【正文】 34353637383940T 2 /P 1 .0T 2 EX /P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7RSTRXD /P 3 .0T XD /P 3 .1INT 1 /P 3 .3T 0 /P 3 .4T 1 /P 3 .5WR /P 3 .6RD /P 3 .7XTAL 2XTAL 1GNDINT 0 /P 3 .2VCCP 0 .0 /AD 0P 0 .1 /AD 1P 0 .2 /AD 2P 0 .3 /AD 3P 0 .4 /AD 4P 0 .5 /AD 5P 0 .6 /AD 6P 0 .7 /AD 7EA /APPALE /PROGPESNP 2 .7 /A 15P 2 .6 /A 14P 2 .5 /A 13P 2 .4 /A 12P 2 .3 /A 11P 2 .2 /A 10P 2 .1 /A 9P 2 .0 /A 889 C 51長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 19 T0(記時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(記時(shí)器 1 外部輸入 ) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 18 出 4TTL 門電流。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 (1) AT89C51 的主要性能包括： 1. 與 MCS51 微控制器產(chǎn)品系列兼容； 2. 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ； 3. 編程所需的所有時(shí)序和電壓，均不需外部電路供給； 4. 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次； 5. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為 10 年； 6. 全靜態(tài)工作：可由 0Hz到 24MHz ； 7. 程序存儲(chǔ)器具有 3 級(jí)鎖存保護(hù)； 8. 128ｘ 8 位內(nèi)部 RAM ； 9. 32 條可編程 I/O 線； 10. 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 11. 具有 5 個(gè)中斷源； 12. 可編程串行通道 13. 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)由 AT89C51 單片機(jī)及其外圍電路組成，是整個(gè)超聲波油量測(cè)量?jī)x的核心電路。它是用來(lái)對(duì)接收到的回波進(jìn)行放大和整形，即將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的中斷信號(hào)。 超聲波油量測(cè)量?jī)x的硬件設(shè)計(jì)思想 按設(shè)計(jì)要求，根據(jù)超聲波測(cè)距原理，以 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)為核心，開發(fā)超聲波油量測(cè)量?jī)x。 停止測(cè)量后，可以通過(guò)通訊接口向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，也可通過(guò)小型打印機(jī)將數(shù)據(jù)打印出來(lái)。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來(lái)后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過(guò)接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理 ,送至單片機(jī)。 為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了一些抗干擾措施。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本油量檢測(cè)儀需要將超聲波檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)儲(chǔ)油罐中的油量進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并能顯示和打印出有關(guān)數(shù)據(jù)，還能與上位機(jī)進(jìn)行通訊便于監(jiān)控和管理 [19][23]。所以可以很容易地將此信號(hào)濾出，并對(duì)它進(jìn)行處理。由于折射波不會(huì)被接收器接收，我們只考慮波的反射問(wèn)題 [18]。 0 0 1 7 )4 3 9109 8 0/(4 3 9109 8 04 233 ???????T 說(shuō)明透射波與入射波的強(qiáng)度之比為 %。 )/(2 cpI ?? (212) ρc為聲特性阻抗，記作 Z=ρc 由 (211)， (212)式知， I≤A2,那么聲波傳播出去約 10 米后，聲強(qiáng)就衰減了 1/2，這就要求在處理超聲波接收器接收到的信號(hào)時(shí)采 取多級(jí)放大的辦法。 由于存在著吸收衰減，聲波振幅隨傳播距離的增大而減小。因此，我們只需討論吸收衰減。 [8][11]。下面將就此問(wèn)題進(jìn)行討論。 (2)儲(chǔ)油罐 井壁反射的信號(hào)。單片機(jī)定時(shí)一器所計(jì)的時(shí)間，就是渡越時(shí)間，代入式 (29)中，就可以算出油量。=344m/s ( 20℃ 時(shí) )，忽略聲速誤差，則測(cè)量時(shí)間的誤差 suuT 0 0 0 0 ???? ?? 顯然，直接用秒表測(cè)時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的。 從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，就是渡越時(shí)間。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 11 下面僅以標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形油罐為例進(jìn)行說(shuō)明，其他形狀的油罐通過(guò)改變計(jì)算公式同樣可以進(jìn)行油量測(cè)量。相位檢測(cè)法雖然 精度高，但檢測(cè)范圍非常有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。25%PF 2400177。1 kHZ 40177。 這種超聲波傳感器可用脈沖市制的超聲波替代光電傳感器的光，因此，可檢測(cè)透明的物體。另外，檢測(cè)范圍也可以是由距離切換開關(guān)設(shè)定的范圍。若被檢測(cè)物體的檢測(cè)面為平面時(shí)，則可檢測(cè)透明體。 超聲波傳感器的 檢測(cè)方式 當(dāng)物體在發(fā)送器與接收器之間通過(guò)時(shí)，檢測(cè)超聲波束衰減或遮擋的情況從而判斷有無(wú)物體通過(guò)。相反，電極間未加電壓，則當(dāng) 共振板接收到回波信號(hào)時(shí)，將壓迫兩壓電晶片振動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)的傳感器就成了超聲波接收器。 壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是借助壓電晶體的諧振來(lái)工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。m 量級(jí)的超聲波顯微鏡已 實(shí)用化。 用超聲波作為感知或檢測(cè)物體的媒介，有非破壞性、遙控性、實(shí)時(shí)、可穿透等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了其它方法所沒有的獨(dú)到之處。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 6 超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可以具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用，即為可逆元件?？