基于ARM超声波测液位自动控制系统设计.doc

本 科 课 程 设 计 （论文）题目：基于ARM超声波测液位自动控制系统设计学 院：机电工程学院专 业：自动化班 级：072学 生：高兆吉学 号：1指导教师： 职称：教 授指导教师： 职称：副教授 本 科 课 程 设 计 （论文）任务书 机电学院 自动化专业 07级 2班 学生 题目：基于ARM超声波测液位自动控制系统设计内容简介：原始依据:（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，纵向分辨率较高，超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感，因此超声波测距对于被测物处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰、有毒等恶略环境有一定的适应能力本文利用超声波遇到障碍物返回特性，通过计算时间差达到测水位的目的采用ADS1.2编程环境，使用LPC2131开发板，结合C语言实现软件编程，达到测距目的，实现控制水位的要求主要内容和要求:(包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求):本文论述采用嵌入式系统技术研制成功的超声波测距的原理与方法。

该测距系统是利用超声波传感器发送超声波来测试相对应的距离工作时，LPC2131间歇性发出10US以上的一系列的短脉冲最后由LPC2131对接受的时间差进行处理，自动测出液位距离，之后与给定液位进行比较，再由LPC2131自动控制相应的电机蓄水或放水该超声波测距系统具有测距原理简单，成本低，制作方便，易于实时控制等特点设计一种基于ARM超声波测液位自动控制系统介绍了超声波测距的原理及LPC2131的性能和特点，并在此基础上，给出了实现超声波测液位方案的系统框图及软、硬件设计日程安排：1·2010年6月25日---2010年6月27日对课程设计课题进行研究，了解各个课题的发展过程、前景，了解其中有哪些重要的技术进行总体方案设计分析需求，确定系统主要性能指标2·2010年6月25日---2010年6月27日1） 进行硬件电路设计、原理图绘制及电路板制作；2） 软件设计编写程序3·2010年6月25日---2010年6月27日系统调试、实验分析与论文撰写4·2010年6月25日论文答辩目 录第1章 绪论 51.1 引言1.2背景及意义1.3国内外的发展概况第2章 方案设计与论证 22.1 方案比较论证 22.2 方案选择 32.3 系统原理总框图 4第3章 系统硬件电路设计 4 3.1 器件选择3.2 控制器选择及介绍3.2.1 内部原理框图3.3电源电路模块设计 43.3.1电路原理图 53.4 超声波检测系统设计 53.4.1 方案选择 53.4.2 超声波检测电路原理图 73 .5 键盘显示电路系统设计 83.5.1 键盘显示板原理图 9 3.6 步进电机工作原理 3.6.1 步进电机结构图 3.6.2 线圈通电顺序 3.6.3步进电机的控制 3.6.4步进电机驱动电路 3.7 直流电机工作原理 3.7.1 结构图 3.7.2 直流电机驱动电路第4章 软件设计 10 4.1系统软件部分概述 4.1.1 ADS1.2的介绍4.2 系统流程图 10 4.3调试与分析第5章 系统测试 125.1 测试条件 125.2 测试仪器 125.3 测试结果 125.4 测试小结 12附录： 12A参考文献： 12B程序清单： 12第1章 绪论1.1引言超声波：科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。

我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波” 超声波具有如下特性： 　　1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播 　　2） 超声波可传递很强的能量 　　3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象 4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象1.2背景及意义水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题为及时发现事故苗头，防患于未来，经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用水位是水库大坝安全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一水位的自动化监测、传输和处理为水库现代化建设提供了良好的基础资料在工农业生产的许多领域都需要对水位进行监控，可能现场无法靠近或现场无需人力来监控我们就可以通过远程监控，坐在仪器前就能对现场进行监控，既方便又节省人力为了保证水利发电站的安全生产,提高发电效率,水电站生产过程需要对水库水位、拦污栅压差和尾水位进行监测但是,由于不同电站有着不同的实际情况,因此就有着不同的技术要求,而且水位参数的测量方法和测量位置不同，对监测设备的要求亦有所不同。

