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

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的超超聲波液位測(cè)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)從現(xiàn)代化化計(jì)算機(jī)控制制技術(shù)入手，利利用單片機(jī)的的強(qiáng)大智能功功能，通過完完整的軟件與與硬件的結(jié)合合，闡述了一一種先進(jìn)液位位測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)超聲波傳感感器的特點(diǎn)，設(shè)設(shè)計(jì)出一套適適合實(shí)驗(yàn)室條條件下的液位位測(cè)量設(shè)備，主主要通過單片片機(jī)、超聲波波傳感器測(cè)量量鍋爐液位。本次設(shè)計(jì)選選擇的電器設(shè)設(shè)備有單片機(jī)機(jī)、超聲波傳傳感器，D/A轉(zhuǎn)換器等，設(shè)設(shè)計(jì)硬件控制制流程圖、控控制電路圖以以及軟件中的的主程序流程程圖。通過系系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表明：該系系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理理，自動(dòng)化程程度高，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)過程時(shí)間短短，工作穩(wěn)定定可靠，基本本滿足了設(shè)計(jì)計(jì)的相關(guān)要求求。關(guān)鍵詞：液位測(cè)測(cè)量；單片機(jī)機(jī)；超聲波傳傳感器ABSTRATTThisdeesignobtaiinsfrromthhemoddernizzationncompputercontrrolteechnollogy,usinggmonoolithiicinttegrattedciircuitt'sfoormidaableiintellligenttfuncction,,throoughtthecoomplettesofftwareeandhardwware'ssunioon,ellaboraatedoonekiindoffadvaancedfluiddposiitionmeasuuremenntsysstem.Accordiingtooultrrasoniicsennsor'sscharracterristicc,dessignsasetttossuituunderthellaboraatorycondiitiontheffluidposittionmmeasurrementtequiipmentt,maiinlytthrougghmonnolithhicinntegraatedccircuiit,ulltrasoonicssensorrsurvveybooilerfluiddposiition..Thissdesiignchhoice''seleectriccappllianceeequiipmentthasthemmonoliithicinteggrateddcirccuit,theuultrassonicsensoor,thheD/AAswittchanndsoon,ddesignnsinthehhardwaarecoontrollflowwcharrt,thheconntrolcircuuitdiiagrammaswwellaassofftwaree'smaasterroutiinefllowchhart.Indiccatedthrouughthhesysstemssimulaationexperrimentt:Thiissysstemddesignnisrreasonnable,,theautommaticiityisshighh,theeexpeerimenntproocesstimeisshhort,workstabllerelliablee,hasssatiisfieddthedesiggnrellatedrequeestbaasicallly.Keyworrds:Fluiddposiitionsurveey;Moonolitthiciintegrratedcircuuit;UUltrassonicsensoor目錄HYPERLINK\l"_Toc193196887"引言1HYPERLINK\l"_Toc193196891"1超聲波測(cè)距距原理2HYPERLINK\l"_Toc193196892"1.1超聲波22HYPERLINK\l"_Toc193196893"1.2超聲波傳傳感器3HYPERLINK\l"_Toc193196894"1.3超聲波傳傳感器的結(jié)構(gòu)構(gòu)和發(fā)射原理理4HYPERLINK\l"_Toc193196895"1.4超聲波傳傳感器的選擇擇4HYPERLINK\l"_Toc193196896"2超聲波測(cè)量量系統(tǒng)的硬件件設(shè)計(jì)4HYPERLINK\l"_Toc193196897"2.1單片機(jī)的的選用及簡(jiǎn)介介5HYPERLINK\l"_Toc193196898"2.2超聲波液液位檢測(cè)電路路6HYPERLINK\l"_Toc193196899"2.3液位控制制電路8HYPERLINK\l"_Toc193196900"2.4鍵盤9HYPERLINK\l"_Toc193196901"2.5顯示電路路9HYPERLINK\l"_Toc193196902"3系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計(jì)11HYPERLINK\l"_Toc193196903"3.1主程序流流程圖11HYPERLINK\l"_Toc193196904"3.2超聲波測(cè)測(cè)距的相關(guān)程程序12HYPERLINK\l"_Toc193196907"4系統(tǒng)調(diào)試與與結(jié)論14HYPERLINK\l"_Toc193196908"參考文獻(xiàn)15HYPERLINK\l"_Toc193196909"謝辭161引言1.1概述傳統(tǒng)的液位控制制絕大多數(shù)是是人工控制，造造成了人力資資源的浪費(fèi)，同同時(shí)安全性可可靠性都不高高。現(xiàn)代工業(yè)業(yè)生產(chǎn)正處于于一個(gè)由勞動(dòng)動(dòng)密集型、設(shè)設(shè)備密集型向向知識(shí)密集型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的過程。在在這一過程中中，智能控制制無疑起至關(guān)關(guān)重要的作用用。本課題主要對(duì)鍋爐液位進(jìn)行檢測(cè)測(cè)與控制，而而鍋爐是一個(gè)個(gè)典型的大慣慣性、大滯后后、具有多個(gè)個(gè)參變量的過過程控制系統(tǒng)統(tǒng)。1.2液位控制制研究現(xiàn)狀液位控制問題是是工業(yè)過程中中的一類常見見問題，例如如在飲料、溶溶液過濾、化化工生產(chǎn)等多多種行業(yè)的生生產(chǎn)加工過程程中都需要對(duì)對(duì)液位進(jìn)行適適當(dāng)?shù)目刂?，在在?shí)際生產(chǎn)中中，通常采用用系統(tǒng)辨識(shí)的的方法，對(duì)復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行行建模，以建建立一個(gè)簡(jiǎn)化化的數(shù)學(xué)模型型。然而對(duì)于于一些控制精精度較高的場(chǎng)場(chǎng)合，則需要要建立較精確確的數(shù)學(xué)模型型，一提高控控制精度。生產(chǎn)過程自動(dòng)控控制（簡(jiǎn)稱過過程控制）是是自動(dòng)控制技技術(shù)在石油、化化工，電力，冶冶金，機(jī)械。輕輕工，紡織等等生產(chǎn)過程的的具體應(yīng)用，是是自動(dòng)化技術(shù)術(shù)的重要組成成部分。進(jìn)入入21世紀(jì)，隨著著自動(dòng)化技術(shù)術(shù)，計(jì)算機(jī)技技術(shù)，通信技技術(shù)的迅速發(fā)發(fā)展，過程控控制發(fā)生了深深刻的變革，正正在向著數(shù)字字化，網(wǎng)絡(luò)化化和綜合自動(dòng)動(dòng)化方向發(fā)展展，在實(shí)現(xiàn)各各種最優(yōu)控制制和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)，保證生產(chǎn)產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)產(chǎn)量，提高經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益和勞勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)節(jié)約能源，改改善勞動(dòng)條件件，保證生產(chǎn)產(chǎn)安全，保護(hù)護(hù)環(huán)境等方面面發(fā)揮著越來來越巨大的作作用。目前，世世界各工業(yè)發(fā)發(fā)達(dá)國(guó)家，正正集中全力進(jìn)進(jìn)行工廠綜合合自動(dòng)化技術(shù)術(shù)的研究。在在我國(guó)以最大大的社會(huì)效益益和經(jīng)濟(jì)效益益為目標(biāo)，研研究和開發(fā)綜綜合自動(dòng)化技技術(shù)是國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需需要，是參加加國(guó)際市場(chǎng)劇劇烈競(jìng)爭(zhēng)的需需要。在世紀(jì)紀(jì)交替之際，新新技術(shù)的研究究和開發(fā)將大大大推動(dòng)工業(yè)業(yè)過程自動(dòng)化化的發(fā)展，并并帶來巨大的的社會(huì)效益和和經(jīng)濟(jì)效益。1.3過程控制制與單片機(jī)的的發(fā)展過程控制經(jīng)歷了了以下幾個(gè)發(fā)發(fā)展過程：19世紀(jì)40年年代前后(手工階段)：手工操作作狀態(tài)，憑經(jīng)經(jīng)驗(yàn)人工控制制生產(chǎn)過程，勞勞動(dòng)生產(chǎn)率很很低。