【正文】 在此論文完成之際，謹(jǐn)向劉老師致以最真誠的謝意!感謝老師在這么長時間里給我的多次幫助!感謝曾經(jīng)所有幫助過我的老師和同學(xué)們!感謝培育了我的母校！。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，廣博的理論知識和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使我受益匪淺。CS，2003.(2).3738[15] Frank J. Hydrostatic tank gauges accurately measure mass, volume, andamp。如前幾章所述，超聲波油量測量儀結(jié)構(gòu)簡單，無噪音污染，且操作方便，組合靈活，根據(jù)需要選擇不同的顯示方式，與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)自動控制，將會有很廣闊的使用前景。在熟悉了超聲波的傳播特性及超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、工作方式等問題后，選用了T/R4016型超聲波傳感器?？紤]到價格、安裝的方便與否、測量的精度，特別是小型加油站資金不太充裕等問題，決定研制一種安裝、使用簡便，測量準(zhǔn)確，智能管理，又價格低廉的油量測量儀。了解到市場的需求后，確定了研究目標(biāo):研制一種儲油罐油量測量儀?？紤]到油面波動的影響，需要測三次，取平均值。結(jié) 論在做論文的過程中，首先進(jìn)行了市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的許多小油庫、加油站還在使用最原始的人工檢尺進(jìn)行油量的測量。軟件“看門狗”雖然采用硬件“看門狗”電路可以直接消除干擾，但是硬件復(fù)位對系統(tǒng)往往會產(chǎn)生較大的沖擊，因此在硬件復(fù)位前設(shè)置軟件復(fù)位是相當(dāng)重要和必要的，而且軟件“看門狗”具有響應(yīng)快和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，所以采用軟件“喂狗”進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，使得程序重新啟動運(yùn)行。對于接收電路接收到的回波信號，有可能是某種外部干擾所致，或者是由于某些干擾信號在回波信號還未到達(dá)時就使接收電路產(chǎn)生了中斷信號，導(dǎo)致測量的時間不正確。本系統(tǒng)采取了如下的軟件抗干擾措施：消除發(fā)射電路對接收電路的干擾為了消除發(fā)射電路在發(fā)射驅(qū)動信號時，使得接收電路產(chǎn)生感應(yīng)信號而使D觸發(fā)器輸出中斷信號，我們在發(fā)射驅(qū)動信號時屏蔽了接收電路中D觸發(fā)器輸入，使其在這段時間內(nèi)不產(chǎn)生中斷信號。這樣就有效地保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。程序重新啟動運(yùn)行。為保護(hù)芯片。利用電容、電感等儲能元件可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的干擾。去耦濾波技術(shù)在直流電源回路中，負(fù)載的變化會引起電源干擾。這種盲目執(zhí)行程序的結(jié)果，一方面會破壞RAM存儲器中的數(shù)據(jù)，另一方面可能由于某些偶然的原因而進(jìn)入死循環(huán)，使整個系統(tǒng)失控。第六章 抗干擾處理干擾在大多數(shù)情況下都不會造成計算機(jī)硬件的損壞，主要是對軟件運(yùn)行造成不良的影響。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)一個字節(jié)的請求碼0FFH,接收到上位機(jī)的應(yīng)答后，向上位機(jī)發(fā)送欲發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù)，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。本設(shè)計將串行口的工作方式定義為方式1，這時它是一個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。目前本設(shè)計設(shè)定的是在超聲波油量測量儀測完油量以后再進(jìn)行通訊，這樣就可以用定時器T1來產(chǎn)生通訊時所需的波特率了。圖54 數(shù)據(jù)顯示模塊流程通訊子程序的流程圖如圖55所示。在啟動后默認(rèn)顯示油量深度，當(dāng)用戶需要了解油量的體積時，可按3號鍵來顯示體積，如果需要恢復(fù)油量深度的顯示，只需再按一次3號鍵。CPU對8279的監(jiān)視采用中斷方式。因?yàn)閰?shù)的輸入、數(shù)據(jù)的顯示和打印以及與上位機(jī)通訊等功能都要通過鍵盤來控制，所以，以功能鍵子程序?yàn)橹黧w，通過功能鍵子程序來調(diào)用其它功能模塊。該檢測計為了方便用戶的使用，提供了鍵盤輸入、顯示、和與上位機(jī)通訊等功能。最后恢復(fù)T0定時，T1重新計數(shù)，跳出外部中斷處理子程序，等待下次外部中斷。外部中斷0處理子程序的主要作用是：①產(chǎn)生中斷后立即關(guān)閉計數(shù)器T1，并讀出超聲波的傳輸時間；②利用傳輸時間和聲速計算出油的深度和體積；③若已經(jīng)計算了五次，則取平均值存入指定單元并送去顯示。外部中斷0的中斷源INT0接超聲波接收電路的輸出—D觸發(fā)器的Q端。 在啟動T0發(fā)射脈沖的同時，AT89C52的內(nèi)部計數(shù)器T1開始計數(shù)。當(dāng)然根據(jù)設(shè)計的要求管腳發(fā)出的應(yīng)該是脈沖串(每20個脈沖為一串)，以滿足測量的要求。根據(jù)頻率與周期的關(guān)系，很容易計算出其周期為25 u s，由于采用的晶振為12MHz，即每執(zhí)行一條指令需用時1us，所以定時器T0的定時時間只能取12us(換算成定時常數(shù)為0F4)，也就是說每隔12us的時間就讓輸出信號翻轉(zhuǎn)一次，這樣輸出信號就變成了頻率將近為40KHz的脈沖序列。