1、 PAGE17 / NUMPAGES21 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的超聲波液位測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)從現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)入手，利用單片機(jī)的強(qiáng)大智能功能，通過完整的軟件與硬件的結(jié)合，闡述了一種先進(jìn)液位測量系統(tǒng)。根據(jù)超聲波傳感器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套適合實(shí)驗(yàn)室條件下的液位測量設(shè)備，主要通過單片機(jī)、超聲波傳感器測量鍋爐液位。本次設(shè)計(jì)選擇的電器設(shè)備有單片機(jī)、超聲波傳感器，D/A轉(zhuǎn)換器等，設(shè)計(jì)硬件控制流程圖、控制電路圖以與軟件中的主程序流程圖。通過系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，自動化程度高，實(shí)驗(yàn)過程時間短，工作穩(wěn)定可靠，基本滿足了設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。關(guān)鍵詞：液位測量；單片機(jī)；超聲波傳感器ABSTRAT

2、This design obtains from the modernization computer control technology, using monolithic integrated circuits formidable intelligent function, through the complete software and hardwares union, elaborated one kind of advanced fluid position measurement system.According to ultrasonic sensors character

3、istic, designs a set to suit under the laboratory condition the fluid position measurement equipment, mainly through monolithic integrated circuit, ultrasonic sensor survey boiler fluid position. This design choices electric appliance equipment has the monolithic integrated circuit, the ultrasonic s

4、ensor, the D/A switch and so on, designs in the hardware control flow chart, the control circuit diagram as well as softwares master routine flow chart. Indicated through the system simulation experiment: This system design is reasonable, the automaticity is high, the experiment process time is shor

5、t, work stable reliable, has satisfied the design related request basically. Key words:Fluid position survey; Monolithic integrated circuit; Ultrasonic sensor目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc193196887引言 PAGEREF _Toc193196887 h 1HYPERLINK l _Toc1931968911 超聲波測距原理 PAGEREF _Toc193196891 h 2HYPERLINK l

6、 _Toc1931968921.1超聲波 PAGEREF _Toc193196892 h 2HYPERLINK l _Toc1931968931.2超聲波傳感器 PAGEREF _Toc193196893 h 3HYPERLINK l _Toc1931968941.3超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理 PAGEREF _Toc193196894 h 4HYPERLINK l _Toc1931968951.4超聲波傳感器的選擇 PAGEREF _Toc193196895 h 4HYPERLINK l _Toc1931968962 超聲波測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc193196896 h

7、 4HYPERLINK l _Toc1931968972.1單片機(jī)的選用與簡介 PAGEREF _Toc193196897 h 5HYPERLINK l _Toc1931968982.2超聲波液位檢測電路 PAGEREF _Toc193196898 h 6HYPERLINK l _Toc1931968992.3液位控制電路 PAGEREF _Toc193196899 h 8HYPERLINK l _Toc1931969002.4鍵盤 PAGEREF _Toc193196900 h 9HYPERLINK l _Toc1931969012.5顯示電路 PAGEREF _Toc193196901 h

8、 9HYPERLINK l _Toc1931969023 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc193196902 h 11HYPERLINK l _Toc1931969033.1主程序流程圖 PAGEREF _Toc193196903 h 11HYPERLINK l _Toc1931969043.2超聲波測距的相關(guān)程序 PAGEREF _Toc193196904 h 12HYPERLINK l _Toc1931969074 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)論 PAGEREF _Toc193196907 h 14HYPERLINK l _Toc193196908參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc193196908

9、 h 15HYPERLINK l _Toc193196909辭 PAGEREF _Toc193196909 h 161引 言1.1概述傳統(tǒng)的液位控制絕大多數(shù)是人工控制，造成了人力資源的浪費(fèi)，同時安全性可靠性都不高?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)正處于一個由勞動密集型、設(shè)備密集型向知識密集型轉(zhuǎn)變的過程。在這一過程中，智能控制無疑起至關(guān)重要的作用。本課題主要對鍋爐液位進(jìn)行檢測與控制，而鍋爐是一個典型的大慣性、大滯后、具有多個參變量的過程控制系統(tǒng)。 1.2液位控制研究現(xiàn)狀液位控制問題是工業(yè)過程中的一類常見問題，例如在飲料、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都需要對液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，在?shí)際生產(chǎn)中，通常采用系

