基于AT89S51单片机的超声波水位监测系统毕业论文目录第1章绪论 3第2章系统硬件设计 62. 1主控芯片方案 62. 1. 1电源弓I脚 62. 1. 2时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2 62. 1.3 复位 RST （9 脚） 72. 1.4输入输出口 （I/O 口）引脚 72.1.5其它控制或复用引脚 82. 2超声波发射 92. 2. 1超声波 92. 2. 2 HC-SR04 特点 102. 2.3电气参数 112. 2. 4超声波时序图 112. 3显刀弋模块 122. 3. 1数码管 122. 4无线通信模块方案 142. 4. 1无线通信芯片 142.4.2引脚功能及描述 152. 4.3工作模式 152.4.4工作原理 162. 4. 5配置字 182.4.6工作原理 182. 5无线模块电源设计 192. 5. 1电平转换方案 192. 6系统方案方框图 20第3章系统软件的设计 213. 1软件部分总体设计 213. 2数据发送模块程序 213.2. 1部分主程序 213.2.2中断服务程序 233.2.3无线模块部分子函数 243. 3数据接收模块 253. 3. 1主函数 253. 3. 2无线接收模块程序 263. 3. 3数据显示模块 27第4章 设计调试与结果 284. 1发送端软件设计与调试 284. 1. 1调试显示部分 294. 1.2超声波数据采集 294. 1.3无线传输模块 29第5章心得体会 31第6章参考文献 32参考文献 错误!未定义书签。
第1章绪论近年来，随着电子技术和信号处理技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术 也发展很快，经历了由机械式向机电一体化再到自动化的发展过程结合这两大技术, 尤其是将微处理器引进液位测量系统以后，使得液位计的精度越来越高，越来越向智 能化、一体化、小型化的方向发展从上世纪八十年代开始，一些发达国家就借助微 电子、计算机、光纤、超声波、传感器等高科技的研究成果，将各种新技术、新方法 应用到储罐液位测量领域电子式测量方法便是其中的重要成果之一在电子式液位 测量方法中，有许多新的测量原理，包括压电式、应变式、雷达式、超声波式、浮球 式、电容式、磁致伸缩式、伺服式、混合式等二十多种测量技术由于该方法测量精 度高，可靠性强，持续时间长，安装维护简单，因而正在逐步取代旧的机械式液位测 量方法用于储罐液位测量的众多电子式技术中，压电式、超声波式、应变式、浮球 式、电容式五种测量技术应用最为广泛，约占总数的60%以上其中，超声波式测 量技术的应用份额最大超声波液位测量有很多优点:它不仅能够定点和连续检测液位，而且能够方便地 提供遥控或遥控所需的信号与放射性技术相比，超声技术不需要防护与口前的激 光测量液位技术相比，超声方法比较简单而且价格较低。
一般说来，超声波测位技术 不需要有运动的部件，所以在安装和维护上有很大的优越性特别是超声测位技术可 以选用气体、液体或固体来作为传声媒质，因而有较大的适应性所以在测量要求比 较特殊，一般液位测量技术无法采用时，超声测位技术往往仍能适用所谓超声波就是指频率高于20klIz的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产 生；它沿直线传播，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；它还具有强度大、 方向性 好等特点，为此，利用超声波的这些性质就可制成超声波传感器超声波传 感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应研制而成的传感器超声波传 感器按其工作原理可分为压电式、磁致仲缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用 压电式超声波传感 器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电 效应来工作的：逆压电 效应将高频电振动转换成高频机械震动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电 效应是将超声波振动转换成电信号，可作为接收探 头超声波液位测量的方法有多种，如超声脉冲回波法、共振法、频差法、超声衰减 法等超声脉冲冋波法的基本原理是由超声波传感器的发射探头发射超声波，当超 声波遇到障碍物时会被反射，利用单片机记录超声波发射的时间和接收到回波的时 间，根据当前环境下超声波的传播速度，即可通过公式计算出超声波传播的距离, 也就得到 了障碍物离测试系统的距离。
共振法的基本原理是调节超声波的频率，使得探头和液面Z间建立驻波共振状 态，这吋探头与液面之间的距离就与超声在介质中的波长成一定的比例关系当超 声波速度己知时，就可根据共振频率计算波长再换算出探头到液面的距离因频差 法就是让超声 探头发出调频的超声波，超声波的频率随传播距离的不同而不同，根 据接收信号和发射信号间的频差可得到从发射到接收的时间超声衰减测量顾名思 义就是超声波在被测介 质中的衰减量随距离变化，根据接收信号和发射信号间的衰 减量变化测量液位从以上 方法的对比中可以看出，用共振法检测液位受到一些具 体条件的限制，需要与液面建立 驻波关系，并且它属于一种接触式测量方法频差 法需要调频器产生调制频率，衰减法 需测量超声波的衰减量相比较而言，超声波 脉冲回波法无需与液面之间建立驻波，并且可以实现非接触检测所以脉冲回波法是 其中最适合的方法，本文将采用该方法实现 超声波外测液位检测液位测量广泛应用于石油、化工、气象等部门实现无接触、智能化测量是液位 计目前的发展方向随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和 研究，近年来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。
