畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于超聲波模塊的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于超聲波模塊的液位自動(dòng)控制系統(tǒng) 姓 名： 指導(dǎo)教師： xxxx 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 提交日期： 2011年4月26日 目 錄中文摘要4外文摘要5引言61 緒論61.1 研究背景61.2 研究目的61.3 研究意義62 系統(tǒng)分析72.1 總體設(shè)計(jì)要求72.1.1 紅外遙控模塊設(shè)計(jì)要求72.1.2 液位控制模塊（紅外接收模塊）設(shè)計(jì)要求72.2 總體設(shè)計(jì)方案72.2.1 方案論證82.2.2 最終確定設(shè)計(jì)方案92.2.3 方案的可行性論證102.4 小結(jié)103 硬件設(shè)計(jì)103.1 me007 超聲波測(cè)距模塊103.1.1 超聲波測(cè)距模塊的介紹103.1.

2、2 超聲波測(cè)距模塊的引腳功能113.2 紅外控制模塊的設(shè)計(jì)113.2.1 單片機(jī)及其硬件電路設(shè)計(jì)113.2.2 鍵盤路133.2.3 蜂鳴器控制電路143.2.4 紅外發(fā)射電路143.3 液位控制模塊（紅外接收控制模塊）的設(shè)計(jì)153.3.1 紅外接收路153.3.2 數(shù)碼管顯示電路163.3.3 me007 超聲波測(cè)距模塊控制電路173.3.4 dn15型號(hào)微型電動(dòng)銅球閥控制電路184 程序204.1 程序流程圖204.2 紅外遙控模塊程序214.3 液位控制模塊程序23結(jié)束語(yǔ)30參考文獻(xiàn)31致謝31附錄32 1. 遙控模塊電路圖32 2. 液位控制模塊電路圖33基于超聲波模塊的液位自動(dòng)控制系

3、統(tǒng)xxx指導(dǎo)老師：xx （xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）中文摘要： 在工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常需要對(duì)封閉容器內(nèi)各種液體的液位進(jìn)行精確檢測(cè)。在分析比較目前廣泛采用的超聲波液位測(cè)量方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)采用一種計(jì)算更簡(jiǎn)單、操作更方便的超聲波測(cè)液位檢測(cè)法,設(shè)計(jì)一個(gè)基與me007 超聲波測(cè)距模塊，以stc89c52單片機(jī)為核心的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過紅外遙控器實(shí)現(xiàn)按鍵無(wú)線遙控。系統(tǒng)通過控制電路發(fā)射相關(guān)的液位調(diào)整指令，由超聲波液位控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整液位高度，顯示器能實(shí)時(shí)顯示液位高度。關(guān)鍵詞：液位自動(dòng)控制，超聲波，stc89c52，紅外research on contr

4、ol system for liquid level based on ultrasonic modulehu mindirector: sun jian( xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx)abstract: in industrial production, often need a variety of closed containers for precise liquid level detection. widely used in the analysis and comparison of ultrasonic level measurement metho

5、d based on the combination of the advantages of existing methods use a computing easier, more convenient operation of the ultrasonic measuring liquid level detection method, design a base and me007 ultrasonic distance measuring module, to stc89c52 microcontroller as the core liquid level control sys

6、tem, through the infrared remote controller button wireless remote control. system by controlling the level adjustment circuit transmission-related instruction, the ultrasonic liquid level control system automatically adjusts the height of liquid level monitor real-time display.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典朗讀顯示對(duì)

7、應(yīng)的拉丁字符的拼音字典keywords: liquid level control, ultrasonic, stc89c52, ir引言我國(guó)目前國(guó)內(nèi)在液位自動(dòng)控制方面缺少長(zhǎng)期可靠的使用范例，還沒有適用于液位測(cè)量和自動(dòng)控制的定型產(chǎn)品。因此，開展液位自動(dòng)控制的研究工作十分必要。系統(tǒng)為一個(gè)水位監(jiān)測(cè)與控制裝置，通過紅外控制模塊的鍵盤可以設(shè)定瓶?jī)?nèi)液位（0100cm內(nèi)的任意值），并通過控制電動(dòng)閥門（或類似于電磁閥的裝置）使瓶?jī)?nèi)的液位達(dá)到設(shè)定值，顯示器能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液位狀態(tài)。1. 緒論1.1 研究背景一般認(rèn)為，關(guān)于超聲的研究最初起始于1876 年f1galton 的氣哨實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)galton 在空氣中產(chǎn)生

