【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長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 19 T0(記時器 0 外部輸入 ) T1(記時器 1 外部輸入 ) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口： P1 口是一個內(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 8 位漏級開路雙向 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)可編程閃爍存儲器 ； 3. 編程所需的所有時序和電壓，均不需外部電路供給； 4. 存儲器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次； 5. 存儲數(shù)據(jù)保存時間為 10 年； 6. 全靜態(tài)工作：可由 0Hz到 24MHz ； 7. 程序存儲器具有 3 級鎖存保護； 8. 128ｘ 8 位內(nèi)部 RAM ； 9. 32 條可編程 I/O 線； 10. 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器； 11. 具有 5 個中斷源； 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)保護存儲內(nèi)容。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) AT89C51 單片機最小系統(tǒng)由 AT89C51 單片機及其外圍電路組成，是整個超聲波油量測量儀的核心電路。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機的中斷信號。 超聲波油量測量儀的硬件設(shè)計思想 按設(shè)計要求，根據(jù)超聲波測距原理，以 AT89C51 單片機系統(tǒng)為核心，開發(fā)超聲波油量測量儀。 停止測量后，可以通過通訊接口向上位機傳輸數(shù)據(jù)，也可通過小型打印機將數(shù)據(jù)打印出來。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理 ,送至單片機。 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)計要求，本油量檢測儀需要將超聲波檢測技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，對儲油罐中的油量進行自動測量，并能顯示和打印出有關(guān)數(shù)據(jù)，還能與上位機進行通訊便于監(jiān)控和管理 [19][23]。所以可以很容易地將此信號濾出，并對它進行處理。由于折射波不會被接收器接收，我們只考慮波的反射問題 [18]。 0 0 1 7 )4 3 9109 8 0/(4 3 9109 8 04 233 ???????T 說明透射波與入射波的強度之比為 %。 )/(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時采 取多級放大的辦法。 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]。下面將就此問題進行討論。 (2)儲油罐 井壁反射的信號。單片機定時一器所計的時間，就是渡越時間，代入式 (29)中，就可以算出油量。=344m/s ( 20℃ 時 )，忽略聲速誤差，則測量時間的誤差 suuT 0 0 0 0 ???? ?? 顯然，直接用秒表測時間是不現(xiàn)實的。 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間，就是渡越時間。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 11 下面僅以標準的圓柱形油罐為例進行說明，其他形狀的油罐通過改變計算公式同樣可以進行油量測量。相位檢測法雖然 精度高，但檢測范圍非常有限；聲波幅值檢測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，可檢測透明的物體。另外，檢測范圍也可以是由距離切換開關(guān)設(shè)定的范圍。若被檢測物體的檢測面為平面時，則可檢測透明體。 超聲波傳感器的 檢測方式 當(dāng)物體在發(fā)送器與接收器之間通過時，檢測超聲波束衰減或遮擋的情況從而判斷有無物體通過。相反，電極間未加電壓，則當(dāng) 共振板接收到回波信號時，將壓迫兩壓電晶片振動，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，此時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 量級的超聲波顯微鏡已 實用化。 用超聲波作為感知或檢測物體的媒介，有非破壞性、遙控性、實時、可穿透等優(yōu)點，在許多方面體現(xiàn)了其它方法所沒有的獨到之處。 長春工業(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]實際工程測量要求，在設(shè)計超聲波油量計時，選用頻率戶 40kHz的超聲波，波長為 。是縱向振動的彈性機械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運動而傳播的，波動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原點，即波源處 x=0， k=2π/λ又為波數(shù)， t 為時間；又為波長； a 為衰減系數(shù)。頻率高于 20200Hz的機械波叫做超聲波；頻率低于 20Hz的機械波叫做次聲波 [3][6]。另外，為了保證超聲波油量測量儀工作的可靠性和穩(wěn)定性，在軟、硬件兩個方面都采取了相應(yīng)的抗干擾措施。在硬件電路的設(shè)計中，由于我們需要測的距離較長 (幾 米到十幾米 )，針對超聲波在傳播時呈指數(shù)衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅(qū)動能力、對回波進行多級放大等措施，擴大了測量的范圍。雖然一些地區(qū)使用了超聲波油量測量儀，但絕大多數(shù)是用集成長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 4 電路設(shè)計成的，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，但考慮到價格、安裝的方便與否、測量的精度等等問題，對于資金并不充裕的小型加油站來說，可供選 擇的油量測量儀就不多了。伺服式液位儀屬機械式測量裝置，機械磨損會直接影響其測量精度，需定期維修和重新標定，工作壽命仍不是很長，測量的重復(fù)精度較低，且安裝困難。從 80 年代開始，隨著微電子、計算機、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發(fā)展，一些發(fā)達國家紛紛將各種新技術(shù)、新方法、新儀表滲入到儲罐計量領(lǐng)域，使儲罐油量自動計量達到了 “ 多功能、高精度、現(xiàn)場化 ”的新階段。2mm。近年來中科院聲學(xué)所、武漢大學(xué)都研制了光纖液位測量系統(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 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，一些利用新檢測原理、新型電子部件構(gòu)成的小型現(xiàn)場液位開關(guān)大量推向市場，使液位儀表呈現(xiàn)兩極發(fā)展的趨勢。液位越高，衰減越大，接收器將 γ射線量變?yōu)楣饷}沖信號，再由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。即傳感器發(fā)射激光，照射被測物面、液面，接收反射光，將從發(fā)射至接收的時間換算成液位。將兩種信號混合處理，所得信號的差頻正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。% FMU 40/41 超聲液位儀精度可達 177。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射 的原理。由于幾乎沒有傳動部件 ， 因此儀表可靠性高。這類儀表通過一個平衡浮子和重力敏感裝置，測量浮子的重量 (在液面、液內(nèi)、界面上有不同的浮力 )，并 控制伺服電機動作升降浮子，跟蹤液位變化，同時發(fā)出遠傳信號。(4～ 10)mm。 (2)機械鋼帶式液位儀 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 內(nèi) 外液位儀表發(fā)展的技術(shù) 方向看，當(dāng) 前主要有三個熱點： ① 接觸測量方式的液位儀 ； ② 非接觸測量方式的液位儀；③ 新原理的小型液位 開關(guān) [2][7]。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。s practical demand i n measuring the precision. Keywords: Single Chip Microputer。 該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計包含了超聲波發(fā)射電路、接收電路、溫度補償電路和相應(yīng)的控制電路。長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 I 摘 要 課題針對儲油罐油量液位檢測的實際問題，開發(fā)了一種使用單片機的超聲波液位測量儀 。 超聲波液位測量儀利用超聲波對油量液位進行自動檢測和數(shù)據(jù)處理， 給出了以單片機 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)計方法。 關(guān)鍵詞 ：單片機； 超聲波；液位測量 長春工業(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