void send unsigned char ff 初始化函數(shù)Init_DS18B20 void unsigned char x 0DQ 1 DQ復(fù)位delay 8 稍做延時(shí)DQ 0 單片機(jī)將DQ拉低delay 80 精確延時(shí) 大于 480usDQ 1 拉高總線delay 14 x DQ 稍做延時(shí)后 如果x 0則初始化成功 x 1則初始化失敗delay 20 讀一個(gè)字節(jié)ReadOneChar void unsigned char i 0unsigned char dat 0for i 8i 0i- DQ 0 給脈沖信號(hào)dat 1DQ 1 給脈沖信號(hào)if DQ dat 0x80delay 4 ret