【正文】 因。由上位機(jī)進(jìn)行顯示。對小型水庫的監(jiān)測將在未來變的更加重要。并且利用單片機(jī)控制超聲波監(jiān)測水 位有比較快速，方便，計(jì)算簡單，容易做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且精度高等優(yōu)點(diǎn)。 測距方法發(fā)展與比較 國際超聲波測距發(fā)展 一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于 1876 年 的氣哨實(shí)驗(yàn)。 國外在提高超聲波測距方面做了大量的研究。測量是向著精確度越來越高發(fā)展，在隱性發(fā)面測量的記錄更加快捷。 激光測距的優(yōu)點(diǎn)是精確，缺點(diǎn)是需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量 。在這個(gè)整體中本設(shè)計(jì)的要求僅僅是把距離和溫度數(shù)據(jù)通過串口傳輸出去。而本設(shè)計(jì)的任務(wù)就是數(shù)據(jù)采集。 第二章，超聲波測距原理；具體的說明超聲波的原理，測距所需要注意的環(huán)境等情況，包括測距中需要用到的超聲波的不確定性而引起的誤差， 即溫度補(bǔ)償聲波在空氣中的傳播速度的誤差。 4 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章，程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)；在第三章已經(jīng)認(rèn)識了所需要的軟件之后，先決定寫程序，因?yàn)榭梢酝ㄟ^軟件模擬程序的實(shí)現(xiàn)。錯(cuò)誤來源有程序錯(cuò)誤和硬件拼裝錯(cuò)誤，所以用的是調(diào)試軟件的軟件，硬件的錯(cuò)誤只能靠人工去發(fā)現(xiàn)并解決 。 5 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 超聲波測距原理 超聲波簡介 聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。換能器在電脈沖激勵(lì)下可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時(shí)，它可將聲能轉(zhuǎn)換為電能。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V 與溫度有關(guān)。這就是超聲波測距儀的基本原理。當(dāng)需要測量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L 時(shí) ,則 (— 4)變?yōu)?: H=Vt/2 () 所以 ,只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測量的距離 H. 溫度補(bǔ)償原理及運(yùn)算 在本設(shè)計(jì)中 ，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響， 所以 對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。 表 21 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100 聲速（ m／ s） 313 319 325 323 338 344 349 386 在通過上邊的公式得到比較真實(shí)的速度以后帶入（ ）中，就得到 H=（ 331． 4 + 0． 607T） *t/2 這里采用的主要元器件是是美國 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點(diǎn)。對于短距離，由于兩個(gè)探頭之間是有一定距離的，所以超聲波無法收回回波。另外對于超聲波測距的限制也具體說了。雖然他們始終貫徹于整個(gè)程序調(diào)試的環(huán)節(jié)，但是軟件比較簡單，故不細(xì)說。 Protues 簡介 Proteus 是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真 51 系列、 AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)， 9 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。所用硬件是選擇這個(gè)電壓的。單總線是 Dallas半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)。另外采用 DS18B20能縮短開發(fā)周期，有效地降低成本，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，擴(kuò)展方便、占用系統(tǒng) I/O資源少 [3]。 ℃，增量值最小可為 ℃，電源供電范圍 ～ 。 DS18B20如圖 31所示。比較適合在非常有限的印刷電路板上使用 [5]。左邊 1 到 6 是電容的引腳，為 MAX232 供能和儲能的作用；其中串口中引腳 3 為 TXD，用著發(fā)送數(shù)據(jù)，引腳 4 為接受數(shù)據(jù)的 RXD。