畢業(yè)設(shè)計--超聲波油量測量儀的設(shè)計

1、<p><b>　　編號 </b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　超聲波油量測量儀的設(shè)計</p><p>　　Design of Supersonic Oil</p><p>　　Instrumentation Quantity Ins

2、trument</p><p>　　20010 年 6 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計針對加油站儲油罐中油量的測量問題，深入討論了用超聲波作為信號源進行液位測量的可行性及優(yōu)越性，討論了產(chǎn)生誤差的各種原因，提出了相應(yīng)的解決辦法。</p><p>　　本設(shè)計以AT89C52單片機

3、最小系統(tǒng)為核心，以超聲波測距原理為理論依據(jù)，利用超聲波作為控制信號對油量進行自動檢測和數(shù)據(jù)處理，減少測量過程中的人工干預，提供了一個帶有顯示、鍵盤的人機對話界面，方便了操作人員對油量的實時監(jiān)控，通過微型打印機或與PC機進行通信等方式打印、保存有關(guān)數(shù)據(jù)，能夠更好地對油量的存儲情況進行管理。</p><p>　　本超聲波油量測量儀，成本低，操作簡便，功能強大，與傳統(tǒng)的液位測量方法相比，具有非接觸、速度快、精度高、自動

4、控制、可靠性強、價格低廉等優(yōu)點。</p><p>　　關(guān)鍵詞:超聲波 液位測量 單片機 非接觸</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　The design for the gas station fuel tanks in the measurement problem, in-depth discussi

5、on of the use of ultrasound as a signal source to carry out the feasibility of liquid level measurement and the superiority of the errors discussed a variety of reasons, the corresponding solution.</p><p>　　

6、AT89C52 single-chip designs to the smallest system to the core, the principle of ultrasonic distance measurement theoretical basis for the use of ultrasound on oil as a control signal for automatic detection and data pro

7、cessing, to reduce the measurement in the process of human intervention, provided with a display , keyboard interface of man-machine conversation and make it easier for operators of real-time monitoring of oil through th

8、e micro-printer or PC-communication such as print, save the </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1國、內(nèi)外液位計量儀表的現(xiàn)狀...........................

9、..............................1</p><p>　　1.1.1國外液位計量儀表的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2國內(nèi)儲罐液位計量儀表的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2超聲波油量測量儀的研究目的及意義.............................................2</p><p

10、>　　1.3超聲波油量測量儀的研究內(nèi)容.........................................................3</p><p>　　第二章超聲波油量測量儀測量原理4</p><p>　　2.1超聲波傳感器工作原理................................................................

11、.....4</p><p>　　2.1.1超聲波傳感器基本結(jié)構(gòu)及工作原理4</p><p>　　2.1.2超聲波發(fā)射器5</p><p>　　2.1.3超聲波接收器6</p><p>　　2.1.4 T/R40超聲波傳感器7</p><p>　　2.2超聲波油量測量儀測量原理.................

12、............................................7</p><p>　　2.2.1測量原理7</p><p>　　2.2.2超聲波測距的理論分析9</p><p>　　第三章 超聲波油量測量儀的總體設(shè)計13</p><p>　　3.1總體設(shè)計思想..........................

13、..........................................................13</p><p>　　3.2工作過程............................................................................................14</p><p>　　第四章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計

14、15</p><p>　　4.1超聲波油量測量儀的硬件設(shè)計思想...............................................15</p><p>　　4.2 AT89C52單片機最小系統(tǒng)..............................................................15</p><p>　

15、　4.3超聲波發(fā)射電路設(shè)計.......................................................................16</p><p>　　4.3.1超聲波發(fā)射電路功能16</p><p>　　4.3.2超聲波發(fā)射電路原理圖16</p><p>　　4.4超聲波接收電路....................

16、...........................................................17</p><p>　　4.4.1超聲波接收電路功能17</p><p>　　4.4.2超聲波接收電路原理圖18</p><p>　　4.5 8279接口電路與鍵盤顯示電路....................................

17、..................19</p><p>　　4.5.1 8279接口電路設(shè)計19</p><p>　　4.6基于DS18B20的溫度測量電路..................................................... 21</p><p>　　4.6.1溫度傳感器DS18B20簡介21</p><

18、;p>　　4.6.2 DS18B20與單片機的典型接口設(shè)計22</p><p>　　4.7與PC機通訊接口的設(shè)計................................................................22</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計23</p><p>　　5.1軟件總體設(shè)計................

19、....................................................................23</p><p>　　5.1.1軟件設(shè)計總體框圖23</p><p>　　5.1.2軟件程序中各部分模塊介紹23</p><p>　　5.2超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊..............................

20、.............................24</p><p>　　5.2.1超聲波發(fā)射程序24</p><p>　　5.2.2外部中斷0的中斷服務(wù)程序25</p><p>　　5.3功能模塊..............................................................................

21、..............26</p><p>　　5.3.1鍵盤與顯示子程序26</p><p>　　5.3.2通訊子程序27</p><p>　　第六章 抗干擾處理30</p><p>　　6.1硬件抗干擾措施.............................................................

