【正文】 電磁閥的控制電路還存在一些細(xì)節(jié)問題。按照開題報(bào)告的要求，我查閱了有關(guān)單片機(jī)、超聲波以及液位控制方面的有關(guān)知識(shí)，基本上掌握了本次設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。隨著我國化工領(lǐng)域的發(fā)展，超聲波液位檢測系統(tǒng)的研制是有著很大的發(fā)展前景。這對(duì)設(shè)計(jì)學(xué)生來說是一次很好的鍛煉。本設(shè)計(jì)屬于一個(gè)完整的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中需要考慮的因素較多，但設(shè)計(jì)功能相對(duì)較為簡單不會(huì)存在太大困難，題目難易適中。4月16日—4月26日：完成中期報(bào)告。不過尖端的產(chǎn)品和技術(shù)都不是應(yīng)用最多的。近年來，中科院聲學(xué)研究所，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)電子液位儀已經(jīng)形成系列化，適用于各種形式液料儲(chǔ)罐的液位、物位測量，成為我國儲(chǔ)罐的主要液位測量儀表。二、 國內(nèi)外研究綜述： 目前，市場上的液位儀表功能各異，國外和國內(nèi)產(chǎn)品存在較大的差異:國外的液位儀表功能較全，精度較高，但價(jià)格比較昂貴。最后向所有曾經(jīng)幫助和鼓勵(lì)過我們的同學(xué)和老師表示深深的謝意！參考文獻(xiàn)[1] 何立民 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994[2] 童峰，許水源，許天增 一種高精度超聲波測距處理方法 廈門：廈門大學(xué)學(xué)報(bào)，1998[3] 中國集成電路大全編委會(huì) 中國集成電路大全 北京：.國防工業(yè)出版社，1995[4] 常健生 檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[5] 余發(fā)山 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 [6] 李光飛 單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[7] 楊邦文 新型集成器件實(shí)用電路. 北京：電子工業(yè)出版社，2002[8] 李小瑩 傳感器與測試技術(shù). 北京：高等教育出版社，2004[9] 余成波，胡新宇，趙勇 傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù). 北京：高等教育出版社，2004[10] 胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù). 北京：清華大學(xué)出版社，1996.[11] 石利英等 傳感技術(shù) 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1995[12] 陳杰等 傳感器與檢測技術(shù) 北京：高等教育出版社，2002[13] 姚福安 電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001[14] 周玲 超聲波外測液位檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 太原：中北大學(xué)，2006[15] 黃勇 超聲波液位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究 重慶：重慶大學(xué)，[16] 劉民 超聲波測距儀的研制 武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，[17] 黃建兵 超聲波精確測距的研究 南京：南京理工大學(xué)，附圖1附圖2河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目名稱基于單片機(jī)的液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電科學(xué)號(hào)0401040一、 選題的目的和意義：液體液位的準(zhǔn)確測量是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程檢測和實(shí)時(shí)控制的重要保障，也是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。我多次向張老師請(qǐng)教并和張老師探討遇到的問題，張老師就各種出現(xiàn)的新情況提出了自己獨(dú)到的見解和積極的解決辦法，張老師清晰敏捷的思路，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)給我留下深刻的印象，使我們受益非淺。因?yàn)闀r(shí)間和水平所限，在工作中有一些不太滿意的地方，都有待于以后的工作中進(jìn)一步的完善和解決。通過本次設(shè)計(jì)，使我學(xué)會(huì)了如何把理論和實(shí)際進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，擴(kuò)大了視野，開拓了知識(shí)面的深度和廣度，提高了分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。如模擬電子、數(shù)字電子、顯示技術(shù)、檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)等課題的知識(shí)。由此可見，只要將聲時(shí)減去一個(gè)固定時(shí)間(tatb).就可消除上面所說的測量誤差。從理論上講，停止計(jì)時(shí)信號(hào)應(yīng)在圖中的a點(diǎn)發(fā)出，由于胭值的存在，而實(shí)際上停止計(jì)時(shí)信號(hào)是在a點(diǎn)之后的某一時(shí)刻發(fā)出的，并且發(fā)出的時(shí)刻(時(shí)間檢出點(diǎn))是隨物位的變化而變化的，這種“時(shí)間檢出點(diǎn)”的變化就產(chǎn)生了物位測量的誤差。 