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课程设计创新设计与实践报告设计课题：红外液位检测电路设计学院名称：电气工程学院专业班级：自动F0802学生姓名：李浩强学号：指导教师：熊新民设计地点：莲花街校区31116设计时间：2011.12.12～2012.1.8成绩签名：2012年1月日课程设计I创新设计与实践任务书学院（系）电气工程学院控制工程系选题教师姓名熊新民专业自动化专业技术职务副教授实训题目红外液位检测电路设计课题简介本课题要求基于单片机的定时功能，，采用红外脉冲发射-反射方式。求取液面高度，再辅之以数码显示电路，并编制相关程序，设计一个具有红外液位检测功能的使用电路。主要设计内容如下：1红外发射电路；2.红外检测电路；3.控制定时电路；4.LED显示电路；5.相关程序通过本次创新设计使得学生巩固所学的理论与技能，提高学生的实践能力和应用能力，初步掌握实际的工程设计方法，设计步骤，为将来的学习与毕业设计打下坚实的基础。报告要求包括应具备的条件。图表等1.完整的系统原理图1张；2.程序清单1分；3.符合格式要求的创新设计与实践报告书1份；4.可能时完成系统调试。课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难一般易√√参考资料[1]夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程Protel99SE[M].北京：北京希望电子出版社.2002[2]蒋晓玲，孟志强，陈艳东，许亮汽车追尾防撞红外测距系统[J]《光电子技》Vol.31No.1Mar.2011p.68-72[3]杨殿成,邱朝阳红外检测技术原理及应用[J]《新疆电力》2004年03期P28—P31注：本课题由李浩强同学选定，学号：200848280212课程设计II目录1引言......................................................................................................................................................11.1系统背景.......................................................................................................................................11.2系统功能.......................................................................................................................................12总体方案设计......................................................................................................................................12.1方案论证......................................................................................................................................12.2系统的工作原理..........................................................................................................................23硬件电路设计......................................................................................................................................23.1单片机选择....................................................................................................................................23.2红外光电传感器..........................................................................................................................33.3显示电路......................................................................................................................................44系统软件设计......................................................................................................................................54.1主程序...........................................................................................................................................54.2中断子程序...................................................................................................................................55总结......................................................................................................................................................7参考文献..................................................................................................................................................7附录1系统总原理图..............................................................................................................................8附录2程序源代码.................................................................................................................................9课程设计11引言1.1系统背景随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，在工业控制系统以及湖泊等测绘工程中，准确及时地检测出液面的深度（即水位高度）就是前提；而目前担负着对液位测量、液面高度等任务的完成有诸多不尽人意的地方，需要更加完善、合理的液滴、液位检测跟踪控制系统。从液位测量的方法看，按检测器与液体接触与否分为两大类：一是接触式测量，二是非接触式测量。在前一种测量方式中，因为被测液体可能具有的腐蚀性等原因并不是最理想的方法。后一种方法引起经济、安全、方便等因素应用很广。1.2系统功能根据系统的功能要求，控制系统采用AT89C52单片机，红外脉冲发射装置以及红外脉冲接收装置，LED显示装置。启动开关后，发出红外脉冲，反射回来后被接收。通过内部计算换算成液位高度并显示出来。2总体方案设计2.1方案论证按照系统功能要求，控制系统采用AT89S52单片机，红外光电传感器。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其它功能的扩展。红外液位检测系统设计方案框图如图2.1所示。AT89C52红外发射装置LED显示检测开关红外接收装置图2-1红外液位检测系统设计方案框图课程设计22.2系统的工作原理系统工作主要有定时器和中断来处理，当按下测量按钮时，也就是启动按钮，相当于给了系统一个外部中断。利用这个外部中断启动单片机内部定时器，与此同时将控制红外脉冲发射端的引脚置为低电平，这样发射端就发出红外脉冲。红外脉冲遇到液面就会反射回来，这样反射回来的脉冲信号就会被接收装置接收，接收装置受到脉冲后，输出低电位，这个负脉冲就会启动另外一个外部中断，内部定时器就会停止计时。根据定时器的计时长短来换算成距离，再经过进一步的计算就可以运算出液位的高低（已知测量系统和液体底部的距离是一定的）。通过将运算出的结果转化成８位LED显示数码管需要的二进制数码，进而显示出来。【1】3硬件电路设计3.1单片机选择单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2课程设计3个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。【3】AT89C52芯片及外部电路如下3.11图EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U1AT89C52C115pFC215pFX112M10k10uF+51kGND图3.11AT89C52单片机最小系统3.2红外光电传感器外光电传感器是由红外发射二极管和敏感三极管组成，红外发射二极管发出的红外光的波长和敏感三极管的受光波长相同或相近。当发射管和接受管之间没有障碍物时，敏感三极管由于收到红外光信号而导通，电路输出电平为低电平；当发射管和接受管之间有障