【正文】 硬件產(chǎn)生方式。 總 結(jié) 這次設(shè)計(jì)整體上看設(shè)計(jì)思路很簡單，通過檢測電極電位，送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行簡單的處理送入顯示就可以了，其次有難度的就是水的流量的測量，從發(fā)射超聲波開始記時(shí)到接收到超聲波后停止記時(shí)，通過時(shí)間來計(jì)算水的速度從而就可計(jì)算出水的流量，程序主要是讀取時(shí)間，乘法運(yùn)算， BCD 轉(zhuǎn)換，顯示輸出， 就這些問題。再加上運(yùn)放放大。 未完成的部分有： 超聲波一定距離傳播的時(shí)間檢測。 水塔水位的檢測和控制。 完成進(jìn)度 超 聲波對(duì)于我們來說還是有些陌生，對(duì)其了解的不多，資料也是很少的，就連元器件都不是很好買得到，還是通過網(wǎng)上郵購才買到的。總的來說，主程序就是檢測水位后 調(diào) 用顯示子程序，就是等待 中斷的產(chǎn)生，然后就是中斷的響應(yīng)。我將軟件分成幾大部分來處理，做出硬件后首先就是測試硬件的好壞，確定是否達(dá)到預(yù)定的要求，第一眼看到的就是顯示部分，所以首先就是顯示子序，要接受到超聲波，就有接受子程序，還要定時(shí)發(fā)送超聲波，超聲波發(fā)射子程序，定時(shí)程序。這樣測得的時(shí)間就是 超聲波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間了。當(dāng)超聲波探頭接收到超聲波信號(hào)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過NE5532 進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)送入 LM567 內(nèi)，進(jìn)入 LM567 的信號(hào)大于 25mV時(shí)， LM568 的第 8 腳就會(huì)由原來的高電平跳變到低電平，把 LM567 的 8 腳接到單片機(jī)的中斷入口引腳， 或 上，當(dāng)電平跳變時(shí)就能引起單片機(jī)的中斷響應(yīng)，以此進(jìn)入單片機(jī)的中斷服務(wù)子程序。R10IOUT1I2I+3GND42+5262OUT7VCC8R6VCC1C10R17C9R7R8C4R18R4R5VCCR16軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XXII 超聲波的接收方面，采用的是將超聲波探頭接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行定量倍數(shù)的放大，此處采用的放大模塊是 NE5532，具體電路圖如上圖 所示。R19R9amp。但是，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)控制端的電壓為低電平時(shí)，并沒有立刻結(jié)束方波的產(chǎn)生，而是有一定的時(shí)間期限，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，方波還是存在的，所以，超聲波的接收一直都接收到超聲波，一直 都是在中斷響應(yīng)，所以數(shù)據(jù)總是在變。當(dāng)取到的值比設(shè)定的最高水位值高時(shí)，證明水位已經(jīng)上漲到了水塔的最高部了，水塔水已經(jīng)裝滿水了，這時(shí)通過單片機(jī)的 控制水泵停止抽水。 為了避免數(shù)據(jù)和地址 選通沖突，我用 7402 或非門在中間隔離，避免地址的 373 和數(shù)據(jù)的 373 同時(shí)選中，而此時(shí)的數(shù)據(jù)不知該送到那里。地址的數(shù)據(jù)和顯示的數(shù)據(jù)都是通過 P1 口送出去的，只是分時(shí)傳送，當(dāng)選通數(shù)據(jù) 373 時(shí)，送數(shù)據(jù)，送完后馬上鎖存在 373 中，然后選通地址 373，最后送入地址鎖存，便可點(diǎn)亮地址所對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管 。下圖是最小 系 統(tǒng)的原理圖 軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XX 圖 Figure minimum systems 電路 說明： 左右兩邊的兩個(gè) 74373 分別是一個(gè)鎖存數(shù)據(jù)，一個(gè)鎖存地址，這樣有利于動(dòng)態(tài)顯示 。利用 LM567 的這一特性來引起單片機(jī)的中斷，這樣就可方便測量超聲波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間了。 LM567 的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng) LM567 的 ③ 腳輸入幅度 ≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)， ⑧ 腳由高電平變成低電平， ② 腳輸出經(jīng)頻率 /電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的 ② 腳輸入音頻信號(hào)，則在 ⑤ 腳輸出受 ②腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。 ⑧ 腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的三極管，允許最大灌電流為 100mA。 ① 腳所接電容的容量應(yīng)至少是 ② 腳電 容的 2倍。其 ① 、 ② 腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。 方案（二）： LM567 是一片鎖相環(huán)電路，采用 8 腳雙列直插塑封。經(jīng)過數(shù)次實(shí)驗(yàn)，才發(fā)現(xiàn)比較器的反向端和同向端的比較電壓是直流電壓。主要是接收到了超聲波后單片機(jī)無法識(shí)別信號(hào)，必須要經(jīng)過信號(hào)的轉(zhuǎn)換，比較器是當(dāng)反向端的電壓高于同向端的電壓時(shí)輸出低點(diǎn)平，當(dāng)反向端的電壓低于同向端的電壓時(shí)輸出高電平。 