【正文】 MOV R5， 11H MOV A， R6 MOV B， R5 MUL AB ； b c MOV R2， A ；（ bc） L （ R2） MOV R3， B ；（ bc） H R3 MOV A， R7 MOV B， R5 MUL AB ； a c ADD A,R3 ；（ bc） H+（ ac） L A INC R2 MOV R2， A MOV A， B ；（ ac） H A ADDC A， 00H CLR C INC R2 MOV R2， A LCALL RIGHT RET1 ； *********循環(huán)右移 10 位子程序 ********* RIGHT： MOV R4， 10 LOP3： MOV A， R2 RR A DEC R2 MOV A， R2 RRC A DEC R2 MOV A， R2 RRC A INC R2 INC R2 DEC R4 DJNZ R4， LOP3 RET 數(shù)碼管顯示程序 距離計(jì)算結(jié)果需要先轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 BCD 碼再送往數(shù)碼管顯示，這個(gè)可以通過(guò)查表來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。編程時(shí)將DS18B20 采集的溫度值送到 R1 中，并將其作為查表偏移量進(jìn)行查表，查表所 得結(jié)果仍放 R1 中。輸出數(shù)據(jù) MOV DQ， C MOV R7， 60 。等待時(shí)間片結(jié)束 LCALL DelayXus DJNZ 0， ReadNext POP 0 RET ； ************************************** ；向 DS18B20 寫 1字節(jié)數(shù)據(jù) ； ************************************** DS18B20_WriteByte： PUSH 0 MOV 0， 8 。開始時(shí)間片 MOV R7， 1 。檢測(cè)存在脈沖 15 MOV R7， 240 。送出低電平復(fù)位信號(hào) MOV R7， 240 。讀溫度低字節(jié) MOV TPL， A 。跳過(guò) ROM 命令 LCALL DS18B20_WriteByte 。開始轉(zhuǎn)換 LCALL DS18B20_WriteByte 。存放溫度值的低字節(jié) ORG 0 JMP Reset ORG 100H Reset： LCALL DS18B20_Reset 。溫度采集程序流程圖如下圖 。輸出顯示結(jié)果后延時(shí)一段時(shí)間再次重啟超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行下次測(cè)量。編程語(yǔ)言選擇的是匯編語(yǔ)言，能夠做到直接控制硬件電路，且能精確計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間。 DS18B20 只 有 3個(gè)管腳： 1電源線， 2信號(hào)線， 3接地線。與這些溫度傳感器相比，半導(dǎo)體集成數(shù)字傳感器因自帶 A/D轉(zhuǎn)換部分而是應(yīng)用電路設(shè)計(jì)更趨簡(jiǎn)單。熱電偶式溫度傳感器：其主要是基于熱電效應(yīng)原理來(lái)工作的，具有測(cè)量范圍廣、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn) [9]。溫度傳感器大致有如下幾個(gè)類型：熱電阻式傳感器、熱電偶式傳感器、半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器、半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器等幾種。 10 圖 數(shù)碼管顯示電路原理圖 溫度傳感器的選型 溫度值的多少直接影響超聲波的傳播速度 V 的值，能夠 實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集溫度值就可以解決超聲波測(cè)距中的溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 在利用單片機(jī)的數(shù)碼管顯示時(shí)有兩種顯示方式可選，即數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 9 圖 STC12C5A08S2單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路圖 顯示電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的顯示采用的數(shù)碼管顯示電路，測(cè)量的距離結(jié)果用 4 位共陰極的數(shù)碼管顯示。該系統(tǒng)中單片機(jī)的所用晶振為 ，因此只需利用 STC12C5A08S2單片機(jī)的第一復(fù)位功能鍵即可。在本系統(tǒng)中利用 口連接溫度傳感器的信號(hào)輸入端。 8 — P0口可以作為標(biāo)準(zhǔn)的 8位輸入 /輸出口，此時(shí)內(nèi)部有弱上拉電阻而無(wú)需外接上拉電阻。 （ 2） 時(shí)鐘電路端 XTAL2 和 XTAL1 引腳： XTAL1 是內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。 STC12C5A08S2 采用雙列直插式封裝共 40管腳，有 8K的 Flash 存儲(chǔ)空間，兩個(gè) 16位的定時(shí)器 T0、 T1。 6 圖 工作時(shí)序圖 單片機(jī)的選型（ STC12C5A08S2） 作為液位測(cè)距系統(tǒng)的核心控制部分，單片機(jī)擔(dān)負(fù)著給 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊發(fā)送觸發(fā)信號(hào)和超聲波的傳輸時(shí)間計(jì)時(shí)、溫度值采集、距離計(jì)算及結(jié)果輸出等功能。