【正文】 2232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U?STC89C52RC12345678161514131211109R0+5VGND30pFC130pFC2SSWPB12Y1XTALGNDGNDVCC10uFC3R1GND 13 的充電時間決定。只有當(dāng) RST 引腳變?yōu)榈碗娖降臅r候，單片機才退出復(fù)位。 （ 2）單片機的復(fù)位電路 復(fù)位也就是把單片機的 PC 值初始化， 52 單片機的 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，當(dāng)持續(xù) 24 個振蕩脈沖 周期的時間以上時即可復(fù)位；為了保證單片機系統(tǒng)非?？煽繌?fù)位，復(fù)位電路必須保證引腳 RST 腳要有 10ms 以上的高電平。 圖 超聲波發(fā)射模塊 超聲波接受模塊 12864液晶顯示模塊 溫度采集模塊 報警模塊 D/A轉(zhuǎn)換模塊 壓頻轉(zhuǎn)換模塊 電源模塊 STC89C52 單片機 12 單片機最小系統(tǒng) 52 單片機的最小系統(tǒng)電路一般包括工作電源，振蕩電路和復(fù)位電路等，單片機的最小系統(tǒng)電路如圖 所示。另外波速和溫度有一定的關(guān)系，溫度在 0℃以上是溫度和波速成正比，即溫度越高，波速越大。 超聲波測距時，其發(fā)射器是利用壓電晶體的諧振帶動周圍的空氣振動而工作的，超聲波發(fā)射器開始向一個方向發(fā)射一束超聲波，同時開啟計時器計時，超聲波通過空氣介質(zhì)傳播，當(dāng)遇到障礙物就馬上反射回來，超聲波接收器接受到反射回來的波就停止計時器。 由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測量。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，也稱超聲波換能器或超聲波探頭。在Flash 編程期間，該引腳用于接 12V的編程電源。該引腳低電平有效時，只選用片外程序存儲器，對于無片內(nèi)程序存儲器的 8031，該引腳必須接地。但要注意，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， ALE 會跳過一個脈沖，此時就不能作為時鐘輸出了。 ALE/PROG（ 30 引腳）：地址鎖存允許信號。 PSEN（ 29 引腳）：片外的程序存儲器的讀選擇信號，低電平時有效。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms 以上才能保證有效復(fù)位。 （ 4）控制線 RST/VPD（ 9 引腳）：單片機復(fù)位 /備用電源引腳。 ④ P3 口（ 10~17 引腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P3 口，也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向口， 為最高位。 ③ P2 口（ 21~28 引腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P2 口，也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向口， 為 最高位。 ② P1 口（ 1~8 引腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P1 口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向口， 為最高位。 （ 3） I/O 端口線 ① P0 口（ 32~39 引腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P0 口，是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，其中 為最高位。 GND（ 20 引腳）：接電源地端。 STC89C52 單片機的簡介 STC89C52 單片機內(nèi)部主要包含 9 個功能部件，即 CPU(運算器，控制器和專用寄存器組 )，程序存儲器（ ROM 和 Flash 存儲器），數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），定時 /計數(shù)器，并行輸入 /輸出（ I/O）接口（ P0~P3 接口），全雙工串行接口，中斷系統(tǒng)，時鐘電路和內(nèi)部總線。這一階段，單片機在結(jié)構(gòu)，集成度，速度，功能，可靠性等性能指標(biāo)上有了很大的變 化。這一階段， CPU 位 16 位，運算能力更強；代 9 表產(chǎn)品有 Intel8098 等。代表產(chǎn)品有Intel8051,MC146805 等。 （ 3）（ 1980~1983 年）：高性能階段。這一階段，在一塊芯片上完成了 8 位 CPU，并行 I/O 接口，定時 /計 數(shù)器， RAM， ROM 等的集成。代表產(chǎn)品有 Intel4004,Intel8008 等。 （ 1）（ 1971~1976 年）：初步階段。本設(shè)計使用的是 STC 公司的 8 位單片機。 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機雖然型號眾多，但他們的結(jié)構(gòu)卻基本相同，主要包括中央處理器（ CPU），存儲器（程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器），定時 /計數(shù)器，并行接口，串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元。 由于本設(shè)計使用 STC89C52 單片機為控制器，因而在設(shè)計之前先熟悉 STC89C52 單片機。如圖 所示 圖 單片機 STC89C52 發(fā)射 電路 接收 電路 8 4 STC89C52 單片機簡介 單片機具有結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，控制能力強，可靠性高，性價比高，易于廣泛的應(yīng)用等優(yōu)點。利用超 聲波的傳播速度比光速慢的特點，調(diào)整用門信號控制被測物體反射的超聲波的檢測時間，可以構(gòu)成限定距離式與限定范圍式超聲波傳感器。另外，光電傳感器所用的反射板同樣也可以用于這種超聲波傳感器。 + U （ b） （ c） 極化 壓電陶瓷 177。若反射面為固定的平面物體，則可用回歸反射式超聲波傳感器長度方向上縮短 177。另外，檢測范圍也可以是由距離切換開關(guān)設(shè)定的范圍。若被檢測物體不是平面形狀，實際使用超聲波傳感器時一定要確認(rèn)是否能檢測到被測物體。若被檢測物體的檢測面為平面時，則可檢測透明體。它與光電傳感器不同，也可以檢測透明體等。 6 圖 超聲波物位傳感器檢測方式 （ 1）穿透式超聲波物位傳感器的檢測方式 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。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。壓電逆效應(yīng)如圖 所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形。 超聲波物位傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換成超聲波，發(fā)射超聲波；而在收到反射回來超聲波波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。 為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超 聲波和接受超聲波。