19世紀(jì)50年年代前后(儀表化與局局部自動(dòng)化階階段)：過程控制發(fā)發(fā)展的第一個(gè)個(gè)階段，一些些工廠企業(yè)實(shí)實(shí)現(xiàn)了儀表化化和局部自動(dòng)動(dòng)化。19世紀(jì)60年年代(綜合自動(dòng)化化階段)：過程控制制發(fā)展的第二二個(gè)階段，工工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)車或大型裝裝置的集中控控制。19世紀(jì)70年年代以來(全盤自動(dòng)化化階段)：發(fā)展到現(xiàn)現(xiàn)代過程控制制的新階段，這這是過程控制制發(fā)展的第三三個(gè)階段。集散控制系統(tǒng)((DCS)是是集計(jì)算機(jī)技技術(shù)、控制技技術(shù)、通信技技術(shù)和圖形顯顯示技術(shù)為一一體的裝置。系系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上上是分散的((生產(chǎn)過程是是分散系統(tǒng)))，但過程控控制的監(jiān)視、管管理是集中的的,將計(jì)算機(jī)分分布到車間或或裝置。使系系統(tǒng)的危險(xiǎn)分分散，提高了了系統(tǒng)的可靠靠性，能方便便靈活地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各種新型的的控制規(guī)律與與算法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)最佳管理。本課題采用單片片機(jī)作為微處處理器具體色色機(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)，仍處于發(fā)展期。經(jīng)調(diào)查，北京、天津的高校、科研所在這方面開展的工作更看重的是理論、算法、研究出來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)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本上不去考慮，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)家在在單片機(jī)新型型測(cè)控裝置與與系統(tǒng)研究、制制造、應(yīng)用上上，已積累了了經(jīng)驗(yàn)，奠定定了基礎(chǔ)，進(jìn)進(jìn)入了國(guó)際市市場(chǎng)。我國(guó)在在新型測(cè)控裝裝置與系統(tǒng)研研究、制造、應(yīng)應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上上，有一定的的基礎(chǔ)，與其其它發(fā)達(dá)國(guó)家家相比還存在在距離。但是是，我國(guó)的科科研人員能夠夠克服很多的的困難，有望望在相關(guān)領(lǐng)域域能夠趕上甚至超過過發(fā)達(dá)國(guó)家的的技術(shù)水平，這這是趨勢(shì)。1.4課題的提提出及意義目前在工控領(lǐng)域域內(nèi)流行很多多種控制系統(tǒng)統(tǒng)，它們有各各自的優(yōu)點(diǎn)和和不足，適用用范圍也不同同，先做一比比較：基于可編程控制制器（PLC）控制方案案。PLC是一種專門門為了在工業(yè)業(yè)環(huán)境下運(yùn)用用而設(shè)計(jì)的數(shù)數(shù)字運(yùn)算操作作的電子系統(tǒng)統(tǒng)。是用越烈烈的環(huán)境，但但是由于其原原設(shè)計(jì)定位就就是以處理開開關(guān)量為主的的順序控制的的自動(dòng)化產(chǎn)品品，在其工作作過程中只有有順序執(zhí)行而而沒有工作周周期的概念，因因此，低于有有大量復(fù)雜控控制回路和人人機(jī)聯(lián)系較高高的生產(chǎn)過程程，用PLC來控制時(shí)不不適合的。以以單片機(jī)為控控制核心的智智能控制系統(tǒng)統(tǒng)有低功耗，更更寬的工作電電壓范圍，高高性能化，混混合信號(hào)集成成化，串行擴(kuò)擴(kuò)展技術(shù)，小小體積，低價(jià)價(jià)格，ISP及基于ISP開發(fā)環(huán)境等等優(yōu)點(diǎn)。液位是工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)中最常見和和最基本的工工藝參數(shù)，因因此完成上述述主要功能需需要比較全面面地設(shè)計(jì)出超超聲波液位控控制系統(tǒng)地方方案。該系統(tǒng)統(tǒng)主要以8051單片機(jī)位控控制核心，檢檢測(cè)到地?cái)?shù)據(jù)據(jù)經(jīng)8051單片機(jī)處理理后，傳至44位數(shù)碼管顯顯示模塊顯示示。1超聲波測(cè)距原原理1.1超聲波超聲（超音波學(xué)學(xué)）的定義：：聲音是與人人類生活緊密密相聯(lián)的一種種自然現(xiàn)象。