毕业设计(论文)-单片机应用系统设计-超声波料位计.doc
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1、 毕业设计(论文)报告纸单片机应用系统设计超声波料位计专 业:自 动 化学生姓名: 学 号:201051222指导教师: 西安建筑科技大学毕业论文(设计)开题报告院 (系) 信 控 学 院 专业班级 自动化0102班 课题名称:超声波料位计 学生姓名:李 凯 学号:201051222指导教师: 何 波 毕业论文(设计)起止时间:2005年03 月28 日06 月25 日(共13周)2005年 04月 15日1文献综述(含主要参考文献)第一部分:我们对超声波的了解通常把振动频率20kHz以上的机械波称为超声波,超声波穿透性较强,具有一定的方向性,传输过程中衰减较小,反射能力较强。它的用途广泛,可
2、用于探伤、测距、测厚和自动控制等。第二部分:超声波的基本原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差tr,然后求出距离SCt2,式中的C为超声波波速。在测距时由于温度变化,可通过温度传感器自动探测环境温度、确定计算距离时的波速C,较精确地得出该环境下超声波经过的路程,提高了测量精确度。第三部分:软硬件的设计和实现我们会以实验室的要求,而并不是工地的要求来设计硬件。这样可以大大简化电路图的复杂程度,节省时间和精力来完成对软件的设计。但是在软件设计之前,必须把硬件原理搞懂,这是是否能完成软件编写的关键。软件的编写我们采用汇编语言和C语言相
3、结合的方法。第四部分:调试 用51系列单片机系统仿真工具(或实验装置)对系统进行模拟调试。主要参考文献:1单片机原理及应用 李建忠编著 西安电子科技大学出版社 2002年2月2单片微机测控系统设计大全 王福瑞编著 北京航空航天大学出版社 1998月12月3传感器技术及其应用 丁镇生编著 电子工业出版社 1998年4中国集成电路大全 中国集成电路大全编委会编 国防工业出版社 1985年 5机器人超声测距数据的采集与处理 杭州浙江大学电气工程学院纪良文 蒋静坪6超声波测距仪的设计 成都理工大学电子信息工程系 路锦正 王建勤 杨绍国 赵珂 赵太飞7泊车用超声波测距仪的研制 北方交通大学电气电力工程学
4、院 邱瑞昌8用AT89C2051设计超声波测距仪 天津理工学院光电信息与电子工程系 姜道连 宁延一 袁世良9传感器技术及应用 北京航空航天大学出版社 何希才 2005年4月10单片机的C语言应用程序设计(修订版) 北京航空航天大学出版社 马忠梅、籍顺心、张凯、马岩 2001年2月2任务书提出的要求及实现预期目标的可行性分析1设计超声波料位计系统接口电路和外围电路,画出硬件线路图。2根据51系列单片机指令系统编制相应的程序。3用51系列单片机系统仿真工具(或实验装置)对系统进行模拟调试。3需要重点研究的内容和关键问题及解决的思路研究内容:1了解常用的超声波料位计工作原理;2. 熟悉常用的接口芯片
5、工作原理及单片机接口设计方法;3用51系列单片机完成超声波料位计的软件及硬件设计。问题:1设计超声波料位计系统接口电路和外围电路。 2软件的编程。3用51系列单片机系统仿真工具(或实验装置)对系统进行模拟调试。思路: 采用AT89C51单片机作为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成.所须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、调研、计算机辅助设计条件等)及解决的办法参考书:单片机原理及应用 李建忠编著 西安电子科技大学出版社 2002年2月硬件:AT89C51单片机和其他电阻电容三极管等电力电子元件软件:单片机汇编语言,单片机C语言等5工作方案及进
6、度计划进度计划:1 安排设计内容,拟定设计题目 1周2 查找相关书籍和资料 24周3 明确设计任务,选择设计方案 5周4 系统硬件设计 68周5 系统软件设计与调试 913周6 撰写毕业论文 1415周7 毕业设计答辩 16周6指导教师审阅意见指导教师(签字): 年 月 日7、开题报告答辩会意见(含指导教师至少三人参加)参加人(签字): 年 月 日说明:1.本报告须由承担毕业论文(设计)任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”、正式开始做毕业论文(设计)的第2周或第3周末之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。2.每个毕业论文(设计)课题撰写本报告一份,作为指导教师审查学生能否承担该毕业设计(论
