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1、本科生毕业设计（论文）题目：利用超声波传感器测量液位高度The Design of Using Ultrasonic Sensor Measure TheLiquid Level Altitude院系名称：学生姓名：学生学号：专 业：指导老师：完成时间：本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规 定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开 过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材 料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并 表示谢意。本毕业设计（论文
2、）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导 教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。特此声明。声明人（毕业设计（论文）作者）学号：声明人（毕业设计（论文）作者）签名：签名日期：年月摘要随着现代科学技术的发展，人们逐渐了解到，超声波的穿透力很强不易损坏 物体，而且它在两万赫兹以上，不会影响到人们的正常工作，并且他的传播速度 快。由于超声波具有这样大的优点，所以人们对超声波的利用率越来也高。从大 到工业体系的探伤，小到测距和金属表面清尘，超声波几乎无处不在的伴随我们 的生活。本设计是以 AT89S52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声 波测距仪。整个电路采用模块化设计，由单片机控制
3、模块，超声波发射模块，超 声波接收模块和数据显示模块组成。软件部分由主程序、预置子程序、发射子程 序、接收子程序、显示子程序组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现 超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和 软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。关键词：AT89S52；超声波；测距AbstractWith the development of modern science and technology, people gradually understanding that the ultrasonic wave penetrating
4、power is very strong .The ultrasonic wave is not easy to damage the object,morover it above 20KHZ and affect peoples nomal work. So the using of Ultrasonic wave is more and more frequent. From the large scale flaw detection of the industrial system to the measuring distance and clearing of the metal
5、 surface , the ultrasonic wave is useful in our every daily life .The ultrasonic distance measurer design with digital display functional module used AT89C52 MCU as the core component,of which carries the characteristics with low-cost,high-precision and microminiaturization.The whole circuit used mo
6、dular design,it includes the MCU control module,ultrasonic transmit module,ultrasonic receive module and the Data display module.In the software design part,it contains the main program,the presets subroutine,the launch subroutine,the receiving subroutine and the display subroutine.Through the compr
7、ehensive analysis processing of the AT89C51 MCU, The signal of each detector can realizing the functions of ultrasonic measure.Based on these,designed the overall scheme of the system.On the finally,through the hardware and software realize the whole modules.And the relevant parts have the hardware
8、circuit diagrams and program flow charts on the appendix.Key words:AT89S52； Silent Wave；Measure Distance目录摘 要 IABSTRACT II1 引言 12 课题设计的任务和要求 13 课程的方案设计与论证 23.1 系统整体方案的设计 23.1.1 设计方案一 23.1.2 设计方案二 33.1.3 方案比较以及论证 53.2 系统整体方案的论证 54 系统的硬件结构设计 64.1 各芯片功能特点简介 74.1.1 52 系列单片机的功能特点 74.1.2 CX20106 简介及其调试 84
9、.1.3 74ls573 管脚及功能特点 94.2 测距原理及框图 104.2.1 超声波测距的原理 104.2.2 超声波测距仪原理框图 104.3 超声波发射电路 114.4 超声波检测接收电路 114.5 数据显示部分电路 124.6 超声波测距系统的硬件电路设计 135 系统的软件编程设计 145.1 超声波测距仪的算法设计 145.2 主程序流程图 145.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 165.4 系统的软硬件调试 176 结束语 18参考文献 19附录一：超声波测距电路原理图 20附录二：程序清单 211 引言在科学技术日新月异发展的今天，许多场合开始引进电子设备做为辅
10、助检 测，针对诸多行业储液罐液位测量的特点和技术要求，设计一种基于超声波传感 器的液位高度测量系统。超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的 速度传播，由于超声波具有定向性好，能量集中，在传输过程中衰减小，反射能 力较强等特点，超声波传感器可广泛应用于非接触式检测法，不受光线，被测物 颜色等的影响，它不仅能够定点和连续测液位，而且能方便地提供遥测或遥控所 需的信号。与其他侧位技术相比较，它不需要特别防护，安装维修较方便，而且 结构方法都较简单，价格低廉。在超声波液位测量技术中，应用最广泛是超声波 脉冲回波方法，由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感 器，测出超声波脉冲
11、从发射到接受所需的时间，根据媒介中的声速，就能得到从 传感器到液面之间的距离，从而确定液位高度。2 课题设计的任务和要求设计一个超声波测距仪，任务：(1) .了解超声波测距原理。(2) .根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。 设计一个超声波测距仪，要求：(1).设计出超声波测距仪的硬件结构电路。(2).对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从 而实现利用超声波方法测量物体间的距离，并且，测距范围在 20cm-2m 之间，测 量精度控制在3mm以内。(3) .对设计的电路进行分析。(4) .以数字的形式显示测量距离。3 课程的方案设计与论证3.1 系统整体方
12、案的设计由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声 波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简 单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机 械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液 哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因 而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据 设计要求并综合各方面因素，本文采用 AT89S52 单片机作为控制器，用动态扫描 法实现LED数字显示，超声波
13、驱动信号用单片机的定时器。3.1.1 设计方案一（发射部分）通过 NE555 振荡器设计出振荡电路，产生 40KH 的脉冲在通过CD4069的驱动作用于超声波发射探头上（如图3-1）。（接收部分）将超声波探头接收到的正弦40KH超声波信号（其VPP为50mV）图 3-1 555 超声波发射电路原理图（发射部分）通过单片机发射 40KH 的脉冲，在经过 4069非门，在经过 4011 与非门的驱动作用于超声波发射探头上（如图 3-3）、（如图 3-4）2。（接收部分）将超声波接受探头接收到的信号通过 CX20106 整形和滤波以后 再 CX20106 的 7 脚输出一个 40KH 的脉冲，在单片
14、机的 P3.2 处产生一个下降沿（如 图 3-5 ）。VCCXTALIXTAL1RST 品rVFP 佃EjJ .JiLEV5S内TS9Pi QXD P3 IOXD FM l- TiTuP3 3-TTIP3 “HiP3 S-TI Ft ti- WR 円?.-P:DF1J I 畑IFl诃 DIFl网 3F1JFil SD5 F1J .!Cli F-li 虽 Bpi u-nPl IT1E7 PI 2 PI 3 PI 4 PI S PI d PI 7K OEP2 I 活 9 H 诃 I ti H MI I H 4M12 叱&虽12H时I 4 K 7 IS图 3-3 超声波发射电路原理图 13.1.3
15、方案比较以及论证通过方案一和方案二的比较我们可以发现，在方案一中的发射电路中，我们 可以用 NE555 振荡产生 40KH 的方波信号，它是基于硬件的基础上，便于我们可 以通过示波器观察到 40KH 的方波，具有直观且易于观察的特点，有利于电路的 检测。在方案二中，我们可以通过单片机产生40KH的脉冲信号，在通过CD4069（或者74LS04）驱动，将40KH的脉冲信号发射出去，由于是软件控制，准确度 比较高。经过比较我们发现，在发射电路中方案一的设计是比较经济实惠而且比 较方便，但方案二中的软件设计使发射超声波时间比较容易控制，而且超声波的 频率准确度比较高，本设计要求测量精度在 3mm 以内，所以我们选择方案二来产 生超声波。在接收电路中我们发现,在方案一中我们通过LM324三级放大,再通过LM567 检波电路，此电路调试比较复杂，在做三级放大时，放大倍数不容易控制，在输 出波形上会发生小幅度的偏移。在方案二中我们通过采用CX20106可以将信号进 行放大和整形处理，在CX20106的5脚和7脚串联一个200K的电阻可以将频率 稳定在 40KH。因此在本次设计中，我们选用
