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1、毕业设计（论文）基于单片机的超声波液位测量系统 摘 要超声波液位测量是一种非接触式的测量方式它是利用超声波在同种介质中传播速度相对恒定以及碰到障碍物能反射的原理研制而成的与其它方法相比 如电磁的或光学的方法 它不受光线被测对象颜色的影响对于被测物处于黑暗有灰尘烟雾电磁干扰有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力AbstractThe ultrasonic liquid level measurement is a non-contact measurement method realized by the principle of ultrasonic wave in the same medium
2、 with relatively constant propagation velocity and being reflected when it approaches an obstacle Compared with other methods such as electromagnetic or optical method it has a certain of adaptability when objects to be measured are under such harsh environment as darkness dust smoke electromagnetic
3、 interference toxicity unaffected by the light or the color of the object to be measured Therefore it bears important practical significance to conduct research on the application of ultrasonic wave in high precision ranging systemIn this project SCM-based ultrasonic liquid level measuring system is
4、 mainly composed of two components namely the hardware and the software The hardware is ultrasonic liquid level measurement based on AT89C51 chip as the core it adopts AT89C51 single chip microcomputer for control and data processing provides the ultrasonic transmitting and receiving circuit and imp
5、roves ranging accuracy through elimination of blind spot and sampling of ambient temperature By taking advantage of the relationship between distance and time in ultrasonic transmission an ultrasonic liquid level detecting system which can accurately measure the distance between two points is design
6、ed This system has these advantages like easy control reliable operation high measurement precision and real-time detection of liquid level And it has ultrasonic transmitting and receiving circuit reset circuits of SCM LED display circuit alarm circuit composed of ultrasonic processing module CX2010
7、6A and CD4069 The software part consists of main program preset subroutine transmitting and receiving subroutine and display subroutine The probe signal is processed by SCM through comprehensive analysis Finally through debugging of real objects various parameters and functions can meet the project
8、requirements to achieve the desired objective Key words single chip microcomputer SCM ultrasonic wave temperature control high precision ranging目 录第一章 绪 论111 课题研究的背景及意义112 国内外发展的现状313 液位计的类型314 本文的主要工作5第2章 系统的总体方案设计721 系统设计内容和功能722 课题设计的任务和要求723 系统方案选择824 系统总体方案的设计825 超声波和超声波传感器926 超声波传感器的主要应用1027 超
9、声波传感器测距原理1028 超声波测距原理1229 超声波发生器选择12210 盲区处理14第3章 各单元硬件电路设计1631 单片机最小系统电路1632 温度补偿电路设计1833 超声波发射电路设计1934 超声波接收电路设计2035 显示电路设计2236 电源电路设计2237 LED显示系统设计2338 报警电路设计24第4章 系统软件的设计2641 超声波测距仪的算法设计2642 主程序流程图2643 系统软件设计框图2944 单片机的C程序设计3145 系统的软硬件的调试3946 调试分析39com LED显示程序的调试39com 温度测量程序的调试40第5章 结论41参考文献42致谢
10、44附录45附录54附录55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
11、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
12、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
13、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
14、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P10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
15、的设计来控制整个检测过程一步一步从发射到接收超声波定时器的初始化中断程序的编写温度的采样距离的计算单片机都发挥了重要的最用它是整个检测系统的内部核心这次对超声波液位检测的设计获得了具有很大的成果和意义在这个科学技术是第一生产力的时代应用科学技术去解决生活中和工作的困难变得具有更高的价值在设计中我加深了对超声波的认识对它的原理掌握的更好了目前超声波已广泛运用于诊断学治疗学工程学生物学等领域此外我认识到单片机在各方面都有很大的应用潜能在自动控制领域它更是发挥了不可替代的作用本设计利用超声波实现液位的测量检测方便易于实时控制达到了工业的要求因此具有实际的意义和广泛的应用前景国内外发展的现状 随着电子技术的发展出现了微波雷达测距激光测距及超声波测距前2种方法由于技术难度大成本高一般仅用于军事工业而超声波测距则由于其技术难度相对较低且成本低廉适于民用推广这项技术也可用于工业测量领域由于超声波指向性强能量消耗缓慢在介质中传播的距离较远因而超声波常常用于距离的测量如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现利用超声波检测往往比较迅速方便计算简单易于做到实时控制并且在测量精度方面能达到工业实用的要求因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用随着自动测量和微机技术的发展超声波测距的理论已经成熟超声波测距的应用也非常广泛超声测距是一种非接触式的检测方式与其它方法相比如电磁的或光学的方