頻率在 16~2 104Hz 之間，能為人耳所聞的機械波，稱為聲波；低于 16Hz 的機械波，稱為次聲波；高于 2 104Hz 的機械波，稱為超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接受到超聲波時，將壓迫壓電晶片振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接受器了。壓電式的超聲波物位傳感器主要包括共振板和壓電晶片。目前在近距離測量中較為常用的是壓電式的超聲波物位傳感器。 電氣方式包括壓電型，電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛，液哨和氣流旋笛等。利用超聲波檢測，往往比較迅速，方便，并且計算簡單，易于做到實時控制，因此，超 聲波測距應(yīng)用比較廣泛。在工業(yè)中，皮帶機不停的 向煤倉中加煤，由于煤倉較高，而且內(nèi)部環(huán)境非常復(fù)雜，煤位檢測用非接觸式的超聲波傳感器比較合適，所以用超聲波傳感器檢測煤位，當(dāng)煤位超過一定的高度時，必須要停止皮帶機，否則會發(fā)生嚴(yán)重的后果。 傳感器在監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的作用 傳感器利用各種物理效應(yīng)，化學(xué)效應(yīng)以及生物效應(yīng)把被測的非電量轉(zhuǎn)換成電量，為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供實時的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對被控對象的控制。 4 （ 3）控制器 通過將檢測到的信號 y（ t）和原始的信號 x（ t）相比較得到偏差信號 e（ t），再通過一定的算法得出控制信號 u（ t），為執(zhí)行機構(gòu)準(zhǔn)備。被控變量 c（ t）則是影響系統(tǒng)安全性，經(jīng)濟性，穩(wěn)定性的變量。 （ 3） 測控系統(tǒng) 依據(jù)被控對象的被控參數(shù)的檢測結(jié)果，按照人們預(yù)期的目標(biāo)對被控對象實施控制。 監(jiān)測監(jiān)控系 統(tǒng)的分類與組成 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的分類 （ 1）檢測系統(tǒng) 一般用來對被測 對象中的一些物理數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，獲得測量數(shù)據(jù)。此外，還需要依據(jù)結(jié)果并用一定 的方法去“控制”被控對象的一些參數(shù)，以便能穩(wěn)定，快速，準(zhǔn)確地達(dá)到目標(biāo)。 3 2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的概述 在人類的發(fā)展過程中，一方面 人類要認(rèn)識世界，另一方面人類要改造世界。將所測的距離用 12864 液晶顯示，同時顯示溫度，溫度的測量主要是考慮到溫度對聲速的影響，把溫度加入到相關(guān)函數(shù)，使得測量更準(zhǔn)確。 課題主要內(nèi)容 本設(shè)計以 STC89C52 單片機為核心處理器，有電源模塊，超聲波模塊，溫度模塊，12864 液晶顯示模塊，報警模塊， DA/壓轉(zhuǎn)換模塊 ,頻轉(zhuǎn)換模塊等組成。比如超聲波發(fā)射的穩(wěn)定性不易控制，超聲波易受到環(huán)境溫度、噪聲、濕度等因素的影響。物位傳感器為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)提供實時物位數(shù)據(jù)，它的可靠性和穩(wěn)定性是煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品。這使得煤礦的安全生產(chǎn)有了很大的提高。 國內(nèi)外發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 近些 年中國煤炭行業(yè)迅猛發(fā)展，已成為世界產(chǎn)煤第一大國。這些因素都可能會使超聲波物位傳感器本身的測量性能無法得到充分的發(fā)揮。 隨著科技的進(jìn)步和煤炭開采自動化程度的提高，煤礦監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)為煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用，超聲波傳感器為煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供實時的物位數(shù)據(jù)，所以超聲波物位傳感器的研究具有重要的意義。 關(guān)鍵字 ：檢測監(jiān)控，超聲波，單片機，傳感器，物位 Subject: The sensor design of the Mine ultrasonic thing location (software) Specialty: Automation Name: Zhang milin (signature) Instructor: Guo xiucai (signature) ABSTRACT With the advancement of technology and increased automation of coal mining,coal mine safety inspection and monitoring system play an important role in the coal mine safety level sensor provides realtime position data for coal mine safety inspection and monitoring ,to research on ultrasonic level sensor has important significance. This design uses STC89C52 microcontroller as the core processor, include power module,ultrasonic module,temperature module,12864 liquid crystal display module,alarm module,D/A converter module,voltage to frequency conversion module and so measuring distance,first by the software generates a 40KHz square wave to drive ultrasonic transmitter probe transmitting ultrasonic ,and start the timer ,can be achieved by the ultrasonic propagation time measurement thing location,In addition to achieve temperature display ,alarm etc. Finally thing location data through the D/Aconverter conversion to a voltage signal,and then through voltagefrequency conversion module converts the frequency signal,to achieve long distance transmission,finally through the PC display. It was proved by experiments that the system design is reasonable,stable,fast detection speed,measurement accuracy can meet the requirement of industry,has the important practical significance.