8、的頻率達(dá)300khz, 這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲。而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展往往與一些偶然的歷史事件相聯(lián)系。對(duì)超聲的研究起到極大推動(dòng)作用的是，1912 年豪華客輪titanic號(hào)在首航中碰撞冰山后的沉沒，這個(gè)當(dāng)時(shí)震驚世界的悲劇促使科學(xué)家們提出用聲學(xué)方法來(lái)預(yù)測(cè)冰山，在隨后的第一次世界大戰(zhàn)中，對(duì)超聲的研究得以進(jìn)一步的促進(jìn)。近些年來(lái)，隨著超聲技術(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)，超聲的應(yīng)用變得越來(lái)越普及。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在機(jī)械制造、電子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工業(yè)領(lǐng)域。此外在材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占據(jù)重要地位。而我國(guó)，關(guān)于超聲的大規(guī)模研究始于1956年

9、。迄今，在超聲的各個(gè)領(lǐng)域都開展了研究和應(yīng)用，其中有少數(shù)項(xiàng)目已接近或達(dá)到了國(guó)際水平。由于空氣對(duì)超聲波的吸收與超聲波的平方成正比，因此，用來(lái)測(cè)距的超聲波的頻率不能很高，但另一方面頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，測(cè)長(zhǎng)的絕對(duì)誤差就越大，測(cè)距的范圍加大與測(cè)量精度實(shí)際上是一對(duì)矛盾。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，測(cè)距問題顯得越來(lái)越重要。1.2 研究目的本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于me007 超聲波測(cè)距模塊的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)和其外圍電路實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)的液體高度自動(dòng)調(diào)整到設(shè)定的值，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上。其中電路的遙控采用紅外遙控器控制。1.3 研究意義超聲波：目前常用的測(cè)距方式主

10、要有雷達(dá)測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距和超聲測(cè)距4種。與其他測(cè)距方法相比較，超聲測(cè)距具有下面的優(yōu)點(diǎn)：(1) 超聲波對(duì)色彩和光照度不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)。(2) 超聲波對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中。(3) 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、費(fèi)用低、技術(shù)難度小、信息處理簡(jiǎn)單可靠、易于小型化和集成化。因此，超聲波作為一種測(cè)距識(shí)別手段，已越來(lái)越引起人們的重視。紅外：紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接

11、無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。2. 系統(tǒng)分析2.1 總體設(shè)計(jì)要求1、可以設(shè)定瓶?jī)?nèi)液位（0100cm內(nèi)的任意值）；2、顯示器能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液位狀態(tài)；3、被控設(shè)備的控制實(shí)時(shí)反映，從接收信號(hào)到信號(hào)處理及對(duì)設(shè)備控制反映時(shí)間應(yīng)小于1s； 4、液位控制模塊誤差小，誤差應(yīng)小于1cm；5、整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，防止誤動(dòng)作； 6、整個(gè)系統(tǒng)的安裝、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便； 7、總體成本低。2.1.1紅外遙控模塊設(shè)計(jì)要求1、單片機(jī)定時(shí)器精確產(chǎn)生38khz紅外載波； 2、根據(jù)控制系統(tǒng)要求能對(duì)紅外控制指令信號(hào)精確編碼并迅速發(fā)送。2.1.2液位控制模塊（紅外接收模塊）設(shè)計(jì)要求1、精確接收紅

