基于單片機(jī)的超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 寧畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 基于單片機(jī)的超聲波液位 檢測(cè)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 與制作 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 劉紅兵 年 月 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、課題名稱： 基于單片機(jī)的超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 與制作 二、指導(dǎo)老師： 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1、課題概述 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 ， 通過給電脈沖來檢測(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)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)手段；我們也可以說是現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)中不可缺少的技術(shù)手段。它可以使企業(yè)在在量化環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)，從而極大地降低成本，提高效益，減小對(duì)環(huán)境的有害影響。 近幾年來，由于 超聲波 液位檢測(cè) 儀 具備經(jīng)久耐用的 足夠 精 度的檢測(cè)能力， 更易于使用、更靈活且價(jià)格更低廉 。 與傳統(tǒng)的超聲傳感器相比， 又具有很多 新增功能 。這 大大拓展了其應(yīng)用范圍。 本課題就是首先是以超聲波傳感器作為檢測(cè)前端獲取物位信號(hào)，以調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后或以 A/D 變換 器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以單片機(jī)）為核心進(jìn)行控制構(gòu)成簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)。或者通過計(jì)時(shí)器對(duì)獲得的時(shí)間間隔信號(hào)直接進(jìn)行測(cè)時(shí)，然后根據(jù)聲速計(jì)算出液位?；蛘咭詥纹瑱C(jī)）的計(jì)時(shí)單元對(duì)為調(diào)理電路送來的與時(shí)間間隔有關(guān)的脈沖進(jìn)行時(shí)檢測(cè)測(cè)量，在輸入當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)氣溫等條件以確定聲速，然后由單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到液位測(cè)量值。 2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1) 方案 以 單片機(jī)） （由學(xué)生自定）作為控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)物位測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感器、調(diào)理電路、多路選擇開關(guān)、 A/D 變換器、 單片機(jī)） 。該系統(tǒng)能測(cè)量被測(cè)量點(diǎn)的物位值。測(cè)量數(shù)據(jù)由 單片機(jī)） 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和和 顯示。 2)設(shè)計(jì)要求： 本課題要求設(shè)計(jì)和制作基于 單片機(jī)）的 測(cè)控系統(tǒng)實(shí)物電路； 實(shí)物電路不僅滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)要滿足高可靠性、高精度、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、低成本、低能耗、低電磁污染。 測(cè)控系統(tǒng)包括的內(nèi)容： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 超聲波傳感器 ； 調(diào)理電路； A/D 變換器； 單片機(jī)） ； 輸出顯示電路。 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量精度： +/- 5； 系統(tǒng)正常工作環(huán)境溫度范圍： 55； 市電電源供電。 四 、設(shè)計(jì)參考書 ： 單片機(jī)原理及應(yīng)用、原理及應(yīng)用、檢測(cè)技術(shù)、電子元件手冊(cè)等。 五 、 設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容 1、封面 2、目錄 3、內(nèi)容摘要（ 200 400字左右，中英文） 4、引言 5、正文（設(shè)計(jì)方案與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、電路仿真、論證，制作電路、電路硬件調(diào)試、軟件程序編寫流程、軟硬件電路聯(lián)調(diào)、電路操作說明及特點(diǎn)等） 6、結(jié)論 7、致謝 8、附錄（參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等） 六 、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 第 1周：方案設(shè)計(jì)討論，教師輔導(dǎo)； 第 23周：分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初稿、元件選擇、電路原理圖繪制及電路仿真等； 第 45周：根據(jù)電路仿真的結(jié)果修改設(shè)計(jì)方案及電路原理、購(gòu)置電子元件、根據(jù)所購(gòu)元件的封裝尺寸繪制 接電路并調(diào)試檢修； 第 6周：編寫并調(diào)試程序、軟硬進(jìn)行聯(lián)調(diào)、根據(jù)制作的實(shí)際情況編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔初稿； 第 7周：對(duì)所編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔初稿進(jìn)行自查、討論并完善文稿、輔導(dǎo)答辯； 第 8周：畢業(yè)設(shè)計(jì)書成績(jī)?cè)u(píng)定、答辯（答辯時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)制作的實(shí)物電路的功能指標(biāo)）。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯與論文要求 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求 2、答辯前一周，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)書、電路實(shí)物、電路仿真或電路調(diào)試報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。 