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1、基于485总线的超声波的液位测量与控制系统一、 设计任务和性能指标 设计任务1、从机能够在现场对油罐或水罐的液位高度和现场的温度进行采集，能够基于液位的情况对油泵或水泵进行控制，能够把现场采集到的信息和设备的状态信息传送给上位机（485总线）。2、对上位机，要求能够动态显示不同485节点的液位、温度及泵的工作状态。能够方便的通过人机界面对通讯参数进行设置。3、基于上述要求，用protel完成硬件系统设计（主要是485节点的硬件部分，要考虑电磁兼容和抗干扰设计等内容）。4、软件系统设计，要求学院能够熟练应用VB(或VC)、汇编、C语言等工具编写应用程序（从机数据采集、通讯、上位机人机界面设计、通
2、讯程序）。性能指标液位显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）；在上位机上动态显示。环境温度：用四位数码管进行显示温度，单位是mm。测距范围：20mm到 4000mm之间。键盘功能定义：1.当enter键按下之后，锁定led，使显示的数字固定，便于计数。cancel键按下之后，取消led锁定。2.按下up键，屏幕显示当前温度，按下cancel键后，恢复显示位移单片机接口： 5 P3.3为触发信号的输出TRIG， P3.2外部方式0,接回响信号ECHO, P3.4为RS-485的控制信号， P0.6接18b20的端口， P0.4为设备1的接口， P0.5为设备2的接口。6 通信标准：转换部
3、件把上位机的RS232转换成RS485，然后单片机接收到485电平之后，通过MAX485把485电平转换成TTL电平，从而实现了上位机和单片机的通信二、 设计方案按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、电源模块、显示模块、键扫描模块、超声波发射模块，超声波接收模块，温度补偿模块共七个模块组成。主控芯片使用51系列STC89C52单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。本设计在接受模块采用了由索尼公司生产的CX2016A红外接收芯片来实现超声波的接收。本大作业用的是HC-SR04超声波传感器，可提供20mm4000mm的非接触式距离感测功
4、能，测距精度可达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。工作电压为DC 5v，测量角度为15度，输入触发信号为10us的TTL脉冲，输出TTL电平信号，与射程成比例。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。同时通过改变部分参数来改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力，所以我们采用该芯片作为接收模块主要组成部分。HC-SR04超声波模块测距采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回，则通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速）/2；系统设计
5、框图如图2-1超声波接收模块超声波发射模块单片机控制系统（STC89C52）显示模块键盘模块温度补偿模块（DS18B20）图2-1系统设计框图 三、系统硬件设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、温度补偿电路，超声波发射电路和超声波检测接收电路四部分。单片机采用STC89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS273驱动。3.1 单片机最小系统5l系列单片机中典型芯片(STC89S
6、52)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU， ROM、 RAM、定时计数器TO和T1，4个8 位的全双工IO端 P0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(EPROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机所组成的最小系统如图3-1所示。图3-1单片机最小系统原理图3.2 超声波发射电路超声波发射电路原理图如图2-2所示。单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号.HC-SR04超声波模块测距采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号，模
7、块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回，则通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速）/2。P1.0连接TRIG引脚，发送驱动信号，INT0连接ECHO引脚接收回响信号。VCC接+5V引脚，GND接地。 图3-2 超声波发射电路原理图 3.3 超声波检测超声波通过ECHO接收超声波发生器产生的超声波的回响信号，然后接收引脚产生一段时间的高电平，然后这就是超声波从发送到接收到的时间。如果测出这段时间的长度，就可以求出具体的距离是多少。图3-3 超声波接收电路原理图 3.4 温度补偿电路温度传感器使用了D
