基于單片機(jī)的超聲波液位控制器設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-25 19:43本頁(yè)面
【正文】 plus_data|=TL0。 plus_data=TH0。啟動(dòng)定時(shí)器 0，同時(shí)延時(shí) 100us 之后，當(dāng)有接收到超聲波回波的時(shí)候，產(chǎn)生外部中斷信號(hào)，由單片機(jī)的端口 外部中斷 0 啟動(dòng)。//延時(shí)等待超聲波探頭器EX0=1。w5。w++）//延時(shí)大約 100 us START=1。 for（w=0。 START=0。如果在 WREN 和 WRSR 兩指令之間不講/CS 拉高，則 WRSR 指令將被忽略[31]。之后再次拉低/CS 引腳以選通 X5045，先發(fā)送 WRSR 指令至器件，然后跟隨 8 位數(shù)據(jù)，這 8 位數(shù)據(jù)相應(yīng)于狀態(tài)鎖存器的內(nèi)容。 } } 在寫數(shù)據(jù)到狀態(tài)寄存器之前，“寫使能”鎖存必須由 WREN 指令設(shè)置。 SCK=1。 SI=instramp。i8。 } instr=0x10。 SCK=1。 SI=instramp。i8。 //用來寫狀態(tài)寄存器指令 instr=0x01。 _nop_()。當(dāng)發(fā)出一個(gè) WREN 或者 WRDI 指令時(shí)，不需要輸出一個(gè)字節(jié)的地址或數(shù)據(jù)。WREN 指令設(shè)置該鎖存，而 WRDI 指令將復(fù)位該鎖存。 }器件 X5045 有一個(gè)寫使能鎖存功能,再一次寫操作開始以前這個(gè)鎖存必須被設(shè)置。 SCK=1。 SI=instramp。i8。 // 用來寫 WREN 寫使能 instr=0x06。 uchar instr。由于器件本身有嚴(yán)格的 時(shí)間配合，所以程序控制上比較復(fù)雜。 DS18B20 流程圖 該程序的主要功能是使用單片機(jī)和溫度傳感器完成對(duì)溫度的檢測(cè)和補(bǔ)償。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)一個(gè)字節(jié)的請(qǐng)求碼 0FFH，接收到上位機(jī)的應(yīng)答后，向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，最后發(fā)送數(shù)據(jù)[35]。本設(shè)計(jì)將串行口的工作方式定義為方式 1，這時(shí)它是一個(gè) 8 位的異步串行通訊口，TXD 為數(shù)據(jù)輸出線，RXD 為數(shù)據(jù)輸入線。如圖 。在系統(tǒng)硬件中，發(fā)射的 40KHz 脈沖信號(hào)遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測(cè)電路產(chǎn)生外中斷信號(hào)至單片機(jī)。在中斷響應(yīng)之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)數(shù)值與距離值換算子程序，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。 由于采用了單片機(jī) 89C51 并考慮整個(gè)系統(tǒng)的控制流程，整個(gè)系統(tǒng)軟件都由89C51 系列單片機(jī) C 語言實(shí)現(xiàn)。如圖所示為系統(tǒng)的主程序流程。 按照液位測(cè)量?jī)x的需要，超聲波驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理模塊主要任務(wù)是用單片機(jī)產(chǎn)生 40kHz 的脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭器發(fā)射超聲波，同時(shí)采用計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)；當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)，由此得出超聲波的傳輸時(shí)間 T,再利用第二章所介紹的公式，可求出待測(cè)距離 h，由此算出液體的高度[33]?？紤]超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量速度要求不高，數(shù)據(jù)計(jì)算量大的特點(diǎn)，超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)采用 C 語言編寫。匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是程序效率高、代碼短，但存在可讀性可移植性差的缺點(diǎn)。軟件總體流程圖,如圖 所示。說明： 引腳 1：DCD，方向 I，載波檢測(cè) 引腳 2：RXD，方向 I,數(shù)據(jù)輸入 引腳 3：TXD，方向 O，數(shù)據(jù)輸出 引腳 4：DTR,方向 O,數(shù)據(jù)終端就緒 引腳 5：GND,地 引腳 6：DSR,方向 I，數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 引腳 7：KTS,方向 O，請(qǐng)求發(fā)送 引腳 8：CTS,方向 I，清除發(fā)送 引腳 9：RI,方向 I,振鈴指示第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)流程圖 單片機(jī)液位儀的軟件功能是控制超聲波的發(fā)射和接收，對(duì)超聲波的傳輸時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合超聲波的傳播速度，計(jì)算出距離，并把數(shù)字濾波后的結(jié)果顯示出來。