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性质就可制成超声波传感器。超声波传感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应研制而成的传感器。超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等,其中以压电式最为常用。压电式超声波传感器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷,它是利用压电材料的压电效应来工作的:逆压电效应将高频电振动转换成高频机械震动,从而产生超声波,可作为发射探头;而正压电效应是将超声波振动转换成电信号,可作为接收探头。超声波测距的原理主要是由超声波传感器的发射探头发射超声波,当超声波遇到障碍物时,会被反鼽利用单片机记录超声波发射的时间和接收到回波的时间,根据当前环境下超声波的传播速度,即可通过公式S=C*[T/2](S为被测距离,C为空气中声速,T为回波时间,1r=_Tl+T2)计算出超声波传播的距离,也就得到了障碍物离测试系统的距离。我们:..设计了一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位,即低水位,正常水位,高水位。低水位时,系统自动打开进水阀上水,液晶显示In!!;正常范围的水位时,水阀均关闭,液晶显示Off!;高水位时,系统自动打开排水阀放水,液晶显示Out!。本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术以及弱电控制强电的技术。,主要工作过程是当高塔中的水在低水位时,系统自动打开进水阀上水,液晶显示In!!;正常范围的水位时,水阀均关闭,液晶显示Off!;高水位时,系统自动打开排水阀放水,液晶显示Out!。图3–2方案方框图本方案中使用了单片机芯片和超声波传感器,单片机控制和超声波测距技术是信息时代用于精密测量的技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,且能够非常方便地设计显示系统。44..。图4–1STC89C52引脚图STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核,但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能::..8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内臵4KBEEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。STC89C52各引脚功能:概述:STC89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有:XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。RST/Vpd(9脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。:..口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口,(串行输入口)(串行输出口)(外部中断0)(外部中断1)(计时器0外部输入)(计时器1外部输入)(外部数据存储器写选通)(外部数据存储器读选通)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的底位字节。:..FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上臵0。此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,臵位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。,因此,它在工作时为了能够接收到回波信号,就需要发射出具有一定强度的超声波信号,并且发射部分为超声波探头提供一个具有一定频率的电压信号。两片十进制计数器74LS90和74LS00触发器组成的超声波发射电路,。由于单片机使用12MHz时钟晶体,经过89C51单片机内部的6分频,发出ALE信号为2MHz,要产生40kHz的信号,需要对ALE信号进行2000/40=50分频,74LS90不仅是十进制计数器,也可以将两片74LS90,实现对ALE信号50分频的效果,,使74LS90发出的40kHz频率通过74LS00,经过高低电平转换,传到发射探头,引起共振,驱动超声波探测器发出超声波,如下图:..4-2图4-3超声波传感器实物图超声波接收电路设计由反向比例运算电路,滤波电路和阈值电压比较三部分组成,超声波在传播的传播中不可避免地衰减,再经过物体表面的吸收、散射后,反射回来的回波信号已经极其微弱,要想测到回波,必须对其进行滤波放大,放大调节后的信号作为输入信号,变成直流电平。超声波液位仪接收部分的任务是通过适当的滤波将超声波探头接收到的微弱信号经滤波放大和检波后送至信号处理器。它的主要组成部分是:滤波放大、放大调节、检波和信号处理。再和电压比较器设定的阈值电压进行比较,获得低电平信号,传给单片机的外中断,单片机内的计数器停止计数。从而得到超声波从发射到返回时间,最后把时间量与声速相乘,转换为距离量,显示值直接为距离值。.,如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到,显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中,一般的输出方式有以下几种:发光管、LED数码管、液晶显示器。下图为1602液晶显示器实物图图4-41602字符型液晶显示器单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点。显示质量高:由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此,液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口:液晶显示器都是数字式的,和单片机系统的接口更加简单可靠,操作更加方便。体积小、重量轻:液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的,在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。:..IC上,因而耗电量比其它显示器要少得多。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点,目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。.,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本设计中通过继电器实现+5V直流电控制+12V直流电,达到开关水阀的作用。常用继电器如下图:图4-5常用继电器55..:图5-,用单片机C语言实现软件编程。整个系统软件功能的实现可以分为主程序、子程序、中断子程序几个部分组成。整个系统的流程如上图所示,在初始化以及调用激发超声波模块程序后T1开始计时,等待接收信号完成后,激发外部中断0,响应中断子程序,T1计数停止,用公式S=t*340/2*1000mm计算出距离,C语言主程序详见附录。:..测试和实验本系统完成后需要对其进行测试以确定其工作情况及稳定性,经测试:液晶显示模块、进出水阀、继电器均可正常工作;超声波测距模块存在轻微误差,但误差在可接受范围,并不影响对水位进行测试和使用。经实际试验,本系统可完成对水位的自动控制。结语水箱供水的主要问题是箱内水位应始终保持在一定范围,避免“空箱”、“溢水”现象发生。本文采用超声波传感器测距,单片机系统控制,使水箱内水位保持恒定,以保证连续正常地供水。实际供水过程中确保水位在允许的范围内浮动,很好的解决了上述问题,达到智能控制的目的。—,其最大误差小于2cm,且重复性好;可见基于单片机设计的数显超声波液位检测系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。因此,此系统不仅可用于液位检测,还可广泛应用于诸如移动机器人精确定位等各种检测系统中。本系统主要由超声波传感器,单片机控制系统,显示系统,继电器驱动电路及水阀组成。系统简单,安装方便,建议广大用户尝试使用,我相信大家在用了之后一定会感到满意的。超声波测距的算法设计原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号,当这个超声波遇到被测物体后反射回来,就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间,就可算出超声波发生器与反射物体的距离。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0,利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间