當(dāng)當(dāng)聲的頻率高高到超過人耳耳聽覺的頻率率極限時(shí)，人人們就覺察不不出聲的存在在，因而稱這這種高頻率的的聲為“超”聲。超聲波通通常指1秒內(nèi)振動(dòng)20000次以上的高高頻聲波。超聲波具有以下下四個(gè)基本特特性：束射特特性，吸收特性，高功率，聲壓作用。上述四個(gè)基基本特性使超超聲波在媒體體中導(dǎo)致如下下五種效應(yīng)：：力學(xué)效應(yīng)、熱熱學(xué)效應(yīng)、光光學(xué)效應(yīng)、電電學(xué)效應(yīng)和化化學(xué)效應(yīng)。超聲波的特點(diǎn)是是它能在各種種媒質(zhì)中傳播播；波長(zhǎng)短，因因而分辨率很很好；聲束尖尖銳，聲能集集中；在不同同物質(zhì)界面上上會(huì)有反射、折折射、散射等等現(xiàn)象；可獲獲得較高聲強(qiáng)強(qiáng)。利用聲在在媒質(zhì)中的聲聲速、衰減、共共振、反射等等現(xiàn)象可測(cè)量量物質(zhì)的成分分、比重、厚厚度等。超聲聲波測(cè)距就是是利用超聲波波脈沖反射回回波法實(shí)現(xiàn)的的。超聲波在空氣中中的傳播速度度為340米/秒，因此，如如果能測(cè)出超超聲波在空氣氣中傳播時(shí)間間，就能算出出其傳播的距距離。超聲波波測(cè)距就是通通過測(cè)定超聲聲波傳播的時(shí)時(shí)間間隔來測(cè)測(cè)出聲波傳送送的距離，這這就是所謂的的時(shí)間差測(cè)距距法。超聲波波測(cè)距方法有有如下兩種：：（1）直接式超超聲波測(cè)距方方法：直接式超聲波測(cè)測(cè)距方法的原原理是，測(cè)量量發(fā)送器發(fā)射射超聲波到接接收器并接收收到超聲波的的時(shí)間t，已知超聲聲波在空氣中中的傳播速度度V,則超聲波波發(fā)送器到對(duì)對(duì)象物的距離離為：S=Vt（2）反射式超超聲波測(cè)距方方法：反射式超聲波測(cè)測(cè)距方法的原原理是，發(fā)送送器向某一方方向發(fā)射超聲聲波，在發(fā)射射時(shí)刻的同時(shí)時(shí)開始計(jì)時(shí)，超超聲波在空氣氣中傳播途中中遇到對(duì)象物物就立即返回回來，接收器器接收到反射射波就立即停停止計(jì)時(shí)，這這時(shí)計(jì)時(shí)器就就計(jì)下了超聲聲波從發(fā)射到到對(duì)象物間的的來回傳播時(shí)時(shí)間t，從而發(fā)送送器到對(duì)象物物的距離可用用下式計(jì)算出出來：S=Vt/21.2超聲波傳傳感器在超聲波測(cè)距系系統(tǒng)中利用超超聲波傳感器器產(chǎn)生和接收收超聲波，利利用超聲波的的特性進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)測(cè)量。利用超聲波波感知或檢測(cè)測(cè)物體，有非非破壞性、遙遙控性、實(shí)時(shí)時(shí)性、可穿透透性等優(yōu)點(diǎn)，在在許多方面體體現(xiàn)了獨(dú)到之之處。很早以以前，人們便便掌握了超聲聲波探傷與聲聲納的技術(shù)。近近年來，超聲聲波的波長(zhǎng)范范圍己達(dá)Lmm級(jí)，頻率己己擴(kuò)大到GHHz領(lǐng)域，分分辨率達(dá)Piin量級(jí)的超超聲波顯微鏡鏡已實(shí)用化。在在這種頻率范范圍，超聲波波敏感元件成成為薄膜狀，與與傳統(tǒng)的形狀狀大相徑庭，它它的進(jìn)步將對(duì)對(duì)電子學(xué)的發(fā)發(fā)展起重要作作用。人們?yōu)闉檠芯亢蛻?yīng)用用超聲波，己己發(fā)明設(shè)計(jì)并并制成了許多多類型的超聲聲波發(fā)生器::機(jī)械方式和和電氣方式產(chǎn)產(chǎn)生超聲波發(fā)發(fā)生器。實(shí)質(zhì)質(zhì)上，超聲波波發(fā)生器即是是超聲波換能能器，它將其其它形式的能能量轉(zhuǎn)換成超超聲波的能量量(發(fā)射換能器器來完成)和使超聲波波的能量轉(zhuǎn)換換成其它易于于檢測(cè)的能量量(接收換能器器來完成)。一般是用用電能和超聲聲能量相互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。電氣方方式類型包括括:壓電型、磁磁致伸縮型和和電動(dòng)型等，機(jī)機(jī)械方式有：：氣流旋笛、液液哨、加爾統(tǒng)統(tǒng)笛等。各種種類型的超聲聲波發(fā)生器產(chǎn)產(chǎn)生的超聲波波的功率、頻頻率和聲波特特性都不相同同。目前使用用較多的是電電氣類中的壓壓電型超聲波波發(fā)生器。而而壓電材料有有單晶體的、多多晶體復(fù)合的的，如石英單單晶體，欽酸酸鋇壓電陶瓷瓷、錯(cuò)欽酸鉛鉛壓電陶瓷復(fù)復(fù)合晶體((PZT-44,PZTT-5)等。1.3超聲波傳傳感器的結(jié)構(gòu)構(gòu)和發(fā)射原理理將兩個(gè)壓電元件件（或一個(gè)壓壓電元件和一一個(gè)金屬板）粘粘合在一起，稱稱為雙壓電晶晶片（由一個(gè)個(gè)壓電元件構(gòu)構(gòu)成的稱為單單壓電晶片）壓壓電式超聲波波發(fā)生器實(shí)際際上是利用壓壓電晶體的諧諧振來工作的的。