【正文】 在做論文的過程中老師不僅 給了我許多寶貴的意見，同時(shí)還教會了我很多以前我沒接觸到的知識，在運(yùn)用各種軟件時(shí)，老師也教會了我許多，老師在教授知識的同時(shí)，還不斷向我們傳授為人處事的方法原則，使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[2]劉茂愷,[J].應(yīng)用聲學(xué),2004.(1).[3]草建海,路長厚,[J].儀表技術(shù)與傳感器, 2004, 1(1).[4][J].儀表技術(shù)與傳感器, 2004, 6(6).[5][M].蘇州:蘇州大學(xué)出版社, 2005.[6]何希才,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.[7][J]. 儀器儀表學(xué)報(bào),2005.(5).[8],2005.(8).46[9]楊振江,[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.[10]李廣峰,劉昉,高勇. 超聲波流量計(jì)的高精度測量技術(shù)[J]儀器儀表學(xué)報(bào),2002.[11]陳瑩. 基于單片機(jī)的超聲測距系統(tǒng) [D]. 華中科技大學(xué) , 2004.[12]崔艷. 超聲波油量測量儀的研究 [D]. 天津工業(yè)大學(xué) , 2003 .[13]黃卉,[M].傳感器技術(shù),2005.(6).46. [14]Wayne Labs. Level measurement: Pressure methods Dominate. Iamp。比較了各類液位計(jì)量儀表的優(yōu)劣后，決定用超聲波作為控制信號，研制超聲波油量測量儀。這樣做既費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，不安全，又不便于計(jì)算機(jī)管理。程序?qū)⒂布翱撮T狗”和軟件“看門狗”結(jié)合起來，獲得很好的抗干擾效果。對測量數(shù)據(jù)求平均值干擾信號多呈毛刺狀，且作用時(shí)間短，具有隨機(jī)性。本系統(tǒng)采用含有芯片MAX813的看門狗電路，當(dāng)系統(tǒng)由于某些不明原因而陷入死循環(huán)時(shí)，此時(shí)RST端將向CPU發(fā)出復(fù)位信號使CPU復(fù)位。為了去耦濾波，印刷電路板的電源與地之間并接了去耦電容，即100uF電解電容可以去掉低頻干擾成分,，依此可消除電源線與地線中的脈沖電流干擾。因此，需要從硬件和軟件兩方面采取相應(yīng)的抗干擾措施，從而達(dá)到消除干擾源，抑制藕合通道，減弱電路對噪聲干擾的敏感性。上位機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，要向油量測量儀發(fā)送一個(gè)確認(rèn)碼，如果接收的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不對，則重新發(fā)送若正確，則終止通訊。本設(shè)計(jì)設(shè)定波特率為1200，系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz,T1工作于工作方式2，由波特率的計(jì)算公式：可求出定時(shí)器1的初值為X＝230=E6H。為了實(shí)現(xiàn)這種切換，在軟件設(shè)計(jì)中需要設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，設(shè)22H為該標(biāo)志位，當(dāng)22H=0時(shí)，顯示油量深度,當(dāng)22H=1時(shí)，顯示油量體積。圖53 功能鍵子程序流程圖根據(jù)需要，鍵盤的工作方式是譯碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定方式；顯示器在系統(tǒng)等待輸入?yún)?shù)時(shí)應(yīng)工作在“右入口”方式，此時(shí)鍵盤/顯示方式命令字?jǐn)?shù)是11H,而顯示器在顯示數(shù)據(jù)是應(yīng)工作在“左入口”方式，此時(shí)鍵盤/顯示方式命令字是01 H。為了減小誤差，使測量更加準(zhǔn)確，每測出5個(gè)數(shù)據(jù)后取一次算術(shù)平均，再存儲并送去顯示。當(dāng)接收電路接收到反射的回波后，產(chǎn)生外部中斷信號，引起AT89C52的外部中斷0中斷，進(jìn)入外部中斷處理子程序。脈沖串發(fā)送完畢后，首先調(diào)用一段延時(shí)程序，用來屏蔽超聲波從發(fā)射探頭直接傳到接收探頭引起的干擾，然后允許外部中斷0中斷，等待回波的到來[14]。為了節(jié)約硬件成本，本油量測量儀采用AT89C52的內(nèi)部定時(shí)器T0作為發(fā)射脈沖的定時(shí)器。當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號時(shí)停止計(jì)時(shí)，由此得出超聲波的傳輸時(shí)間T,再利用公式S=UT/2(其中U為聲速)，可求出待測距離S，由此算出油的深度和體積，并及時(shí)地顯示出來。由于單片機(jī)提供的電平是TTL的，而計(jì)算機(jī)提供的是RS232電平，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，必須對它們的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn).圖46 串行通訊第五章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用C51編程，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，對不同功能的程序進(jìn)行分別編程，這樣不但使得整個(gè)軟件的層次和結(jié)構(gòu)比較清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。圖44 DS18B20引腳圖DS18B20的管腳排列如圖44所示，DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；GND為電地VDD為外接供電電源輸入端。在本系統(tǒng)中采用芯片74LS240作為段選驅(qū)動，用MC1413作為位選驅(qū)動，使顯示器得到足夠的電流?？紤]到各種操作與數(shù)據(jù)輸入應(yīng)該是相互獨(dú)立的，為了節(jié)省硬件成本，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)3 X4的鍵盤陣列。，當(dāng)AT89C52發(fā)送完驅(qū)動脈沖串以后，在允許外部中斷0中斷的同時(shí)，當(dāng)接收到回波信號，并將其轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號后，D管腳的低電平將通過D觸發(fā)器的Q端送出，作為AT89C52的外部中斷0的中斷信號。