12、外信號(hào)，并對(duì)所接收信號(hào)進(jìn)行解碼、放大、整形、解調(diào)等處理，最后輸出ttl電平信號(hào)； 2、對(duì)非紅外光及邊緣紅外光具有抗干擾能力強(qiáng)。2.2 總體設(shè)計(jì)方案2.2.1 方案論證（一）單片機(jī)控制器模塊 方案一：采用目前比較通用的51系列單片機(jī)。 此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，市場(chǎng)上比較多見價(jià)格便宜且技術(shù)比較成熟容易實(shí)現(xiàn)。 方案二：采用凌陽(yáng)16 位單片機(jī)spce061a 作為控制核心。 與51單片機(jī)相比，spce061a具有更加豐富的資源，有32個(gè)可編程的i/o口，14個(gè)中斷源。但考慮到本設(shè)計(jì)沒有用到如此多資源且價(jià)格貴，市場(chǎng)比較少見，技術(shù)不穩(wěn)定。 綜合分析考慮，選擇方案一。（二）38khz載

13、波實(shí)現(xiàn) 利用載波對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制從而減少信號(hào)傳輸過程中的光波干擾,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。以下是對(duì)產(chǎn)生38khz載波的單片機(jī)軟件與硬件電路進(jìn)行比較。 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)t0定時(shí)產(chǎn)生38khz載波 電路原理:stc89c52rc定時(shí)器t0產(chǎn)生周期性的26us的矩形脈沖,即每隔13us，定時(shí)器t0產(chǎn)生中斷輸出一個(gè)相反的信號(hào)使輸出端產(chǎn)生周期的38khz脈沖信號(hào)。計(jì)算公式如2-1所示，脈沖圖如圖2-1所示。圖2-1 38khz脈沖波形方案二：硬件晶振電路產(chǎn)生38khz載波 電路分析: 晶振y1，電容c1、c2、u1a、r2 、r3組成38khz載波振蕩電路，mc14011是邏輯與非門。u1b對(duì)38khz的振蕩信號(hào)

14、取反，同時(shí)隔離前后級(jí)的信號(hào)干擾。如圖2-2所示。p11屬于單片機(jī)p1口用于單片機(jī)對(duì)受控對(duì)象控制信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)輸出口，數(shù)據(jù)與38khz信號(hào)與p11端數(shù)據(jù)邏輯或非門輸出，完成信號(hào)的調(diào)制，如圖2-2所示電路圖。 圖2-2 38khz載波振蕩電路對(duì)于產(chǎn)生38khz脈沖信號(hào)的軟、硬件電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行比較選擇，軟件實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有利于產(chǎn)品開發(fā)使用，加密性強(qiáng)，電路板元件少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于產(chǎn)品的推廣。因而采用方案一，即用軟件定時(shí)產(chǎn)生38khz的載波信號(hào)。2.2.2 最終確定設(shè)計(jì)方案經(jīng)分析本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成：按鍵鍵盤、紅外發(fā)射電路，紅外接收電路、超聲波模塊、數(shù)碼管顯示電路、電動(dòng)閥門控制電路組成。整體設(shè)

15、計(jì)思路為：根據(jù)掃描到的不同的按鍵值，通過比對(duì)程序設(shè)定好數(shù)據(jù)發(fā)射相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，接收模塊接收到相應(yīng)的信號(hào)并譯碼后轉(zhuǎn)入執(zhí)行對(duì)應(yīng)的程序?？刂颇K設(shè)有5個(gè)按鍵，分別為“+”、“-”、“ok”、“a”、“b”鍵。其中“+”和“-”鍵用于控制顯示設(shè)定液位的數(shù)碼管液位增減的，設(shè)定好后按“ok”鍵，系統(tǒng)比對(duì)設(shè)定的液位值和當(dāng)前的值，如果實(shí)際液位不等于設(shè)定液位則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制進(jìn)水、出水閥門調(diào)節(jié)液位，直至相差不大于1cm時(shí)關(guān)閉閥門?！癮”和“b”鍵用于直接控制進(jìn)水閥門和出水閥門的開關(guān)。整體方案示意圖如圖2-3和圖2-4所示。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，超聲波模塊距離容器底部距離為120cm,液位最大高度設(shè)置為100cm，故液位達(dá)到