儀器電路對(duì)測量的影響 硬件電路引起的時(shí)間誤差及修正由于收發(fā)電路對(duì)信號(hào)的處理會(huì)對(duì)回聲時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)固定的延遲時(shí)間，設(shè)ss2為兩個(gè)已知的固定距離，tt2分別為對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)固定距離采集到的回聲時(shí)間值，內(nèi)含因素，則超聲波在ss2距離內(nèi)往返傳播所用的時(shí)間實(shí)際上分別為tl和t2 。聲程內(nèi)平均溫度: （47）式中，聲程內(nèi)第價(jià)溫度因子(與溫敏元件現(xiàn)場安裝位置有關(guān))；聲程內(nèi)第價(jià)溫度敏感元件測出的溫度值:n聲程內(nèi)溫度敏感元件的個(gè)數(shù)。假設(shè)忽略計(jì)時(shí)誤差，測距時(shí)間間隔=（)，由超聲波測距公式(2一19)推導(dǎo)出，帶入數(shù)據(jù)后可知，也就是說，忽略各種其它誤差，只考慮聲波誤差，那么，()以內(nèi)，但溫度每升高1oC，所以，應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。聲波在空氣中的傳播速度為: （41）式中 ， R氣體普適常數(shù)，；r氣體定壓熱容與定容熱容的比值，；M氣體分子量，氣體中聲速受溫度的影響最大‘聲波擾動(dòng)是機(jī)械的，聲波在傳播中帶有機(jī)械能量，聲能傳播的途中逐漸轉(zhuǎn)變成熱，從而出現(xiàn)隨距離而逐漸衰減的現(xiàn)象，稱為聲吸收。4 超聲波測液位的誤差分析 環(huán)境對(duì)測量的影響聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關(guān)，因此，利用聲速測量距離，就要考慮這些因素對(duì)聲速影響。(5) PCB雙面布線盡量相互垂直，同時(shí)，布線均使用45o折線而不用90o折線，以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與禍合。以抑制電源線上的電壓波動(dòng)。 val[3]=4。 wraddr(LED4ADDR,0XFF)。 } else { wraddr(addr[i],0xff)。 for(i=0。 *pa=d。 顯示子程序設(shè)計(jì)/* 4個(gè)7段數(shù)碼管鎖存器地址 */define LED1ADDR 0x8000define LED2ADDR 0x8100define LED3ADDR 0x8200define LED4ADDR 0x8300// 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f/* 09 af 的7段數(shù)碼管顯示編碼 */unsigned char ledcode[16]={0xC0,0xF3,0x89,0xA1,0xB2,0xA4,0x84,0xF1,0x80,0xA0,0x90,0x86,0xCC,0x83,0x8C,0x9C}。程序先分別逐個(gè)送給1~4列一個(gè)電平，每送一個(gè)電平就查詢一次各行電平。 i=ReadTemperature()。 //放大10倍輸出并四舍五入此行沒用tt=t*。t=8。send(0xff)。send(a)。 //跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 // 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換//unsigned char b=0。}//delay(4)。delay(5)。DQ = datamp。for (i=8。}DQ = 0。i0。 //稍做延時(shí)后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗delay(14)。 //單片機(jī)將DQ拉低DQ = 0。 //DQ復(fù)位DQ = 1。初始化查詢是否開始發(fā)射超聲波同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器調(diào)用子程序計(jì)算距離報(bào) 警調(diào)用顯示子程序開中斷再次發(fā)射超聲波=1是否=0讀取溫度關(guān)中斷讀取時(shí)間否是圖 316 主程序流程圖否關(guān)閉電磁閥是否超過液位極限打開電磁閥是是查詢是否接收到超聲波是否低于預(yù)設(shè)最低液位是否超過預(yù)設(shè)最高液位否//extern void send (unsigned char ff)。＃include sbit DQ =P3^7。中斷程序執(zhí)行完畢后主程序開始處理數(shù)據(jù)，最后做出相應(yīng)的動(dòng)作。再往后和液位極限值比較，如果超過極限值就認(rèn)定系統(tǒng)不能完成自動(dòng)控制，啟動(dòng)報(bào)警電路，提醒相關(guān)人員進(jìn)行人為操作。為避免串?dāng)_，在發(fā)射期間接收中斷INT0關(guān)閉，在發(fā)射完畢后開啟中斷INT0。這樣設(shè)計(jì)相對(duì)簡單也能滿足系統(tǒng)的需要。通常用它的平均值與直流電壓等效。由于穩(wěn)壓芯片的工作效率和輸入輸出的電壓有關(guān)，四個(gè)不同電壓大致可以分為兩組。本設(shè)計(jì)所要做的就是第四類開關(guān)式穩(wěn)壓電源的一種：并聯(lián)型開關(guān)式穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電路的作用是克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)所引起的輸出電壓的變化，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。整流電路通常有半波整流電路、全波整流、橋式整流電路等，橋式整流較為常用。 其框圖如圖312所示。P0口為顯示數(shù)據(jù)接口，—，通過程序來選中其中一個(gè)LED芯片。RCS1共同組成復(fù)位電路。作為一個(gè)計(jì)數(shù)器?？傻綦姳４鍾AM的內(nèi)容，但可使振蕩器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件復(fù)位。