《超声波测液位》word版

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1、课程设计报告华南农业大学理学院应用物理系设计题目：超声波测液位学院：理学院专业：电子信息科学与技术班级：2009级1、2班学号：200931120226200931120108200931120113姓名：余耿朝黄万昭李林生电子邮件:xin-3.3@163.com＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿450822742@qq.com＿＿＿＿时间：2012年1月4日成绩：指导教师：课程设计（报告）任务书学生姓名余耿朝黄万昭李林生指导教师王念萍职称讲师学生学号200931120226200931120108200931120113专

2、业电子信息科学与技术题目超声波测液位任务与要求系统说明：超声波液位传感器可对腐蚀性、毒性、高温液体液位的进行非接触检测，可制成便携式、智能化的仪器，使用方便，功能强大。系统功能要求：超声波发射、接收功能正常，可进行液面距离检测和显示（数码管或液晶显示不限）；单片机使用情况不限。提高要求：1.液位零点可调2.带有机械安装设计开始日期2012年1月3日完成日期2012年1月4日超声波测液位摘要:本系统以单片机STC89C52为核心，利用一对40kHz压电超声传感器设计一款体积较小、价格低廉、精度较高、实时LED显示

3、和报警的超声波测距仪。关键：超声波收发器，STC89C52单片机，测距仪1.引言：在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。超声波是指频率大于20kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。2.超声波测距原理：超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一

4、种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波

5、发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。　　超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。　　假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t/s，超声波传播速度为v/m·s-1表示，则有关系式(1)　　s=vt/2……

6、(1)　　在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。　　v=331.4+0.607T……(2)　　式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m/s。（本系统以声速为344m/s计算。）3系统的设计与理论分析3.1系统设计本系统由超声波发射、回波信号接收、显示和报警、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。系统原理框图，如图所示。超声波发射换能器发射电路STC89C52电源电路障碍物超声波接收换能器接收电路显示电路单片机外围电

7、路报警电路整个系统由单片机STC89C52控制，超声波传感器采用收发分体式，分别是一支超声波发射换能器TCT40-16T和一支超声波接收换能器TCT40-16R。超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。进行相关处理后，输入单片机的INT0脚产生中断，计算中间经历的时间，同时再根据具体的相应的声速，根据就可得出相应的距离用来显示，当然在一些场合也可根据需要，设置距离报警值。3.1.1超声波发射部分超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40-16T能向外界发出40

8、kHz左右的方波脉冲信号。40kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，本系统采用后者。编程由单片机P1.0端口输出40kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40