10、統(tǒng)辨識的方法，對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模，以建立一個簡化的數(shù)學(xué)模型。然而對于一些控制精度較高的場合，則需要建立較精確的數(shù)學(xué)模型，一提高控制精度。生產(chǎn)過程自動控制（簡稱過程控制）是自動控制技術(shù)在石油、化工，電力，冶金，機(jī)械。輕工，紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用，是自動化技術(shù)的重要組成部分。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)的迅速發(fā)展，過程控制發(fā)生了深刻的變革，正在向著數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化和綜合自動化方向發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)控制和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率，節(jié)約能源，改善勞動條件，保證生產(chǎn)安全，保護(hù)環(huán)境等方面發(fā)揮著越來越巨大的作用。目前，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家，正集中全力進(jìn)行

11、工廠綜合自動化技術(shù)的研究。在我國以最大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究和開發(fā)綜合自動化技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，是參加國際市場劇烈競爭的需要。在世紀(jì)交替之際，新技術(shù)的研究和開發(fā)將大大推動工業(yè)過程自動化的發(fā)展，并帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.3過程控制與單片機(jī)的發(fā)展過程控制經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展過程：19世紀(jì)40年代前后(手工階段)：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗(yàn)人工控制生產(chǎn)過程，勞動生產(chǎn)率很低。19世紀(jì)50年代前后(儀表化與局部自動化階段)：過程控制發(fā)展的第一個階段，一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動化。 19世紀(jì)60年代(綜合自動化階段)：過程控制發(fā)展的第二個階段，工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)車或大型裝置的集中控制。

12、19世紀(jì)70年代以來(全盤自動化階段)：發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三個階段。集散控制系統(tǒng)(DCS)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分散的(生產(chǎn)過程是分散系統(tǒng))，但過程控制的監(jiān)視、管理是集中的,將計(jì)算機(jī)分布到車間或裝置。使系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的可靠性，能方便靈活地實(shí)現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，實(shí)現(xiàn)最佳管理。本課題采用單片機(jī)作為微處理器具體色機(jī)控制器，目前我國在單片機(jī)的測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中，取得了很大的成績，總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)。但在這個行業(yè)，仍處于發(fā)展期。經(jīng)調(diào)查，、的高校、科研所在這方面開展的工作更看重的是理論、算法、研究出

13、來的成果是論文的成果較多，在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的較少；在，新型單片機(jī)測控裝置于系統(tǒng)的研究、生產(chǎn)基礎(chǔ)比較雄厚，在生產(chǎn)中需要新型測控裝置與系統(tǒng)，也就努力研究、開發(fā)。因此，的工程技術(shù)和科研人員需要的是應(yīng)用技術(shù)，更看重的是生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，對研究理論、算法、成果是論文的較少；在研制新型測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成績，盡管與其它國家開發(fā)者相比較尚有距離，但是，的高校、科研所的最大特點(diǎn)就是實(shí)際，與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本上不去考慮，這里的工程技術(shù)和測控人員關(guān)心的不是理論、不是算法、不是論文，而考慮，是用什么材料、測控什么物理量、優(yōu)點(diǎn)是什么、與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。一些發(fā)達(dá)國家在單片機(jī)新型測控裝置與系統(tǒng)研究、

14、制造、應(yīng)用上，已積累了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)入了國際市場。我國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，有一定的基礎(chǔ)，與其它發(fā)達(dá)國家相比還存在距離。但是，我國的科研人員能夠克服很多的困難，有望在相關(guān)領(lǐng)域能夠趕上甚至超過發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平，這是趨勢。1.4課題的提出與意義 目前在工控領(lǐng)域流行很多種控制系統(tǒng)，它們有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，適用圍也不同，先做一比較： 基于可編程控制器（PLC）控制方案。PLC是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。是用越烈的環(huán)境，但是由于其原設(shè)計(jì)定位就是以處理開關(guān)量為主的順序控制的自動化產(chǎn)品，在其工作過程中只有順序執(zhí)行而沒有工作周期的概念，因此，低