學(xué)生答辯時(shí)對(duì)自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、 目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。 答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。 1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求 文字要求：說明書要求打?。ǔ龍D紙外），不能手寫。文字通順，語(yǔ)言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖 等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 V 摘 要 本文探討了超聲波測(cè)量液位檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用問題，首先是以超聲波傳感器作為檢測(cè)前端獲取物位信號(hào)，以調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后或以 A/D 變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以單片機(jī)）為核心進(jìn)行控制構(gòu)成簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)?；蛘咄ㄟ^計(jì)時(shí)器對(duì)獲得的時(shí)間間隔信號(hào)直接進(jìn)行測(cè)時(shí)，然后根據(jù)聲速計(jì)算出液位。或者以單片機(jī)的計(jì)時(shí)單元對(duì)為調(diào)理電路送來的與時(shí)間間隔有關(guān)的脈沖進(jìn)行時(shí)檢測(cè)測(cè)量，在輸入當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)氣溫等條件以確定聲速，然后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到液位測(cè)量值。 本文在研究超聲波測(cè)量液位檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)過程中 ,運(yùn)用理論分析，電路設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真等研究手段 ,完成了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)分為測(cè)距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報(bào)警模塊，并分別對(duì)其進(jìn)行方案分析，構(gòu)建了系統(tǒng)的構(gòu)架和設(shè)計(jì)方案。在硬件電路中詳細(xì)闡述了運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)原理，分析了以單片機(jī)為主控單元的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì) ,并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和誤差分析，給出了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。 關(guān)鍵詞： 超聲波 ， 單片機(jī) ， 液位測(cè)量 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 of of is as , as to Or by on to of in Or to to to of by on of of is on In is in CM as of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . V . 錄 . 1 章 緒論 . 1 題研究的背景及意義 . 1 題概述 . 2 文的主要工作 . 3 第 2 章 超聲波測(cè)量原理 . 5 聲波 . 5 聲波概念及特點(diǎn) . 5 聲波傳播速度 . 5 聲波頻率 . 5 聲波傳感器 . 6 聲波液位測(cè)量原理 . 7 第 3 章 方案設(shè)計(jì) . 9 統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和功能 . 9 統(tǒng)方案選 擇 . 10 聲波和超聲波傳感器 . 10 聲波傳感器的主要應(yīng)用 . 11 聲波發(fā)生器選擇 . 12 第 4 章 超聲波液位檢測(cè)硬件電路設(shè)計(jì) . 13 聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) . 13 聲波接收電路設(shè)計(jì) . 14 4. 3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 . 16 度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì) . 18 示電路設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 源電路設(shè)計(jì) . 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 示系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 20 警電路設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 5 章 超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng) 軟件的設(shè)計(jì) . 22 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖 . 22 片機(jī)的 C 程序設(shè)計(jì) . 24 統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 . 29 試分析 . 30 總 結(jié) . 31 參考文獻(xiàn) . 32 致 謝 . 33 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒論 題研究的背景及意義 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測(cè)量容器中液體的液位。在一般的生產(chǎn)過程中，液位測(cè)量的目的主要是通過液位測(cè)量來確定容器里的原料、半成品或產(chǎn)品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)物料平衡以及為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算提供可靠的依據(jù) ;另外還為了在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，通過液位測(cè)量，了解液位是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量以及保證安全生產(chǎn)。液位的測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn) 過程中的作用已經(jīng)相當(dāng)重要。 