16、最高時(shí)，液位距離超聲波模塊有20cm距離。系統(tǒng)在0100cm范圍可自由調(diào)整液位高度，并實(shí)時(shí)在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前液位高度。圖2-3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)示意圖圖2-4 電路控制示意圖2.2.3 方案的可行性論證實(shí)用性:本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、靈活性、穩(wěn)定性、以及多功能同時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)可行性:單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，定時(shí)器產(chǎn)生38khz的載波對(duì)紅外信號(hào)調(diào)制，采用一體紅外接收頭對(duì)紅外信號(hào)放大、解碼、電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)譯碼后執(zhí)行相應(yīng)的程序。超聲波模塊每隔一段時(shí)間發(fā)射一次超聲波，接收到反彈回來(lái)的信號(hào)后輸出一段與距離成正比的脈沖信號(hào)，通過計(jì)算該信號(hào)算出液位高度。鋼球閥門驅(qū)動(dòng)電壓3-6v，采用h橋電路實(shí)現(xiàn)電流的正向反向放大

17、，實(shí)現(xiàn)鋼球閥門的關(guān)閉和打開。2.4 小結(jié)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求抗干擾能力強(qiáng)，防止誤動(dòng)作，誤差小；安裝、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；總體成本低。3. 硬件設(shè)計(jì)3.1 me007 超聲波測(cè)距模塊3.1.1 超聲波模塊功能介紹dyp-me007超聲波測(cè)距模塊可提供3cm-3.5m的非接觸式距離感測(cè)功能，圖1為dyp-me007外觀，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測(cè)距模塊一觸發(fā)信號(hào)后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來(lái)時(shí)，模塊輸出一回響信號(hào)，以觸發(fā)信號(hào)和回響信號(hào)間的時(shí)間差，來(lái)判定物體的距離。3.1.2 超聲波測(cè)距模塊的引腳功能圖3-1為超聲波測(cè)距模塊的接腳圖，使用上只需要5v

18、 電源供應(yīng)、0v 地線連接、觸發(fā)信號(hào)輸入、與回響信號(hào)輸出等四支接腳(開關(guān)信號(hào)輸出端是按客戶要求設(shè)定)。你只需要提供一個(gè)短期的10us 脈沖觸發(fā)信號(hào)。該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè)40khz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)是一個(gè)脈沖的寬度成正比的距離對(duì)象?？赏ㄟ^發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。圖3-1 超聲波波模塊引腳示意圖圖3-2 超聲波模塊的時(shí)序圖3.2 紅外控制模塊的設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)及其硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的介紹:stc89c52rc系列單片機(jī)是有超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘機(jī)器

19、周期可任意選擇，最新的d版本內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路。 特點(diǎn)： 1、增強(qiáng)型6時(shí)鐘機(jī)器周期，12時(shí)鐘機(jī)器周期8051 cpu； 2、工作電壓：5.5v-3.4v（5v單片機(jī)）/3.8v - 2.0v（3v單片機(jī)）； 3、工作頻率范圍:0-40mhz，相當(dāng)于普通8051的080mhz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48mhz； 4、用戶應(yīng)用程序空間4k/8k/16k/20k/32k/64k字節(jié)；5、片上集成1280字節(jié)/512字節(jié) ram； 6、通用i/o口（32個(gè)），復(fù)位后為：p1/p2/p3/p4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）p0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為i

20、/o口用時(shí)，需加上拉電阻；7、isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器、仿真器，可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，8k程序3秒即可完成；8、eeprom 功能；9、看門狗； 10、內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路（d版本），外部晶體20m以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路。11、共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；12、外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；13、通用異步串行口(uart)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)uart；14、工作溫度范圍：0 - 75/-40 - +