15、于有大量復(fù)雜控制回路和人機(jī)聯(lián)系較高的生產(chǎn)過程，用PLC來控制時不適合的。以單片機(jī)為控制核心的智能控制系統(tǒng)有低功耗，更寬的工作電壓圍，高性能化，混合信號集成化，串行擴(kuò)展技術(shù)，小體積，低價(jià)格，ISP與基于ISP開發(fā)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。液位是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的工藝參數(shù)，因此完成上述主要功能需要比較全面地設(shè)計(jì)出超聲波液位控制系統(tǒng)地方案。該系統(tǒng)主要以8051單片機(jī)位控制核心，檢測到地?cái)?shù)據(jù)經(jīng)8051單片機(jī)處理后，傳至4位數(shù)碼管顯示模塊顯示。1 超聲波測距原理1.1超聲波超聲（超音波學(xué)）的定義：聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限時，人們就覺察不出聲的存在，因而稱這種

16、高頻率的聲為“超”聲。超聲波通常指1秒振動20000次以上的高頻聲波。超聲波具有以下四個基本特性：束射特性，吸收特性，高功率， 聲壓作用。上述四個基本特性使超聲波在媒體中導(dǎo)致如下五種效應(yīng)：力學(xué)效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、電學(xué)效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)。超聲波的特點(diǎn)是它能在各種媒質(zhì)中傳播；波長短，因而分辨率很好；聲束尖銳，聲能集中；在不同物質(zhì)界面上會有反射、折射、散射等現(xiàn)象；可獲得較高聲強(qiáng)。利用聲在媒質(zhì)中的聲速、衰減、共振、反射等現(xiàn)象可測量物質(zhì)的成分、比重、厚度等。超聲波測距就是利用超聲波脈沖反射回波法實(shí)現(xiàn)的。超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒，因此，如果能測出超聲波在空氣中傳播時間，就能算出其傳播的距離

17、。超聲波測距就是通過測定超聲波傳播的時間間隔來測出聲波傳送的距離，這就是所謂的時間差測距法。超聲波測距方法有如下兩種：（1）直接式超聲波測距方法：直接式超聲波測距方法的原理是，測量發(fā)送器發(fā)射超聲波到接收器并接收到超聲波的時間t，已知超聲波在空氣中的傳播速度V,則超聲波發(fā)送器到對象物的距離為：S=Vt（2）反射式超聲波測距方法：反射式超聲波測距方法的原理是，發(fā)送器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計(jì)時，超聲波在空氣中傳播途中遇到對象物就立即返回來，接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時，這時計(jì)時器就計(jì)下了超聲波從發(fā)射到對象物間的來回傳播時間t，從而發(fā)送器到對象物的距離可用下式計(jì)算出來：S=Vt

18、/21.2超聲波傳感器在超聲波測距系統(tǒng)中利用超聲波傳感器產(chǎn)生和接收超聲波，利用超聲波的特性進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。利用超聲波感知或檢測物體，有非破壞性、遙控性、實(shí)時性、可穿透性等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了獨(dú)到之處。很早以前，人們便掌握了超聲波探傷與聲納的技術(shù)。近年來，超聲波的波長圍己達(dá)Lm級，頻率己擴(kuò)大到GHz領(lǐng)域，分辨率達(dá)Pin量級的超聲波顯微鏡已實(shí)用化。在這種頻率圍，超聲波敏感元件成為薄膜狀，與傳統(tǒng)的形狀大相徑庭，它的進(jìn)步將對電子學(xué)的發(fā)展起重要作用。人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，己發(fā)明設(shè)計(jì)并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器:機(jī)械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。實(shí)質(zhì)上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器，它將其它形式的能

19、量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量(發(fā)射換能器來完成)和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測的能量(接收換能器來完成)。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。電氣方式類型包括:壓電型、磁致伸縮型和電動型等，機(jī)械方式有：氣流旋笛、液哨、加爾統(tǒng)笛等。各種類型的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不一樣。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單晶體，欽酸鋇壓電瓷、錯欽酸鉛壓電瓷復(fù)合晶體(PZT-4, PZT-5)等。1.3超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射原理將兩個壓電元件（或一個壓電元件和一個金屬板）粘合在一起，稱為雙壓電晶片（由一個壓電元件構(gòu)成的稱為單壓電晶片）壓電式

