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1、 智能液位传感器 摘 要摘 要：介绍了压力传感器的应用，设计了智能液位传感器。此设计通过压力传感器测出液体的压力，输出0 - +5V的模拟电压通过ADC0804采集转换成数字量送入单片机处理，由RS232串口通信送到上位机，并显示出高度。此设计能完成0-1.5m高度的液位测量，能精确到厘米。此设计主要由压力传感器，单片机，ADC0804转换器构成。关键词：智能液位传感器，单片机，AD转换器Abstract：This article introduces the application of pressure sensor, and designs a intelligent level sen
2、sor. This design detects the liquid pressure through the pressure sensors, and it will send the voltage from 0 to 5V which is converted into digital quantity by the simulation ADC0804 acquisition to the SCM processing. Then the digital will be sent to the PC which shows the high by RS232 serial inte
3、rface communication. This design can finish 0 to 1.5 m high level measurement, and accurate to cm. This design main have pressure sensor, a single-chip microcomputer, and ADC0804 converter to form. Keywords：Intelligence level sensor ，Single-chip microcomputer，AD converter 目录1绪论41.1设计目的51.2 设计任务与要求51
4、.3 智能液位传感器的基本原理52总体方案设计62.1 智能液位传感器设计方案框图62.2 方案论证72.3 方案可能的扩展功能83 单元模块电路的设计93.1各单元模块功能介绍及电路设计93.1.1 传感器输出部分93.1.2 ADC0804数据采集转化部分93.1.3 单片机最小系统模块103.1.4 RS232模块113.2 电路参数计算及元器件的选择123.2.1 元器件的选择123.3 特殊元器件介绍133.2.1 ADC0804143.1.2 压力传感器D3B163.4 个单元模块的联接174 软件设计1941 软件设计原理及所用的工具194.1.1 单片机部分194.1.2 上位
5、机VB部分204.2 软件的设计流程框图224.3 软件设计总结235 系统调试245.1 硬件结构部分245.2 VB部分245.3 压力传感器部分256 系统功能及指标参数266.1系统功能266.2 系统各部分的测试参数266.2.1 AD部分调试参数266.2.2 系统测量液面高度的数据参数276.2.3 调试总结287 结论298 总结与体会及感谢语309 参考文献31附录32附录1：32附录2：程序35附录3 元器件清单382 1绪论液位检测在许多控制领域已较为普遍，各种类型的液位检测传感器较多，按原理分有浮子式、压力式、超声波式、吹气式等。各种方式都根据其需要设计完成，其结构、量
6、程和精度适用于各自不同的场合，大多结构较为复杂，制造成本偏高；市面上也有现成的液位计，有投入式、浮球式、弹簧式等，多数成品价格惊人。以上液位计多数输出为模拟量电流或电压，有些为机械指针读数，不能用于远程监视；普遍适用于静止液面，在波动液面易引起读数的波动；也有用电容法测液位的系统，此法是一种简单易行的方案。本文利用压力传感器测液体压力的原理，结合单片机设计出一种智能液位检测装置。本学期开设了传感器及传感器技术，单片机等课程。本课程设计是在学完这么多课程的基础上，为了能更好的掌握这些课的内容，把理论应用于实际而提出来的。旨在发挥我们的设计，创新意识。通过本课程设计可以掌握和巩固传感器的基本设计方
7、法，工业水位的测量方法，单片机的基本应用，显示电路的连接等知识。进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，从而提高我们解决问题的能力和创造发明能力。如今传感器的应用是非常的广泛，并且已经融入到我们的生活，工作，科研等领域中。在我组进行设计中我们首先对压力传感器输出的电压和对应的液体高度进行整理和多次测量得出一个比较与实际高度符合的函数。我们通过压力传感器测出液体压力，利用ADC0804对传感器的输出电压进行采集并将模拟电压信号转换成数字电平信号0，1。然后将采集的数据送入单片机最小系统进行处理然后利用RS232电平转换送到PC机，PC机上用VB编写一个显示界面，再在VB中利用程序将数字量转
