基于单片机的外测 2教程文件.ppt

基于单片机的外测式液位仪控制电路设计 小组成员：刘瑶、崔圆圆、徐婷婷、郑缘芬、王凯 本课题的研究内容 (1) 超声波外测液位检测系统的方案论证。 (2) 超声波外测液位检测系统的硬件设计。硬件电路包括超声波发射、接收电路、单片机控制电路、温度测量电路、显示电路、与上位机通信电路和电源电路。 (3) 超声波外测液位检测系统的软件设计。采用模块化程序设计思想，编写相应的软件程序，并进行调试和运行。 硬件系统总体方案设计 超声波液位探测系统是根据“回波测距”的原理设计的。由超声波的发射器发射超声波，当超声波遇到障碍物时反射回来，再由超声波接收系统接收。测出从超声波发射该脉冲束至接收到回波信号的传输时间，即渡越时间，由于超声波在同一种介质中的传输速度是不变的（设所处的介质的密度和温度等相关因素不变的情况下）。那么由渡越时间和声速，就可算出要测的距离。 超声波液位探测系统总体框架图 AT89C51 本系统选用的单片机为AT89C51。它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含有4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大，AT89C51单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 超声波传感器工作原理 超声波传感器，它是借助压电晶体的谐振来工作的，即陶瓷的压电效应。超声波传感器内部结构里有两块压电晶片和一块共振板。给压电片的两电极加脉冲信号，即触发脉冲，当其频率等于晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。在超声波传感器工作时为提高探头发射超声波的效率，常使晶片在共振状态下使用，这会使振动不易停止，难以形成窄脉冲；因此常在晶片背面装上一个吸收块以增大晶片的振动阻尼，并吸收晶片背面发出的超声波。 超声波传感器探头结构简图 发射电路 在系统中，采用一个超声波探头作为发射和接收的器件。当探头发射超声波时，探头中压电晶片受300V高频电脉冲激励后，产生振动，发生逆压电效应，将电能转换成声能，探头发射超声波，当探头接收超声波时，超声波作用于晶片，晶片受迫振动引起形变发生正压电效应，将声能转换成电能。 接收部分的电路图 液晶显示电路 液晶显示电路使用的是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）可与CPU直接连接，并且提供两种接口来连接微处理机即8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面位移、睡眠模式等。 串行通信口电路 由于单片机提供的是TTL的电平，而计算机提供的是RS232电平，要实现单片机与计算机的通信，必须对它们的电平进行转换，可用MAX232芯片来实现。 设计中实现了超声波液位仪的远程通讯功能，将单片机获得的液位数据传送到上位机，以便于工作人员的监控和操作，并可将历史数据存储在PC机内，尤其适用于室外测量或恶劣环境下的测量，由此使得系统的应用范围更广。本系统采用的是9芯的D型RS-232连接器串行通讯，通讯距离最远可达15m。 温度测量电路 超声波液位仪系统的温度测量电路，采用数字温度传感器DS18B20来采集温度参数 DS18B20是美国DALLAS公司生产的1-wire总线串行数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、抗干扰能力强、易于与微处理器接口等优点，适合于各种温度测控系统。信号经过单线接口仅需一条线。 DS18B20 的电源可以由数据线本身提供,而不需要外部电源。它的测量温度范围为-55℃～+125℃，精度可达0.0675℃，最大转换时间为200ms。 具体测量过程 按照液位测量仪的需要，超声波驱动与数据处理模块主要任务是用单片机产生40kHz的脉冲，驱动超声波探头器发射超声波，同时采用计数器计时；当超声波接收器接收到回波信号时停止计时，由此得出超声波的传输时间T,再利用公式，可求出待测距离h，由此算出液体的高度。 公式： h=1/2*v*T 系统软件设计 单片机液位仪的软件功能是控制超声波的发射和接收，对超声波的传输时间进行测量，结合超声波的传播速度，计算出距离，并把数字滤波后的结果显示出来。要实现上述功能，软件包含初始化、参数读入、超声波发射、超声波传输计时、声速计算、超声波传输距离计算、数字滤波、计算结果显示等功能模块。 主程序运行过程 程序首先完成初始化过程，然后