該模塊有 4 個(gè)引腳，分別是 VCC、 Trig、 Echo、 GND，實(shí)物圖（如圖 ） 。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 該超聲波液位測(cè)距系統(tǒng)硬件電路主要有四大部分組成，主要是 HC— SR04 超聲波測(cè)距集成模塊、溫度傳感器、單片機(jī)和數(shù)碼管顯示部分。在 發(fā)射超聲波的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T0，當(dāng)接收到回波信號(hào)時(shí)關(guān)閉 T0停止計(jì)數(shù)。 4 單 片 機(jī) 控 制器L E D 顯 示 電 路R S 4 8 5溫 度 傳 感 器H C — S R 0 4 超 聲 波測(cè) 距 模 塊 圖 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明 系統(tǒng)的軟件部分是使用 keil 軟件編程，程序采用匯編語(yǔ)言編寫。 文中設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的 控制框圖 （如 圖 ） 。 2 總體方案論證 文中 利用超聲波測(cè)距的原理設(shè)計(jì)了一套液位測(cè)距系統(tǒng)。 課題研究的意義 在石油、化工、渠道、污水處理等領(lǐng)域的過(guò)程控制當(dāng)中，經(jīng)常要對(duì)管道、倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)行液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 超聲波液位測(cè)量 采用高速高性能的單片機(jī)為 微控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn) 定點(diǎn)連續(xù)測(cè)量液位， 還可以提供需要的信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。因此 ，無(wú)論是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，還是人們的日常生活中，超聲波的應(yīng)用已經(jīng)很成熟 。從上世紀(jì)八十年代開始，國(guó)外就開始利用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)等高科技成果，帶動(dòng)液位測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。而 CCD 測(cè)距不需要信號(hào)發(fā)射器， 主要利用光電耦合器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 所得模擬信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 電路后轉(zhuǎn)化為 便于處理的 數(shù)字信號(hào)。其中作為機(jī)械式測(cè)距技術(shù)的代表，機(jī)械鋼帶式液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但是機(jī)械傳動(dòng)部件較多，安裝、維護(hù)比較困難，且只限于測(cè)液位。 在冶金、物料液位、管道 等不宜直接接觸的場(chǎng)合，非接觸式測(cè)量技術(shù)發(fā)揮了重要作用。本文采用了硬件和軟件 相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，在軟件方面，采用了匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫。 I 摘 要 本文是利用超聲波測(cè)距的原理而設(shè)計(jì)的一種液位測(cè)距系統(tǒng)。其中通過(guò)溫度傳感器將溫度值采集到單片機(jī)中，經(jīng)過(guò)一定的數(shù)值修正即可得到當(dāng)時(shí)溫度值下的超聲波傳播速度 V。在水利水電、污水處理領(lǐng)域，利用測(cè)距技術(shù)可對(duì)水面高度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 現(xiàn)有的測(cè)距方法及其優(yōu)缺點(diǎn) 最早的 測(cè)距技術(shù) 大多是基于機(jī)械傳動(dòng)工作原理 的測(cè)距，隨著工業(yè)控制的需求，慢慢過(guò)渡到機(jī)電一體化式測(cè)距，而隨著系統(tǒng)集成性的需要正朝 著智能式測(cè)距發(fā)展。其中激光具有穿透力強(qiáng)、強(qiáng)度高等特點(diǎn)適合在惡劣天氣如大霧天或遠(yuǎn)距離測(cè)距系統(tǒng)中使用，成本較高。超聲波主要應(yīng)用于車輛導(dǎo)航、 物料定位 、建筑工地以及空氣中和水下目標(biāo)的探測(cè)、 定位等場(chǎng)合。而超聲波測(cè)距卻可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)距，改善了系統(tǒng)的精度。 由于超聲波在空氣中的方向感很強(qiáng)，探測(cè)距離很遠(yuǎn) ， 基于超生波的測(cè)距被廣泛應(yīng)用，而且其數(shù)據(jù)處理比較簡(jiǎn)單，利用軟件編程即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，通過(guò)溫度補(bǔ)償更是可以大大提高測(cè)量精度，基本上可以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制要求。 