【正文】 1 1 1 1 3F C0 1 0 0 0 0 1 1 0 06 F9 2 1 0 1 1 0 1 1 5B A4 3 1 0 1 1 1 1 1 4F B0 4 1 1 0 0 1 1 0 66 99 5 1 1 0 1 1 0 1 6D 92 6 1 1 1 1 1 0 1 7D 82 7 0 0 0 0 1 1 1 07 F8 8 1 1 1 1 1 1 1 7F 80 9 1 1 0 1 1 1 1 6F 90 由于 LED 數(shù)碼管發(fā)光所需平均電流為 10— 20 mA，單片機(jī)端口線無法直接提供，因此必須外加驅(qū)動(dòng)器，再與 LED 引腳相連。數(shù)碼管管腳原理圖，如圖 （ b） 、 (c)所示。 七段 LED 數(shù)碼顯示器內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的極管接線形式，可分為共陰極型和共陽極型。 主要電器特性的典型值如下 所示。單片機(jī)用 端口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的 40KHz 方波信號(hào)，利用外中斷 0口檢測(cè)超聲波接受電路輸出的返回信號(hào)。同時(shí)，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。 8腳 Vcc 供電電源端 5V士 集成電路 CX20206A可用來完成信號(hào)的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能，各部分參數(shù)值如表 。 4腳 GND 接地端 5腳 f0 帶通濾波器中心頻率設(shè)置端 該腳與電源間所接電阻 R2用來設(shè)置 帶通濾波器的中心頻率 f0。但電容不宜過大，否則瞬態(tài)響應(yīng)速度會(huì)降低。適當(dāng)更改電容 C4的大小， 可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力 CX20206A的 內(nèi)電路框圖及信號(hào)流向 如 (a)所示 ， 引腳 如 （ b） 所示 。 超聲波接收電路使用了集成電路 CX20206A。為提高超聲波探頭的驅(qū)動(dòng)電壓，采用兩個(gè) 74LS04并聯(lián)的形式。 74LS04 六反向器 這里采用 74LS04來提高驅(qū)動(dòng)的功率，以使超聲波發(fā)射信號(hào)足夠大，提高測(cè)量距離。本系統(tǒng)超聲波發(fā)射探頭采 用 T4016，超聲波接收探頭采用 R4016，外形如圖 所示，參數(shù)如表 所示。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。晶體的連接方式如圖 所示。設(shè)計(jì)中使用 12MHz 的晶振，通過單片機(jī)內(nèi)部 6 分頻，發(fā)生 2MHz 的 ALE 信號(hào)，經(jīng)過超聲波發(fā)射電路，獲得探頭所需的 40kHz 的頻率。 圖 H7805 引腳圖 表 芯片 H 7805 的電氣特性 極限值（ Ta=25℃） 參數(shù)名稱 符號(hào) 參數(shù)值 輸入電壓 (VO=518V) VI 35V 熱阻（結(jié)到殼） RQJC 5℃ /W 熱阻（結(jié)到空氣） RQJA 65℃ /W 工作結(jié)溫范圍 TOPR 0125℃ 貯存溫度范圍 TSTG 65150℃ 時(shí)鐘振蕩器 晶體振蕩器 ,以下簡稱晶振 ,是基于晶體的壓電效應(yīng)原理制造而成的。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 10KR32+C19GNDVCCVCCRST/VpdGND 圖 （上電復(fù)位） 電源電路設(shè)計(jì) 電源是整個(gè)系統(tǒng)的能源中心，系統(tǒng)中所有器件的運(yùn)作都需要電源來提供能量，因此系統(tǒng)電源的質(zhì)量在很大程度上影響到單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上電時(shí)， Vcc的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1181。如果保密位 1 已編程， /EA 在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。 XTAL2 18 20 14 O 晶體 2：反向振蕩放大輸出 XTAL1 19 21 15 I 晶體 1：反向振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入 /PSEN 29 32 27 O 程序存儲(chǔ)使能：當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)， /PSEN 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù) 據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)， /PSEN 無效，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí) /PSEN 無效。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能， CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ,器 件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 A。 