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STC89C52单片机为核心的矿用超声波物位传感器设计及软件应用
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更新于2024-06-23
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本篇论文标题为"矿用超声波物位传感器设计(软件)",专注于自动化专业的研究方向,由本科生张米林撰写,指导教师为郭秀才。论文主要探讨的是在煤矿安全检测监控系统中应用的超声波物位传感器设计。随着煤炭开采过程中的自动化需求提升,这类传感器的重要性日益凸显,因为它们能够提供实时的物位数据,确保井下的安全。 设计的核心是采用STC89C52单片机作为核心处理器,它集成了一系列关键模块:电源模块负责供电,保证系统的稳定运行;超声波模块负责发送和接收超声波信号,进行测距;温度模块用于监测环境温度,确保传感器性能不受温度影响;12864液晶显示模块则用于实时显示测量结果,包括物位和温度信息;报警模块在超出预设阈值时发出警报,增强安全性;D/A转换模块将数字物位数据转化为模拟电压信号;压频转换模块则将电压信号转换为频率信号,以便于远程传输至上位机,便于远程监控。 在测量过程中,软件控制产生40kHz的方波脉冲驱动超声波发射器,同时启动计时器。通过测量超声波从发射到反射回的时间差,可以计算出物位高度。设计目标在于实现快速、精确的检测,达到工业标准要求,这在实际应用中具有显著的实用价值。 论文通过实验验证了所设计系统的电路结构合理,工作稳定,响应速度快,并能满足高精度的测量需求。这项研究不仅提升了煤矿安全生产的智能化水平,也为其他领域的物位测量技术提供了有价值的经验和技术参考。关键字包括检测监控、超声波技术、单片机应用、传感器设计以及物位测量,这些都是本文的核心知识点。
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图 3.1 压电逆效应图
3.2 超声波物位传感器检测方式
(1)穿透式超声波物位传感器的检测方式
当物体在发送器与接收器之间通过时,检测超声波束衰减或遮挡的情况从而判断有
无物体通过。这种方式的检测距离约 1m,作为标准被检测物体使用 100mm×100mm 的方
形板。它与光电传感器不同,也可以检测透明体等。
(2)限定距离式超声波物位传感器的检测方式
当发送超声波束碰到被检测物体时,仅检测电位器设定距离内物体反射波的方式,
从而判断在设定距离内有无物体通过。若被检测物体的检测面为平面时,则可检测透明
体。若被检测物体相对传感器的检测面为倾斜时,则有时不能检测到被测物体。若被检
测物体不是平面形状,实际使用超声波传感器时一定要确认是否能检测到被测物体。
(3)限定范围式超声波物位传感器的检测方式
在距离设定范围内放置的反射板碰到发送的超声波束时,则被检测物体遮挡反射板
的正常反射波,若检测到反射板的反射波衰减或遮挡情况,就能判断有无物体通过。另
外,检测范围也可以是由距离切换开关设定的范围。
(4)回归反射式超声波物位传感器的检测方式
回归反射式超声波传感器的检测方式与穿透超声波传感器的相同,主要用于发送器
设置与布线困难的场合。若反射面为固定的平面物体,则可用回归反射式超声波传感器
长度方向上缩短
±
-
+
U
( a )
)
长度方向上伸长
±
+
-
U
(b)
(c)
极化
压电陶瓷
±
电极 A
电极 B
7
的反射板。另外,光电传感器所用的反射板同样也可以用于这种超声波传感器。
这种超声波物位传感器可用脉冲市制的超声波替代光电传感器的光,因此,可检测
透明的物体。利用超声波的传播速度比光速慢的特点,调整用门信号控制被测物体反射
的超声波的检测时间,可以构成限定距离式与限定范围式超声波传感器。
3.3 超声波物位传感器系统的构成
超声波物位传感器系统主要有发射电路,接收电路和控制部分等组成。如图 3.3 所
示
图 3.3 超声波物位传感器系统构成
单片机
STC89C52
发射
电路
接收
电路
8
4 STC89C52 单片机简介
单片机具有结构不复杂,控制能力强,可靠性高,性价比高,易于广泛的应用等优
点。单片机已经在很多领域得到了应用,如通信工具,智能家具,智能仪表等。
由于本设计使用 STC89C52 单片机为控制器,因而在设计之前先熟悉 STC89C52 单
片机。
4.1 单片机基础知识
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个固定逻辑功能的芯片,而是把一个计
算机系统集成到一个芯片上,完成对实际装置的计算,控制等功能。
4.1.1 单片机的内部结构
单片机虽然型号众多,但他们的结构却基本相同,主要包括中央处理器(CPU),存
储器(程序存储器和数据存储器),定时/计数器,并行接口,串行接口和中断系统等几
大单元。
4.2 单片机的分类及发展
4.2.1 单片机的分类
按单片机数据总线的位数进行分类,单片机主要分为 4 位,8 位,16 位和 32 位。本
设计使用的是 STC 公司的 8 位单片机。
4.2.2 单片机的发展
单片机技术的发展是与微电子技术和半导体技术的发展是分不开的,具体分为五个
阶段。
(1)(1971~1976 年):初步阶段。这一阶段,4 位逻辑控制器件发展到 8 位,它们
只含有微处理器,并配有 RAM,ROM 等。代表产品有 Intel4004,Intel8008 等。
(2)(1976~1980 年):低性能阶段。这一阶段,在一块芯片上完成了 8 位 CPU,并
行 I/O 接口,定时/计数器,RAM,ROM 等的集成。代表产品有 MC6800,Intel8048
等。
(3)(1980~1983 年):高性能阶段。这一阶段,在原来单片机的基础上增加了中断
系 统 ,串 口 ,A/D 转 换接 口等 功能 模 块, 并 提高 了 存储 器 的容 量 。代 表 产品 有
Intel8051,MC146805 等。
(4)(1983~1990 年):16 位机阶段。这一阶段,CPU 位 16 位,运算能力更强;代
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