傳感器課程設計--自動抽水測控系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1引言2</b></p><p><b>　　2硬件部分：2</b></p><p>　　(1.)芯片選擇2</p><p>　　(2)主要功能特性……………………………………………………………3&l

2、t;/p><p>　　(3)時鐘電路………………………………………………………..3</p><p>　　(4)復位電路………………………………………………………………3.</p><p>　　(5)管腳說明…………………………………………………………………4.2．傳感器模塊</p><p><b>　　1、產(chǎn)品特點5</

3、b></p><p><b>　　2.實物圖5</b></p><p><b>　　3．時序圖6</b></p><p>　　超聲波測距原理………………………………………………….6</p><p>　　3單片機最小系統(tǒng)10</p><p>　　4電機驅動模塊（用

4、于控制水泵電機啟動）11</p><p><b>　　3軟件部分：12</b></p><p><b>　　4個人總結15</b></p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………15</p><p><b>　　1引言</b></p&

5、gt;<p>　　水塔作為儲水設施，廣泛應用于農(nóng)村家庭、工廠、城市以及市區(qū)高層樓房的儲水及增壓，許多單位還在使用水池水塔供水方式，即用水泵從地面水池向水塔或高位水箱抽水，然后再向用戶供水。本設計利用單片機為核心部件設計水池水塔自動抽水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有電路簡單、性能穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用、狀態(tài)指示直觀的特點。</p><p><b>　　2硬件部分：</b></p>

6、<p><b>　　(1).芯片選擇</b></p><p><b>　　AT89C52</b></p><p>　　89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結合了CMOS的高速和高密度技術及CMOS的低功

7、耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電

8、模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。</p><p><b>　　(2)主要功能特性</b></p><p><b>　　(3)時鐘電路</b></p><

9、;p>　　計算機工作時，是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍的進行的，這個脈沖</p><p>　　是由單片機控制器中的時序電路發(fā)出的。單片機的時序就是CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。為了保證各部件間的同步工作。單片機內(nèi)部電路就在惟一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。要給單片機提供時序要有相關的硬件電路，即振蕩器和時鐘電路。因此選擇了內(nèi)部時鐘方式。利用蕊片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTA

10、L兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，外接晶振時，C1和C2值通常選擇為30PF左右。C1，C2對頻率有微調(diào)作用。晶體的頻率范圍可在1.2～12MHZ之間選擇。在實際連接中，為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定?？煽康毓ぷ?，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機蕊片靠近。</p><p><b>　　(4)復位電路</b></p>

11、<p>　　按鍵電平復位電路，相當于按復位鍵后復位端通過電阻與Vcc電源接通。復位是單片機的初始化操作。單片機在啟動運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路來實現(xiàn)</p><p><b>　　(5)管腳說明</b></p&g

12、t;<p>　　VCC：供電電壓。 GND：接地。 </p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p><p&

13、gt;　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被

14、內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個

15、帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為AT89C51的一些特殊功能口，管腳 備選功能 </p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><

16、p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） </p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7

17、/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 </p><p>　　在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振

18、蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩/P

19、SEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA / VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘

20、工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p><b>　　2．傳感器模塊</b></p><p><b>　　超聲波傳感器</b></p><p><b>　　1、產(chǎn)品特點：</b></p><p>　　H

21、C-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。</p><p><b>　　基本工作原理：</b></p><p>　　(1)采用IO 口TRIG 觸發(fā)測距，給最少10us 的高電平信呈。</p><p>　　(2)模塊自動發(fā)送8 個40khz 的方波，

22、自動檢測是否有信號返回；</p><p>　　(3)有信號返回，通過IO 口ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2;</p><p><b>　　2.實物圖：</b></p><p><b>　　3．時序圖</b></p>&

23、lt;p>　　以上時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=</p><p>　　高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms 以上，以防

24、止發(fā)射信號對回響信號的影響。</p><p><b>　　超聲波測距原理 </b></p><p>　　為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設計和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和