微處理器超 聲 波 收 發(fā) 器超 聲 波 換 能 器超 聲 波 收 發(fā) 器超 聲 波 換 能 器鍵 盤 及 顯 示 電 路液 位 控 制 電 路 圖 超聲波液位儀結(jié)構(gòu)框圖 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U5AT89S511234S10RSTC2020PC2520P+C19X112M123456789RL1CON910KR32VCCVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37RSTGNDVCCPSENALEVCC123P1Header 3OE19T/R1A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711A02B018VCC20GND10U6SN74LS245DWVCCVCCP00P01P02P03P04P05P06P07K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1DISPK1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS2DISPK1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS3DISPK1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS4DISPa a a a abbbbbc c c c cddddde e e e efffffg g g g gdpdpdpdpdpQ29012Q39012Q49012Q69012VCC2KR192KR202KR212KR22P24 P25 P26 P271KR111KR121KR131KR141KR151KR161KR171KR18Q19012LS3SPEAKVCC2KR31P111 23 45 67 89 10P2ISPVCCGNDGNDGNDGNDP15P16P17RST3 4U4BSN74LS04D1 2U4ASN74LS04D5 6U4CSN74LS04D89U4DSN74LS04D1011U4ESN74LS04DLS1TX(F)R81K1KR9VCCP101 2 3 4 5 6 7 8J4 CX20206LS4RX(S)C111044K7R14C10C17C6330P200KR15220KR16C9473VCCP32IN12OUT3GNDU778051KR30 D1POWERD22061000uF/25VC16123J3POWER104C8VCC470uF/25VC15104C7S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPB10KR510KR610KR710KR8VCCP20P21P22P23 超聲波液位儀硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)電路 作為超聲波液位儀系統(tǒng)的核心部件，單片機(jī)的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。在下面的章節(jié)中，我們將進(jìn)行具體的硬件設(shè)計(jì)。由于發(fā)射探頭上并不直接施加發(fā)射電壓，所以，從理論上說，可以沒有盲區(qū)。距離過遠(yuǎn)時(shí)，接收到的信號(hào)太弱，以致無法從噪聲信號(hào)中分辨出來，這是遠(yuǎn)限所以存在的原因。在精密的液位測(cè)量中需要達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波液位儀專用集成電路都是只有厘米級(jí)的測(cè)量精度。即所謂的脈沖 —— 回波方式 [14]。超聲傳感器的指向角一般為 40176。指向角θ愈小，空間分辨率愈高，則 要求傳感器半徑 r 愈大。指向角θ越小，空間分辨越高，則要求傳感器半徑 r 越大。而在 f0 兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減，因此，超聲波發(fā)射時(shí)要用非常接近中心頻率 f0的交流電壓來驅(qū)動(dòng)。當(dāng)T/R4016 超聲波探頭在輸入頻率為 40kHz 時(shí)，各種特性呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。 如圖 所示，一個(gè)復(fù)合式振 動(dòng)器被靈活地固定在底座上。 壓電型超聲波探頭的工作原理：它是借助于壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷 的壓電效應(yīng)。所以，在高頻率探測(cè)中，必須使用垂直振動(dòng)模式的壓電陶瓷。因此這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生 物醫(yī)學(xué)等方面以這種檢測(cè)手段，必須發(fā)射超聲波和接收超聲波。 超聲波探頭的結(jié)構(gòu)和原理 超聲波探頭是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。另外，由于不規(guī)則反射，通?？赡芎茈y探測(cè)到表面震動(dòng)幅度很大的物體。在這種比較低的傳播速度下，波長很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。 第四章：超聲波液位儀的軟件設(shè)計(jì)，包括軟件流程圖，以及程序代碼的關(guān)鍵部分。論文研究內(nèi)容和章節(jié)安排如 下 ： 第一章：介紹 本課題的背景與意義，研究的歷史和現(xiàn)狀。在實(shí)際應(yīng)用中，由于探頭周圍環(huán)境，超聲波傳播媒介的溫度以及被測(cè)介質(zhì)的溫度不盡相同。 速度的影響： 超聲波 在工業(yè)應(yīng)用中的頻率為 5kHz5MHz，超聲波探頭到介質(zhì)表面距離的計(jì)算公式如下： D= t C/2 D：探頭到介質(zhì)表面的距離 t：聲波的傳播時(shí)間 C：波的傳播速率 由此可知，除了聲波的傳播時(shí)間的測(cè)量準(zhǔn)確性，聲波的傳播速度起著決定性的作用，聲速的變化取決于傳播媒介的不同。同時(shí)超聲波探頭具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、體積小、信號(hào)處理可靠等特點(diǎn)。除此之外，也可以使用數(shù)字平均濾波的方式來提高數(shù)據(jù)的精確度。 論文研究內(nèi)容 研究內(nèi)容 進(jìn)口的液位儀功能齊全，精度較高，但是價(jià)格比較昂貴且維修不是很方便。超聲 波液位儀不僅能定點(diǎn)和連續(xù)測(cè)量液位，而且能方便地提供遙測(cè)所需的信號(hào)。 目前，進(jìn)口的智能化超聲波液位儀能夠?qū)邮招盘?hào)做精確的處理和分析。尤其是近二十年來，隨著微處理器的引入，測(cè)量儀表更是發(fā)生了革命性的變化。這有利于軟件的調(diào)試和修改。硬件設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是力求在結(jié)構(gòu)簡單、成本合理的前提下，盡量完善其功能。諸如，環(huán)境溫度、風(fēng)速等，使其無法達(dá)到要求。 前言 ............................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 ABSTRACT ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書