21、85；15封裝： pdip-40，plcc-44，pqfp-44。時(shí)鐘電路及rc復(fù)位電路: stc89c52rc芯片內(nèi)部有一高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器.反相放大器的輸入端為xtal1，輸出端為xtal2。在xtal1、xtal2（第19、18引腳）兩端跨接一個(gè)石英晶體振蕩器，和兩個(gè)電容就構(gòu)成了穩(wěn)定自激諧振電路。晶振頻率為12mhz。c1，c2是兩個(gè)瓷片電容，與晶振y2構(gòu)成了自激諧振電路。其電容的作用主要是對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，一般取30-45pf左右。使用該電路可產(chǎn)生穩(wěn)定的12mhz頻率，受外界環(huán)境的干擾影響非常小。其連接法如圖3-3所示： 圖3-3 單片機(jī)12mhz震蕩電路復(fù)位是單片機(jī)初始化

22、操作，其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機(jī)從0000h單元執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用了按鍵手動(dòng)復(fù)位方式。該復(fù)位電路如圖3-4所示。上電瞬間rst引腳獲得高電平，單片機(jī)復(fù)位電路隨著電容的c11的充電，rst引腳的高電平逐漸下降。rst引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。按鍵復(fù)位是直接將高電平通過電阻r11、r10分壓到達(dá)reset引腳，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 圖片3-4 單片機(jī)復(fù)位電路3.2.2 鍵盤電

23、路 本實(shí)驗(yàn)只用到5個(gè)鍵盤，故不采用相對(duì)復(fù)雜的矩陣式鍵盤，鍵盤電路如圖3-5。按鍵工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)先向p2端口輸出鎖存0xff；單片機(jī)不斷掃描p2口的值，當(dāng)p2！=0xff時(shí)，說明有按鍵按下，然后通過掃描p20-p24每個(gè)i/o口的高低電位判斷是哪位按鍵按下。圖3-5 鍵盤電路圖按鍵功能說明：p20和p21鍵分別是第6頁(yè)示意圖中的“+”和“-”鍵。用來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定液位的增加和減小。p22是“ok”鍵，按下時(shí)，液位控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門使實(shí)際液位達(dá)到設(shè)定的液位值。p23和p24按鍵分別控制進(jìn)水閥門（a）閥門和出水閥門的（b）的打開和閉合。按下一次，閥門打開，再按，閥門會(huì)關(guān)閉，如此反復(fù)，這樣可以達(dá)到直接

24、控制液位的目的。3.2.3 蜂鳴器控制電路 有源蜂鳴器直接接上額定電源就可連續(xù)發(fā)聲。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)有按鍵按下時(shí)蜂鳴器就會(huì)響起，指示有按鍵按下，電路圖如圖3-6所示。圖3-6 蜂鳴器3.2.4 紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射二極管的主要技術(shù)參數(shù): sir333是gaalas紅外發(fā)射二極管，其特點(diǎn)是體積小、功耗低、高發(fā)射強(qiáng)度、高可靠性、發(fā)射角度45、sir333管子直徑5mm。廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、電氣設(shè)備近距離紅外數(shù)據(jù)傳輸、電視機(jī)、空調(diào)機(jī)等家用電器紅外遙控信號(hào)發(fā)射其紅外發(fā)射距離為8-10米。紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路的設(shè)計(jì): 在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，由于發(fā)送信號(hào)時(shí)的最大平均電流需幾十ma（對(duì)應(yīng)mw級(jí)發(fā)射功率），所以需

25、要三極管放大后去驅(qū)動(dòng)紅外光發(fā)射二極管（又稱電光二極管）。軟件編程將數(shù)據(jù)從p3口第5腳（p34）將數(shù)據(jù)輸出。t0定時(shí)產(chǎn)生38khz載波信號(hào)。圖3-7 紅外發(fā)射電路3.3 液位控制模塊（紅外接收控制模塊）的設(shè)計(jì)3.3.1 紅外接收電路 lf0038是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，集成紅外線的接收、放大、解調(diào)，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與ttl電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸，中心頻率38.0khz。接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳：out、gnd、vcc與單片機(jī)接口非常方便。如圖3-8所示，最上邊的腳接電源vcc(+5