25、聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器</p><p>　　超聲波測距通常采用度越時間法,即利用s=vt/2計算被測物體的距離。式中s為收發(fā)頭與被測物體之間的距離, v為超聲波在介質中的傳播速度(v = 331. 41+T/273m/s),t為超聲波的往返時間間隔。工作原理為:發(fā)射頭發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達被測物體時被其表面反射返回,由接收頭接收,其往返時間為t,

26、由s算出被測物體的距離。T為環(huán)境溫度,在量精度要求高的場合必須考慮此影響,但在一般情況下,可舍去此法,由軟件進行調(diào)整補償。</p><p>　　由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關，附表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，就可以求出距離。這就是超聲波測距原理。</

27、p><p><b>　　超聲波發(fā)射電路</b></p><p>　　發(fā)射電路由555 構成的多諧振蕩器和超聲波發(fā)射頭組成。</p><p>　　3.2.1多諧振蕩器</p><p>　　采用555 構成多諧振蕩器可以實現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)!并且電路設計簡單!占用面積小。 如圖3.2所示 ，由單片機AT89C52的P2.3口發(fā)

28、出同步脈沖信號!該同步脈沖啟動多諧振蕩器!使其輸出40KHZ的高頻電壓信號! 經(jīng)過整形直接加至超聲波換能器探頭! 根據(jù)逆壓電效應! 產(chǎn)生振動頻率為40KHZ的超聲波。</p><p>　　圖3.2 超聲波發(fā)射電路</p><p>　　接通電源后，電容C被充電，VC上升，當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJT T導通，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使VC下降

29、。當VC下降到1/3VCC時，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為</p><p>　　當C放電結束時，T截止，VCC將能過R1，R2向電容器充電，VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時間為</p><p>　　當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為</p><p>　　由于5

30、55內(nèi)部的比較器的靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓的溫度變化的影響很小。</p><p>　　圖3.3 555的工作波形圖</p><p>　　從555的工作波形圖，可看出占空比是固定不變的。為了調(diào)解的方便，我把R1和R2都換成了電位器，就形成了占空比可調(diào)的電位器。使的超聲波的發(fā)射電路更加具有高效性。也能滿足波盡可能的減小失真。從面達到測距更長的效果。</

31、p><p>　　3.2.2超聲波傳感器</p><p>　　從圖3.2超聲波的發(fā)射電路上看還有一個超聲波傳感器。它具有把電信號轉化為機械信號，同時又能把機械信號轉化為電信號的功能。在設計中選擇了壓電式超聲波發(fā)聲器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結構如圖3.4所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉變成

32、機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。當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，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。本文所采用的超聲波傳感器是T/R-40-16（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16表示其

33、外徑尺寸，以毫米計）</p><p>　　圖3.4 超聲波傳感器結構</p><p>　　3.3超聲波接收電路</p><p>　　超聲波接收電路包括由MC3403構成的三級回波放大電路以及LM358電壓比較整形電路兩部分,與超聲波接收傳感器T-40-16配合使用,實現(xiàn)超聲波的接收功能。</p><p>　　圖3.5 超聲波接收電路<

34、;/p><p><b>　　3單片機最小系統(tǒng)</b></p><p><b>　　電路原理圖：</b></p><p><b>　　PCB圖：</b></p><p>　　4電機驅動模塊（用于控制水泵電機啟動）</p><p><b>　　原理圖&

35、lt;/b></p><p><b>　　PCB圖</b></p><p><b>　　3軟件部分：</b></p><p><b>　　相關程序：</b></p><p>　　#include <reg52.h> //包括一個52標準內(nèi)核的頭文件&l

36、t;/p><p>　　#define uchar unsigned char //定義一下方便使用</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　　sbit Trig = P1^0; //產(chǎn)生脈沖引腳</p>

37、<p>　　sbit Echo = P3^2; //回波引腳</p><p>　　sbit in1 = P1^1;</p><p>　　sbit in2 = P1^2;//測試用引腳</p><p>　　uint distance[4]; //測距接收緩沖區(qū)</p><p>　　uchar temp,flag,outco