隨著各行業(yè)的快速發(fā)展，液位測(cè)量已應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域，不僅用于各種容器、管道內(nèi)液體液位的測(cè)量，還用于水渠、水庫(kù)、江河、湖海水位的測(cè)量。這些領(lǐng)域使用傳統(tǒng)的液位測(cè)量手段已經(jīng)無法滿足對(duì)其精確性的要求，所以超聲波液位測(cè)量這種新的測(cè)量方向已經(jīng)成為一種新的手段被廣泛的應(yīng)用。 在目前市場(chǎng)上，按測(cè)量液位的感應(yīng)元件與被測(cè)液體是否接觸，液位儀表可以分為接觸型和非接觸型兩大類 3。接觸型液位測(cè)量主要有 :人工檢尺法、浮子測(cè)量裝置、伺服式液位計(jì)、電容式液位計(jì)以及磁致伸縮液位計(jì)等。它們的共同點(diǎn)是測(cè)量的感應(yīng) 元件與被測(cè)液體接觸，即都存在著與被測(cè)液體相接觸的測(cè)量部件且多數(shù)帶有可動(dòng)部件。因此存在一定的磨損且容易被液體沾污或粘住，尤其是桿式結(jié)構(gòu)裝置，還需有較大的安裝空間，不方便安裝和檢修。 非接觸型液位測(cè)量主要有微波雷達(dá)液位計(jì)、射線液位計(jì)以及激光液位計(jì)等。顧名思義，這類測(cè)量?jī)x表的共同特點(diǎn)是測(cè)量的感應(yīng)元件與被測(cè)液體不接觸。因此測(cè)量部件不受被測(cè)介質(zhì)影響，也不影響被測(cè)介質(zhì)，因而其適用范圍較為廣泛，可用于接觸型測(cè)量?jī)x表不能滿足的特殊場(chǎng)合，如粘度高、腐蝕性強(qiáng)、污染性強(qiáng)、易結(jié)晶的介質(zhì)。 超聲波液位測(cè)量計(jì)就屬于非接觸型液位測(cè)量的一 種，所以它也有不受被測(cè)介質(zhì)影響，不影響被測(cè)介質(zhì)，能適應(yīng)粘度高、腐蝕性強(qiáng)、污染性強(qiáng)、易結(jié)晶、高溫、高壓、低溫、低壓、有輻射性、毒性、易揮發(fā)易爆等特殊介質(zhì)的測(cè)量的特點(diǎn)，能適應(yīng)的范圍比其它的測(cè)量手段更廣泛。隨著科學(xué)的發(fā)展液位的檢測(cè)方法也在變化，精度也有了更佳的提高。單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展使液位測(cè)量方法得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。超聲波在液位測(cè)量中的應(yīng)用也越來越廣，但是就目前的發(fā)展水平來說，超聲波在測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用還有一定的限度，因此研究超聲波的液位檢測(cè)是很有發(fā)展前景的。它在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。本次設(shè) 計(jì)中，通過外界環(huán)境溫度的檢測(cè)提高了超聲波測(cè)距的精度。通過延時(shí)避免了接收未經(jīng)液面反射的超聲波，其次利用溫度傳感器檢測(cè)外界溫度，采用當(dāng)前溫度下的超聲波速度去計(jì)算，從而提高了距離計(jì)算的精度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 題概述 通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的 時(shí)間差 就可以知道距離了。這與 雷達(dá) 測(cè)距原理相似。 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)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為 340m/s，根據(jù) 計(jì)時(shí)器 記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2） 超聲波指向性強(qiáng)，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)。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，因此在移 動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。 為了使移動(dòng)機(jī)器人能自動(dòng)避障行走，就必須裝備測(cè)距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。本文所介紹的三方向（前、左、右） 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)，就是為機(jī)器人了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離信息。 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。 在未來，超聲波的液位測(cè)量將有更大的用途，更大的應(yīng)用范圍。它不但可以幫助人們解決很多生活中的困難，還可以作為科學(xué)探測(cè)和研究的手段。特別是水位的測(cè)量，可以幫助確定水位的高度，以便于其他工作的順利進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)中采用反射式的方式，超聲波傳感器發(fā)射超聲波，遇到液面后超聲波被反射回來，超聲波接收探頭接收超聲波。其間通過單片機(jī)的控制， 輸出控制 信號(hào)從555 振蕩器輸入到驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射電路， 超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生 40調(diào)制脈沖，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)向前方空間發(fā)射。經(jīng)過液面反射后超聲波接收探頭將接收到的超聲波送到單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)通過各個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn)和各電路模塊的接口連接。并通過軟件的設(shè)計(jì)來控制整個(gè)檢測(cè)過程。一步一步，從發(fā)射到接收超聲波，定時(shí)器的初始化，中斷程序的編寫，溫度的采樣，距離的計(jì)算，單片機(jī)都發(fā)揮了重要的最用。它是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)部核心。 這次對(duì)超聲波液位檢測(cè)的設(shè)計(jì)獲得了具有很大的成果和意義，在這個(gè)科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的時(shí)代，應(yīng) 用科學(xué)技術(shù)去解決生活中和工作的困難變得具有更高的價(jià)值。在設(shè)計(jì)中，我加深了對(duì)超聲波的認(rèn)識(shí)，對(duì)它的原理掌握的更好了。目前 超聲波已廣泛運(yùn)用于買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 診斷學(xué)、治療學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。此外我 認(rèn)識(shí)到單片機(jī)在各方面都有很大的應(yīng)用潛能，在自動(dòng)控制領(lǐng)域它更是發(fā)揮了不可替代的作用。