22、...................30</p><p>　　6.2軟件抗干擾措施................................................................................30</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　參考文獻

23、33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1國、內(nèi)外液位計量儀表的現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1國外液位計量儀表的現(xiàn)狀</p><p>　　早期國外液位計量儀表

24、大多采用機械原理，但近年來隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機電一體化發(fā)展，并且發(fā)展了許多新的測量原理。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機技術(shù)，結(jié)構(gòu)有了很大的改善，功能也有了很大的提高。從國外液位儀表的發(fā)展動向看，當前主要有三個熱點：①智能化液位儀；②非接觸測量方式的液位儀；③新原理的小型液位開關(guān)。</p><p>　　目前使用的液位儀有以下幾種：</p><p><b>　　(1)人工

25、檢尺</b></p><p>　　利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣測量油溫和密度，通過計算，得到儲液的體積和重量，這是至今仍然在全世界廣泛使用的儲罐計量方法，也可把它用作現(xiàn)場檢驗其他測量儀表的參考手段。人工液位測量的精度一般為士2mm的人為誤差。</p><p>　　(2)機械鋼帶式液位儀</p><p>　　鋼帶式液位儀采用一個又大又重的浮子，由一條

26、多孔鋼帶將浮子連接至一個恒轉(zhuǎn)矩裝置或平衡錘。浮子的重量足以帶動多孔鋼帶通過齒輪裝置推動機械計數(shù)器作現(xiàn)場顯示，同時帶動電動變送器，以便獲得遠距離顯示。由于滑輪機械裝置的摩擦力和鋼帶重量，這類液位儀的測量誤差一般約為士(4-10)mm。</p><p><b>　　(3)智能化液位儀</b></p><p>　　伺服式液位儀是此類儀表的代表。這類儀表通過一個平衡浮子和重力

27、敏感裝置，測量浮子的重量(在液面、液內(nèi)、界面上有不同的浮力)，并控制伺服電機動作升降浮子，跟蹤液位變化，同時發(fā)出遠傳信號。伺服式液位儀的微機智能化，使得它的跟蹤誤差可達0.1mm。同時還能補償液面高低對鋼絲繩產(chǎn)生的附加重量的誤差，最高精度可達士0.7mm。</p><p><b>　　(4)超聲波液位儀</b></p><p>　　超聲波液位儀是非接觸液位儀中發(fā)展最快

28、的一種。該技術(shù)基于超聲波在空氣中傳播遇到被測物體表面產(chǎn)生反射的原理。智能化的超聲波液位儀帶有一個功能很強的智能回波分析軟件包。它可以將各種干擾過濾出來，識別多重回波，分析信號強度和環(huán)境溫度等有關(guān)信息，這樣即使在有擾動條件下讀數(shù)也是精確的。</p><p><b>　　(5)雷達液位儀</b></p><p>　　連續(xù)式微波液位儀這幾年逐步推向市場。它通常采用調(diào)頻雷達原

29、理，利用同步調(diào)頻脈沖技術(shù)，微波發(fā)射和接收器安裝在罐頂，向液面發(fā)射頻率調(diào)制的微波信號。當接收到回波信號時，由于來回傳播的時間延遲，發(fā)射頻率已改變了。將兩者信號混合處理，所得信號的差頻正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。荷蘭Enraf公司的Radar872液位儀采用同步調(diào)頻脈沖技術(shù)精度達士2mm。 </p><p>　　1.1.2國內(nèi)儲罐液位計量儀表的現(xiàn)狀</p><p>　　國內(nèi)的立式油罐主要分布在

30、煉油廠、化工廠和石油銷售公司三大系統(tǒng)。從計量方法看主要有三種:檢尺法、液位法和靜壓法。</p><p>　　目前國內(nèi)計量儀表的發(fā)展主要采用引進加仿制等手段。近年來中科院聲學所、武漢大學都研制了光纖液位測量系統(tǒng)。 MET-1型磁效應(yīng)液位儀采用磁效應(yīng)原理,精度為0.05%,1995年又推出了BL30雷達液位儀，精度為士[1+(空高)×3‰]?？偤笥土涎芯克钚卵兄频腢GJ98型光導式油罐計量遙測系統(tǒng)，采用光

31、柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和抗干擾處理技術(shù)及RS-485總線標準，實現(xiàn)了機光電一體化，一次儀表不帶電，系統(tǒng)綜合精度達到士2mm。</p><p>　　1.2超聲波油量測量儀的研究目的及意義</p><p>　　在石油化工領(lǐng)域中，儲油罐中油量的計量越來越顯示出其重要地位。目前石化部門使用的大型儲罐大多是立式圓柱形罐或球形罐，其容量一般在1000—100000之間，很小

32、的測量誤差會造成很大的絕對誤差。因此提高油的計量精度和自動化管理水平，其重要性是明顯的。從80年代開始，隨著微電子、計算機、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發(fā)展，一些發(fā)達國家紛紛將各種新技術(shù)、新方法、新儀表滲入到儲罐計量領(lǐng)域，使儲罐油量自動計量達到了“多功能、高精度、現(xiàn)場化”的新階段。</p><p>　　隨著智能化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，利用超聲波進行油量檢測在加油站及油庫中起著越來越重要的作用。雖然一些地區(qū)使用

33、了超聲波油量測量儀，但絕大多數(shù)是用集成電路設(shè)計成的，這種專用集成電路成本很高，沒有顯示，操作很不方便。為了克服這些缺點，本課題利用單片機AT89C52為核心，控制超聲波對油量進行自動檢測和數(shù)據(jù)處理，提供了一個帶顯示，鍵盤和微型打印機的人機對話界面，且能與PC機通信。該超聲波油量測量儀與傳統(tǒng)的測量方法相比具有非接觸、精度高、實時測量、可靠性強等優(yōu)點。</p><p>　　1.3超聲波油量測量儀的研究內(nèi)容</p

34、><p>　　確定了總體方案之后，在對超聲波測距的可行性進行了理論分析的基礎(chǔ)上，利用計算機技術(shù)、電子技術(shù)、以及超聲波在介質(zhì)中的傳播特性等，研制出了超聲波油量測量儀的硬件部分，編寫了相應(yīng)的軟件程序，并進行了調(diào)試和試運行。在硬件電路的設(shè)計中，由于我們需要測的距離較長(幾米到十幾米)，針對超聲波在傳播時呈指數(shù)衰減的特性，我們采取了最大限度提高驅(qū)動能力、對回波進行多級放大等措施，擴大了測量的范圍。在軟件設(shè)計中，我們采用模塊化

35、程序設(shè)計思想，將軟件分為超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊和功能模塊，每個模塊又由若干小模塊組成。對軟件的這種處理不但能使軟件的結(jié)構(gòu)清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。另外，為了保證超聲波油量測量儀工作的可靠性和穩(wěn)定性，在軟、硬件兩個方面都采取了相應(yīng)的抗</p><p><b>　　干擾措施。</b></p><p>　　第二章超聲波油量測量儀測量原理</p>&l