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器組成，經(jīng)過三極管放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。圖 312 鍵盤控制電路 電磁閥控制電路設(shè)計(jì)液體由管道經(jīng)過電磁閥注入，系統(tǒng)通過控制電磁閥來控制液體的注入。 本設(shè)計(jì)中的顯示電路如圖310。這種顯示方法的都需要有一個(gè)8位輸出口控制。因此, 可用多只DS18B20 同時(shí)測量溫度并進(jìn)行告警搜索。LSB形式表示。 第9字節(jié)讀出的是前面所有8 個(gè)字節(jié)的CRC 碼, 可用來保證通信正確。表33 R1和R0模式表R1R0分辨率分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009位0110位1011位1112位由表33可見, 設(shè)定的分辨率越高, 所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長。數(shù)據(jù)先寫入RAM ,經(jīng)校驗(yàn)后再傳給E2RAM。① 64b閃速ROM 的結(jié)構(gòu)如下:8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼（10H）MSB LSBMSB LSBMSB LSB圖311　DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào), 接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào), 共有48 位, 最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼, 這也是多個(gè)DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因?？梢苑謩e在93175ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量, 并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口) 讀寫, 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線, 總線本身也可以向所掛接的DS18 B20供電, 而無需額外電源。 溫度補(bǔ)償單元（1）補(bǔ)償目的聲波在介質(zhì)中的速度受介質(zhì)、介質(zhì)溫度影響。圖39 LM393構(gòu)成比較電路如圖39所示，放大后的信號(hào)由LM393第2腳進(jìn)入，在第3腳是+，由于R2電阻可調(diào)，4即根據(jù)輸入的信號(hào)可以調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓。12V)。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想，要將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU識(shí)別的高低中斷信號(hào)，所以在對(duì)回波信號(hào)(正弦波)經(jīng)過兩次放大以后，需要將正弦波整形成方波，于是后面接了一個(gè)電壓比較電路。③ C108連接前后兩極放大，阻兩極間直流，通兩極間交流。綜合因素考慮，本論文中采用圖38所示的電路，即采用運(yùn)算放大器TL084CN構(gòu)成放大電路:當(dāng)頻率為40KHz時(shí)，理論上極限放大約1000倍，但實(shí)際工作中不可能讓放大器工作于極限狀態(tài)，放大倍數(shù)過高，易產(chǎn)生自激振蕩。接收電路可采用新產(chǎn)品專用集成電路，也可用傳統(tǒng)的濾波、放大、檢波、整形的電路。圖37 接收電路信號(hào)變化關(guān)系圖（2）超聲波接收電路電路微弱信號(hào)需要放大整形，因此接收部分電路主要由放大電路、電壓比較電路構(gòu)成。圖 36 超聲波發(fā)射電路 超聲波的接收和處理單元 (1)超聲波接收電路功能根據(jù)電路需求，需要接收放大電路滿足以下要求:①微弱信號(hào)放大，放大倍數(shù)要求從mv到V，②波形整形。整個(gè)發(fā)射電路由555振蕩電路、晶體管放大電路、變壓器以及壓電超聲波傳感器組成。④采用非門并接利用芯片的驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)電路要求產(chǎn)生出具有一定功率，一定脈沖寬度和一定頻率的超聲電脈沖去激勵(lì)發(fā)射器，由發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為超聲機(jī)械波機(jī)械能。= 11μsecTH= x(RA + RB)x C555芯片振蕩電路，外圍元件少，電路簡單，振蕩頻率可調(diào)，可產(chǎn)生方波和三角波，可調(diào)整波形占空比，在很多電路中都用到，如圖35所示。故設(shè)計(jì)可調(diào)頻率振蕩電路，以便將信號(hào)頻率調(diào)到超聲波傳感器的固有頻率上。 單雙探頭的選擇如果使用單超聲波探頭，將會(huì)影響最小測量距離，而且可能會(huì)在轉(zhuǎn)換時(shí)有噪聲產(chǎn)生。完成這些步驟進(jìn)行第二次超聲波發(fā)射。該系統(tǒng)由AT89C2051 單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、接收放大電路、環(huán)境溫度采集電路、報(bào)警電路、控制鍵盤、控制電路及顯示電路組成。所以選用一對(duì)超聲波換能器，使其效率最高。而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此作為超聲波的接收器。 超聲波接收發(fā)射裝置以超聲波為檢測手段，包括發(fā)射超聲波和接收超聲波，并將接收的超聲波轉(zhuǎn)換成電量輸出的裝置稱為超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。由于維持振動(dòng)的周期數(shù)較多寬等幅脈沖波的頻譜分量較純些、能量較大、畸變較小，所以適合于傳播較遠(yuǎn)