38、meH,outcomeL,i,c=5; //自定義寄存器</p><p>　　bit succeed_flag; //測量成功標志</p><p>　　//********函數(shù)聲明</p><p>　　void delay_20us();</p><p>　　void main(void) // 主程序</p><

39、p>　　{ uint distance_data;</p><p><b>　　in1=0;</b></p><p><b>　　in2=0; </b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p>　　Trig=0; //首先拉低

40、脈沖輸入引腳</p><p>　　TMOD=0x11; //定時器0，定時器1，16位工作方式</p><p>　　TR0=1; //啟動定時器0</p><p>　　IT0=0; //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷</p><p>　　ET0=1; //打開定時器0中斷</p>&l

41、t;p>　　EX0=0; //關閉外部中斷</p><p>　　EA=1; //打開總中斷0</p><p>　　while(1) //程序循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EA=0;</b></p&

42、gt;<p><b>　　Trig=1;</b></p><p>　　delay_20us();</p><p>　　Trig=0; //產(chǎn)生一個20us的脈沖，在Trig引腳 </p><p>　　while(Echo==0); //等待Echo回波引腳變高電平</p><p>　　su

43、cceed_flag=0; //清測量成功標志</p><p>　　EX0=1; //打開外部中斷</p><p>　　TH1=0; //定時器1清零</p><p>　　TL1=0; //定時器1清零</p><p>　　TF1=0; //</p><

44、;p>　　TR1=1; //啟動定時器1</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　while(TH1 < 30);//等待測量的結果，周期65.535毫秒（可用中斷實現(xiàn)） </p><p>　　TR1=0; //關閉定時器1</p><p>　

45、　EX0=0; //關閉外部中斷</p><p>　　if(succeed_flag==1)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　distance_data=outcomeH; //測量結果的高8位</p><p>　　distance_data<<

46、=8; //放入16位的高8位</p><p>　　distance_data=distance_data|outcomeL;//與低8位合并成為16位結果數(shù)據(jù)</p><p>　　distance_data*=12; //因為定時器默認為12分頻</p><p>　　distance_data/=58; //微秒的單位除以58等于厘米&l

47、t;/p><p>　　} if(succeed_flag==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　distance_data=0; //沒有回波則清零</p><p><

48、b>　　}</b></p><p>　　if(distance_data<c||distance_data==c) in1=0;</p><p>　　else in1=1; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

49、<p>　　//***************************************************************</p><p>　　//外部中斷0，用做判斷回波電平</p><p>　　INTO_() interrupt 0 // 外部中斷是0號</p><p><b>　　{ </b>&

50、lt;/p><p>　　outcomeH =TH1; //取出定時器的值</p><p>　　outcomeL =TL1; //取出定時器的值</p><p>　　succeed_flag=1; //至成功測量的標志</p><p>　　EX0=0; //關閉外部中斷</p><p>

51、<b>　　}</b></p><p>　　//****************************************************************</p><p>　　//定時器0中斷,用做顯示</p><p>　　timer0() interrupt 1 // 定時器0中斷是1號</p><

52、p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xfd; //寫入定時器0初始值</p><p>　　TL0=0x77; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay_20us()</p><p>　　{ uchar

53、 bt ;</p><p>　　for(bt=0;bt<100;bt++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4個人總結</b></p><p>　　經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的傳感器課程設計終于完成了，在沒有做此設計以前覺得傳感器設計只是對這門課所學知識的單純總結，

54、但是通過這次設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高，通過這次課程設計使我明白自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是個長期積累的過程，在以后的學習生活中都應該不斷地學習，努力提高自己知識和綜合素質。這次課程設計使我知道不管學會的還是學不會的的卻覺得困難比較多，真實萬事開頭難，不知道

55、如何入手。最后終于做完了有種如卸重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候是兩碼事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p>　　在此要感謝我的指導老師對我的悉心的指導，感謝同學們給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東

56、西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　單片機應用系統(tǒng)設計技術