36、t;p>　　2.1超聲波傳感器工作原理</p><p>　　2.1.1超聲波傳感器基本結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，己發(fā)明設(shè)計并制成了多種類型的超聲波發(fā)生器，機械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。事實上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器，它將其它形式的能量轉(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

37、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；機械式方式有：氣流旋笛、液哨、加爾統(tǒng)笛等。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。</p><p>　　壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是借助壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。其結(jié)構(gòu)原理如圖2-1所示[1]。</p><p>　　超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。給它的兩電極加脈沖信號(觸發(fā)脈沖)

38、，當其頻率等于晶片的固有頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波。相反，電極間未加電壓，則當共振板接收到回波信號時，將壓迫兩壓電晶片振動，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，此時的傳感器就成了超聲波接收器。超聲波傳感器用等效電路(如圖2-2所示)來分析共振頻率附近的超聲波換能器的特性：</p><p>　　圖2-1超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-2超聲波傳感器等

39、效電路圖</p><p>　　換能器的能量用，電能用表示。由圖2-2分析可知，Q恰好是電路的串聯(lián)支路的Q值。設(shè)換能器在空載(Z1=0)和有載(Z1=R1)時的Q值分別為，則有：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　=

40、 (2-3)</p><p>　　=(+) (2-4) </p><p>　　超聲波換能器的工作效率為:</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　當交

41、變電信號從引線加到超聲波發(fā)射器件中，由壓電陶瓷片和諧振片組成的振子會彎曲振動，驅(qū)動錐形輻射器發(fā)出超聲波，當空中傳來的超聲波被接收器件的錐形輻射器會聚后，驅(qū)動振子產(chǎn)生彎曲振動，從而在電極間輸出與此波動相對應(yīng)的交變電信號，通過對此信號的處理，可實現(xiàn)各種檢測。</p><p>　　2.1.2超聲波發(fā)射器</p><p>　　發(fā)射器的作用是形成與被檢測對象相作用的超聲波束，它的特性包括共振頻率、方

42、向性、電聲變換效率、穩(wěn)定性等。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，超聲波束可以是強方向性的、扇狀的、無方向的形狀，還有些發(fā)射器附帶有調(diào)整層，以便發(fā)射器與媒質(zhì)的音內(nèi)阻抗相匹配。</p><p>　　超聲波發(fā)射器的驅(qū)動機構(gòu)包括：反壓電效應(yīng)、電致伸縮效應(yīng)、動電效應(yīng)、電磁效應(yīng)，磁致伸縮效應(yīng)等，它恰好是上述超聲波接收器的相反作用，所以從結(jié)構(gòu)上看，發(fā)射與接收呈一一對應(yīng)的關(guān)系。</p><p>　　發(fā)射器的發(fā)射效率由振

43、子的電/機械變換效率與機械/音響變換的乘積決定，前者取決于振子的材料特性和結(jié)構(gòu)，后者取決于處理聲波傳播介質(zhì)的聲阻差的調(diào)整器。將電致伸縮板，用兩片金屬板做成夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的蘭杰文扳，具有較高的變換效率，多用于水中超聲波發(fā)生器。把具有振動材料與傳播介質(zhì)材料的聲阻中間值的匹配板置于振子前邊，可使振子的機械/音響變換效率達到最大，尤其是在空中放射超聲波的情況下，這種匹配更加有效。</p><p>　　2.1.3超聲波接收器

44、</p><p>　　電容式微音器利用張緊的聚脂膜作為感壓膜，膜的上表面涂敷金屬，下表面朝向金屬電極，金屬涂敷膜與金屬電極間隙發(fā)生變化，從而引起電容變化，它的優(yōu)點是與空氣的聲阻抗匹配良好，頻帶寬。壓電型主要用石英晶體或氧化鋅材料。電致伸縮型微音器的接收器用反壓電效應(yīng)大的電介質(zhì)板或薄膜作為接收器。結(jié)構(gòu)上有采用PVDF膜作為受音體、也有采用欽酸、鋯酸鉛系列陶瓷以板狀或圓桶狀受音體的形式結(jié)構(gòu)。在壓電膜上制作梳狀電極，可

45、以構(gòu)成檢測超高頻段的聲表面波的傳感器。</p><p>　　動圈式微音器的結(jié)構(gòu)為在磁場中放置帶有受音板的可動線圈或?qū)w帶，當它們因超聲波而運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于受音體慣性大，因而只適用于低頻。</p><p>　　電磁效應(yīng)型接收器的結(jié)構(gòu)是將磁性受音板作為磁路的一部分，在磁路中設(shè)置拾音線圈。當超聲波傳來時，受音板發(fā)生位移，使磁路磁場發(fā)生變化，在拾音線圈中產(chǎn)生電動勢?；诜创胖律炜s效應(yīng)的

46、超聲波接收器的構(gòu)造主要有用磁致伸縮材料構(gòu)成的線圈狀結(jié)構(gòu)，適用于低頻;還有用磁致伸縮材料涂敷在物體表面上形成的結(jié)構(gòu)，適用于高頻，前者檢測感應(yīng)電流；后者檢測置于靜磁場空腔諧振器內(nèi)，因超聲波導致的磁阻致伸縮效應(yīng)引起的微波磁場。聲光效應(yīng)構(gòu)成的超聲波傳感器有利用光纖的波導部分的形變敏感構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，也有利用對彈性體表面或內(nèi)部彈性波束的衍射晶格作用形成的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1.4 T/R40超聲波傳感器</p

47、><p>　　本儀器所采用的TR40-16型超聲波傳感器的聲壓電平和靈敏度特性曲線如圖2-3、圖2-4所示。</p><p>　?。╠b） 聲壓電平</p><p>　　圖2-3聲壓電平特性曲線</p><p><b>　　靈敏度</b></p><p>　　(db/v/ubar)</p&g