電路上形象地稱為電荷泵[31]。 MAX232 需要外界 4 只 電容，或者 1uF 的電解電容。本系統(tǒng)采用的是 9 芯的 D 型RS232 連接器串行通訊，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá) 15m。 完RS232 接口需要 22 根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的 25 芯插頭。 89C51 單片機(jī)本身的串行接口 TxD，RxD 為 TTL 電平，信號(hào)幅值較低，易受干擾只適合很近距離的通訊，因此，廣泛采用 RS－232C 串行接口與 TTL 間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。溫度測(cè)量就是為了實(shí)現(xiàn)這一目的。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面位移、睡眠模式等。從而得到超聲波從發(fā)射到返回時(shí)間，最后把時(shí)間量與聲速相乘，轉(zhuǎn)換為距離量,顯示值直接為距離值。它的主要組成部分是：濾波放大、放大調(diào)節(jié)、檢波和信號(hào)處理。接收探頭采用與發(fā)射探頭相同的 T/R40 超聲波探頭。接收超聲波的放大電路，采用的是反向比例運(yùn)算電路，如圖 所示，由于輸入電壓通過電阻 R4作用于集成運(yùn)放的反向輸入端，故輸出電壓與輸入電壓反向。由于單片機(jī)使用 12MHz 時(shí)鐘晶體，經(jīng)過 89C51 單片機(jī)內(nèi)部的 6 分頻，發(fā)出 ALE 信號(hào)為 2MHz，要產(chǎn)生 40kHz 的信號(hào)，需要對(duì) ALE 信號(hào)進(jìn)行 2000/40=50 分頻,74LS90 不僅是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也可以將兩片 74LS90，實(shí)現(xiàn)對(duì) ALE 信號(hào) 50 分頻的效果，當(dāng)單片機(jī)的 管腳發(fā)射的時(shí)間信號(hào)脈沖處于高電平時(shí)，使 74LS90 發(fā)出的 40kHz 頻率通過 74LS00，經(jīng)過高低電平轉(zhuǎn)換，傳到發(fā)射探頭，引起共振，驅(qū)動(dòng)超聲波探測(cè)器發(fā)出超聲波，如圖 。 發(fā)射電路 超聲波液位儀是基于反射超聲波的測(cè)距原理來確定液位，因此，它在工作時(shí)為了能夠接收到回波信號(hào)，就需要發(fā)射出具有一定強(qiáng)度的超聲波信號(hào)，并且發(fā)射部分為超聲波探頭提供一個(gè)具有一定頻率的電壓信號(hào)。將外部時(shí)鐘電路跟晶振放在同一個(gè)封裝里面,一般都有 4 個(gè)引腳,兩條電源線為里面的時(shí)鐘電路提供電源,又叫做有源晶振,時(shí)鐘振蕩器,讓振蕩頻率能更準(zhǔn)確。當(dāng)在晶片的兩面上加交變電壓時(shí)，晶片因反復(fù)的機(jī)械變形產(chǎn)生振動(dòng)，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)反過來產(chǎn)生交變電壓。各濾波電容 C 滿足公式（）： RC=（3～5）T/2 () 式中 T 為輸入交流信號(hào)周期，RC 為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻[21]。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分減少，輸出恒穩(wěn)的直流電。 直流電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。 電源電路設(shè)計(jì) 電源是整個(gè)系統(tǒng)的能源中心，系統(tǒng)中所有器件的運(yùn)作都需要電源來提供能量，因此系統(tǒng)電源的質(zhì)量在很大程度上影響到單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用“看門狗”來監(jiān)視程序的運(yùn)行。這時(shí)，CPU 執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能，CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大A。 DSP 器件在工控領(lǐng)域的應(yīng)用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看是一個(gè)必然的趨勢(shì)，但目前 DSP 件的使用偏重于高端應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于智能儀表所開發(fā)的功能得不到充分利用，不能很好的體現(xiàn)器件優(yōu)勢(shì)。 單片機(jī)電路 作為超聲波液位儀系統(tǒng)的核心部件，單片機(jī)的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。第三章 硬件總體設(shè)計(jì) 超聲液位儀總體設(shè)計(jì) 超聲波液位系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、接收放大電路、閘門控制
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