比如在 工業(yè)或生活 污水處理現(xiàn)場(chǎng)中，超聲波測(cè)距技術(shù)就得到了很好的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展和需要，新型的、智能化超聲波測(cè)距逐漸得到應(yīng)用，因此，通過(guò)超聲波液位測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 掌握超聲波測(cè)距原理的應(yīng)用及液位測(cè)距系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)液位測(cè)距功能，可以讓我們更加熟悉一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程及應(yīng)具備的基本知識(shí)， 提高 我們的實(shí)戰(zhàn)能力和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于超聲波的傳播速度 V的溫度 補(bǔ)償問(wèn)題，可以通過(guò)溫度傳感器與單片機(jī)連接，實(shí)時(shí)測(cè)得溫度值并通過(guò)公式 V=+ 來(lái)修正速度 V[13]。簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)控制框圖 （ 如圖）。對(duì)于超聲波傳播時(shí)間 t 的計(jì)算，利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管的選通與控制是通過(guò) P2口經(jīng) 74HC138 譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該模塊主要是利用超聲波的測(cè)距原理，適用于 2cm~450cm 的非接觸測(cè)量。其 工作 時(shí)序圖 （ 如 圖 所示 ） 。 STC12C5A08S2 簡(jiǎn)介 STC12C5A08S2 是 STC 公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，是增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)的一種，兼容傳統(tǒng) 51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 20 管 腳是 GND 端，工作時(shí)接地。 （ 3） 串口部分：在此著重介紹在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的 P0、 P P2 口相關(guān)串口。 — P1口是 8位標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 口，部分管腳有擴(kuò)展功能。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 一個(gè)單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)包涵如下幾個(gè)部分：工作電源、接地、復(fù)位電路、晶振電路等。 STC12C5A08S2 單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)的電路圖 （如 圖 ） 。在系統(tǒng)中，單片機(jī)的 — 口分別對(duì)應(yīng)連接每個(gè)數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 的陽(yáng)極，當(dāng)相應(yīng) P0口輸出高電平時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二級(jí)管就會(huì)亮，從而顯 示出對(duì)應(yīng)的數(shù)值。顯示模塊的電路圖 （如圖 ） 。在不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)有不同工作原理的傳感器的應(yīng)用。但是線路電阻的變化會(huì)導(dǎo)致溫度測(cè)量的偏差，需要額外的補(bǔ)償電路來(lái)消除偏差。 無(wú)論是上述哪種原理的溫度傳感器，其主要都是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的 11 電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)放大電 路放大到合適值范圍，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量顯示出來(lái)。 DS18B20 溫度傳感器使用比較方便，可以直接從讀出數(shù)字溫度值， 并且可根據(jù)實(shí)際 應(yīng)用的需要 通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9— 12 位的數(shù)字值讀 數(shù) 方式 [6]。 圖 溫度傳感器連線圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)包括主程序、子程序（時(shí)間計(jì)算、速度計(jì)算）和顯示子程序組成。接著就是對(duì)顯示 單元清零，即對(duì) 輸出 P0口清零 ；然后調(diào)用聲速 V 修正值子程序得到超聲波傳播速度后調(diào)用距離計(jì)算子程序計(jì)算距離 S；最后是顯示子程序的調(diào)用。其工作流程大致如下：上電啟動(dòng)后通過(guò)單片機(jī)初始化 DS18B20，然后檢測(cè)設(shè)備是否存在，若存在則發(fā)送 ROM 命令，然后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令獲取溫度值。存放溫度值的高字節(jié) TPL DATA 21H 。送出命令 MOV A， 044H 。設(shè)備復(fù)位 MO