內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路 ,2路 PWM,8路高速 10位 A/D轉(zhuǎn)換 ,強(qiáng)干擾場合 [8]。小功率超聲探頭多用作探測方面。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 （ 3）靈敏度。 圖 36 超聲波測距模塊 14 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 如圖所示，這個(gè)模塊有五個(gè)引腳，引腳的功能分別是，電源（ +5V），控制引腳，接收端，空引腳，接地引腳。 圖 37 LCD1602 引腳圖 引腳功能如下： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 MAX232 的電平轉(zhuǎn)換給需要+12V 的串口提供了足夠的電壓。對于溫度的電路部分不需要特意去準(zhǔn)備。 電路原理圖設(shè)計(jì) 電路圖設(shè)計(jì) 原理圖的設(shè)計(jì)是先在稿子上畫好大體的模樣，需要的零件，然后在 Protel上畫。 PCB 圖設(shè)計(jì) PCB 電路圖設(shè)計(jì)方法 （ 1）原理圖畫好和將每個(gè)元件的封裝添加好（確保填入的 PCB 封裝與原理圖中元件可對應(yīng)） （ 2）做 ERC 校 驗(yàn) （ 3）生成網(wǎng)絡(luò)表。 PCB 圖 PCB 圖如圖 42 所示。 （ 3） 裁板 : 因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室里使用的感光板是 15cm 10cm大小的，而我的板子是 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在夏天，用日光燈曝光時(shí)間約為 8 到 9 分鐘，冬天可長 1 到 3 分鐘，不過同時(shí)要根據(jù)室外的光線來調(diào)整曝光時(shí)間，最好不要晚上做板子，除非你有曝光機(jī)。顯影劑配置的好的話，只要幾分鐘就能看到最終效果：除線路和焊盤上一層綠色的感光膜外，其他地方均為 裸露的紅色銅。 （在這個(gè)過程中，可能無法很好的掌握好比例，可以通過調(diào)節(jié)水溫的方法實(shí)現(xiàn)）。 （ 8）鉆孔：用電鉆對零件孔或需要鉆孔的地方進(jìn)行鉆孔，選用 的鉆頭。暫時(shí)不用的電烙鐵要放在烙鐵架上，新的烙鐵也不能拿來就用，需要先給烙鐵鍍上一層焊錫才能使用。 B 加熱焊接點(diǎn)：將烙鐵邊側(cè)放置于焊件與焊盤形成的直角處，使焊接升溫。 （ 4） 焊接技術(shù)要點(diǎn) ① 注意焊接時(shí)機(jī)。正確的方式應(yīng)該是使用手指同時(shí)拿板的邊緣處。 ④ 注意焊接過程中元件高度調(diào)整。在制作的過程中因?yàn)闊o法正確的掌握藥品的用量，所以開始很擔(dān)心，但是后來在做的過程中，認(rèn)為升高溫度應(yīng)該也是可以的，就用了升高溫度，結(jié)果是肯定的。然后對溫度的測量，在得到溫度的同時(shí)超聲波測量時(shí)間差，并和溫度進(jìn)行運(yùn)算得到距離值。 圖 51 DS18B20 程序流程圖 說明如下。 （ 4） DS18B20 再次復(fù)位。 （ 8）讀入結(jié)果的高八位 [10]。 WriteOneChar(0x44)。 WriteOneChar(0xbe)。 } tpmsb=temp_buff[1]。超聲波程序圖如圖 52 所示。 TL0 = 0。0x80) { flag = 1。} if(TH0amp。 //計(jì)算 } 程序說明 LCD1602 程序流程圖如圖 53 所示。 //第幾行 y = x+y。 28 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 } } 圖 53 LCD1602 程序流程圖 //功能描述 : 寫入字符到第 x（ 1， 2）行 y（ 0， 15）列 void LCD1602_write_char(unsigned x,unsigned char y,unsigned char dat ) { unsigned char i = 0。 LCD_write_data(dat)。 主函數(shù)主要當(dāng)然責(zé)調(diào)用，另外把輸出和現(xiàn)實(shí)的部分也加入其中了。通過串口發(fā)送的是十六進(jìn)制的，但是顯示部分是用的十進(jìn)制的。 串口通信時(shí)，上位機(jī)發(fā)送 F 給下位機(jī)。 圖中 LCD1602 的數(shù)據(jù)是由 STC12C5A60S2 每個(gè)周期得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，不需要外部命令。 LCD1602_write_char(2,12,Temperature/10+0x30)。 if(receivedata1 == 39。S39。 //發(fā)送距離數(shù)據(jù)的低位 SendData1(39。 //發(fā)送溫度數(shù)據(jù) SendData1(39。K39。是處理數(shù)據(jù)和調(diào)用個(gè)個(gè)器件的核心。