7、文)课题任务的依据,并接受学校的抽查。摘 要本论文详细介绍了我们设计超声波料位计的结构和功能,并从课题背景、系统组成、工作原理、软硬件设计、系统调试等方面加以论述。论文首先从超声波的产生和特性入手对超声波料位计和超声波测距技术进行了阐述,并得出了本论文的主要研究内容和研究的可行性分析。然后通过对超声波测距原理的理解和最近几年来超声波发射和接收电路的认识重点进行了51系列单片机的功能介绍和软硬件方面的设计,对电路图和流程图做出了详细的介绍和分析,还提出了一些关于系统调试方面的建议。最后在结论中对整个设计过程进行分析和总结,得出了一些成果,但发现了诸多设计上的问题,我会在以后的时间里将它解决。 关
8、键词:超声波,单片机,测距技术AbstractThis dissertation was detailedly introduced us and is designed the ultra-audible sound and anticipates composition and the meritorous service capacity calculateed ,Moreover through the task backdrop 、System is makeed up 、Work rule 、Software and hardware design 、The respects su
9、ch as system debug and so on are expounded 。Dissertation coming into being first of all through the ultra-audible sound with the property is begined with to anticipate the ultra-audible sound to calculate to elaborate with the ultrasonic ranging technique ,Moreover obtain the feasible quality analys
10、is with researcies of main research substance of native dissertation 。Afterwards knowledge by means of the ultra-audible sound of understanding to the ultrasonic ranging rule with nearer year fireing and the receiving electric circuit has stressly been carried on The function introductions of 51 ser
11、ial Single-Chip Microcomputers and the software and hardware respect design ,Detailed introduction and analysis were make to circuit diagram and flow diagram ,Still propose some proposals on the system debug respect 。Finally being living in the conclusion analyses and sums up to the entire design pr
12、ocess ,Obtain some fruit ,Yet discover the problem on much designs ,After I be able to be living time in by it resolves 。Keyword :Ultra-audible sound ,Single-Chip Microcomputer ,ranging technique目 录1 绪论.111 引言.112 单片机简介.113 超声波产生和特性.2131 超声波的定义.2132 声波的波型.2133 超声波的产生和特性.314 超声波测距技术的发展现状及应用.4141 超声波测
13、距的优势.4142 超声波测距的应用.5143 超声波测距的发展现状.615 本论文的主要研究内容及可行性分析.72 超声波测距原理.821 超声波测距传感器.8211 超声波测距传感器的工作原理.8212 超声波测距传感器的分类和选择.8213 超声波测距传感器的探测方式.12214 超声波传感器频率的选择.1322 超声波测距原理.13221 常见的测距法.13222 超声波测距基本原理.1323 几种常见的40kHZ超声波发射和接收电路.143 单片机基本单元结构与操作原理.2131 定时器/计数器的基本结构与操作方式.21311 定时器/计数器的基本组成.21312 定时器/计数器的S