20、超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波傳感器可以視為一個電感、電容和電阻串聯(lián)的（共振）電路其電抗特性是左側(cè)右側(cè)呈電容性，中間部分呈電感性。這種特性只有在高Q值的晶體振子活著瓷振子中可以看到。利用這一特性構(gòu)成了超聲波傳感器特有的電路。超聲波傳感器由兩個共振頻率，低頻的共振頻率ft叫做串聯(lián)共振頻率，在電阻(R)，電感

21、(L)和電容(C1)的串聯(lián)電路中振蕩。這時的傳感器阻抗最低；而在高頻處的共振頻率fa為逆共振頻率，在電阻(R)，電容(C1)和電容(C2)的串聯(lián)電路中震蕩。發(fā)送超聲波在串聯(lián)共振頻率處具有最高靈敏度，接收超聲波在串聯(lián)逆共振頻率處具有最高靈敏度，而且由于超聲波傳感器具有共振特性，即使將方波輸入到發(fā)送傳感器，接收傳感器的輸出也是正弦波。1.4超聲波傳感器的選擇市場上的超聲波傳感器大致可以分為通用型，寬頻帶型，封閉型，高頻型幾類，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，也就各有用途。通用型頻帶窄，但靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)，在多通道，且通道間頻率較近的應(yīng)用中最好使用它；寬頻帶型能在工作頻帶有兩個共振點(diǎn)，因而加寬了頻帶，它兼做發(fā)送

22、和接收傳感器；封閉型適用于室外環(huán)境，有較好的奈風(fēng)雨特性，用于汽車后的監(jiān)測等裝置上；高頻型的中心頻率可以達(dá)到200KHz，方向性強(qiáng)，可以進(jìn)行高分辨率的測量。本次設(shè)計(jì)用了通用型TL851和TL852來發(fā)送和接收超聲波。2 超聲波測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制原理為：液位控制系統(tǒng)的控制目的是容器液位保持恒定，假如管道中的壓力是恒定的，管道閥門的開度對應(yīng)一定的液體流量，這時為了保持液位恒定，只須測量實(shí)際液位，并與液位設(shè)定值進(jìn)行比較，利用二者的偏差以PID控制規(guī)律控制管道閥門的開度。系統(tǒng)只有檢測液位偏離設(shè)定值時才能進(jìn)行控制，在本課題中，在液位控制主回路中增加液體流量控制回路，構(gòu)成單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)分析控制流程

23、為如圖1：圖1 控制流程圖2.1單片機(jī)的選用與簡介單片機(jī)也被稱為“單片微型計(jì)算機(jī)”，單片機(jī)一詞最初源于“single chip microcomputer”,簡稱“SCM”，隨著SCM在技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)上的進(jìn)步，其控制功能不斷擴(kuò)展，它的主要作用已經(jīng)不是計(jì)算而是控制了。 現(xiàn)在最具有代表性、最典型的機(jī)型當(dāng)屬AT89S51系列單片機(jī)了，本課題液位控制系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)。一塊芯片上包括：8位中央處理器單元CPU；4/8KB ROM或EPROM；128/256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM；21/26個特殊功能寄存器SFP；4個8位并行I/O口；2/3個16位可編程的定時/計(jì)數(shù)器，T0、T1用來對外部脈

24、沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可設(shè)置成定時器；有5/6個中斷源，其中3個是部中斷源，2個外部中斷源，通過軟件可編程為兩個中斷優(yōu)先級；1個全雙工的通過編程工作在異步方式的串行接口，使數(shù)據(jù)可在微機(jī)之間一位一位地串行傳送；部時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體振蕩器和電容需要外接，允許最高振蕩頻率為12MHz；64KB外部程序存儲器尋址空間；64KB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間；具有位尋址功能，位尋址空間為00HFFH,具有較強(qiáng)的位處理能力。AT89S51的引腳圖如圖2：EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.3P1.34P1.45P1.56P1.6