26、v)，中間引腳接gnd，最下邊引腳為脈沖信號(hào)輸出引腳。圖3-8 lf0038紅外接收頭lf0038接收原理： 紅外線接收是把遙制發(fā)送的數(shù)據(jù)(已調(diào)信號(hào))轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖(調(diào)制信號(hào)、基帶信號(hào))，是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成發(fā)射格式的脈沖信號(hào)。這些工作通常由一體化的接收頭來(lái)完成，輸出ttl兼容電平。最后通過解碼把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。圖3-9 lf0038原理圖由lf0038的特性曲線圖3-10可以看出，當(dāng)接收到38khz的高頻脈沖信號(hào)后，輸出端輸出低電平，其他情況均輸出高電平，本設(shè)計(jì)的發(fā)射信號(hào)根據(jù)此原理編碼。圖3-10 lf0038信號(hào)接收時(shí)序圖圖片3-11

27、 紅外接收頭實(shí)際應(yīng)用電路3.3.2 數(shù)碼管顯示電路在本設(shè)計(jì)中采用74h573鎖存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，采用的數(shù)碼管外形如圖3-12所示。由如下的表3-1可以看出，當(dāng)輸出使能端oe接地，鎖存使能端le接vcc時(shí),74hc573相當(dāng)如透明，輸出電平于輸入電平相同。在這里用74hc573驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。圖3-12 lg5631bh 0.56 三聯(lián)共陽(yáng)數(shù)碼管表3-1 74hc573鎖存器功能表如圖3-13所示本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)圖3-12所示的lg5631bh 0.56 三聯(lián)共陽(yáng)數(shù)碼管。led31（左）是用來(lái)顯示當(dāng)前實(shí)際液位的數(shù)碼管，led32（右）是用來(lái)顯示設(shè)定液位的數(shù)碼管。該設(shè)計(jì)中，用p07p02端口選擇數(shù)碼管，用

28、p20p26控制數(shù)碼管的數(shù)字顯示。6位led數(shù)碼管均由p2口控制，要使在同一瞬間看到的數(shù)字不相同，必須采用掃描輪流點(diǎn)亮各位led，即在同一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，p2口輸出相應(yīng)的字符段選碼，p0口在該顯示送入選通電平，以保證該顯示位顯示相應(yīng)的字符。如此輪流，使每位顯示相應(yīng)的字符。段選碼、位選碼每送入一次后延時(shí)1ms，因?yàn)槿说囊曈X暫留時(shí)間為0.1s（100ms），所以每位顯示時(shí)間間隔不要超過20ms,并保證延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺暫留，該人感覺每個(gè)數(shù)碼管總在亮，這種方式稱為軟件掃描顯示。圖3-13 數(shù)碼管顯示電路圖3.3.3 me007 超聲波測(cè)距模塊控制電路如圖3-14和圖3-15所

29、示，本設(shè)計(jì)通過p31口輸出10usttl高電平后，不斷掃描p33引腳是否變成高電平。超聲波模塊會(huì)發(fā)射8個(gè)連續(xù)的40khz的超聲波信號(hào)，當(dāng)接收到回波后，模塊會(huì)echo引腳向p33輸出與距離成正比的高電平信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到p33引腳變?yōu)楦唠娖揭院?，開定時(shí)器0計(jì)數(shù)，當(dāng)電平再次變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止計(jì)數(shù)。然后讀出計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)，按公式:液位高度h2=h-h1=h-tv/2計(jì)算出液位的高度。圖3-14 超聲波模塊引腳 圖3-15 測(cè)量原理示意圖3.3.4 dn15型號(hào)微型電動(dòng)銅球閥（天津市珠峰公司生產(chǎn)）控制電路本設(shè)計(jì)的閥門采用的是天津市珠峰公司生產(chǎn)的dn15型號(hào)微型電動(dòng)銅球閥，驅(qū)動(dòng)電壓是dc36v。在這里利用價(jià)格低廉的

30、8550和8050構(gòu)成h橋電路，實(shí)現(xiàn)電流的正向和反向放大作用，電路圖如圖3-16所示。圖3-16 電動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)電路h橋電路原理：圖中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“h橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜竓。4個(gè)三極管組成h的4條垂直腿，而電機(jī)就是h中的橫杠（注意：下圖及隨后的一個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒有畫出來(lái)）。如圖所示，h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如