它有兩個(gè)個(gè)壓電晶片和和一個(gè)共振板板。當(dāng)它的兩兩極外加脈沖沖信號(hào)，其頻頻率等于壓電電晶片的固有有振蕩頻率時(shí)時(shí)，壓電晶片片將會(huì)發(fā)生共共振，并帶動(dòng)動(dòng)共振板振動(dòng)動(dòng)，便產(chǎn)生超超聲波。反之之，如果兩電電極間未外加加電壓，當(dāng)共共振板接收到到超聲波時(shí)，將將壓迫壓電晶晶片作振動(dòng)，將將機(jī)械能轉(zhuǎn)換換為電信號(hào)，這這時(shí)它就成為為超聲波接收收器了。超聲波傳感器可可以視為一個(gè)個(gè)電感、電容容和電阻串聯(lián)聯(lián)的（共振）電電路其電抗特特性是左側(cè)右右側(cè)呈電容性性，中間部分分呈電感性。這這種特性只有有在高Q值的晶體振振子活著陶瓷瓷振子中可以以看到。利用用這一特性構(gòu)構(gòu)成了超聲波波傳感器特有有的電路。超聲波傳感器由由兩個(gè)共振頻頻率，低頻的的共振頻率ft叫做串聯(lián)共共振頻率，在在電阻(R)，電感(L)和電容(C1)的串聯(lián)聯(lián)電路中振蕩蕩。這時(shí)的傳傳感器阻抗最最低；而在高高頻處的共振振頻率fa為逆共振頻頻率，在電阻阻(R)，電容(C1)和電容(C2)的串聯(lián)聯(lián)電路中震蕩蕩。發(fā)送超聲波在串串聯(lián)共振頻率率處具有最高高靈敏度，接接收超聲波在在串聯(lián)逆共振振頻率處具有有最高靈敏度度，而且由于于超聲波傳感感器具有共振振特性，即使使將方波輸入入到發(fā)送傳感感器，接收傳傳感器的輸出出也是正弦波波。1.4超聲波傳傳感器的選擇擇市場(chǎng)上的超聲波波傳感器大致致可以分為通通用型，寬頻頻帶型，封閉閉型，高頻型型幾類，他們們各有優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)，也就各有有用途。通用用型頻帶窄，但但靈敏度高，抗抗干擾性強(qiáng)，在在多通道，且且通道間頻率率較近的應(yīng)用用中最好使用用它；寬頻帶帶型能在工作作頻帶內(nèi)有兩兩個(gè)共振點(diǎn)，因因而加寬了頻頻帶，它兼做做發(fā)送和接收收傳感器；封封閉型適用于于室外環(huán)境，有有較好的奈風(fēng)風(fēng)雨特性，用用于汽車后的的監(jiān)測(cè)等裝置置上；高頻型型的中心頻率率可以達(dá)到200KHHz，方向性強(qiáng)強(qiáng)，可以進(jìn)行行高分辨率的的測(cè)量。本次設(shè)計(jì)用了通通用型TL851和TL852來發(fā)送和接接收超聲波。2超聲波測(cè)控系系統(tǒng)的硬件設(shè)設(shè)計(jì)控制原理為：液液位控制系統(tǒng)統(tǒng)的控制目的的是容器內(nèi)液液位保持恒定定，假如管道道中的壓力是是恒定的，管管道閥門的開開度對(duì)應(yīng)一定定的液體流量量，這時(shí)為了了保持液位恒恒定，只須測(cè)測(cè)量實(shí)際液位位，并與液位位設(shè)定值進(jìn)行行比較，利用用二者的偏差差以PID控制規(guī)律控控制管道閥門門的開度。系統(tǒng)只有檢測(cè)液液位偏離設(shè)定定值時(shí)才能進(jìn)進(jìn)行控制，在在本課題中，在在液位控制主主回路中增加加液體流量控控制回路，構(gòu)構(gòu)成單閉環(huán)控控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)分析控制流流程為如圖1：圖1控制流程程圖2.1單片機(jī)的的選用及簡(jiǎn)介介單片機(jī)也被稱為為“單片微型計(jì)計(jì)算機(jī)”，單片機(jī)一一詞最初源于于“singllechiipmiccrocommputerr”,簡(jiǎn)稱“SCM”，隨著SCM在技術(shù)和體體系結(jié)構(gòu)上的的進(jìn)步，其控控制功能不斷斷擴(kuò)展，它的的主要作用已已經(jīng)不是計(jì)算算而是控制了了。現(xiàn)在最具有代代表性、最典典型的機(jī)型當(dāng)當(dāng)屬AT899S51系列單片片機(jī)了，本課課題液位控制制系統(tǒng)采用ATT89S51單片機(jī)。一塊芯片上包括括：·8位中央處理理器單元CPU；·4/8KBROM或EPROM；·128/2556字節(jié)的數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；·21/26個(gè)個(gè)特殊功能寄寄存器SFP；·4個(gè)8位并行行I/O口；·2/3個(gè)166位可編程的的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，T0、T1用來對(duì)外外部脈沖進(jìn)行行計(jì)數(shù)，也可可設(shè)置成定時(shí)時(shí)器；·有5/6個(gè)中中斷源，其中中3個(gè)是內(nèi)部中中斷源，2個(gè)外部中斷斷源，通過軟軟件可編程為為兩個(gè)中斷優(yōu)優(yōu)先級(jí)；·1個(gè)全雙工的的通過編程工工作在異步方方式的串行接接口，使數(shù)據(jù)據(jù)可在微機(jī)之之間一位一位位地串行傳送送；·內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生生電路，但石石英晶體振蕩蕩器和電容需需要外接，允允許最高振蕩蕩頻率為122MHz；·64KB外部部程序存儲(chǔ)器器尋址空間；；·64KB外部部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器器尋址空間；；·具有位尋址功功能，位尋址址空間為00H～FFH,具有較強(qiáng)的的位處理能力力。