【正文】 . The system takes STC12C5A08S2 as the core of the system controller. The SCM provides control signals for ultrasonic distance measurement modules, and starts the monolithic integrated circuit internal timer to work while emitting ultrasonic. Ultrasonic reflection echo after the munication obstacles in the air, and the SCM stops timing when the echo signal is detected by the ultrasonic receiver. According to the formula: S=Vt/2, the liquid level distance is calculated. The system is designed to focus on the time and temperature pensation of ultrasonic distance measurement. The temperature value is collected in the SCM through the temperature sensor, undergoing a certain numerical correction to get the ultrasonic wave propagation velocity under the temperature. This article uses a bination of hardware and software design. In software, we use assembly language to program. Full use of Assembly language reference table advantages in data processing, we established the speed correction table and the digital display values table which can be convenient and clear for data processing and display. Keywords： Ultrasonic distancemeasuring； STC12C5A08S2； Temperature pensation； Liquid level measurement system III 目 錄 1 引言 ..................................................................... 1 測(cè)距在工業(yè)方面的應(yīng)用 ................................................... 1 現(xiàn)有的測(cè)距方法及其優(yōu)缺點(diǎn) ............................................... 1 超聲波測(cè)距的原理及優(yōu)點(diǎn) ................................................. 2 課題研究的意義 ......................................................... 2 2 總體方案論證 ............................................................. 2 系統(tǒng)方案簡(jiǎn)化 ........................................................... 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明 ....................................................... 4 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ......................................................... 4 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊簡(jiǎn)介 ............................................ 4 單片機(jī)的選型（ STC12C5A08S2） ................................................. 6 顯示電路的設(shè)計(jì) ......................................................... 9 溫度傳感器的選型 ...................................................... 10 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................ 11 主程序設(shè)計(jì) ............................................................ 12 子程序設(shè)計(jì) ............................................................ 13 數(shù)碼管顯示程序 ........................................................ 17 5 系統(tǒng)調(diào)試與分析 .......................................................... 18 結(jié) 論 ...................................................................... 22 致 謝 ...................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ................................................................... 24 附錄 A 匯編程序清單 ....................................................... 25 圖 一 系統(tǒng)完整電氣原理圖 .................................................. 28 1 1 引言 測(cè)距在工業(yè)方面的應(yīng)用 在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用可以說是無處不在。在車載導(dǎo)航 、石油、化工等領(lǐng)域， 超聲波測(cè)距技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)在典型的非接觸測(cè)距方法有雷達(dá)探測(cè)、激光探測(cè)、 CCD 探測(cè)和 超聲波測(cè)距等方法。相比之下，超聲波測(cè)距因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)適合短距離的測(cè)距系統(tǒng)，特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不易人們直接接觸的場(chǎng)合發(fā)揮了很大的作用。這些方法同 早 期 的機(jī)械測(cè)量相比，運(yùn)用比較簡(jiǎn)單，但大都采用了如壓力值、電氣量等中間量來反映液位值，增加了測(cè)量誤差。 