超聲波油位監(jiān)測系統(tǒng)

三、設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)1、設(shè)計(jì)內(nèi)容1）根據(jù)控制原理，設(shè)計(jì)一個超聲波油位監(jiān)測系統(tǒng)。2）研究超聲波油位監(jiān)測系統(tǒng)的組成，給出超聲波油位監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法。3）在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造一個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對超聲波油位監(jiān)測系統(tǒng)效果進(jìn)行分析評估。2、技術(shù)要求1）以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)儲油罐油位測量；2）LED數(shù)碼管顯示儲油罐油位狀態(tài)，并語音提示；3）當(dāng)油位超過一定閾值時(shí)，予以報(bào)警。四、研究方法及步驟本設(shè)計(jì)采用由以STC89C52單片機(jī)為核心、以超聲波測量模塊、LED數(shù)碼管顯示模塊、電源模塊、語音模塊、報(bào)警模塊組成。在容器內(nèi)安裝超聲波液位傳感器并以一定周期向油面發(fā)射高頻超聲波脈沖，高頻超聲波脈沖被液面反射回來由換能器接收，轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過計(jì)算后以百分比形式顯示在液晶屏幕上同時(shí)播報(bào)語音，當(dāng)油位低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：圖1：系統(tǒng)總體框圖1、硬件模塊1）單片機(jī)模塊：STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM, 32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。其中，經(jīng)由單片機(jī)與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。2）傳感器測量模塊：超聲波液位計(jì)也稱超聲波物位計(jì)、超聲波水位計(jì)、超聲波料位計(jì)，是由控制的數(shù)字液位儀表。在測量中超聲波脈沖由（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)液體表面反射后被同一接收或超聲波接收器，通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉(zhuǎn)換成電信號，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來計(jì)算傳感器到被測液體表面的距離。由于采用非接觸的測量，被測介質(zhì)幾乎不受限制，可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。由探頭發(fā)射超聲波，經(jīng)過油面反射后由接收器接收，由超聲波的聲速和傳播時(shí)間計(jì)算油位。3） LED顯示模塊：本次設(shè)計(jì)采用八段數(shù)碼管顯示，是四位一體共陰極數(shù)碼管，由四個八段數(shù)碼管集成，高電平點(diǎn)亮。在顯示上我們通常采用兩種方法：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)顯示。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1?2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，但能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。故本次設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示方法。4）報(bào)警模塊組成：報(bào)警模塊由使用蜂鳴器，蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。本次實(shí)驗(yàn)使用電磁式蜂鳴器，電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過一個三極管C8550來放大驅(qū)動蜂鳴器。5）語音播報(bào)模塊：試驗(yàn)使用JQ8900-16P語音模塊，JQ8900-16P選用的是SOC方案，集成了一個16位的MCU,以及一個專門針對音頻解碼的ADSP,采用硬解碼的方式，更加保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)。小巧尺寸更加滿足嵌入其它產(chǎn)品的需求。SPI-flash更換語音內(nèi)容此芯片最大的優(yōu)勢在于能夠靈活的更換SPI-flash內(nèi)的語音內(nèi)容，省去了傳統(tǒng)語音芯片需要安裝上位機(jī)更換語音的麻煩，SPIFLASH直接模擬成U盤，跟拷貝U盤一樣，非常方便。使得產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)變得便捷簡單。一線串口控制模式、RX232串口控制可選，為研發(fā)提供更多的選擇性。6）電源模塊由于工業(yè)生產(chǎn)過程中所用到的電都是220V,這與本設(shè)計(jì)所需要電源是不符的，因此要使用電壓轉(zhuǎn)換電路，將220V的電壓轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)中所用到的+15V和+5V。2、程序設(shè)計(jì)傳感器將被測信號的物