基于单片机的超声波液位测量系统Word下载.docx

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各探头的信号经单片机综合分析处理。

最后通过实物的调试，各项参数及功能符合设计要求，能达到预期的目的。

关键词：

单片机;

超声波;

温度控制;

高精度测距

Abstract

Theultrasonicliquidlevelmeasurementisanon-contactmeasurementmethod,realizedbytheprincipleofultrasonicwaveinthesamemediumwithrelativelyconstantpropagationvelocityandbeingreflectedwhenitapproachesanobstacle.Comparedwithothermethods（suchaselectromagneticoropticalmethod）,ithasacertainofadaptabilitywhenobjectstobemeasuredareundersuchharshenvironmentasdarkness,dust,smoke,electromagneticinterference,toxicity,unaffectedbythelightorthecoloroftheobjecttobemeasured.Therefore,itbearsimportantpracticalsignificancetoconductresearchontheapplicationofultrasonicwaveinhighprecisionrangingsystem.

Inthisproject,SCM-basedultrasonicliquidlevelmeasuringsystemismainlycomposedoftwocomponents,namelythehardwareandthesoftware.ThehardwareisultrasonicliquidlevelmeasurementbasedonAT89C51chipasthecore;

itadoptsAT89C51singlechipmicrocomputerforcontrolanddataprocessing,providestheultrasonictransmittingandreceivingcircuit,andimprovesrangingaccuracythrougheliminationofblindspotandsamplingofambienttemperature,.Bytakingadvantageoftherelationshipbetweendistanceandtimeinultrasonictransmission,anultrasonicliquidleveldetectingsystemwhichcanaccuratelymeasurethedistancebetweentwopointsisdesigned.Thissystemhastheseadvantageslikeeasycontrol,reliableoperation,highmeasurementprecision,andreal-timedetectionofliquidlevel.Andithasultrasonictransmittingandreceivingcircuit,resetcircuitsofSCM,LEDdisplaycircuit,alarmcircuitcomposedofultrasonicprocessingmoduleCX20106AandCD4069.Thesoftwarepartconsistsofmainprogram,presetsubroutine,transmittingandreceivingsubroutine,anddisplaysubroutine.TheprobesignalisprocessedbySCMthroughcomprehensiveanalysis.

Finallythroughdebuggingofrealobjects,variousparametersandfunctionscanmeettheprojectrequirementstoachievethedesiredobjective.

Keywords:

singlechipmicrocomputer（SCM）;

ultrasonicwave;

temperaturecontrol;

highprecisionranging

目录

第一章绪论1

1.1课题研究的背景及意义1

1.2国内外发展的现状3

1.3液位计的类型3

1.4本文的主要工作5

第2章系统的总体方案设计7

2.1系统设计内容和功能7

2.2课题设计的任务和要求：

7

2.3系统方案选择8

2.4系统总体方案的设计8

2.5超声波和超声波传感器9

2.6超声波传感器的主要应用10

2.7超声波传感器测距原理10

2.8超声波测距原理12

2.9超声波发生器选择12

2.10盲区处理14

第3章各单元硬件电路设计16

3.1单片机最小系统电路16

3.2温度补偿电路设计18

3.3超声波发射电路设计19

3.4超声波接收电路设计20

3.5显示电路设计22

3.6电源电路设计22

3.7LED显示系统设计23

3.8报警电路设计24

第4章系统软件的设计26

4.1超声波测距仪的算法设计26

4.2主程序流程图26

4.3系统软件设计框图29

4.4单片机的C程序设计31

4.5系统的软硬件的调试39

4.6调试分析39

4.6.1LED显示程序的调试39

4.6.2温度测量程序的调试40

第5章结论41

参考文献42

致谢44

附录Ⅰ45

附录Ⅱ54

附录Ⅲ55

第一章绪论

课题研究的背景及意义

目前，液位测量技术已经广泛的运用在工业部门和日常检测部门中。

例如：

液位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。

在测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在十分复杂的条件与环境中。

例如:

有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。

这些都大大的提高了对测量技术的要求。

所以能实现测量的无接触与智能化是液位测量计现在的主要发展方向。

近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。

在现代工业生产中，常常需要测量容器中液体的液位。

在一般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;

另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。

液位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要。

随着各行业的快速发展，液位测量已应用到越来越多的领域，不仅用于各种容器、管道内液体液位的测量，还用于水渠、水库、江河、湖海水位的测量。

这些领域使用传统的液位测量手段已经无法满足对其精确性的要求，所以超声波液位测量这种新的测量方向已经成为一种新的手段被广泛的应用。

在目前市场上，按测量液位的感应元件与被测液体是否接触，液位仪表可以分为接触型和非接触型两大类[3]。

接触型液位测量主要有:

人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸缩液位计等。

它们的共同点是测量的感应元件与被测液体接触，即都存在着与被测液体相接触的测量部件且多数带有可动部件。

因此存在一定的磨损且容易被液体沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。

非接触型液位测量主要有微波雷达液位计、射线液位计以及激光液位计等。

顾名思义，这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测液体不接触。

因此测量部件不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛，可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。

超声波液位测量计就属于非接触型液位测量的一种，所以它也有不受被测介质影响，不影响被测介质，能适应粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶、高温、高压、低温、低压、有辐射性、毒性、易挥发易爆等特殊介质的测量的特点，能适应的范围比其它的测量手段更广泛。

随着科学的发展液位的检测方法也在变化，精度也有了更佳的提高。

单片机技术和传感器技术的发展使液位测量方法得到了更进一步的发展。

超声波在液位测量中的应用也越来越广，但是就目前的发展水平来说，超声波在测距系统中的应用还有一定的限度，因此研究超声波的液位检测是很有发展前景的。

它在技术和产业领域具有广阔的发展空间。

本次设计中，通过外界环境温度的检测提高了超声波测距的精度。

通过延时避免了接收未经液面反射的超声波，其次利用温度传感器检测外界温度，采用当前温度下的超声波速度去计算，从而提高了距离计算的精度。

在未来，超声波的液位测量将有更大的用途，更大的应用范围。

它不但可以帮助人们解决很多生活中的困难，还可以作为科学探测和研究的手段。

特别是水位的测量，可以帮助确定水位的高度，以便于其他工作的顺利进行。

本设计中采用反射式的方式，超声波传感器发射超声波，遇到液面后超声波被反射回来，超声波接收探头接收超声波。

其间通过单片机的控制，P1.0口输出控制信号从555振荡器输入到驱动电路驱动超声波发射电路，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。

经过液面反射后超声波接收探头将接收到的超声波送到单片机进行处理。

单片机通过各个引脚来实现和各电路模块的接口连接。

并通过软件的设计来控制整个检测过程。

一步一步，从发射