在 Keil進(jìn)行調(diào)試時(shí)的步驟是如下。 （ 4）將編譯好的正確的程序生成 HEX 文件。具體步驟為 ： （ 1）畫基本電路圖。 （ 4）模擬，通過串口助手查看結(jié)果。 其中本設(shè)計(jì)開始之初 DS18B20 的測試如 61， 62 圖所示。當(dāng)把測試溫度改變?yōu)?15 時(shí)，數(shù)據(jù)改變?yōu)?F0 00，溫度測量正確。所用可以使用 USB 線路，也可以使用其他線路，對于本設(shè)計(jì)由于是用 TXD 和TXD 輸出的，可以直接使用這兩個(gè)接口就可以操作。 對于電路的測試，主要是查看是否通電，所有硬件運(yùn)行是否正常，不正常的換 34 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 掉，在實(shí)驗(yàn)初期其實(shí) 很難遇到這樣的問題，只要電路圖沒有問題，零件質(zhì)量比較可靠，比較容易一次完成。其中 53， 57， 4F， 4B，分別是 S,W,O,K。十六進(jìn)制的 1B 對應(yīng)十進(jìn)制的 27。無法實(shí)現(xiàn)的原因有，首先在本設(shè)計(jì)中很少使用到電容，導(dǎo)致能量供給不足，電容在實(shí)踐操作中有是難點(diǎn)，和花錢的 地方。硬件部分主要是把寫好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。但是無法逃避這種無關(guān)緊要。對于做硬件，在做的過程中，不確定性很多，而且遇到的也不知道在什么情況下，但是這種不確定行不是阻礙前進(jìn)的原因，做起來遠(yuǎn)比想象中的容易一些。從開始我對硬件方便的一竅不通，到如今能做出物品出來。他們不厭其煩的回答我不明白的地方，和我討論我們需要怎么去做。 } //以下是初始化程序 bit Init_DS18B20(void) { bit x=0。 //降級電平 delay_ds18b20(100)。 //如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay_ds18b20(20)。 while(temp == 1) 42 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 { temp = Init_DS18B20()。 i0。 // 數(shù)據(jù)寫入 delay_ds18b20(5)。 unsigned char dat = 0。 // 給脈沖信號 dat=1。 } return(dat)。 //程序說明里已經(jīng)說過，不在多說。 WriteOneChar(0xcc)。i++) { temp_buff[i] = ReadOneChar()。 unsigned int xiaoshutemp。 //把得到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行下列處理 tpmsb = tpmsb4。//得到溫度的小數(shù)部分 zhengshu = tpmsb + tplsb。 } } LCD1602 程序 include 45 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 // 函數(shù)名稱 : void LCD_check_busy(void) // 功能描述 : 檢測 LCD 狀態(tài)，看它是不是還在忙 void LCD_check_busy(void) { while(1) { LCD_1602_EN = 0。 LCD_1602_EN = 1。 LCD_1602_RS = 0。 } 46 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 // 函數(shù)名稱 : void LCD_write_instruction(unsigned char LCD_instruction) // 功能描述 : 寫指令到 LCD1602 void LCD_write_instruction(unsigned char LCD_instruction) { LCD_check_busy()。 LCD_1602_EN = 1。 LCD_1602_DATA = LCD_data。 void LCD1602_write_string(unsigned x,unsigned char y,unsigned char *s) 47 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 { unsigned char i = 0。 while(s[i] != 0x00) //寫入字符串值 { LCD_write_data(s[i])。 //第幾行 y = x+y。 LCD_write_instruction(LCD_DISPLAY_ON|LCD_CURSOR_OFF)。 TR0 = 1。 TRIG = 1。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 while(1) //檢測到高電平時(shí)定時(shí)器 0 開始計(jì)時(shí) { if(ECHO==1) { TH0 = 0。 } if(TH0amp。 break。} } ConutDistance()。 TH0 = 0。 }