31、下圖所示，當(dāng)q1管和q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管q1和q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。圖3-17 h橋電路簡(jiǎn)易原理電路圖h橋電路設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證h橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管q1和q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈颍趯?shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通

32、常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。經(jīng)過以上分析，設(shè)計(jì)采用的h橋電路原理圖如圖3-18所示。圖3-18 h橋電路完整電路圖4 流程圖及程序4.1 程序流程圖開始初始化程序是否有信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)液位調(diào)整指令執(zhí)行結(jié)束開始初始化程序掃描鍵盤有鍵盤按下？包含單片機(jī)已設(shè)定好的發(fā)射信息？主函數(shù)主函數(shù)等待信號(hào)且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位并顯示否否是否是否包含單片機(jī)已設(shè)定好的接收信息？是是發(fā)射相應(yīng)信號(hào)4.2 c51程序4.2.1 遙控模塊程序#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit buzzer=p00; /蜂呤器sbit

33、 singal=p34; /38khz高頻信號(hào)輸出端sbit add=p20; / +鍵sbit reduce=p21; / -鍵sbit ok=p22; /ok鍵sbit valve_a=p23; /進(jìn)水閥門控制鍵sbit valve_b=p24; /出水閥門控制鍵sbit p1_5=p15; uchar a,b,z;/*/void delayms(uchar tt) /延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間為tt（ms）uchar i,j;for(i=0;itt;i+)for(j=0;j120;j+);return;/*/uchar key() /鍵盤掃描程序，判斷是哪位按鍵按下 uchar c;delaym

34、s(20); /去抖動(dòng)if(p2!=0xff) buzzer=1; /有鍵盤按下，蜂呤器響if(add=0)c=1;if(reduce=0)c=2;if(ok=0)c=3;if(valve_a=0)c=4;if(valve_b=0)c=5; return(c);/*/void shoot() /信號(hào)發(fā)射程序，發(fā)射相應(yīng)編碼信號(hào)et0=1; /開定時(shí)器0中斷，輸出4ms的38khz高頻脈沖信號(hào)delayms(4);et0=0; /關(guān)中斷if(b=1)delayms(1);if(b=2)delayms(3);if(b=3)delayms(5);if(b=4)delayms(7);if(b=5)del

35、ayms(9);et0=1;delayms(4);et0=0;singal=0;b=0;delayms(200); /延時(shí)buzzer=0;return;/*/void main()p2=0xff; /向按鍵端口鎖存1singal=0;buzzer=1; /蜂呤器響p1_5=0;tmod=0x02; /開定時(shí)器0，工作在方式2自動(dòng)重裝方式tl0=0xf4;th0=0xf4; tr0=1;ea=1;for(z=0;z100;z+)delayms(10);/單片機(jī)通電后蜂呤器響1s鐘，指示電源接通buzzer=0; /關(guān)蜂呤器p1_5=1;while(1)if(p2!=0xff)b=key();

36、/判斷是否有鍵盤按下if(b!=0)shoot(); /判斷按鍵功能 /*/void khz_38() interrupt 1 /定時(shí)器中斷，軟件方式產(chǎn)生38khz脈沖信號(hào)singal=singal; 4.2.2 液位控制模塊程序#include#include#includesbit power=p31; /超聲波模塊觸發(fā)信號(hào)端 sbit int0k=p32; /紅外信號(hào)接收端sbit int1k=p33;sbit receive=p33; /超聲波測(cè)距信號(hào)接收端sbit red=p06; /紅色指示燈sbit green=p07; /綠色指示燈sbit p3_4=p34;sbit p3_5

37、=p35;sbit p3_6=p36;sbit p3_7=p37;unsigned char a,b,c;unsigned char water1=0;unsigned char water2=50; /water1代表實(shí)際液位，water2代表設(shè)定液位,單位為cm;unsigned char code led=0x81,0xed,0xa2,0xa8,0xcc,0x98,0x90,0xad,0x80,0x88,0x84,0xd0,0x93,0xe0,0x92,0x96;/*/void delayms(unsigned char tt) /延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間為tt(ms);unsigned ch