AT89S511的引腳圖如如圖2：EA/VPEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.3P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89S51圖2AT899S51的引腳圖2.2超聲波液液位檢測(cè)電路路超聲波換能器選選用壓電式換換能器。超聲聲波收發(fā)器采采用超聲波專專用芯片TTL851和TL8552。TL851數(shù)數(shù)字集成電路路，是專用的的聲納測(cè)距控控制器。TLL852模模擬集成電路路，是專用的的聲納測(cè)距接接收器。這兩兩個(gè)芯片已廣廣泛應(yīng)用于超超聲波測(cè)距系系統(tǒng)中，是靜靜電和壓電換換能器接口。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?single-echo)工作方式和多回波(multi-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引腳生成一個(gè)邏輯高電平輸出，這樣從INIT置高電平到ECHO輸出高電平的時(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0.44ms的脈沖，在脈沖的下降沿ECHO又回到低電平，可以重新接收回波。TL851的的測(cè)量距離為為6英寸到35英尺。它有有一個(gè)可使用用低成本外部部陶瓷晶振起起振的內(nèi)部振振蕩器，使用用簡(jiǎn)單的外部部接口和420KHHz的陶瓷晶振振，可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)一個(gè)50KHz靜電轉(zhuǎn)換器器。TL8511的INIT引腳必須在Vcc上電5ms之后才可以以置高電平，在在這5ms的時(shí)間里，系系統(tǒng)內(nèi)部被重重新設(shè)定，并并且產(chǎn)生穩(wěn)定定的振蕩。INIT置高高電平之后，TL851就發(fā)送頻率為49.4KHz，振幅為400V的16個(gè)脈沖的脈沖串，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器XDCH工作。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)200V的直流電以保證轉(zhuǎn)換器繼續(xù)工作。當(dāng)使用外部4220KHz陶陶瓷晶振時(shí)，TL851的消隱（BLNK）信號(hào)禁止接收2.38ms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為邏輯低電平。AT89S511單片機(jī)的的P1口控控制兩個(gè)超聲聲波收發(fā)器，其其中,P1..0-P1..3分別接接超聲波收發(fā)發(fā)器1的INITT、ECHO、BLNKK、BINH引腳；P11.4-P11.7的分分別接超聲波波收發(fā)器22的INITT、ECHO、BLNK、BINH引腳。通過過清零P11.0、P1.4（經(jīng)經(jīng)反相器加到到INIT引腳）啟動(dòng)動(dòng)超聲波換能能器發(fā)射超聲聲波，同時(shí)T1開始計(jì)計(jì)數(shù)，并不斷斷查詢P11.1和P1.5的狀狀態(tài)，當(dāng)PP1.1或或P1.5變?yōu)闉楦唠娖綍r(shí)，即即收到回波，讀讀取T1的計(jì)數(shù)值值。通過TT1的計(jì)數(shù)值值可以計(jì)算出出從發(fā)射超聲聲波到收到回回波的時(shí)間，從從而計(jì)算出發(fā)發(fā)射處到對(duì)象象物的距離。圖3為超聲波液液位檢測(cè)的具具體電路圖:圖3超聲波液液位檢測(cè)電路路圖2.3液位控制制電路液位控制系統(tǒng)的的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大大多采用調(diào)節(jié)節(jié)閥，本系統(tǒng)統(tǒng)采用電動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)閥所接接收的信號(hào)為為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即4－20MA。DAC0832是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。DAC08322的引腳圖（管管腳圖）及功功能：圖4DAC00832引腳功能介紹紹DI0~DI77：數(shù)據(jù)輸入入線，TLL電平。