48、t;<p>　　圖2-4靈敏度特性曲線</p><p>　　由這些特性曲線圖可知,T/R40超聲波傳感器在輸入頻率為40KHz時各種特性都呈出最佳狀態(tài)，因此為了得到最佳效果必須使單片機輸出方波的頻率為40KHz。</p><p>　　2.2超聲波油量測量儀測量原理</p><p><b>　　2.2.1測量原理</b></p

49、><p>　　超聲波測距的方法有很多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍非常有限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本超聲波油量測量儀采用渡越時間檢測法。</p><p>　　儲油罐不是標準的圓柱形或球形，制成以后，計量部門要進行各種測量繪制出油的高度與油量的對應(yīng)表，以便查對。</p><p>　　下面僅以標準的圓柱形油罐為

50、例進行說明，其他形狀的油罐通過改變計算公式同樣可以進行油量測量。我設(shè)計的超聲波油量儀的發(fā)射器和接收器是固定在一起的，安裝在罐中表井的蓋子上，也就是罐的頂部。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。用超聲波測量儲罐內(nèi)的油量，實際就是要測量罐頂?shù)接兔娴木嚯x，由此算出儲油罐內(nèi)油的高度，進一步計算出油的體積和重量。從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，就是渡越時間。</p><p&

51、gt;　　圖2-5超聲波測量原理圖</p><p>　　如圖2-5所示，要測量儲油罐內(nèi)油的高度h，可先測量罐頂?shù)接兔娴木嚯x，又轉(zhuǎn)化為測量渡越時間T，若超聲波的傳播速度為u，罐的總高度為H，則</p><p>　　(2-9) </p><p><b>　　由下式計算測量誤差</b></p><p><b>

52、;　　(2-10)</b></p><p>　　式中，為h的測量誤差，為渡越時間的測量誤差，為聲速的測量誤差。這里利用單片機定時器計數(shù)的方法間接測量時間，可以把聲波傳播的時間精度提高到所需準確度。</p><p>　　具體的做法是，每隔一定的時間發(fā)射一串超聲波脈沖，在發(fā)射脈沖串的同時單片機定時器開始記數(shù)，在超聲波接收器接收到反射信號時，單片機停止計數(shù)。單片機定時器所計的時間，就

53、是渡越時間，代入式(2-9)中，就可以算出油量。</p><p>　　由于超聲波是一種聲波，其聲速與溫度有關(guān)，μ≈331.45+0.6 t,t為攝氏溫度，在使用中，根據(jù)環(huán)境溫度的變化，要經(jīng)常進行標定，否則會產(chǎn)生比較大的誤差。</p><p>　　2.2.2超聲波測距的理論分析</p><p>　　超聲波油量測量儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的液位計量儀表相比，

54、它具有原理簡單、易于微機控制、無接觸測量、價格低廉等優(yōu)點。由于液位計量儀一般安裝在表井的蓋上，測量的空間非常窄小，而超聲波又是不可見波，超聲波傳感器的接收器接收到的信號，是否正好是從液面反射的信號，無法確定，一般存在三種可能情況：</p><p>　　(1)從液面反射的信號，</p><p>　　(2)表井壁反射的信號，</p><p>　　(3)超聲波傳感器的發(fā)射

55、器發(fā)出信號，經(jīng)液面上方的氣體層，穿過液體層，在罐底反射，再經(jīng)過液體，氣體，直到被接收器接收。如果這三種信號都足夠強，就會給信號處理帶來一定的困難，使處理器無法分辨哪個是有用的信號，從而造成測量上的誤差。因此，我們在設(shè)計、制超聲波油量測量儀的時候，首先要分清接收器接收到的究竟是哪個信號。下面將就此問題進行討論。</p><p>　　我們知道，超聲波在實際介質(zhì)中傳播時，其能量將隨距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為衰減

56、。引起衰減的原因大致有三個:</p><p>　　1、由聲束擴展引起的衰減</p><p>　　2、由散射引起的衰減</p><p>　　3、由介質(zhì)的吸收引起的衰減</p><p>　　某一點(x處)瞬間所具有的壓強，與沒有聲波存在時該點的靜壓強之差，稱為該點的聲壓P。我們把超聲波傳感器發(fā)出的超聲波近似看成是平面波，其聲壓不隨傳播距離變化，故

57、忽略擴散衰減。由于超聲波傳播過程中所遇到的介質(zhì)顆粒都比較小(大多為揮發(fā)性氣體分子)，散射衰減也可忽略。因此，我們只需討論吸收衰減。</p><p>　　一束超聲波(視為平面波)的聲壓可表示為：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　式中，為聲壓振幅，，ρ為介質(zhì)密度，軸的正方向，ω為超聲波的圓頻率，ω＝2πf，f為

58、振動頻率，u為介質(zhì)中聲速，φ為初相，與記時起點有關(guān)。</p><p>　　由于存在著吸收衰減，聲波振幅隨傳播距離的增大而減小。由式(2-2)，(2-3)知，在空氣里/cm，當振動的聲波頻率f =40KHz，代入式(2-3),可得cm,沿著波的傳播方向10米處，x =10m。</p><p><b>　　===0.726</b></p><p>

59、　　就是說聲波傳播出去10m后，振幅衰減了約1/4。我們把單位時間內(nèi)，通過垂直于波的傳播方向上單位面積的能量稱為能流密度，能流密度的時間平均值，稱為波的強度，也叫聲強記作I。</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　為聲特性阻抗，記作。</p><p>　　由(2-11)(2-12)式知，I，那么聲波傳播出去10m

60、后，聲強就衰減了1/2。這就要求在處理超聲波接收器接收到的信號時，采取多級放大的辦法。</p><p>　　下面討論波被反射、折射時的情況。</p><p>　　1、波束垂直入射到兩種介質(zhì)的界面</p><p>　　如圖2-6所示，當聲平面波垂直入射到聲特性阻抗不同的兩種介質(zhì)的平界面時，入射波的能量的一部分進入介質(zhì)II，透射波能量為(tI),另一部分被界面反射，仍在