本設(shè)計(jì)利用超聲波實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)量，檢測(cè)方便，易于實(shí)時(shí)控制，達(dá)到了工業(yè)的要求，因此具有實(shí)際的意義和廣泛的應(yīng)用前景。 文的主要工作 本文主要是針對(duì) 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 ， 通過給電脈沖來檢測(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)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)手段；我們也可以說是現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)中不可缺少的技術(shù)手段。它可以使企業(yè)在在量化環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)，從而極大地降低成本，提高效益，減小對(duì)環(huán)境的有害影響。 近幾年來，由于 超聲波 液位檢測(cè) 儀 具備經(jīng)久耐用的 足夠 精 度的檢測(cè)能力， 更易于使用、更靈活且價(jià)格更低廉 。 與傳統(tǒng)的超聲傳感器相比， 又具有很多 新增功能 。這 大大拓展了其應(yīng)用范圍。 本課題就是首先是以超聲波傳 感器作為檢測(cè)前端獲取物位信號(hào)，以調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后或以 A/D 變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以單片機(jī)）為核心進(jìn)行控制構(gòu)成簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)。或者通過計(jì)時(shí)器對(duì)獲得的時(shí)間間隔信號(hào)直接進(jìn)行測(cè)時(shí)，然后根據(jù)聲速計(jì)算出液位?；蛘咭詥纹瑱C(jī)）的計(jì)時(shí)單元對(duì)為調(diào)理電路送來的與時(shí)間間隔有關(guān)的脈沖進(jìn)行時(shí)檢測(cè)測(cè)量，在輸入當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)氣溫等條件以確定聲速，然后由單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到液位測(cè)量值。 超聲波檢測(cè)接收電路主要是由集成電路 成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 380為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用無信號(hào)時(shí)輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用 聲波測(cè)距儀 主程序利用外中斷 1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2以表示此次測(cè)距不成功。 超聲波測(cè)距的 算法設(shè)計(jì) 原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算 出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。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 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 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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 超聲波測(cè)量原理 聲波 聲波概念 及特點(diǎn) 超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，是機(jī)械振動(dòng)在媒介中的傳播過程 ， 由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特 別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波是人耳聽覺 范圍 值以上的振動(dòng)，頻率范圍在 10 1間，常用頻率大約在 10 10間。超聲波的波型分縱波、橫波、瑞利波和表面波。 超聲波按傳播方式可分為縱波和橫波?？v波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一致，縱波可以在氣液和固體中傳播。橫波的傳播方向垂直于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向橫波只能在固體中傳播。超聲 波 的物理性質(zhì)有：反射與折射、衰減與吸收、疊加與干涉等。 聲波傳播速度 由于超聲波也是一種聲波，超聲波在傳播介質(zhì)中的傳播的速度和介質(zhì)的特性有關(guān)。理論上，在 13 的海水里，聲音的傳播速度是 1500m/s。在 25 的空氣中傳播的速度是344m/s，在溫度為 0 時(shí)的速度是 334m/s。超聲波的傳輸速度和聲波一樣，超聲波在空氣中傳播時(shí)，空氣的溫度、大氣壓力、濕度等都對(duì)超聲波的聲速有影響，其中溫度對(duì)速度的影響最大。 超聲波在空氣中傳播時(shí)，傳輸速度和溫度的關(guān)系可以由公式（ 2表示： 3 3 1 0 （ 2 在測(cè)量過程中，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是不變的。如果對(duì)測(cè)量精度要求較高，為了減小誤差，避免因環(huán)境溫度變化而帶來的偏差，必須對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)聲速進(jìn)行校正，以實(shí)現(xiàn)能夠精確測(cè)量。 聲波頻率 超聲波在傳播過程中，衰減系數(shù)與聲波介質(zhì)以及頻率的關(guān)系為 2a （ 2 其中， 空氣中， 1 3 22 1 0 /b s 。其物理意義為，聲波在空氣中傳播，由于空氣運(yùn)動(dòng)摩擦的原因，能量被吸收損耗。由公式（ 2知，超聲波的頻率越高，衰減也就越大，其傳播的距離也就越短。傳播到買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 空氣中的超聲波強(qiáng)度隨距離的變化成比例地減弱，這是因?yàn)檠苌洮F(xiàn)象所導(dǎo)致的在 地 球表面上的擴(kuò)散損失，也是因?yàn)榻橘|(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失。如圖 2聲波的頻率越高，衰減率就越高，波的傳播距離也就越短。 圖 2壓在不同距離下的衰減特性 超聲波傳感器的工作頻率是測(cè)距系統(tǒng)的主要參數(shù)，它直接影響超聲 波的擴(kuò)散和吸收損耗，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感 器 的尺寸。對(duì)于不同占空比的超聲波，其發(fā)送接收效率不同，一般 50%的占空比頻率為 40右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳。 聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 目前超聲波傳感器大致可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生的超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生的超聲波。