ILE：數(shù)據(jù)鎖鎖存允許控制制信號(hào)輸入線線，高電平有有效。

CS：片選信號(hào)號(hào)輸入線，低低電平有效。

WR1：為輸入入寄存器的寫寫選通信號(hào)。

XFER：數(shù)據(jù)據(jù)傳送控制信信號(hào)輸入線，低低電平有效。WR2：為DAAC寄存器寫選選通輸入線。

Iout1:電電流輸出線。當(dāng)當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。

Iout2:

電流輸出線線。其值與Iout1之和為一常常數(shù)。

Rfb:反饋信信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有有反饋電阻.

Vcc:電源輸輸入線

(+55v~+155v)

Vref:基準(zhǔn)準(zhǔn)電壓輸入線線

(-110v~+10v))

AGND:模擬擬地,摸擬信號(hào)和和基準(zhǔn)電源的的參考地.

DGND:數(shù)字字地,兩種地線在在基準(zhǔn)電源處處共地比較圖3.5為DAAC08322與單片機(jī)接接口應(yīng)用電路路圖：圖5DAC00832與單片機(jī)的的接口電路圖圖2.4鍵盤鍵盤輸入單元采采用獨(dú)立式鍵鍵盤,由上下左右右四個(gè)鍵組成成,其中上這個(gè)個(gè)鍵為開始鍵鍵,下為顯示切切換鍵,左右為數(shù)字字增減鍵.增減鍵用以以改變?cè)O(shè)定值值的大小,以下是鍵盤盤與單片機(jī)的的接口電路。圖6鍵盤2.5顯示電路路LED（LigghtEmmittinngDioode）是當(dāng)外加電電壓超過額定定電壓時(shí)發(fā)生生擊穿而發(fā)出出可見光，LED的工作電壓壓通常為2～20mA。工作壓降降為2V左右，使用用時(shí)需加限流流電阻。顯示電路采用LLED數(shù)碼管管顯示，數(shù)碼管具有有：低能耗、低低損耗、低壓壓，對(duì)外界環(huán)環(huán)境要求低，易易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，雖只能顯顯示非常有限限的符號(hào)和數(shù)數(shù)碼字，但可可完全滿足本本設(shè)計(jì)。在顯示部分分采用LED動(dòng)態(tài)顯示技技術(shù)，節(jié)省單單片機(jī)空間，而而且動(dòng)態(tài)顯示示電流很小，單單片機(jī)可以提提供。顯示器器結(jié)構(gòu)如圖7：1010987612abcdefg4dp3abfcgdedp5GNDGND圖7LED數(shù)碼碼管單片機(jī)與顯示電電路的連接如如圖8：2929ALE/P30TXD11RXD10AT89S51ICM7218BabfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp9abfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp9abfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp93abfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp9D51D62D73D84ID05ID16ID27ID38ID49ID510ID611ID712MODE13WRITE14D427D326D225D124a23b22c21d20e19f18g17dp16EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1。01P1。12P1。23P1。34P1。45P1。56P1。67P1。78P0。039P0。138P0。237P0。336P0。435P0。534P0。633P0。732P2。021P2。122P2。223P2。324P2。425P2。526P2。627P2。728PSEN圖8LED顯示示電路以上是液位控制制系統(tǒng)各部分分硬件的具體體設(shè)計(jì)，其整整個(gè)系統(tǒng)具體體電路如圖33.9所示：：圖9鍋爐液位控控制電路圖3系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計(jì)軟件也是非常重重要的部分，直直接關(guān)系到最最終結(jié)果。