61、I中傳播，其能量為（Ir）。</p><p>　　在空氣與液體(如汽油)的界面上，計算r,t,R,T。</p><p>　　==1.29Kgx340m=439Kg</p><p>　　==0.71xKgx1400m=980xKg</p><p>　　波束從空氣中入射到界面， =，=</p><p>　　r=(-)/(+

62、)=(980x-439)/ (980x+439)=0.999</p><p>　　r 為正值，說明入射波和反射波相位相同，反射波聲壓占入射波聲壓的99.9%。</p><p>　　圖2-6波束垂直入射到液面的反射波和透射波</p><p>　　t為正值，入射波和透射波相位相同，透射波具有入射波聲壓的200%。</p><p><b>

63、;　　R=-0.998</b></p><p>　　說明反射波與入射波的強度之比為99.8%。</p><p>　　T=/(+439=0.00179</p><p>　　說明透射波與入射波的強度之比為0.2%。</p><p>　　由此可知，在此界面上雖然透射波的聲壓比較大，但是波的能量非常小，幾乎都被反射回空氣介質(zhì)中。由于波的強

64、度正比于振幅的平方，透射波的振幅已經(jīng)很小了，以后的傳播過程可以不考慮[3]。</p><p>　　圖2-7波束斜入射到液面示意圖 圖2-8波束斜入射到井壁示意圖</p><p>　　2、波束斜入射到液面和井壁(如鋁罐)</p><p>　　當超聲波由一種介質(zhì)斜入射到另一種介質(zhì)時，如果兩種介質(zhì)的聲速不同，在界面上會產(chǎn)生聲波的反射、折射、和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。由

65、于折射波不會被接收器接收，我們只考慮波的反射問題。波的反射遵循反射定律，入射角為，反射角為β，有：</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　因為入射波和反射波在同一種介質(zhì)里傳播，波的傳播速度都是u，所以=β，即入射角等于反射角。超聲波的方向性很強，擴散得很少，加上這部分信號多次反射，所以被接收器接收到的可能性很小，可以不作考慮。</

66、p><p>　　由以上分析可知，雖然超聲波在傳播過程中有能量損耗，且波束可以有多種路徑傳播，同時還存在著多種干擾信號，但就接收器接收到的信號強弱而言，只有從液面反射的信號最強。所以可以很容易地將此信號濾出，并對它進行處理。</p><p>　　第三章 超聲波油量測量儀的總體設(shè)計</p><p><b>　　3.1總體設(shè)計思想</b></p&g

67、t;<p>　　超聲波油量測量儀是根據(jù)“回波測距”原理設(shè)計的。由超聲波的發(fā)射器發(fā)射超聲波，聲波遇到障礙物后反射，由超聲波接收器接收。測出從超聲波發(fā)射脈沖串至接收到回波信號的傳輸時間，即渡越時間，超聲波在同一種介質(zhì)中的傳輸速度是不變的，那么由渡越時間和聲速，就可算出要測的距離。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，本油量檢測儀需要將超聲波檢測技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，對儲油罐中的油量進行自動測量，并能顯示

68、出有關(guān)數(shù)據(jù)，還能與上位機進行通訊便于監(jiān)控和管理。超聲波油量測量儀的總體設(shè)計框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1超聲波油量測量儀的總體框架圖</p><p>　　超聲波油量測量儀是由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括AT89C52單片機最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、8279接口電路、鍵盤顯示電路和與上位機通信的接口電路等部分；軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、超聲波驅(qū)

69、動及信號處理模塊、鍵盤及顯示模塊和通信模塊等，軟件采用模塊化設(shè)計思想，可使程序設(shè)計思路清晰，便于調(diào)試。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了一些抗干擾措施。如采用看門狗電路防止系統(tǒng)進入死循環(huán)，對信號的處理采用了放大、濾波等措施。</p><p><b>　　3.2工作過程</b></p><p>　　在超聲波油量測量儀開始測距前需要通過鍵盤輸入一些相關(guān)參數(shù)，以便能按照要求計算出

70、距離，進而計算出油的重量、體積等數(shù)據(jù)。啟動超聲波油量測量儀測距時，首先由單片機發(fā)出40KHz的脈沖串，每20個脈沖為一串，脈沖串通過超聲波發(fā)射電路驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波。單片機在發(fā)送脈沖的同時開始計時，超聲波遇到障礙物后的回波被超聲波接收換能器接收，其輸出的正弦波經(jīng)過兩級放大，再經(jīng)過電壓比較器和D觸發(fā)器產(chǎn)生中斷信號中斷單片機的計時，這樣就得到了超聲波的傳輸時間，然后在中斷服務(wù)程序中根據(jù)測出的時間計算出距離。中斷返回后再發(fā)送下一串

71、脈沖。如此反復，每測出五個距離就取一次平均值存儲并顯示。停止測量后，可以通過通訊接口向上位機傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　這些操作也可由上位機來控制。操作人員可以通過一臺上位機對多個油量測量儀進行測量、數(shù)據(jù)傳輸以及輸出打印等控制。這樣不但減少了測量過程中的人工干預，為測量帶來了方便，而且還便于管理。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計</p><p>

72、　　4.1超聲波油量測量儀的硬件設(shè)計思想</p><p>　　按設(shè)計要求，根據(jù)超聲波測距原理，以AT89C52單片機系統(tǒng)為核心，開發(fā)超聲波油量測量儀。</p><p>　　它的各部分電路的說明如下：</p><p>　　1.89C52單片機最小系統(tǒng)是超聲波油量測量儀的核心部分，其主要任務(wù)是①發(fā)出40KHz的脈沖串用來驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波；②通過定時器T1對