T1 時(shí) S=V 流178。如圖 所示： 圖 Figure waves of receive the electric circuit 信號(hào)處理模塊 方案（一）：信號(hào)經(jīng)過 放大后，送入比較器中進(jìn)行比較，就可判斷接收到超聲波。 軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XVII 圖 Figure creation electric circuits of 超聲波信號(hào)接收放大模塊 方案一：采用 UA741 放大信號(hào)，但如何測試都接不到信號(hào)，原因是負(fù)反饋深度即 |1+AF|愈大，放大電路的增益減小愈多，故一級(jí)放大不可靠。如圖 所示，輸出頻率為 40kHZ177。 2kHZ 信號(hào)，該電路可調(diào)能保證提供 40kHZ，但波形失真較嚴(yán)重，且發(fā)射信號(hào)弱。 2kHZ 范圍內(nèi)，則發(fā)出的信號(hào)比較弱甚至沒發(fā)出信號(hào)，所以該方案不可靠，不易控制。優(yōu)點(diǎn)是方便簡單，可行 。 圖 信號(hào) 產(chǎn)生 信號(hào) 放大 發(fā)射 探頭 水流 方向 接收探頭 信號(hào) 處理 信號(hào) 放大 顯示 軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XVI 方案（三）：根據(jù)方案（一）做的改進(jìn)，增加檢測水位的電極，但是有太占用單片機(jī)過多的 資源，采用 74165 并行轉(zhuǎn)串行只是利用串口來進(jìn)行查詢 ，可有八個(gè)電極提高水位的精確度。 軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XV 圖 超聲波時(shí)間法檢測 Figure time of method examination 各 模塊方案選擇與論證 水位的采集 方案（一） ： 根據(jù)書上的通過 單片機(jī) P1 口的兩個(gè)引腳接上兩個(gè)電極，只要判斷其水為的上下線就可以了，此方案電路簡單，但是如果水的流量過多過快時(shí)，正當(dāng)顯示水位低的時(shí)候，已經(jīng)沒有水了。接收部分包括：信號(hào)接收放大模塊和處理信號(hào)模塊。本部分可分為發(fā)射部分和接收部分。因?yàn)槌暡ㄔ谕环N介質(zhì)中的傳播速度是一樣的，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)即當(dāng)水的流向與超聲波的傳播方向一致或者相反時(shí)，超聲波在水中的傳播時(shí)間等于超聲波發(fā)射接受頭之間的距離除以超聲波在靜止的水中的傳播速度加上或減去水的流速，通過測量超聲波在水中的傳播時(shí)間，就可以計(jì)算出水的流速，因此就可計(jì)算水的流量。 基本部分的水位監(jiān)測則是通過單片機(jī)的定時(shí)查詢， 實(shí)時(shí)檢測來實(shí)現(xiàn)水位的監(jiān)控?；竟δ苁菍?shí)現(xiàn)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測和水位的控制。其引腳圖為： 圖 NE5532 引腳圖 Figure NE5532 leads the feet diagram 它內(nèi)部有集成了兩個(gè)運(yùn)放，這為兩級(jí)放大提供了方便，正好一片 NE5532就 可完成設(shè)計(jì)的要求，按芯片引腳連接放大電路，將信號(hào)進(jìn)行定量的放大，方便信號(hào)的處理。利用這一特性，LM567 可廣泛應(yīng)用于各種低頻單一頻率信號(hào)的解碼。當(dāng)用于單音解碼時(shí)，其工作特性為：當(dāng) LM567 信號(hào)輸入端加入幅度為 20mV 以上的交流信號(hào)且頻率落入 f0177。 BW寬度與 f0C2 乘積 之間的關(guān)系如圖 2。 ，軍械工程學(xué)院本 科畢業(yè)論文 XIII Vi 為輸入信號(hào)的幅值 (rms) C2 為濾波電容的容量 (單位為μ F) 實(shí)際上，由上式計(jì)算得出的并不是環(huán)路帶寬 BW 的實(shí)際值，而是環(huán)路帶寬 BW 與環(huán)路中心頻率 f0 的百分比，其值再乘上 100％才是鎖相環(huán)路的實(shí)際捕獲帶寬。減小 BW 則正好相反，其穩(wěn)定性較好而捕獲范圍變小。值得一提的是，接在 2 腳的環(huán)路濾波電容 C2 與內(nèi)部電阻一道構(gòu)成鎖相環(huán)路的 RC 積分濾波器，該濾波器時(shí)間常數(shù)的大小在很大程度上決定了鎖相環(huán)路的環(huán)路帶寬 BW 的大小。 AMP 的輸出端為 OC 輸出方式，低電平輸出時(shí)可吸收最大 100mA的輸出電流。在環(huán)路鎖定情況下， PD2 的兩個(gè)輸入信號(hào)在相位上相差約為 90176。 PD2 的工作方式與 PD1 略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號(hào) f0經(jīng) 90176。若輸 入信號(hào)頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定，在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時(shí)，二者之間只有一定相位差而無頻率差。鎖相環(huán)路輸出信號(hào)由電壓控制振蕩器 VCO 產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率 (即無外加控制電壓時(shí)的振蕩頻率 )與外接定時(shí)元件 RTCT 的關(guān)系式為： f0≈ 1/ 選用適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)元件，可使 LM567 的振蕩頻率在 ～ 500kHz 范圍內(nèi)連續(xù)變化。 LM567 內(nèi)部包含了兩個(gè)鑒相器 PD1 及 PD放大器 AMP、電壓控制振蕩器 VCO 等單元電路。電源電壓為8V。 應(yīng)用舉例：輸入端接 104 電容，輸出端接上拉電阻 10K， C C2 為 1uF