通過查表獲取聲速在當(dāng)時(shí)溫度的修正值 V，從定時(shí) /計(jì)數(shù)器中獲取傳播時(shí)間 t,即可 根據(jù)公式 S=Vt/2 計(jì)算出 測(cè)試 點(diǎn)到障礙物 之間 的距離 S。應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)大多沒有復(fù)雜的傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)部件， 安裝、維護(hù)時(shí)比較方便 ，尤其是在氣體或液體中測(cè)量時(shí)超聲波測(cè)距系統(tǒng)性能表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。在這種環(huán)境下，非接觸式測(cè)量成為人們的首選，而超聲波測(cè)距因?yàn)橄到y(tǒng)可靠性高、不易受環(huán)境因素（如磁場(chǎng)、腐蝕性氣體或液體等）影響，能夠滿足一般工業(yè)精度要求，得到了很廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。采用硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，選用單片機(jī)為 微 控制器，超聲波發(fā)射和接收器分別通過相應(yīng)電路與單片機(jī)相連， 這樣就可以 通過單片機(jī) 來控制超聲波的發(fā)射和接收 ，并利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 計(jì)算超聲波的傳輸時(shí)間t。只需要單片機(jī)提供一定的 電平 觸發(fā)信號(hào)，HC— SR04 模塊就會(huì)自動(dòng)發(fā)射、接收和檢測(cè)回波信號(hào)。單片機(jī)通過 、和 口控制超聲波測(cè)距模塊的觸發(fā)和接收回波信號(hào)。最終的速度計(jì)算結(jié)果通過 P0 口輸給數(shù)碼管顯示部分。 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊簡(jiǎn)介 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊主要包括超聲波發(fā)射器、超生波接收器和相關(guān)的控制電路。 5 圖 HC— SR04 實(shí)物圖 HC— SR04 主要電氣參數(shù)介紹 電氣參數(shù) HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊 工作電壓 DC 5V 工作電流 15mA 最遠(yuǎn)射程 450cm 最近射程 2cm 輸入觸發(fā)信號(hào) 10us 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào) 輸出 TTL 電平信號(hào)，與射程成比例 超聲波測(cè)距模塊工作時(shí)序圖 HC— SR04 模塊工作時(shí)只需要單片機(jī)的 口送一個(gè)不低于 10us 的高電平觸發(fā)信號(hào)，模塊內(nèi)部會(huì)自動(dòng)循環(huán)發(fā)出 8 個(gè) 40KHz 的脈沖，且模塊的回響信號(hào)輸出端會(huì)自動(dòng)檢測(cè)回波信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到回響信號(hào)時(shí)該端口會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，該高電平信號(hào)的持續(xù)時(shí)間與檢測(cè)距離成比例。選擇該型號(hào)單 片機(jī)的另一個(gè)重要因素是在導(dǎo)師的實(shí)驗(yàn)室有許多現(xiàn)成的該型號(hào)單片機(jī)，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的額外成本。 7 圖 STC12C5A08S2 單片機(jī)管腳圖 （ 1） 電源端： 40 管腳是 VCC 端 ，連接供電電源 +5V。 XTAL2 則是內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器的輸出端，和 外部晶振的另一端 相連 ，當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘電源時(shí)，此引腳可懸空，此時(shí) XTAL2 實(shí)際將 XTAL1 輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出（ STC12C5A08S2 應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)）。在本系統(tǒng)中 P0 口用作數(shù)據(jù)輸出口，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的AD0AD7。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，就是利用 、 、 分別連 接 74HC138 地址譯碼器的 A、 B、 C 端進(jìn)行地址的擴(kuò)展和選通。至于 晶振電路部分，采用的是可以更換晶振的電路設(shè)計(jì)，在本系統(tǒng)中所采用晶振頻率為 12MHz。每個(gè)數(shù)碼管都有一個(gè)公共的外部選通端 COM，當(dāng)選擇共陰極連接時(shí)， 8 個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陰極都連接到 COM 端。相比較與數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，采用動(dòng)態(tài)顯示可以省掉繁瑣的電路連接，可以直接通過 74HC138 譯碼器分別與相應(yīng)數(shù)碼管的公共端 COM 相連，再利用人的視覺差逐個(gè)選通每個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)字，這樣動(dòng)態(tài)的掃描顯示，在人眼看來就會(huì)是連續(xù)的穩(wěn)定顯示了。 溫度傳感器的類型及特點(diǎn) 人們對(duì)溫度傳感器的研究和應(yīng)用起步較早，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定。 C[9]。 數(shù)字式 DS18B20 溫度傳感器簡(jiǎn)介 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中它的信號(hào)通信端跟單片機(jī)的 口相連，其接線圖如下圖 所示。 主程序設(shè)計(jì) 主程序先是對(duì)單片機(jī)環(huán)境的初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 的工作方式為 16 位的 計(jì)數(shù)器模式 ，并對(duì)其做清零處理 。 單 片 機(jī) 初 始 化超 聲 波 模 塊 復(fù) 位給 H C S R 0 4 送 2 0 u S 的 T T L檢 測(cè) P 2 . 4 口 電 平 變 化 ， 為 高 電 平 時(shí) 啟 動(dòng) T 0P 2 . 4 口 由 高 變 低 時(shí) 關(guān) T 0計(jì) 算 距 離 S延 時(shí)數(shù) 碼 管 顯 示 結(jié) 果開 始 13 圖 主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 溫度采集程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)上電復(fù)位后，需對(duì)傳感器 DS18B20 執(zhí)行復(fù)位命令并開始采集溫度數(shù)值。DS18B20 的數(shù)據(jù)口位 14 TPH DATA 20H 。跳過 ROM 命令 LCALL DS18B20_Wr