73、超聲波的傳輸時間進行計時；③根據(jù)測出的時間和有關(guān)參數(shù)計算出距離、體積等數(shù)據(jù)；④控制參數(shù)的輸入和數(shù)的顯示；⑤與上位機通訊和數(shù)據(jù)的輸出。</p><p>　　2.超聲波發(fā)射電路的作用是將單片機送來的40KHz的脈沖信號放大到20v驅(qū)動,超聲波發(fā)射傳感器。</p><p>　　3．超聲波接收電路主要包括放大、電壓比較和中斷信號輸出等部分。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉(zhuǎn)換成單

74、片機的中斷信號。</p><p>　　4．根據(jù)設(shè)計要求:①在測量前需要先輸入一些參數(shù);②系統(tǒng)計算出油的體積重量后要通過顯示器實時地顯示出來;③需要有一些控制按鈕來執(zhí)行不同的操作，因此需要用到4個7段碼顯示器和一個3x4的鍵盤陣列。由于CPU的機時比較緊張，所以用8279接口電路來管理鍵盤和顯示，它可以獨立于CPU自行工作，不占CPU的機時。</p><p>　　5．看門狗電路是由MAX81

75、3芯片組成，主要完成對系統(tǒng)的實時監(jiān)測。</p><p>　　4.2 AT89C52單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　AT89C52單片機最小系統(tǒng)由AT89C52單片機及其外圍電路組成，是整個超聲波油量測量儀的核心電路。它通過定時器T0發(fā)出40KHz的脈沖信號來驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波:通過定時器T1來測量超聲波的傳輸時間:測量出時間后根據(jù)要求計算出各種需要的數(shù)據(jù)。</p>

76、<p>　　AT89C52是一種低功耗、高性能的含有8K字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與AT89C52指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。AT89C52內(nèi)部有256個字節(jié)的RAM，地址范圍

77、是00H-FFH，但實際提供給用戶使用的只有128個字節(jié)(00H-7FH)，另128個字節(jié)(80H-FFH)是特殊寄存器區(qū)。本系統(tǒng)的內(nèi)存分配詳見軟件設(shè)計部分。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個16位的定時器/計數(shù)器，在本系統(tǒng)中定時器T0用來做脈沖輸出的定時器，定時器T1用來測量超聲波的傳輸時間[4]。</p><p>　　4.3超聲波發(fā)射電路設(shè)計</p><p>　　4.3.1超聲波發(fā)射

78、電路功能</p><p>　　超聲波發(fā)射器在幅度為20V，頻率為40KHz的方波驅(qū)動下，發(fā)出頻率為40KHz的超聲波，遇障礙物后反射，由超聲波的接收器接收回波。由于超聲波在同一種介質(zhì)中的傳播速度不變，因此通過單片機的定時器可測出超聲波脈沖串發(fā)射至接收到回波信號所需的時間T，根據(jù)公式S=UT/2即可算出超聲波傳感器到障礙物之間的距離,其中U為超聲波的傳播速度。</p><p>　　由于要測量

79、的距離不固定，可能還是動態(tài)的，所以用AT98C52的P1.0管腳，發(fā)出間歇式的脈沖串(每20個脈沖為一串)，等到接收到回波并計算出距離后再發(fā)下一串脈沖。這樣發(fā)一次脈沖測量一次距離，然后每5個距離取一次平均值顯示并存儲。</p><p>　　4.3.2超聲波發(fā)射電路原理圖</p><p>　　根據(jù)硬件設(shè)計思想，這部分電路要將單片機P1.0管腳輸出的40KHz脈沖信號的幅度放大20V左右，以滿

80、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含有大功率CMOS管IRF640的放大電路、變壓器和一個超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成。如圖4-1所示:</p><p>　　由第二章的討論可以知道，油量測量儀所用的T/R40-16型超聲波傳感器在頻率40KHz，幅值20V的電壓驅(qū)動下，各種性能最佳，所以通過單片機的P1.0管腳輸出40KHz的脈沖信號給發(fā)射電路。由于單片機P1.0口的輸出電壓為5V,其驅(qū)動能力達不

81、到要求，所以用了一個大功率的CMOS管IRF640來驅(qū)動超聲波傳感器的發(fā)射器。它的工作原理是這樣的：P1.0管腳輸出頻率為40KHz的方波，用來控制Q3的導通與截止，從而在變壓器的輸入端得到一幅度將近20V的方波，使得超聲波的發(fā)射器得到足夠的能量。變壓器在這里主要起隔離作用。由于變壓器的輸入端的電阻很小，</p><p>　　只有1.5歐姆，所以在12V電源的接入端，加了一個15歐姆的電阻用來限制電流，這樣不至于

82、使電源部分的元件過熱。</p><p>　　圖4-1超聲波發(fā)射電路</p><p>　　4.4超聲波接收電路</p><p>　　4.4.1超聲波接收電路功能</p><p>　　如圖4-2所示，超聲波接收器將接收到回波信號轉(zhuǎn)換成電壓信號(正弦波)，經(jīng)過兩級放大以后，被送入電壓比較器進行比較，電壓比較器輸出的方波信號控制D觸發(fā)器的時鐘端，將D

83、端口上預先設(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的中斷信號使AT89C52產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中停止計數(shù)器T1的計時，并計算出有關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　由此可見，接收電路完成了超聲波回波信號的轉(zhuǎn)換、信號的放大和整形以及產(chǎn)生中斷信號等功能。</p><p>　　4.4.2超聲波接收電路原理圖</p><p>　　接收部分電路主要由兩

84、個放大電路、一個電壓比較器和一個D觸發(fā)器構(gòu)成。如圖4-2所示，根據(jù)所用的T/R40-16型超聲波傳感器的資料以及在實驗中所觀察到的現(xiàn)象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時，有一部分聲波從發(fā)射探頭直接傳到接收探頭，這部分信號直接加到回波信號中，干擾回波信號的檢測。所以在放大電路之前接了一個雙向開關(guān)4066,4066的控制端接AT89C52的P1.6管腳，當p1.0管腳發(fā)脈沖時，將P1.6管腳置成低電平，雙向開關(guān)導通，即4066的1,2管腳接通，使

