【正文】 12J6R 4 0 16R51 0KR 1 02 0KR61 00 K1213U 1 1A4 06 62374615U8U A 7 412374615U9U A 7 41C 1 71 00 U /2 5 VC 1 81 00 U /2 5 V+ 12 VR71 0KR81 00 KW11 0K1 2 V+ 12 V1 2 VGNDGND GNDGND2376 5184U1L M 3 11C L K3D2SD4CD1Q5Q6U 2 1A7 4A L S 7 4R91 2K5VGNDGND...+ 5V+ 12 V 圖 34 接收部分電路 8279 接口電路與鍵盤顯示電路 可編程鍵盤 /顯示器接口芯片 8279 簡介 8279 芯片是一種專用于鍵盤、顯示器的接口芯片， 它能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤下閉合鍵的鍵號。可用單電源供電 (如 +5V)，也可用雙電源供電 (如 177。如圖34所示，根據(jù)所用的 T/R4016型超聲波傳感器的資料以及在實驗中所觀察到的現(xiàn)象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時，有一部分聲波從發(fā)射探頭直接傳到接收探頭，這部分信號直接加到回波信號中，干擾回波信號的檢測。 如圖 33 所示： 12J5T 40 16R61 50D11 2VD21 2VT1T R A N S 1Q3IF R 6 40GND. ... 圖 33 發(fā)射部分電路 由第二章的討論可以知道，油量測量儀所用的 T/R4016 型超聲波傳感器在頻率40kHz，幅值 20V 的電壓驅(qū)動下，各種性能最佳，所以通過單片機(jī)的 管腳輸出40kHz的脈沖信號給發(fā)射電路。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在給出地址 ―1‖時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 看門狗電路是由 MAX813 芯片組成，主要完成對系統(tǒng)的實時監(jiān)測。這樣不但減少了測量過程中的人工干預(yù)，為測量帶來了方便，而且還便于管理。 啟動超聲波油量測量儀測距時， 由單片機(jī) AT89C51 編程產(chǎn)生 40kHz 的方波， 每長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 16 20 個脈沖為一串， 再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。測出從超聲波發(fā)射脈沖串至接收到回波信號的傳輸時間，即渡越時間，超聲波在同一種介質(zhì)中的傳輸速度是不變的，那么由渡越時間和聲速，就可算出要測的距離。 (如鋁罐 ) 當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)斜入射到另一種介質(zhì)時，如果兩種介質(zhì)的聲速不同，在界面上會產(chǎn)生聲波的反射、折射、和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn) 象。 我們把單位時間內(nèi)，通過垂直于波的傳播方向上單位面積的能 量稱為能流密度，能流密度的時間平均值，稱為波的強(qiáng)度 。由于超聲波傳播過程中所遇到的介質(zhì)顆粒都比較小 (大多為揮發(fā)性氣體分子 )，散射衰減也可忽略。因此，我們在設(shè)計、制作超聲波油量測量儀的時候，首先要分清接收器接收到的究竟是哪個信號。 具體的做法是，每隔一段 時間發(fā)射一串超聲波脈沖，在發(fā)射脈沖串的同時開始單片機(jī)定時器記數(shù)，在超聲波接收器接收到反射信號時，停止單片機(jī)計數(shù)。用超聲波測量儲罐內(nèi)的油量，實際就是要測量罐頂?shù)接兔娴木嚯x，由此算出儲油罐內(nèi)油 面 的高度，進(jìn)一步計算出油的體積和重量 [2][7]。 超聲波油量測量儀測量原理 測量原理 超聲波測距的方法有很多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。 (1)超聲波傳感器型號代碼 例 ： T 4 0 1 6 外 殼 直 徑 （ m m ）中 心 頻 率T ： 發(fā) 射 ， R ： 接 收 (2)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 9 (3)性能指標(biāo) T/R4010 T/R4012 T/R4016 中心頻率 40177。 在距離設(shè)定范圍內(nèi)放置的反射板碰到發(fā)送的超聲波束時，則被檢測物體遮擋反射板的正常反射波，若 檢測到反射板的反射波衰減或遮擋情況，就能判斷有無物體通過。設(shè)換能器在空載 (Z1=0)和有載 (Z1R1)時的 Q 值分別為 QM0、 Qm，則有： 100 1 0 010m LQ R C R???? （ 24） 100 1 1 0 0 11()m LQ R R C R R? ????? （ 25） 0 0 0 0eQ C R?? （ 26） 0 0 0 1()eQ C R R??? （ 27） 超聲波換能的工作效率為： 110RRR?? ? （ 28） 當(dāng)交變電信號從引線加到超聲波發(fā)射器件中，由壓電陶瓷片和諧振片組成的振子會彎曲振動，驅(qū)動錐形輻射器發(fā)出超聲波，當(dāng)空中傳來的超聲波被接收器件的錐形輻射器會聚后，驅(qū)動振子產(chǎn)生彎曲振動，從而在電極間輸出與此波動相對應(yīng)的交變電信號，通過對此信號的處理，可實現(xiàn)各種檢測。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。m 級，頻率已擴(kuò)大到 GHz 領(lǐng)域，分辨率 達(dá) 181。另外，超聲波在空氣中傳播的速度較慢，約為 330m/s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡單。超聲波在相同的傳播媒體里 (大氣條件 )傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致。由于本設(shè)計對計算的精度要求較高，所以采用 C51 編程，借助 C 語言的浮點計算能力，提高計算精度。 