25、7P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89S51圖2 AT89S51的引腳圖2.2超聲波液位檢測電路超聲波換能器選用壓電式換能器。超聲波收發(fā)器采用超聲波專用芯片 TL851 和 TL852 。TL851 數(shù)字集成電路，是專用的聲納測距控制器。TL852 模擬集成電路，是專用的聲納測距接收器。這兩個芯片已廣泛應(yīng)用于超聲波測距系統(tǒng)中，是靜電和壓電換能器接口。超聲波信號由 TL851 和

26、 TL852與外圍元件產(chǎn)生，然后通過三極管和變壓器輸送至超聲波換能器，該超聲波換能器集收發(fā)于一體，返回信號也是通過TL851 和 TL852等處理后傳送給AT89S51。由 TL851 和 TL852 組成的超聲波收發(fā)器有兩種工作方式：單回波(single-echo)工作方式和多回波(multi-echo)工作方式。所謂單回波工作模式是指發(fā)出 INIT 信號后等待回波信號，然后將回波信號放大并在ECHO引腳生成一個邏輯高電平輸出，這樣從 INIT 置高電平到ECHO輸出高電平的時間就是超聲波發(fā)出到遇到對象物返回的時間。多回波工作模式的多個回波必須在一次發(fā)射中得到，那么就必須在ECHO輸出高電平

27、以后，在 BINK 上輸入高電平且延時不小于 0.44 ms 的脈沖，在脈沖的下降沿ECHO又回到低電平，可以重新接收回波。TL851 的測量距離為6英寸到35英尺。它有一個可使用低成本外部瓷晶振起振的部振蕩器，使用簡單的外部接口和420KHz的瓷晶振，可以驅(qū)動一個50KHz靜電轉(zhuǎn)換器。TL851 的INIT引腳必須在 Vcc 上電5ms之后才可以置高電平，在這5ms的時間里，系統(tǒng)部被重新設(shè)定，并且產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩。INIT置高電平之后，TL851 就發(fā)送頻率為49.4KHz，振幅為400V的16 個脈沖的脈沖串，驅(qū)動轉(zhuǎn)換器 XDCH 工作。這16 個脈沖在轉(zhuǎn)換器中被轉(zhuǎn)化為超聲波并發(fā)射出去，在1

28、6個脈沖結(jié)束后，仍有一個 200 V 的直流電以保證轉(zhuǎn)換器繼續(xù)工作。當(dāng)使用外部420KHz瓷晶振時，TL851 的消隱（ BLNK ）信號禁止接收 2.38 ms 的回波，該回波可能是由轉(zhuǎn)換器阻尼振蕩所產(chǎn)生的噪聲造成的，因此消隱特性禁止接收與傳感器相距1.33 英尺的目標(biāo)物的回波。如果想要檢測1.33 英尺的目標(biāo)物，可以使禁止消隱 (BINH) 變?yōu)楦唠娖揭钥s短消隱，使傳感器可以接收輸入信號。消隱 (BLNK) 也可在單回波工作方式或多回波工作方式中用于關(guān)閉接收輸入和重置ECHO為邏輯低電平。AT89S51 單片機(jī)的 P1 口控制兩個超聲波收發(fā)器，其中,P1.0-P1.3 分別接超聲波收發(fā)器

29、1 的 INIT 、ECHO、 BLNK、BINH 引腳； P1.4-P1.7 的分別接超聲波收發(fā)器 2 的 INIT 、ECHO、BLNK、BINH 引腳。通過清零 P1.0、P1.4（經(jīng)反相器加到INIT 引腳）啟動超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時 T1開始計(jì)數(shù)，并不斷查詢 P1.1 和P1.5的狀態(tài)，當(dāng) P1.1 或P1.5變?yōu)楦唠娖綍r，即收到回波，讀取T1的計(jì)數(shù)值。通過 T1的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出從發(fā)射超聲波到收到回波的時間，從而計(jì)算出發(fā)射處到對象物的距離。圖3為超聲波液位檢測的具體電路圖:圖3 超聲波液位檢測電路圖2.3液位控制電路液位控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多采用調(diào)節(jié)閥，本系統(tǒng)采用電動調(diào)節(jié)閥。