8、换成以厘米为单位的高度并显示出来。液位传感器的应用虽然非常广泛，但是现在高精度的液位的传感器价格非常贵，实现民用还有一定的难度。所以我们的设计应更加创新利用更小的成本设计生产出更好的传感器。1.1 设计目的1理解并掌握智能液位传感器的原理及实现的方法。2. 掌握ADC，RS232电平转换电路的原理，压力传感器的特性参数的计算及选择。3掌握单片机最小系统的组成。4.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。5.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路及数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。1.2 设计任务与要求1利用一个液位传感器及周边电路，完成液位到电信号的转
9、换；液位测量采用测量液体的压强的方式；测量范围0-1.5米；2设计一个单片机系统控制一个ADC对压力变送器输出的电信号进行采集；3编写数据转换程序；将二进制的量化数据转换为以厘米为单位的ASCLL标准字符串形式传送到PC机；注：ASCLL标准字符串是以ASCLL码为信息的编码方式，字符串结尾数据是一个字节00H；4设计单片机通信程序以及RS232电平转换电路；5设计单片机相关运行程序；6设计相关电路，如单片机系统，模拟输入通道，ADC,和电源电路等；7报告格式严格按照课程设计报告格式要求说明执行；1.3 智能液位传感器的基本原理本次设计的智能液位传感器的基本原理是利用一个压力传感器测出在水管的
10、水的压力，压力变送器的输出为是0-5V的模拟电压信号（或是4-20毫安的模拟电流信号），利用ADC0804对传感器的输出电压进行采集并将模拟电压信号转换成数字电平信号0，1。然后将采集的数据送入单片机最小系统进行处理然后利用RS232电平转换送到PC机，PC机上用VB的MS.COM控件编写一个显示界面，再在VB中利用程序将数字量转换成以厘米为单位的高度并显示出来。2总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种种方案的组成框图和实现原理分别进行说明。2.1 智能液位传感器设计方案框图两种方案的框图如下图：方案1：利用应变
11、片自制的压力传感器AD转换器（ADC0832）单片机最小系统RS232串口通信上位机显示液面高度方案2：压力传感器AD转换器（ADC0804）单片机最小系统RS232串口通信上位机显示液面高度2.2 方案论证对于方案1和2按照理论来看做出来能够达到一定的预期效果，能达基本满足本次设计的基本要求。但是两种方案不同之处就在于传感器的选择和AD的选择，现就这两个方面来论述.为什么选择方案2。方案1的传感器部分是利用应变片做的压力变送器，其结构如下图2.1: 图 2.1 这是利用4片应变片做的全桥电路其电压灵敏度比单臂工作时提高了4倍，消除了一定的非线性误差。其输出的为电流信号但是非常小，所以在外部又
12、加了一个差动放大将信号放大才能满足AD 0 - +5V的输入电压的要求。但是此类的工作都是提供1.5mA的横流源，我们自己做的恒流源很难满足要求。硬件部分完成以后还要对其进行测试线性度，但是测量比较麻烦后期的数据处理也比较繁琐，最后达到的效果也比较差所以就没有选择应变片制作。对于AD的选择主要是ADC0832与ADC0804之间的选择。ADC0832是8位分辨率；+5V电源供电；输入电压为0 - +5V；工作频率250HZ；转换时间为32us；数据转送是8位串行传送；ADC0804是8位分辨率；5V电源供电；输入电压为0 - +5V；转换时间的100us；存取时间是135us；数据传送是8位并
13、行传送；通过直观的观察可以发现由于ADC0832的数据传送是8位串行的所以传完8位数据需要的时间为256us，而ADC0804为8位的并行数据传送，传8位数据只需100us。所以ADC0804的转换存取速度更快，这样系统的工作效率更高。所以我们采用的是ADC0804。综上我们本次设计液位传感器采用的方案2。2.3 方案可能的扩展功能我们这次设计的智能液位传感器结构还比较简单，只是完成测液位并读出页面高度的基本功能，在这几完成后发现该系统还能扩展许多功能。比如增加报警系统（应用于比如水库的水位测量时可以做下限报警和超限报警）；远程的控制系统（比如家用的水塔水不足时可以控制水泵加水）。3 单元模块
14、电路的设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1各单元模块功能介绍及电路设计 本系统电路模块主要分为四个单元模块，它们分别是：传感器输出部分；ADC0804的数据采集转换模块；单片机最小系统模块；RS232模块.各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。3.1.1 传感器输出部分3.1.2 ADC0804数据采集转化部分该级电路一共实现了两个功能：第一个是对模拟电压信号的采集。第二个功能是将模拟电压信号转换成数字信号。这一级的原理图如图3.2： 图3.2 ADC0804数据采集转换电路图3.1.3 单片机最小系统模块 这部分主要是由STC89C52单片机组成的一个最小系统，通过单片机来控制ADC0804的信号采集转换以及对RS232串口通信的控制。该级电路原理图如图3.3： 图3.3 单片机最小系统电路图3.1.4 RS232模块RS232模块主要通过USB转串口线来与PC机通信将ADC0804采集和转换的数据传给上位机显示出所测得液面高度。