38、ar t1,t2;for(t2=0;t2tt;t2+)for(t1=0;t1120;t1+);return;/*/void delay05ms() /延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間為0.5ms;unsigned char t3;for(t3=0;t30) i-;if(i0) /小于1.2米，說明有信號(hào)返回tr0=1;/開始計(jì)時(shí)while(receive); /持續(xù)高電平則計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)為低電平則退出tr0=0;/停止計(jì)時(shí)water1=(unsigned char)(120-(th0*256+tl0)*0.0170); /單位：cm/34000/1000000/2=0.017cm/us液位等于超聲波模塊與頁(yè)面之間

39、的液位差/*/void delay6ms()/延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間約6ms, 該延時(shí)用來(lái)取代某些延時(shí)緩解數(shù)碼管閃爍現(xiàn)象 c=water2%10; p2=ledc;p1=0x01;delayms(1);c=water2/10;c=a%10;p2=ledc;p1=0x02;delayms(1);c=water2/100;p2=ledc;p1=0x04;c=water1%10; p2=ledc;p1=0x08;delayms(1);c=water1/10;c=a%10;p2=ledc;p1=0x10;delayms(1);c=water1/100;p2=ledc;p1=0x20;delayms(1);

40、water(); /實(shí)時(shí)掃描液位return;/*/void adjuest() /液位調(diào)整子程序，比對(duì)液位設(shè)定值和實(shí)際值后，通過打開或關(guān)閉閥門使實(shí)際液位=設(shè)定液位unsigned int k=834; if(!(water1=water2)if(water1water2)if(water1-water21)p3_6=0;p3_7=1;p3_4=1;p3_5=0;while(water1-water21)delay6ms();if(k!=0)if(-k=0)p3_4=0; /為克服關(guān)閉時(shí)間過長(zhǎng)和水流過大造成頁(yè)面波紋的缺點(diǎn)，使閥門只部分打開,打開最長(zhǎng)時(shí)間約為6sp3_4=0;p3_5=1;els

41、eif(water2-water11)p3_4=0;p3_5=1;p3_6=1;p3_7=0;while(water2-water11)delay6ms();if(k!=0)if(-k=0)p3_6=0;p3_6=0;p3_7=1; /*/void main()water(); /實(shí)時(shí)掃描液位高度power=0;receive=1;p3_4=0;p3_5=1;p3_6=0;p3_7=1;p1=0x01;ex0=1; /開外中斷0，觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式；it0=1;ea=1;green=1; /綠色指示燈滅； red=0; /紅色指示燈亮； while(1) /無(wú)限循環(huán)程序用于數(shù)碼管顯示； a

42、=water2%10; /顯示設(shè)定液位；p2=leda;p1=0x01;delayms(1);a=water2/10;a=a%10;p2=leda;p1=0x02;delayms(1);a=water2/100;p2=leda;p1=0x04;a=water1%10; /顯示實(shí)際液位；p2=leda;p1=0x08;delayms(1);a=water1/10;a=a%10;p2=leda;p1=0x10;delayms(1);a=water1/100;p2=leda;p1=0x20;delayms(1);/*/void change_int() interrupt 0 /接收到紅外信號(hào)后中斷響應(yīng)；if(int0k=0) /判斷是否是接收的是干擾信號(hào)delayms(3);if(int0k=0) /確認(rèn)紅外信號(hào)出現(xiàn)b=0;while(int0k=0);while(int0k=1)/測(cè)量脈沖信號(hào)長(zhǎng)度delay05ms(); /每0.5ms計(jì)數(shù)一次if(int0k=1)b=b+1;if(b0&b100)water2=0; /液位最高設(shè)為1mdelay6ms();if(b4&b8&b12&b16&b20) /增加水，再按關(guān)閉p3_6=0;p3_7=1;p3_4=p3_4;p3_5=p3_5;delay6ms();結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)在硬件上，使用me007、超聲波傳感器、stc