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 型 、液哨 型 和氣流旋笛 型等。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。 在超聲波 測(cè)距的應(yīng)用中，最為常用的是壓電型傳感器。壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是借助壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。 超聲波傳感器 習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。其結(jié)構(gòu)原理如圖 2。 圖 2聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。當(dāng)它的兩電極 板 加脈沖信號(hào) (觸發(fā)脈沖 )，若其頻率等于晶片的固有頻率時(shí)，壓電晶片就會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。機(jī)械能以波動(dòng)的方式向外輻射傳播，產(chǎn)生超聲波。相反，電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到 回波信號(hào)時(shí)，將壓迫兩壓電晶片振動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 這 現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，此時(shí)的傳感器就成了超聲波接收器。壓電型超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖 2個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是諧振器以及由一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器的一個(gè)結(jié)合體。諧振器呈喇叭形諧振器金屬片喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波， 并且 壓電陶瓷可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。 圖 2電型超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 聲波 液位 測(cè)量原理 通常，超聲波發(fā) 生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩級(jí)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。 在超聲波探測(cè)電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔，被測(cè)物距越遠(yuǎn)，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。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)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響，精度不高。 本文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法，其測(cè)量原理圖如 圖 2示。 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)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為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 圖 聲波液位測(cè)量示意圖 超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn) 到障礙物的實(shí)際距離。由此可見，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的。 測(cè)距的公式表示為： L=CT 式中 L 為測(cè)量的距離長(zhǎng)度； C 為超聲波在空氣中的傳播速度； T 為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差 (T 為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半 )。 超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。 由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測(cè)量的理想手段。 傳感器發(fā)出 40聲波 , 但并不是單獨(dú)發(fā)射一個(gè)脈沖 ,而是一串的幾個(gè)脈沖 , 并對(duì)測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖，開始計(jì)時(shí) ,超聲波接收器接收到遇到障礙而返回的脈沖串前端 , 同樣也對(duì)測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖 ,計(jì)時(shí)結(jié)束 ,這就得到了超聲波運(yùn)行時(shí)間間隔 t(s), 結(jié)合空氣中超聲波傳播速度 v(m/s),根據(jù)運(yùn)動(dòng)定律 , 我們便得到所要測(cè)量的目標(biāo)距 S(m) :S= (2然而，超聲波在空氣中傳播的速度 V 和空氣的溫度有關(guān)。 溫度補(bǔ)償： 在理想氣體中 , 超聲波傳播速度可表述為 : (2其中 , c 器 輸 入 電 壓接 收 信 號(hào) 幅 值發(fā) 射 信 號(hào) 幅 值接 收 閾 值為氣體的比熱值 , R 為氣體常數(shù) , T 為熱力學(xué)溫度 , 為氣體的分子量。由 (2知 :聲速與熱力學(xué)溫度的平方根成正比 , 溫度越高聲速越大。實(shí)驗(yàn)表明 , 實(shí)用的溫度值經(jīng)驗(yàn)公式為 : 1 (2買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 對(duì)于 T 值 , 可使用溫度傳感器采集并送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。 第 3 章 方案設(shè)計(jì) 統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和功能 超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖 3 圖 聲波液位測(cè)量系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)主要由 五 個(gè)部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分，液晶顯示 、報(bào)警 部分， 溫度檢測(cè)部分，超聲波發(fā)射部分和超聲波接收部分。單片機(jī)控制部分用來產(chǎn)生 40測(cè)量出超聲波從發(fā)射到接收所傳播的時(shí)間，驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊，采集溫度測(cè)量部分的溫度信息以及進(jìn)行數(shù)據(jù) 的處理。