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想:最終要將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的中斷信號，所以在對回波信號(正弦波)經(jīng)過兩次放大以后，需要將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，于是后面接了一個(gè)電壓比較電路和一個(gè)D觸發(fā)器。接收部分電路主要由兩個(gè)放大電路、一個(gè)電壓比較器和一個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成。變壓器在這里主要起隔離作用。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)思想，以滿足超聲波傳感器發(fā)射器的要求，所以超聲波發(fā)射電路主要是由一個(gè)含有大功率CMOS管IRF640的放大電路、變壓器和一個(gè)超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成。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40KHz的超聲波，遇障礙物后反射，由超聲波的接收器接收回波。芯片上的FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。5．看門狗電路是由MAX813芯片組成，主要完成對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。4．根據(jù)設(shè)計(jì)要求:①在測量前需要先輸入一些參數(shù)。它的各部分電路的說明如下：，其主要任務(wù)是①發(fā)出40KHz的脈沖串用來驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波；②通過定時(shí)器T1對超聲波的傳輸時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；③根據(jù)測出的時(shí)間和有關(guān)參數(shù)計(jì)算出距離、體積等數(shù)據(jù)；④控制參數(shù)的輸入和數(shù)的顯示；⑤與上位機(jī)通訊和數(shù)據(jù)的輸出。這些操作也可由上位機(jī)來控制。單片機(jī)在發(fā)送脈沖的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波遇到障礙物后的回波被超聲波接收換能器接收，其輸出的正弦波經(jīng)過兩級放大，再經(jīng)過電壓比較器和D觸發(fā)器產(chǎn)生中斷信號中斷單片機(jī)的計(jì)時(shí)，這樣就得到了超聲波的傳輸時(shí)間，然后在中斷服務(wù)程序中根據(jù)測出的時(shí)間計(jì)算出距離。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，本油量檢測儀需要將超聲波檢測技術(shù)與計(jì)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。所以可以很容易地將此信號濾出，并對它進(jìn)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。T=/(+439=%。在空氣與液體(如汽油)的界面上，計(jì)算r,t,R,T。由(211)(212)式知，I，那么聲波傳播出去10m后，聲強(qiáng)就衰減了1/2。由式(22)，(23)知，在空氣里/cm，當(dāng)振動的聲波頻率f =40KHz，代入式(23),可得cm,沿著波的傳播方向10米處，x =10m。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。下面將就此問題進(jìn)行討論。超聲波油量測量儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的液位計(jì)量儀表相比，它具有原理簡單、易于微機(jī)控制、無接觸測量、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這里利用單片機(jī)定時(shí)器計(jì)數(shù)的方法間接測量時(shí)間，可以把聲波傳播的時(shí)間精度提高到所需準(zhǔn)確度。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。本超聲波油量測量儀采用渡越時(shí)間檢測法。 T/R40超聲波傳感器本儀器所采用的TR4016型超聲波傳感器的聲壓電平和靈敏度特性曲線如圖2圖24所示。當(dāng)超聲波傳來時(shí)，受音板發(fā)生位移，使磁路磁場發(fā)生變化，在拾音線圈中產(chǎn)生電動勢。結(jié)構(gòu)上有采用PVDF膜作為受音體、也有采用欽酸、鋯酸鉛系列陶瓷以板狀或圓桶狀受音體的形式結(jié)構(gòu)。把具有振動材料與傳播介質(zhì)材料的聲阻中間值的匹配板置于振子前邊，可使振子的機(jī)械/音響變換效率達(dá)到最大，尤其是在空中放射超聲波的情況下，這種匹配更加有效。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，超聲波束可以是強(qiáng)方向性的、扇狀的、無方向的形狀，還有些發(fā)射器附帶有調(diào)整層，以便發(fā)射器與媒質(zhì)的音內(nèi)阻抗相匹配。超聲波傳感器用等效電路(如圖22所示)來分析共振頻率附近的超聲波換能器的特性：圖21超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖22超聲波傳感器等效電路圖換能器的能量用，電能用表示。其結(jié)構(gòu)原理如圖21所示[1]。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。對軟件的這種處理不但能使軟件的結(jié)構(gòu)清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。該超聲波油量測量儀與傳統(tǒng)的測量方法相比具有非接觸、精度高、實(shí)時(shí)測量、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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)國家紛紛將各種新技術(shù)、新方法、新儀表滲入到儲罐計(jì)量領(lǐng)域，使儲罐油量自動計(jì)量達(dá)到了“多功能、高精度、現(xiàn)場化”的新階段。總后油料研究所最新研制的UGJ98型光導(dǎo)式油罐計(jì)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(shí)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)到士2mm。從計(jì)量方法看主要有三種:檢尺法、液位法和靜壓法。當(dāng)接收到回波信號時(shí)，由于來回傳播的時(shí)間延遲，發(fā)射頻率已改變了。