14、FR.21313 定时器/计数器的工作方式.2332 中断系统的基本原理与操作方式.25321 中断系统的基本组成.25322 中断系统中的SFR.26323 中断系统的自主操作过程.274 超声波测距仪的软硬件设计.2941 超声波测距仪的硬件系统设计.29411 超声波发射电路.29412 超声波接收电路.31413 单片机系统及显示电路.3342 超声波测距仪的软件设计.35421 主程序.35422 超声波发射子程序.36423 超声波接收中断程序.37424 延时子程序.37425 显示子程序.38426 距离计算子程序.38427 调试及性能分析.3943 结论.40总结.41致谢
15、.41参考文献.42附录一 集成电路CX20106A引脚功能与维修数据.43附录二 元件清单.43附录三 超声波测距仪控制源程序.451 绪论11 引言超声波技术的声学特性早已为人们所认识。但是,把超声波技术运用到工业测量中,则是近一、二十年来,随着我国选煤自动化的不断提高,选煤厂对于各类参数有了更高的要求,尤其是仓位的准确性,要求更加严格。我们知道煤仓中的结构是相当复杂的再加上传统的粉仓加料方式又各种各样,诸如:皮带给料机、刮板机、斗式提升机等。被测介质也各不相同,比重,颗粒度等给测量带来很大困难,超声波料位计在固体颗粒和块状物料的测量中已经被普遍采用,并且得到一定的认可。超声波物位计是利用
16、声波传播的物理特性,对液体或者颗粒状固体的料位/料空进行非接触连续测量和控制。采用单片机处理技术对物位进行精确计算,并由一体化温度变送器检测环境温度。该仪表应用范围广,可测量液体介质、固体介质、各种不同渠道的流量等,不受介质密度、导电性、介电常数等的影响,牢固耐用,测量数据较为准确。采用超声波式料位计连续检测原料库、生料库、熟料库和水泥库等大型圆库的料位,将料位信号输入计算机系统,为生产控制及生产管理提供准确的库存数据。料位计在液面测量和容积较小的煤仓使用中数值比较精确,容积较大的煤仓的测量可选择多个点进行测量通过计算可得出比较准确的数值。12 单片机简介随着计算机技术的发展,单片机技术已成为
17、计算机技术中的一个独特的分支,单片机的应用领域特越来越广泛,特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。单片机属于计算机的一个种类。从应用领域来看,单片机主要用于控制,所以也称它为微控制器(Microcontroller)。从单片机呈现给用户的供应状态来看,单片机产品仅是一块集成电路芯片,即它的所有功能部件都是集成在一块芯片上,所以称之为单片机(Single-Chip Microcomputer)。图1.1 51系列单片机封装图13 超声波产生和特性131 超声波的定义通常把振动频率20kHz以上的机械波称为超声波,超声波是人耳听不见的一种机械波,它波长较短,穿透性较强,绕射小,具
18、有一定的方向性,能够成为射线而定向传播。传输过程中衰减较小,反射能力较强。它的用途广泛,可用于探伤、测距、测厚和自动控制等。它的频率越高,就越与光波的某些特性(如反射、折射等)相似。132 声波的波型由声源在介质中施力方向与声波传播方向的不同,声波的波型也不同,通常有下列几种:(1) 纵波。质点的振动方向与波的传播方向一致的波。它能在固体、液体和气体中传播。(2) 横波。质点振动方向垂直于传播方向的波。它只能在固体中传播。(3) 表面波。质点的振动介于纵波与横波之间,沿表面传播,振幅随深度增加而迅速衰减的波。图1.2 声波的频率界限图由以上分类可以看出,只有纵波可以在气体中传播。因此,目前在空
19、气中的超声波测量系统大多依靠纵波实现。声波的频率界限如图1.2所示。从低频到高频依次为次声波、声波、超声波和特超声波,而实际测量用的超声波主要集中在频率2x104-2x106 Hz的范围内。其中,靠近低频段主要用于空气和液体介质中的测量系统,中频和高频段主要用于固体介质的测量。这主要是由于介质对声波能量的吸收随声波频率的升高而增加,频率越高,声波在介质中衰减就越快。而在固体介质中,测量的量程比较短(例如超声波探伤,测工件厚度等),在液体和气体中,测量的量程比较长(例如空气中的超声波测距,海洋中测深度等),因此,气体和液体中测量所选择的声波频率就要比固体介质中低。133 超声波的产生和特性超声波
20、发生器分为机械型和机电型两大类,现在用的超声波传感器大多数是机电型的.机电型超声波发生器利用三种物理现象:磁致伸缩、压电效应、电致伸缩。磁致伸缩是指在磁场的作用下,某些物质(如:铁、钻、镍及其合金)能改变自己的形状和大小的现象;压电效应是指有些结构上不对称的晶体(如石英、电石等)在受到外界压力时,晶体的两个表面分别出现正负电荷的现象;反过来,当压电晶体的两个表面受到电场作用时,它将沿一个方向膨胀,而沿另一个方向收缩,既电致伸缩现象.超声波和其它波动一样,可以在固体、液体和气体中传播,并且和声波具有相同的速度,在两种媒质的交界面上,可以发生反射和折射;两列超声波相遇时,可以生干涉现象。除此之外,
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- 毕业设计 论文 单片机 应用 系统 设计 超声波 料位计
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