【正文】 遇障礙物后反射，由超聲波的接收器接收回波。由于要測(cè)量的距離不固定，可能還是動(dòng)態(tài)的，發(fā)出間歇式的脈沖串(每20個(gè)脈沖為一串)，等到接收到回波并計(jì)算出距離后再發(fā)下一串脈沖。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。,其驅(qū)動(dòng)能力達(dá)不到要求，所以用了一個(gè)大功率的CMOS管IRF640來驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的發(fā)射器。變壓器在這里主要起隔離作用。 圖41超聲波發(fā)射電路如圖42所示，超聲波接收器將接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(正弦波)，經(jīng)過兩級(jí)放大以后，被送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號(hào)控制D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，將D端口上預(yù)先設(shè)置好的低電平從Q端發(fā)送出，該低電平作為AT89C52外部中斷0的中斷信號(hào)使AT89C52產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中停止計(jì)數(shù)器T1的計(jì)時(shí)，并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)。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。所以在放大電路之前接了一個(gè)雙向開關(guān)4066,，雙向開關(guān)導(dǎo)通，即4066的1,2管腳接通，使得放大電路的輸入端接地以屏蔽發(fā)射探頭直接傳過來的干擾信號(hào)。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想:最終要將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的中斷信號(hào)，所以在對(duì)回波信號(hào)(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。LM311是一個(gè)通用型集成電壓比較器，它具有低的偏置電流和失調(diào)電流(典型值分別為100nA和6nA)，其響應(yīng)速度為200ns。，當(dāng)AT89C52發(fā)送完驅(qū)動(dòng)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(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)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(hào)。圖42超聲波接收電路原理圖 8279接口電路與鍵盤顯示電路 8279接口電路設(shè)計(jì)根據(jù)硬件設(shè)計(jì)思想，在超聲波油量測(cè)量儀測(cè)量之前需要設(shè)定一些參數(shù)，要有一些控制按鈕來執(zhí)行不同操作，同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)需要顯示出來，即需要有顯示器和一個(gè)鍵盤陣列來實(shí)現(xiàn)這種人機(jī)對(duì)話的功能?？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。對(duì)于數(shù)據(jù)的顯示，由于測(cè)量的距離從幾米到十幾米不等，因此只需要保留兩位小數(shù)就可以了，所以本油量測(cè)量儀只用了4位七段碼顯示器。在本系統(tǒng)中采用芯片74LS240作為段選驅(qū)動(dòng)，用MC1413作為位選驅(qū)動(dòng)，使顯示器得到足夠的電流。這時(shí)由于8279的中斷請(qǐng)求線僅Q是高電平有效，即需要中斷時(shí)輸出高電平，而AT89C52的外部中斷口是低電平有效，所以只需在它們之間加入一個(gè)反向器74LS04就行了。圖44 DS18B20引腳圖DS18B20的管腳排列如圖44所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電地VDD為外接供電電源輸入端。將DS18B20應(yīng)用于溫度補(bǔ)償中，所測(cè)溫度在100℃以內(nèi)。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(duì)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(duì)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。其結(jié)構(gòu)框圖如圖51所示 圖51 軟件設(shè)計(jì)總體框圖軟件部分共分兩大模塊，一是超聲波驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理模塊，二是功能模塊。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,再利用公式S=UT/2(其中U為聲速)，可求出待測(cè)距離S，由此算出油的深度和體積，并及時(shí)地顯示出來。超聲波驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理模塊的流程圖如圖52所示。為了節(jié)約硬件成本，本油量測(cè)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。因?yàn)槎〞r(shí)時(shí)間短，所以T0可采用常數(shù)自動(dòng)重新裝入的方式2進(jìn)行工作，這樣能減少T0中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間。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]。T1的作用就是測(cè)量從超聲波發(fā)射至接收到回波的時(shí)間。當(dāng)接收電路接收到反射的回波后，產(chǎn)生外部中斷信號(hào)，引起AT89C52的外部中斷0中斷，進(jìn)入外部中斷處理子程序。工作過程是：首先讓T1停止計(jì)時(shí)，禁止外部中斷0中斷，然后根據(jù)T1產(chǎn)生中斷的次數(shù)以及定時(shí)器初值的變化得到超聲波的傳輸時(shí)間T，再調(diào)用計(jì)算子程序求出油量的深度和體積，并將計(jì)算結(jié)果暫存到指定單元。為了減小誤差，使測(cè)量更加準(zhǔn)確，每測(cè)出5個(gè)數(shù)據(jù)后取一次算術(shù)平均，再存儲(chǔ)并送去顯示。功能模塊的流程圖如圖53所示。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。油量測(cè)量儀設(shè)置3號(hào)鍵除表示數(shù)值3外，還用于油量的深度和體積顯示的切換鍵。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55 通訊子程序流程圖為了便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和對(duì)油量的管理，需要超聲波油量測(cè)量儀與PC機(jī)進(jìn)行通訊，將有關(guān)數(shù)據(jù)存入PC機(jī)中，操作人員可以通過這些數(shù)據(jù)清楚地了解當(dāng)前的油量情況，以及最近一段時(shí)間的進(jìn)、出油情況。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。由于此時(shí)單片機(jī)比較空閑，所以可以采用查詢方式進(jìn)行通訊。上位機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，要向油量測(cè)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(duì)，則重新發(fā)送若正確，則終止通訊。其主要特征是:指令碼或數(shù)據(jù)碼的個(gè)別位受到干擾而發(fā)生跳變，結(jié)果可能將數(shù)據(jù)碼當(dāng)成指令碼，而把指令碼當(dāng)成數(shù)據(jù)碼來執(zhí)行。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(duì)噪聲干擾的敏感性。特別在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲。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。硬件“看門狗”電路程序在運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)槭艿礁蓴_導(dǎo)致失控，引起程序亂飛，或程序陷入“死循環(huán)”，此時(shí)最直接的抗干擾方法是采用硬件“看門狗”電路。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(hào)使CPU復(fù)位。所有的抗干擾不可能完全依靠硬件來解決，而采取軟件抗干擾措施，往往成本低，見效快，起到事半功倍的效果。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)求平均值干擾信號(hào)多呈毛刺狀，且作用時(shí)間短，具有隨機(jī)性。對(duì)于這些干擾信號(hào)所產(chǎn)生的影響，我們采用了求平均值的辦法來消除，即每測(cè)出5個(gè)數(shù)據(jù)后，取一次平均值，再將這個(gè)平均值顯示出來并進(jìn)行存儲(chǔ)。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。工作人員要爬到油罐的頂部，從表井的頂端放入檢尺，進(jìn)行測(cè)量。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。通過查閱大量資料，了解了國、內(nèi)外液位計(jì)量儀表的現(xiàn)狀。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(hào)，研制超聲波油量測(cè)量儀。設(shè)計(jì)并制作完成了超聲波油量測(cè)量儀的硬件部分，編制了相應(yīng)的運(yùn)行軟件，進(jìn)行了調(diào)試和試運(yùn)行，結(jié)果還是令人滿意的。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, 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[14]Wayne Labs. Level measurement: Pressure methods Dominate. Iamp。Gas Journal, . 5759[16]:,致 謝本論文是在劉廣文教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。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(huì)了我很多以前我沒接觸到的知識(shí)，在運(yùn)用各種軟件時(shí)，老師也教會(huì)了我許多，老師在教授知識(shí)的同時(shí)，還不斷向我們傳授為人處事的方法原則，使我受