溫度測(cè)量部分用來測(cè)量環(huán)境溫度，對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，來減少環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)量精度的影響。 分用來顯示測(cè)量的結(jié)果，即可以顯示出 距離 。發(fā)射部分由單片機(jī)產(chǎn)生的 40波信號(hào)作為控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電路使超聲波傳感器發(fā)射出超聲波。超聲波接收部分則負(fù)責(zé)對(duì)超聲波接收傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行濾波放大，經(jīng)過檢波電路，產(chǎn)生接收中斷信號(hào)，使單片機(jī)能夠計(jì)算出超聲波發(fā)射到接收所消耗的時(shí)間。 本設(shè)計(jì)中采用反射式的方式，超聲波傳感器發(fā)射超聲波，遇到液面后超聲波被反射回來，超聲波接收探頭接收超聲波。其間通過單片機(jī)的控制， I/出控制信號(hào)從 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射電路， 超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生 40調(diào)制脈沖，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)向前方空間發(fā)射。經(jīng)過液面反射后超聲波接收探頭將接收到的超聲波送到單片機(jī)進(jìn)行處理。輸出由 碼管顯示 ，通過盲區(qū)的消除以及環(huán)境溫度的采樣，提高了測(cè)距的精確度。利用超聲波傳輸中距離與時(shí)間的關(guān)系，采用片機(jī)進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)出了能精確測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)。利用所設(shè)計(jì)出的超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)液面進(jìn)行了測(cè)試，采集當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度獲得精確的速度， 計(jì)算出液面距離。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測(cè)量精度高的優(yōu)超聲波接收 超聲波發(fā)送 8051 單片機(jī) 溫度檢測(cè) 555 電路 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 點(diǎn)，可實(shí)時(shí)檢測(cè)液位。 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容： (1)(2)超聲波發(fā)射電路 (3)超聲波接收電路 (4)溫度補(bǔ)償電路 (5)報(bào)警及顯示電路 統(tǒng)方案選擇 為使基于單片機(jī)的超聲波液位測(cè)量控制系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性，并且具有較高的性能 /價(jià)格比，對(duì)該系統(tǒng)的硬件電路作了精心設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。按實(shí)現(xiàn)的功能來分可分為以下幾個(gè)部分。其中 片機(jī)是整個(gè)電路的核心，它控制其他模塊來完成各種復(fù)雜的操作。外 圍電路包括溫度補(bǔ)償電路、超聲波發(fā)射及接收電路、報(bào)警及顯示電路等等。 方案一 :我們可以用 蕩產(chǎn)生 40是基于硬件的基礎(chǔ)上，便于我們可以通過示波器觀察到 40方波，具有直觀且易于觀察的特點(diǎn)，有利于電路的檢測(cè)。 方案二 :我們可以通過單片機(jī)產(chǎn)生 40通過 40于是軟件控制，準(zhǔn)確度比較高。 經(jīng)過比較我們發(fā)現(xiàn)，在發(fā)射電路中方案一的設(shè)計(jì)是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且比較方便，但方案二中的軟件設(shè)計(jì)使發(fā)射超聲波時(shí)間比較容易控制，而且超聲波的頻率準(zhǔn)確 度比較高，本設(shè)計(jì)要求測(cè)量精度在 1內(nèi)，在方案二中我們通過采用 5腳和 7腳串聯(lián)一個(gè) 2000此在本次設(shè)計(jì)中，我們選用的是方案二，以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，并且在整個(gè)系統(tǒng)中我們都會(huì)采用單片機(jī)做計(jì)算和顯示。 聲波和超聲波傳感器 超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)： 頻率： F20K/ 功率密度： p=發(fā)射功率 (W)/發(fā)射面積 (通常 p在液體中傳播的超聲波能對(duì)物體表面的污物進(jìn)行清洗，其原理可用 “空化 ”現(xiàn)象來解釋：超聲波振動(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為 時(shí)超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞 空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強(qiáng)反向達(dá)到最大時(shí)破買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 裂，由于破裂而產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊將物體表面的污物撞擊下來。這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為 “空化 ”現(xiàn)象。 太小的 聲強(qiáng) 無法產(chǎn)生空化效應(yīng)。 一 、超聲波的特性 （ 1） 超 聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 （ 2） 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。 （ 3） 超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 （ 4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和 空化現(xiàn)象 。 二 、超聲波的特點(diǎn) （ 1） 超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。 （ 2） 超聲 波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。 （ 3） 超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng)）。 超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介（如 B 超等用作診斷）；超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定值時(shí)，它就可以通過與傳播超聲波的媒