85、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。脈沖發(fā)送完畢之后將P1.6管腳置成高電平，斷開1,2管腳的連接，等待回波信號的通過。</p><p>　　根據(jù)硬件電路的設(shè)計思想:最終要將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機的中斷信號，所以在對回波信號(正弦波)經(jīng)過兩次放大以后，需要將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，于是后面接了一個電壓比較電路和一個D觸發(fā)器。因為輸入頻率為40KHz，比較高，集成運放構(gòu)成的電壓比較器的響應(yīng)速度較慢，達

86、不到要求的頻響速度，所以采用了集成電壓比較器LM311。LM311是一個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。可用單電源供電(如十5V)，也可用雙電源供電(如士12V)。</p><p>　　D觸發(fā)器的D端接AT89C52的P1.2管腳平時置成高電平，當AT89C52發(fā)送完驅(qū)動脈沖串以后，在允許外部中斷0中斷的同時，將P1.2置成低電平，當接

87、收到回波信號，并將其轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器的時鐘信號后，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。這樣回波信號最終轉(zhuǎn)換成了AT89C52的中斷信號，實現(xiàn)了硬件設(shè)計思想。</p><p>　　圖4-2超聲波接收電路原理圖</p><p>　　4.5 8279接口電路與鍵盤顯示電路</p><p>　　4.5.1 8279接口電路設(shè)計&l

88、t;/p><p>　　根據(jù)硬件設(shè)計思想，在超聲波油量測量儀測量之前需要設(shè)定一些參數(shù)，要有一些控制按鈕來執(zhí)行不同操作，同時有關(guān)數(shù)據(jù)需要顯示出來，即需要有顯示器和一個鍵盤陣列來實現(xiàn)這種人機對話的功能。8279接口電路原理圖如圖4-3所示。</p><p>　　考慮到各種操作與數(shù)據(jù)輸入應(yīng)該是相互獨立的，為了節(jié)省硬件成本，本系統(tǒng)設(shè)計了一個3 X4的鍵盤陣列。通過軟件設(shè)計來實現(xiàn)鍵盤復用的功能，即在不同時

89、間和不同狀態(tài)下，鍵盤陣列中的每個鍵都代表不同的含義，這樣做雖然增大了軟件上的開銷，但是節(jié)約了硬件的成本。對于數(shù)據(jù)的顯示，由于測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，所以本油量測量儀只用了4位七段碼顯示器。雖然8279芯片是專門用來管理鍵盤和顯示器的，但是它的驅(qū)動能力有限(尤其是在為顯示器提供驅(qū)動時)，所以還需要在它的輸出端加上驅(qū)動芯片，以提高它的</p><p>　　圖4-3 8279接口

90、電路原理圖</p><p>　　驅(qū)動帶載能力，保證鍵盤和顯示器的正常工作。在本系統(tǒng)中采用芯片74LS240作為段選驅(qū)動，用MC1413作為位選驅(qū)動，使顯示器得到足夠的電流。</p><p>　　為了不占用CPU太多機時，設(shè)定8279工作于中斷方式。這時由于8279的中斷請求線僅Q是高電平有效，即需要中斷時輸出高電平，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反向器

91、74LS04就行了。</p><p>　　4.6基于DS18B20的溫度測量電路</p><p>　　4.6.1溫度傳感器DS18B20簡介</p><p>　　DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3個引腳小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴

92、展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路[16]。</p><p>　　圖4-4 DS18B20引腳圖</p><p>　　DS18B20的管腳排列如圖4-4所示，DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；GND為電地VD

93、D為外接供電電源輸入端。</p><p>　　4.6.2 DS18B20與單片機的典型接口設(shè)計</p><p>　　圖4-5 DS18B20的典型連接</p><p>　　圖4-5中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V～5.5V電源供電。將DS18B20應(yīng)用于溫度補償中，所測溫度在100℃以內(nèi)。</p><p>　　4.7與PC

94、機通訊接口的設(shè)計</p><p>　　計算機的串行口通常采用一個25針或9針的D型連接器，在本設(shè)計中選用了9針的D型連接器，要進行通常的串行通信，只需其中的三根線就可以了，就是2(RXD),3(TXD),5(GND)三根線，分別是數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)輸出，地線。</p><p>　　由于單片機提供的電平是TTL的，而計算機提供的是RS232電平，要實現(xiàn)單片機與計算機的通信，必須對它們的電平進行轉(zhuǎn)

95、換，可用MAX232芯片來實現(xiàn).</p><p><b>　　圖4-6 串行通訊</b></p><p><b>　　第五章 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　5.1軟件總體設(shè)計</b></p><p>　　5.1.1軟件設(shè)計總體框圖</p><

96、p>　　軟件設(shè)計采用C51編程，運用模塊化程序設(shè)計思想，對不同功能的程序進行分別編程，這樣不但使得整個軟件的層次和結(jié)構(gòu)比較清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。</p><p>　　軟件設(shè)計的思路是：首先進行系統(tǒng)初始化，然后輸入有關(guān)參數(shù)，接著發(fā)射脈沖串，以及計算油的深度、體積等數(shù)據(jù)，最后判斷是否有鍵按下，根據(jù)所按一下的鍵，單片機將調(diào)用不同的功能模塊完成不同功能，比如：打印、通訊等。其結(jié)構(gòu)框圖如</p>

97、;<p><b>　　圖5-1所示</b></p><p>　　圖5-1 軟件設(shè)計總體框圖</p><p>　　5.1.2軟件程序中各部分模塊介紹</p><p>　　軟件部分共分兩大模塊，一是超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊，二是功能模塊。按照油量測量儀的需要，超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊的主要任務(wù)是用單片機產(chǎn)生40kHz的脈沖串，以驅(qū)