30、電動調(diào)節(jié)閥所接收的信號為標(biāo)準(zhǔn)信號，即420MA。DAC0832是8位分辨率D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價(jià)格低廉，接口電路與程序簡單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。DAC0832的引腳圖（管腳圖）與功能：圖4 DAC0832引腳功能介紹DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：片選信號輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時Iout1最大。Iout2:電流輸出線。其值與Iout

31、1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號輸入線,芯片部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線(+5v+15v)Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v+10v)AGND:模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較圖3.5為DAC0832與單片機(jī)接口應(yīng)用電路圖：圖5 DAC0832與單片機(jī)的接口電路圖2.4鍵盤鍵盤輸入單元采用獨(dú)立式鍵盤,由上下左右四個鍵組成,其中上這個鍵為開始鍵,下為顯示切換鍵,左右為數(shù)字增減鍵.增減鍵用以改變設(shè)定值的大小,以下是鍵盤與單片機(jī)的接口電路。圖6 鍵盤2.5顯示電路LED（Light Emitting Diode）是當(dāng)外加電壓超過額定電壓時發(fā)生擊穿

32、而發(fā)出可見光，LED的工作電壓通常為220mA。工作壓降為2V左右，使用時需加限流電阻。顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓，對外界環(huán)境要求低，易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，雖只能顯示非常有限的符號和數(shù)碼字，但可完全滿足本設(shè)計(jì)。在顯示部分采用LED動態(tài)顯示技術(shù)，節(jié)省單片機(jī)空間，而且動態(tài)顯示電流很小，單片機(jī)可以提供。顯示器結(jié)構(gòu)如圖7：10987612abcdefg4dp3abfcgdedp5GNDGND圖7 LED數(shù)碼管單片機(jī)與顯示電路的連接如圖8：29ALE/P30TXD11RXD10AT89S51ICM7218BabfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp9abfcg

33、deGND1234567abcdefg8dpdp9abfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp93abfcgdeGND1234567abcdefg8dpdp9D51D62D73D84ID05ID16ID27ID38ID49ID510ID611ID712MODE13WRITE14D427D326D225D124a23b22c21d20e19f18g17dp16EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1。01P1。12P1。23P1。34P1。45P1。56P1。67P1。78P0。039P0。138P0。237P0。336

34、P0。435P0。534P0。633P0。732P2。021P2。122P2。223P2。324P2。425P2。526P2。627P2。728PSEN圖8 LED顯示電路以上是液位控制系統(tǒng)各部分硬件的具體設(shè)計(jì)，其整個系統(tǒng)具體電路如圖3.9所示：圖9鍋爐液位控制電路圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件也是非常重要的部分，直接關(guān)系到最終結(jié)果。在以下的介紹中，主要是針對各個模塊程序的整體功能的介紹。3.1主程序流程圖主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制與記錄超聲波的發(fā)射時間。中斷服務(wù)程序主要完成時間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的顯示或輸出等工作。軟件分為兩部分，即主程序和中斷程序。工作流程圖如圖10

35、所示。圖10 主程序流程圖3.2超聲波測距的相關(guān)程序3.2.1超聲波的接收與發(fā)送前方測距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過放大器的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時單片機(jī)P1.1和P1.5接到放大器的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下： RECEIVEI：PUSHPSWPUSHACCCLREX1；關(guān)外部中斷1 JNB p1.1, RIGHT；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序JNB p1.5, LEFT；P1.5引腳為0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序 RETURN：SETB EX1；開外部中斷1 POP ACC

36、 POP PSWRETIRIGHT：.；右測距電路中斷服務(wù)程序入口 .AJMP RETURNLEFT：. ；左測距電路中斷服務(wù)程序入口 .AJMP RETUN3.2.2超聲波傳播時間在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)部的定時器T1，利用定時器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下： RECEIVE0：PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ；關(guān)外部中斷0 MOV R7, TH0 ；讀取時間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, #0BBH；計(jì)算時間差 MOV 31H, A ；存儲結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, #3CH MOV 30H, A SETB EX0 ；開外部中斷0 POP ACCPOP