8、Sl8B20数字温度计提供可选择的12位(二进制)温度读数来指示周围环境的温度信息。经过单线接口DQ与单片机进行数据交互。从主机CPU到DSl8B20仅需一条数据接线(和地线)。DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要接外部电源。由于每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上实现多点温度测量。温度传感器DSl8B20的测温范围从-55摄 氏度到+125摄氏度增量值为度可在l s(典型值)内把温度变换成数字量，因此采用DS18B20实现温度补偿电路的设计。图3-4 温度补偿电路原理图 3.5 显示电路 显示电路主要由74ls273
9、芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示，硬件电路图如图3-5所示：图3-5 显示电路原理图 四. 系统软件设计4.1 主程序设计主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序，键盘扫描程序，测距程序，校正偏差程序：在主程序设计中，我们采用了汇编编程。首先进行系统初始化。然后键盘扫描，判断那个键按下，然后执行相应的操作。第三，执行测距程序，测得当前的距离对应的时间，然后通过时间*速度=位移，求出相应的距离，然后放在显示缓冲区（数码管）显示。第四，复位18b20，然后经过一系列过程测得当前的温度。第五，因为超声波在空气中的传播速度跟温度有关，所以根据第四步得到的温度进
10、行温度校正。最后，运行显示程序，显示得到的距离。;*主程序*MAIN:MOV SP,#70HCLR P3.2 ;与超声波传感器有关的接口MOV A,#00HMOV BUFGAO,A MOV BUF0,#00H ;最后温度 MOV BUF1,A MOV BUF2,A MOV BUF3,A CLR FLAG_SERIAL CLR FLAG03 CLR FLAG07 CLR FLAG11 CLR FLAG13 CLR FLAG14 CLR FLAG15 MOV KEY_NUM,#00H CLR FLAG3 ;正or负标志位 CLR FLAG1 ;初始化标志 SETB EA ;开总中断 SETB ET
11、0 ;T0 MOV TMOD,#21H ;T0方式1，T1方式2 MOV TL1,#0FDH ;设置T1的波特率 MOV TH1,#0FDH SETB TR1 MOV SCON,#50H ;方式1，REN=1允许接受; MOV SCON,#0F0H SETB ES CLR P3.4 ;控制RS_485的控制引脚，使RS-485处于接收状态 MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H MOV TEMP,#2LOOP:LCALL KEY_SCAN;*以下为标志位定义*;判断各标志位是否为1，然后执行相应的动作 JNB FLAG_SERIAL,C0 ; 串行中断标志位如果为1，则把当前求出的
12、位移，一定时间内往上位机发送一次。C0: JNB FLAG14,C1 ;cancel键 CLR FLAG03 CLR FLAG07 CLR FLAG11 CLR FLAG13 CLR FLAG14 CLR FLAG15C1: JNB FLAG03,C2 ;up键 LJMP DDDDC2: JNB FLAG07,C3 ;down键 C3: JNB FLAG11,C4 ;setup键C4: JNB FLAG13,C5 ;偏移量为十三的，键按下，动作，小数点C5: JNB FLAG15,C6 ;enter键 LJMP BBBBC6: LCALL DISPLAY DJNZ TEMP,LOOP LCAL
13、L MEASURE ;测得时间 LCALL CHULI ;时间*速度=位移 LCALL JIAOZHENG ;校正偏差 LCALL BTOD ;把二进制转换成十进制，然后放在显示区显示; LCALL DISPLAY LCALL DISPLAYDDDD:LCALL INITIAL ;复位程序 JB FLAG1,AAAA ;复位成功跳转 RETAAAA: LCALL TEMPERATURE ;复位成功跳转 JNB FLAG03,CCCC ;显示温度 MOV A,BUF0 ;取出温度 MOV B,#100 DIV AB MOV BUF1,A ;BUF1是第四位置上的led，最右边的 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV BUF2,A ;BUF2是第三位置上的led，倒数第二位 MOV BUF3,B ;BUF3是第二位置上的led，第二位 CCCC:LCALL DISPLAY LCALL GET_CURRENT_V BBBB:LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY MOV TEMP,#0;100