圖52 驅(qū)動模塊程序流程圖由第四章硬件設(shè)計部分的介紹可知，T/R4016型超聲波換能器在輸入脈沖為 40KHZ左右時，各種性能都能達(dá)到最佳，所以要求單片機(jī)發(fā)射出頻率為40KHz左右的脈沖序列。功能模塊的主要任務(wù)是完成一些參數(shù)的預(yù)置，以及根據(jù)用戶的需要計算出各種所需的數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示或通過微型打印機(jī)打印出來，而且能與PC機(jī)進(jìn)行通訊以保存這些數(shù)。按照油量測量儀的需要，超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊的主要任務(wù)是用單片機(jī)產(chǎn)生40kHz的脈沖串，以驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時采用計數(shù)器計時。軟件設(shè)計的思路是：首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后輸入有關(guān)參數(shù)，接著發(fā)射脈沖串，以及計算油的深度、體積等數(shù)據(jù)，最后判斷是否有鍵按下，根據(jù)所按一下的鍵，單片機(jī)將調(diào)用不同的功能模塊完成不同功能，比如：打印、通訊等。計算機(jī)的串行口通常采用一個25針或9針的D型連接器，在本設(shè)計中選用了9針的D型連接器，要進(jìn)行通常的串行通信，只需其中的三根線就可以了，就是2(RXD),3(TXD),5(GND)三根線，分別是數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)輸出，地線。 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計圖45 DS18B20的典型連接圖45中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V～。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3個引腳小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路[16]。為了不占用CPU太多機(jī)時，設(shè)定8279工作于中斷方式。雖然8279芯片是專門用來管理鍵盤和顯示器的，但是它的驅(qū)動能力有限(尤其是在為顯示器提供驅(qū)動時)，所以還需要在它的輸出端加上驅(qū)動芯片，以提高它的圖43 8279接口電路原理圖驅(qū)動帶載能力，保證鍵盤和顯示器的正常工作。通過軟件設(shè)計來實(shí)現(xiàn)鍵盤復(fù)用的功能，即在不同時間和不同狀態(tài)下，鍵盤陣列中的每個鍵都代表不同的含義，這樣做雖然增大了軟件上的開銷，但是節(jié)約了硬件的成本。8279接口電路原理圖如圖43所示。這樣回波信號最終轉(zhuǎn)換成了AT89C52的中斷信號，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計思想?？捎脝坞娫垂╇?如十5V)，也可用雙電源供電(如士12V)。因?yàn)檩斎腩l率為40KHz，比較高，集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器的響應(yīng)速度較慢，達(dá)不到要求的頻響速度，所以采用了集成電壓比較器LM311。斷開1,2管腳的連接，等待回波信號的通過。如圖42所示，根據(jù)所用的T/R4016型超聲波傳感器的資料以及在實(shí)驗(yàn)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。由此可見，接收電路完成了超聲波回波信號的轉(zhuǎn)換、信號的放大和整形以及產(chǎn)生中斷信號等功能。由于變壓器的輸入端的電阻很小，所以在12V電源的接入端，加了一個15歐姆的電阻用來限制電流，這樣不至于使電源部分的元件過熱。它的工作原理是這樣的：，用來控制Q3的導(dǎo)通與截止，從而在變壓器的輸入端得到一幅度將近20V的方波，使得超聲波的發(fā)射器得到足夠的能量。如圖41所示: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。這樣發(fā)一次脈沖測量一次距離，然后每5個距離取一次平均值顯示并存儲。由于超聲波在同一種介質(zhì)中的傳播速度不變，因此通過單片機(jī)的定時器可測出超聲波脈沖串發(fā)射至接收到回波信號所需的時間T，根據(jù)公式S=UT/2即可算出超聲波傳感器到障礙物之間的距離,其中U為超聲波的傳播速度。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個16位的定時器/計數(shù)器，在本系統(tǒng)中定時器T0用來做脈沖輸出的定時器，定時器T1用來測量超聲波的傳輸時間[4]。AT89C52內(nèi)部有256個字節(jié)的RAM，地址范圍是00HFFH，但實(shí)際提供給用戶使用的只有128個字節(jié)(00H7FH)，另128個字節(jié)(80HFFH)是特殊寄存器區(qū)。AT89C52是一種低功耗、高性能的含有8K字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與AT89C52指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。 AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89C52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。由于CPU的機(jī)時比較緊張，所以用8279接口電路來管理鍵盤和顯示，它可以獨(dú)立于CPU自行工作，不占CPU的機(jī)時。②系統(tǒng)計算出油的體積重量后