隨著智能化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，利用超聲波進(jìn)行油量檢測在加油站及油庫中起著越來越重要的作用。機(jī)械鋼帶式液位儀傳動部件多，可靠性較差，又因需要罐內(nèi)安裝，維護(hù)困難?？偤笥土涎芯克钚卵兄频?UGJ98 型光導(dǎo)式油罐計量遙測系統(tǒng)，采用光柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和抗干擾處理技術(shù)及 RS485總線標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了機(jī)光電一體化，一次儀表不帶電，系統(tǒng)綜合精度達(dá)到 177。德國 Krohne 公司的 LS3000 諧振振動開關(guān)精度可達(dá) 177。 (7)γ射線液位儀 該技術(shù)是基于 γ 射線對不同物質(zhì)產(chǎn)生不同衰減的理論，將放射源鉆 60 或艷 137置于一個防護(hù)容器內(nèi)，放在被測容器的一側(cè)，在其對面，裝有一個檢測器，當(dāng) γ射線穿透容器時，它被衰減，其衰減率取決于被測液體的密度、吸收系數(shù)和厚度。當(dāng)接收到回波信號時，由于來回傳播時間的延遲，發(fā)射頻率發(fā)生了改變。 (4)超聲波液位儀 超聲波液位儀是非接觸液位 測量 儀中發(fā)展最快的一種。 (3)智能化液位儀 伺服式液位儀是此類儀表的代表。2mm的人為誤差。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 超聲波液位測量儀利用超聲波對油量液位進(jìn)行自動檢測和數(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)計方法。 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(bǔ)償電路和相應(yīng)的控制電路。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 (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。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(jī)動作升降浮子，跟蹤液位變化，同時發(fā)出遠(yuǎn)傳信號。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。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。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。1mm。2mm。伺服式液位儀屬機(jī)械式測量裝置，機(jī)械磨損會直接影響其測量精度，需定期維修和重新標(biāo)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。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。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。是縱向振動的彈性機(jī)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(biāo)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)。 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。m 量級的超聲波顯微鏡已 實用化。 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)。 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。另外，檢測范圍也可以是由距離切換開關(guān)設(shè)定的范圍。1 kHZ 40177。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。 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。單片機(jī)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。下面將就此問題進(jìn)行討論。因此，我們只需討論吸收衰減。 )/(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時采 取多級放大的辦法。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]。 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(jī)技術(shù)相結(jié)合，對儲油罐中的油量進(jìn)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(jī)進(jìn)行通訊便于監(jiān)控和管理 [19][23]。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(jī)。 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(jī)系統(tǒng)為核心，開發(fā)超聲波油量測量儀。 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，是整個超聲波油量測量儀的核心電路。 (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(hù)； 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(hù)存儲內(nèi)容。 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。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計 超聲波發(fā)射電路功能 超聲波發(fā)射器在幅 度為 20V，頻率為 40kHz 的方波驅(qū)動下，發(fā)出頻率為 40