这样往往造成监测系统设备专用化程度高,品种多,互换性差,不利于设备维护,亦增加了设备设计、生产、安装的复杂性因此,在综合研究水电站水位监测的实际情况以及特点的基础上,利用现代电子技术,特别是单片机技术和不挥发存储器技术,设计开发一种通用性好,可靠性高,维护方便,可适用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统具有重要的实际意义1.3国内外的发展概况传感器是实现测量及控制的首要环节，一般传感器有模拟式和数字式两类，模拟式传感器，在和计算机及数字化仪器相连的时候必须采用A/D转换器把模拟量转换为数字量，且易受电磁干扰，不利于远距离传输数字式传感器直接将待测量转换为数字量输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，可与数字设备直接连接数字式传感器的这些特点，特别适合应用于水情遥测系统中但限于成本控制本设计依然采用模拟传感器水位监测系统在我国的应用已相当普及大型国家水坝常采用由PC机和单片机组成的主从式的多机联网系统，单片机作为下位机，负责大坝现场各水位点的选通和采集，作为上位机的PC机，则负责大坝水位的集中显示和管理记录，PC机作为通用机，在用于专项的应用上时，难免会在很多方面存在问题，比如体积大，功耗大，运行不稳定、很难做到不间断运行等。

而PC机与单片机之间的通讯方式主要采用RS485总线技术和现场总线技术两种RS-485是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点RS-485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采用较多的通信方式第3章 系统硬件电路设计3.1 器件选择 1、2803芯片2、电源3、电阻、电容、发光二极管、导线4、ARM板5、步进电机、直流电机6、水箱、水阀、水管3.2 控制器选择及介绍器件1：EasyARM2131LPC2131微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并带有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存储器128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小      较小的封装和很低的功耗使LPC2131特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范 围的串行通信接口和8/16/32kB的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规 模的缓冲区和强大的处理功能。

多个32位定时器、1个或2个10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的 外部中断使它们特别适用于工业控制应用以及医疗系统特性16/32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封装8/16/32kB的片内静态RAM和32/64/128/256/512kB的片内，Flash程序存储器128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz工作频率单个Flash扇区或整片擦除时间为400ms256字节行编程时间为1msEmbeddedICE RT和嵌入式跟踪接口通过片内RealMonitor软件对代码进行实时调试和高速跟踪1个(LPC2131/32)或2个(LPC2134/36/38)8路10位的A/D转换器，共提供16路模拟输入，每个通道的转换时间低至2.44us2个32位定时器/外部事件计数器(带4路捕获和4路比较通道)、PWM单元(6路输出)和看门狗低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的32kHz时钟输入多个串行接口向量中断控制器可配置优先级和向量地址小型的LQFP64封装上包含多达47个通用I/O口(可承受5V电压)通过片内PLL(100us的设置时间)可实现最大为60MHz的 CPU操作频率。

片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为1～30 MHz，与外部振荡器的操作频率范围高达50MHz3.2.1 内部原理框图 3.3电源电路模块设计3.3.1、电源电路：由于步进电机的电压和驱动电路需12V，以下为12v和5v电源电路3.4 超声波检测系统设计传感器是实现测量及控制的首要环节，一般传感器有模拟式和数字式两类，模拟式传感器，在和计算机及数字化仪器相连的时候必须采用A/D转换器把模拟量转换为数字量，且易受电磁干扰，不利于远距离传输数字式传感器直接将待测量转换为数字量输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，可与数字设备直接连接数字式传感器的这些特点，特别适合应用于水情遥测系统中但限于成本控制本设计依然采用模拟传感器目前主要测水位的液位传感器有浮子式水位传感器、水位跟踪式传感器、超声波水位传感器、雷达激光水位传感器,压力式水位传感器等下面是一些主要水位传感器的简单介绍 3.4.1 方案选择 １、本模块性能稳定，测度距离精确能和国外的SRF05,SRF02等超声波测距模块相媲美模块高精度，盲区（2cm）超近,稳定的测距是此产品成功走向市场的有力根据！2 主要技术参数：   1：使用电压：DC5V     2：静态电流：小于2mA   3：电平输出：高5V     4：电平输出：底0V   5：感应角度：不大于15度  6：探测距离：2cm-450cm7:高精度：可达0.3cm接线方式，VCC、trig（控制端）、  echo（接收端）、 GND本产品使用方法：一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了~~ 模块工作原理：　　  (1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;    (2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；　　　 (3)有信号返回，通过IO输出一高电平，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(340。