98、動超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時采用計數(shù)器計時;當超聲波接收器接收到回波信號時停止計時，由此得出超聲波的傳輸時間T,再利用公式S=UT/2(其中U為聲速)，可求出待測距離S，由此算出油的深度和體積，并及時地顯示出來。</p><p>　　功能模塊的主要任務(wù)是完成一些參數(shù)的預置，以及根據(jù)用戶的需要計算出各種所需的數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示或通過微型打印機打印出來，而且能與PC機進行通訊以保存這些數(shù)。</p>

99、<p>　　5.2超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊</p><p>　　超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊的流程圖如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 驅(qū)動模塊程序流程圖</p><p>　　5.2.1超聲波發(fā)射程序</p><p>　　由第四章硬件設(shè)計部分的介紹可知，T/R40-16型超聲波換能器在輸入脈沖為 </p>&

100、lt;p>　　40KHZ左右時，各種性能都能達到最佳，所以要求單片機發(fā)射出頻率為40KHz左右的脈沖序列。</p><p>　　為了節(jié)約硬件成本，本油量測量儀采用AT89C52的內(nèi)部定時器T0作為發(fā)射脈沖的定時器。根據(jù)頻率與周期的關(guān)系，很容易計算出其周期為25 u s，由于采用的晶振為12MHz，即每執(zhí)行一條指令需用時1us，所以定時器T0的定時時間只能取12us(換算成定時常數(shù)為0F4)，也就是說每隔12

101、us的時間就讓輸出信號翻轉(zhuǎn)一次，這樣輸出信號就變成了頻率將近為40KHz的脈沖序列。因為定時時間短，所以T0可采用常數(shù)自動重新裝入的方式2進行工作，這樣能減少T0中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時間。脈沖序列是通過P1.0管腳輸出經(jīng)超聲波發(fā)射電路驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波。當然根據(jù)設(shè)計的要求管腳發(fā)出的應(yīng)該是脈沖串(每20個脈沖為一串)，以滿足測量的要求。脈沖串發(fā)送完畢后，首先調(diào)用一段延時程序，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

102、后允許外部中斷0中斷，同時將P3.2管腳置成低電平，等待回波的到來[14]。 </p><p>　　5.2.2外部中斷0的中斷服務(wù)程序</p><p>　　在啟動T0發(fā)射脈沖的同時，AT89C52的內(nèi)部計數(shù)器T1開始計數(shù)。T1的作用就是測量從超聲波發(fā)射至接收到回波的時間。外部中斷0的中斷源INT0接超聲波接收電路的輸出—D觸發(fā)器的Q端。當接收電路接收到反射的回波后，產(chǎn)生外部中斷信號，引起A

103、T89C52的外部中斷0中斷，進入外部中斷處理子程序。</p><p>　　外部中斷0處理子程序的主要作用是：①產(chǎn)生中斷后立即關(guān)閉計數(shù)器T1，并讀出超聲波的傳輸時間；②利用傳輸時間和聲速計算出油的深度和體積；③若已經(jīng)計算了五次，則取平均值存入指定單元并送去顯示。</p><p>　　工作過程是：首先讓T1停止計時，將P3.2管腳置成高電平，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

104、定時器初值的變化得到超聲波的傳輸時間T，再調(diào)用計算子程序求出油量的深度和體積，并將計算結(jié)果暫存到指定單元。最后恢復T0定時，T1重新計數(shù)，跳出外部中斷處理子程序，等待下次外部中斷。為了減小誤差，使測量更加準確，每測出5個數(shù)據(jù)后取一次算術(shù)平均，再存儲并送去顯示。</p><p><b>　　5.3功能模塊</b></p><p>　　該檢測計為了方便用戶的使用，提供了鍵

105、盤輸入、顯示、和與上位機通訊等功</p><p>　　能。功能模塊的流程圖如圖5-3所示。</p><p>　　因為參數(shù)的輸入、數(shù)據(jù)的顯示和打印以及與上位機通訊等功能都要通過鍵盤來控制，所以，以功能鍵子程序為主體，通過功能鍵子程序來調(diào)用其它功能模塊。</p><p>　　圖5-3 功能鍵子程序流程圖</p><p>　　5.3.1鍵盤與顯示子

106、程序</p><p>　　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)時應(yīng)工作在“右入口”方式，此時鍵盤/顯示方式命令字數(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，此時鍵盤/顯示方式命令字是01 H。CPU對8279的監(jiān)視采用中斷方式。</p><p>　　油量測量儀設(shè)置3號鍵除表示數(shù)值3外，還用于油量的深度和體積顯示的切換鍵。在啟動后默認顯示

107、油量深度，當用戶需要了解油量的體積時，可按3號鍵來顯示體積，如果需要恢復油量深度的顯示，只需再按一次3號鍵。為了實現(xiàn)這種切換，在軟件設(shè)計中需要設(shè)置一個標志位，設(shè)22H為該標志位，當22H=0時，顯示油量深度,當22H=1時，顯示油量體積。</p><p>　　圖5-4 數(shù)據(jù)顯示模塊流程</p><p>　　5.3.2通訊子程序</p><p>　　通訊子程序的流

108、程圖如圖5-5所示。</p><p>　　圖5-5 通訊子程序流程圖</p><p>　　為了便于數(shù)據(jù)的存儲和對油量的管理，需要超聲波油量測量儀與PC機進行通訊，將有關(guān)數(shù)據(jù)存入PC機中，操作人員可以通過這些數(shù)據(jù)清楚地了解當前的油量情況，以及最近一段時間的進、出油情況。</p><p>　　目前本設(shè)計設(shè)定的是在超聲波油量測量儀測完油量以后再進行通訊，這樣就可以用定時

109、器T1來產(chǎn)生通訊時所需的波特率了。</p><p>　　本設(shè)計設(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，由波特率的計算公式：</p><p>　　可求出定時器1的初值為X＝230=E6H。</p><p>　　本設(shè)計將串行口的工作方式定義為方式1，這時它是一個8位的異步串行通訊口，TXD為數(shù)據(jù)輸出線，RXD為數(shù)據(jù)輸入線。由于此時單片