在在以下的介紹紹中，主要是是針對(duì)各個(gè)模模塊程序的整整體功能的介介紹。3.1主程序流流程圖主程序完成初始始化工作、各各路超聲波發(fā)發(fā)射和接收順順序的控制及及記錄超聲波波的發(fā)射時(shí)間間。中斷服務(wù)務(wù)程序主要完完成時(shí)間值的的讀取、距離離計(jì)算、結(jié)果果的顯示或輸輸出等工作。軟軟件分為兩部部分，即主程程序和中斷程程序。工作流流程圖如圖110所示。圖10主程序序流程圖3.2超聲波測(cè)測(cè)距的相關(guān)程程序3.2.1超聲聲波的接收與與發(fā)送前方測(cè)距電路的的輸出端接單單片機(jī)INT0端口，中斷斷優(yōu)先級(jí)最高高，左、右測(cè)測(cè)距電路的輸輸出通過放大大器的輸出接接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)時(shí)單片機(jī)P1.1和P1.5接到放大器的輸入入端，中斷源源的識(shí)別由程程序查詢來處處理，中斷優(yōu)優(yōu)先級(jí)為先右右后左。部分分源程序如下下：RECEEIVEI：：PUSHPPSWPUSHACCCCLREX1；；關(guān)外部中斷斷1JNBp1..1,RIGHHT；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距距電路中斷服服務(wù)程序JNBp1..55,LEFTT；P1.5引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距距電路中斷斷服服務(wù)程序RETURN：：SSETBEEX1；開外部中中斷1POPACCCCPOPPSWWRETIRIGHT：；右測(cè)距電電路中斷服服務(wù)務(wù)程序入口...AJMPRREETURNNLEFT：；左測(cè)距電電路中斷服服務(wù)務(wù)程序入口...AJMPREETTUN3.2.2超聲聲波波傳播時(shí)間間在啟動(dòng)發(fā)射電路路的的同時(shí)啟動(dòng)動(dòng)單單片機(jī)內(nèi)部部的的定時(shí)器T1，利用定時(shí)時(shí)器的計(jì)數(shù)數(shù)功功能記錄超超聲聲波發(fā)射的的時(shí)時(shí)間和收到到反反射波的時(shí)時(shí)間間。當(dāng)收到到超超聲波反射射波波時(shí)，接收收電電路輸出端端產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)負(fù)跳跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)個(gè)中斷請(qǐng)求求信信號(hào)，單片片機(jī)機(jī)響應(yīng)外部部中中斷請(qǐng)求，執(zhí)執(zhí)執(zhí)行外部中中斷斷服務(wù)子程程序序，讀取時(shí)時(shí)間間差，計(jì)算算距距離。其部部分分源程序如如下下：RECEIVEE00：PUSHPSWPUSHACCCCCLREX00；關(guān)外部中中斷0MOVR77,,TH00；讀取時(shí)間間值MOVR6,,TL0CLRCMOVA,RR6SUBBA,,#0BBBHH；計(jì)算時(shí)間間差MOV31HH,,A；存儲(chǔ)結(jié)果MOVA,RR7SUBBA,,#3CHHMOV30HH,,ASETBEXX00；開外部中中斷0POPACCCPOPPSWWRETI4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)結(jié)論超聲波測(cè)距儀的的制制作和調(diào)試試，其其中超聲波波發(fā)發(fā)射和接收收采采用Tl8551和TL8522的超聲波換換能器TCT400-10FF1（T發(fā)射）和TCT400-10SS11（R接收），中中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)應(yīng)保持兩換換能能器中心軸軸線線平行并相相距距4～8cm，其余元件件無特殊要要求求。若能將將超超聲波接收收電電路用金屬屬殼殼屏蔽起來來，則則可提高抗抗干干擾能力。根根根據(jù)測(cè)量范范圍圍要求不同同，可可適當(dāng)調(diào)整整與與接收換能能器器并接的濾濾波波電容C4的大小，以以獲得合適適的的接收靈敏敏度度和抗干擾擾能能力。硬件電路制作完完成成并調(diào)試好好后后，便可將將程