紤]實(shí)際工程測(cè)量要求，在設(shè)計(jì)超聲波油量計(jì)時(shí)，選用頻率戶 40kHz的超聲波，波長(zhǎng)為 。是縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播的，波動(dòng)方程描述方法與電磁波的是類似的 )c os ()( kxtxAA ?? ? (21) axeAxA ?? 0)( (22) 式中 A (x)為 x處分子的最大位移量，叫做振幅， A0常數(shù)，為波源處分子的振幅，ω為圓頻率， x為傳播距離，一般選波源處為坐標(biāo)原點(diǎn)，即波源處 x=0， k=2π/λ又為波數(shù)， t 為時(shí)間；又為波長(zhǎng)； a 為衰減系數(shù)。頻率高于 20200Hz的機(jī)械波叫做超聲波；頻率低于 20Hz的機(jī)械波叫做次聲波 [3][6]。另外，為了保證超聲波油量測(cè)量?jī)x工作的可靠性和穩(wěn)定性，在軟、硬件兩個(gè)方面都采取了相應(yīng)的抗干擾措施。在硬件電路的設(shè)計(jì)中，由于我們需要測(cè)的距離較長(zhǎng) (幾 米到十幾米 )，針對(duì)超聲波在傳播時(shí)呈指數(shù)衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅(qū)動(dòng)能力、對(duì)回波進(jìn)行多級(jí)放大等措施，擴(kuò)大了測(cè)量的范圍。雖然一些地區(qū)使用了超聲波油量測(cè)量?jī)x，但絕大多數(shù)是用集成長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 4 電路設(shè)計(jì)成的，這種專用集成電路成本很高，沒有顯示，操作很不方便。 由上一節(jié)可知，現(xiàn)在已有多種液位儀供用戶選擇，但考慮到價(jià)格、安裝的方便與否、測(cè)量的精度等等問(wèn)題，對(duì)于資金并不充裕的小型加油站來(lái)說(shuō)，可供選 擇的油量測(cè)量?jī)x就不多了。伺服式液位儀屬機(jī)械式測(cè)量裝置，機(jī)械磨損會(huì)直接影響其測(cè)量精度，需定期維修和重新標(biāo)定，工作壽命仍不是很長(zhǎng)，測(cè)量的重復(fù)精度較低，且安裝困難。從 80 年代開始，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將各種新技術(shù)、新方法、新儀表滲入到儲(chǔ)罐計(jì)量領(lǐng)域，使儲(chǔ)罐油量自動(dòng)計(jì)量達(dá)到了 “ 多功能、高精度、現(xiàn)場(chǎng)化 ”的新階段。2mm。近年來(lái)中科院聲學(xué)所、武漢大學(xué)都研制了光纖液位測(cè)量系統(tǒng)，北 京航天智控工程公司研制的 UBG 光導(dǎo)電子液位儀精度可達(dá) 177。1mm。 (8)新原理的小型液位開關(guān) 在液位儀 表 智能化的同時(shí)，一些利用新檢測(cè)原理、新型電子部件構(gòu)成的小型現(xiàn)場(chǎng)液位開關(guān)大量推向市場(chǎng)，使液位儀表呈現(xiàn)兩極發(fā)展的趨勢(shì)。液位越高，衰減越大，接收器將 γ射線量變?yōu)楣饷}沖信號(hào)，再由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。即傳感器發(fā)射激光，照射被測(cè)物面、液面，接收反射光，將從發(fā)射至接收的時(shí)間換算成液位。將兩種信號(hào)混合處理，所得信號(hào)的差頻正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。% FMU 40/41 超聲液位儀精度可達(dá) 177。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測(cè)物體表面產(chǎn)生反射 的原理。由于幾乎沒有傳動(dòng)部件 ， 因此儀表可靠性高。這類儀表通過(guò)一個(gè)平衡浮子和重力敏感裝置，測(cè)量浮子的重量 (在液面、液內(nèi)、界面上有不同的浮力 )，并 控制伺服電機(jī)動(dòng)作升降浮子，跟蹤液位變化，同時(shí)發(fā)出遠(yuǎn)傳信號(hào)。(4～ 10)mm。 (2)機(jī)械鋼帶式液位儀 60 年代到 80 年代初期，開始研制和使用各種鋼帶式液位儀。從國(guó) 內(nèi) 外液位儀表發(fā)展的技術(shù) 方向看，當(dāng) 前主要有三個(gè)熱點(diǎn)： ① 接觸測(cè)量方式的液位儀 ； ② 非接觸測(cè)量方式的液位儀；③ 新原理的小型液位 開關(guān) [2][7]。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。s practical demand i n measuring the precision. Keywords: Single Chip Microputer。 該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包含了超聲波發(fā)射電路、接收電路、溫度補(bǔ)償電路和相應(yīng)的控制電路。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 I 摘 要 課題針對(duì)儲(chǔ)油罐油量液位檢測(cè)的實(shí)際問(wèn)題，開發(fā)了一種使用單片機(jī)的超聲波液位測(cè)量?jī)x 。 超聲波液位測(cè)量?jī)x利用超聲波對(duì)油量液位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理， 給出了以單片機(jī) AT89C51 為核心的低成本、高 精度、微型化數(shù)字顯示的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)； 超聲波；液位測(cè)量 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 II Research on Oil Tank level Measurement System Abstract This research on oil tank level measure system for the practical problems, developed a single chip using ultrasonic wave level measurement. Liquid level measuring instrument introduced status and development trends, indepth discussion of the use of ultrasound as the signal source level measurement feasibility and superiority, and various reasons of generating errors, and put forward the corresponding of the solution. This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in details, and the performance and characteristic of onechip puter AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out. Ultrasonic level meter using ultrasonic fuel level detection make automatic detection and data processing. At the core of the design using AT89C51 lowcost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. The hardware circuit includes ultrasonic transmitter circuit, receiver circuit, temperature pensation circuit and the corresponding control circuit. Software design, we design a modular pro