具有語音播報(bào)功能的超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主程序包括：溫度測(cè)量、距離計(jì)算、語音實(shí)時(shí)播報(bào)、顯示、無線傳輸?shù)茸映绦颉?/p>

　　軟件設(shè)計(jì)流程如下：首先給STC90C51單片機(jī)上電復(fù)位，然后由單片機(jī)產(chǎn)生一串脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)發(fā)射電路功率放大后，觸發(fā)超聲波換能器發(fā)出40kHz的超聲波。啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器A開始計(jì)時(shí)，調(diào)用延時(shí)子程序，等待回波信號(hào)。如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)接收到回波，則定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。此時(shí)定時(shí)器記錄的時(shí)間就是超聲波的傳播時(shí)間，保存該數(shù)據(jù)。然后調(diào)用溫度補(bǔ)償程序?qū)β曀龠M(jìn)行調(diào)整，再根據(jù)補(bǔ)償后的速度調(diào)用距離計(jì)算子程序，即可得到液位的高度。計(jì)算得到液位高度后，調(diào)用顯示程序顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，與此同時(shí)調(diào)用語音播報(bào)程序播報(bào)測(cè)量結(jié)果，并采用無線傳輸模塊傳輸實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)給上位機(jī)。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想可以提高編程效率。

　　3.2 溫度補(bǔ)償模塊軟件編程

　　當(dāng)DS18B20接收到溫度補(bǔ)償命令時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)用。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每次讀寫之前需對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)訂操作。因?yàn)镈S18B20接在單片機(jī)I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以對(duì)讀寫數(shù)據(jù)位有著非常嚴(yán)格的時(shí)序要求。主要有初始化時(shí)序，讀時(shí)序和寫時(shí)序，所有時(shí)序都是以單片機(jī)作為主設(shè)備。

　　3.3 語音模塊的軟件編程

　　本設(shè)計(jì)采用ISD4004作為語音播報(bào)芯片，其工作于SPI串行接口。當(dāng)系統(tǒng)算出距離時(shí)，需要調(diào)用語音模塊來播報(bào)數(shù)據(jù)。此時(shí)，查詢語音播報(bào)信號(hào)有效，開始取信號(hào)單元地址，然后取信號(hào)單元內(nèi)容，再判斷是否滿足播報(bào)條件，如果滿足則播報(bào)，反之則繼續(xù)取信號(hào)單元地址，最后判斷是否播報(bào)結(jié)束。具體語音播報(bào)子程序流程是：首先取語音信號(hào)地址，判斷是否為語音播報(bào)有效地址，如果是，則給語音芯片上電，打開上電子程序，反之，回到取語音信號(hào)地址。然后取出語音存放的地址，調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序，再取出8位指令代碼，調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。最后判斷是否存在中斷，有中斷則調(diào)用掉電子程序，以結(jié)束語音播報(bào)。

　　4 系統(tǒng)測(cè)試

　　系統(tǒng)采用的超聲波換能器中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩個(gè)換能器中心軸線平行且相距5-10cm，其余器件無特殊要求。本系統(tǒng)測(cè)試采用兩種實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)一通過空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，并保持測(cè)量距離400mm不變。對(duì)有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)和無溫度補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行距離測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二保持室內(nèi)溫度為20℃，對(duì)有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的液位計(jì)在不同距離下的測(cè)量值與實(shí)際值測(cè)量記錄。

　　由實(shí)驗(yàn)一結(jié)果而知：在無溫度補(bǔ)償時(shí)，溫度變化對(duì)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果影響較大，會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差;而在有溫度補(bǔ)償時(shí)，溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很小，電路測(cè)量誤差明顯減小。由實(shí)驗(yàn)二結(jié)果而知，增加了溫度補(bǔ)償模塊的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，…，測(cè)量精度明顯提高。

　　5 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)STC89C51為核心，采用溫度傳感器DS18B20采集監(jiān)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)能夠很好地避免溫度對(duì)系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)測(cè)量精度達(dá)0.8%。在測(cè)距基礎(chǔ)上擴(kuò)展了語音播報(bào)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)，具有良好的人機(jī)界面。該系統(tǒng)可應(yīng)用于測(cè)量易燃易爆、強(qiáng)腐蝕及有毒液體的場(chǎng)合。

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