从测量范围来说，有的液位计只能测量几十厘米，有的却可达几十米从测量条 件 和环境来说，有的非常简单，有的却十分复杂例如: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 型两类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口多数带有可动部件因此存在--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超声波液位计、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、易结晶的介质国外液位计量仪表早期大多采用机械原理，但近年来随着电子技术的应用，逐步 向机电一体化发展，并且发展了许多新的测量原理。
在传统原理中也渗透了电子技术 及微 机技术，结构有了很犬的改善、功能有了很大的提高从国外液位仪表发展的 技术动向 看，当前主要有三个热点：接触测量方式的液位仪，非接触测量方式的液 位仪和新原理的小型液位开关超声波液位计具有广泛的适用性，可以根据不同测量场合的需耍，采用气体介质、 液体介质或固体介质导声该测量装置结构简单，不需要其它附加设施，且安装、使 用和维护都较方便随着电子技术的发展单片机嵌入应用，超声波液位计的精度有 了进一步的提高，功能更加齐全但其主要缺点是:音速随温度、储存物料的化学成 分和罐内蒸汽的运动而变化，影响测量精度根据测量精度的要求可以采用多种方法 校正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因此，研究超声波在高精 度测距系统中的应用具有重要的现实意义第2章系统硬件设计2.1主控芯片方案采用传统的AT89S51单片机作为主控芯片单片机最小系统是其他拓展系统的 最基本的基础，单片机最小系统是指一个真正可用的单片机最小配置系统即单片机能 工作的系统。
对于89S51单片机，由于片内已经自带有了程序存储器，所以只要单片 机外接时钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了单片机引脚功能：2.1.1电源引脚Vcc （40脚）：正电源的引脚，工作电压是5 VoGND （20脚）：接地端2.1.2时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2为了产生时钟信号，在89S51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放大器，其 中XTAL1端口就是片内反相放大器的输入端，XTAL2端则是片内振荡器反相放大器的 输出端⑸单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12 MFh的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生 时钟信号时钟信号电路如图2. 1所示J II ~T13MH厂 II XL4L2图2. 1时钟信号电路 2.1.3 复位 RST （9 脚）当振荡器运行时，只要有有两个机器周期即24个振荡周期以上的高电平在这个 引脚出现时，那么就将会使单片机复位，如果将这个引脚保持高电平，那么51单片 机芯片就会循环不断地进行复位复位后的P0 口至P3 口均置于高电平，这时程序计 数器和特殊功能寄存器将全部清零单片机复位电路如图2. 2所示。
图2. 2单片机复位电路图2.1.4输入输出口（I/O 口）引脚po 口是一个三态的双向口，既可以作为数据和地址的分吋复用口，又可以作为 通用输入输出口P0 口在有外部扩展存储器时将会被作为地址/数据总线口，此时P0 口就是一个真正的双向口；而在没有外部扩展存储器时，P0 口也可以作为通用的I/O 接口使用，但此时只是一个准双向口；另外，P0 口的输出级具有驱动8个LSTTL负 载的能力即输出电流不小于800 uAoPl 口是一个带内部上拉屯阻的8位双向I/O 口，而P1 口只有通用I/O接口一-种 功能，而且P1 口能驱动4个LSTTL负载；在使用时通常不需要外接上拉电阻就能够 直接驱动发光二极管；在端口置1时，其内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入端 口用P2 口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，而且P2 口具有驱动4个LSTTL 负载的能力P2端口置1吋，内部上拉屯阻将端口的电位拉到高电平，作为输入口 使用；在对内部的Flash程序存储器编程时，P2 口接收高8位地址和控制信息，而 在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2 口就送出高8位地址在访问8位地 址的外部数据存储器时，P2引脚上的内容在此期间不会改变。
P3 口也是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3 口能驱动4个LSTTL负载, 这8个引脚述用于专门的第二功能P3 口作为通用I/O 口接口时，第二功能输出线 为高电平P3 口置1时，内部上拉电阻将端口电位拉到高电平，作输入口使用；在 对内部Flash程序存储器编程吋，此端接控制信息P3 口的第二功能，如表2. 3所 zj\ 0表2. 3 P3 口第二功能表P3引脚兼用功能P3. 0串行通讯输入口 (RXD)P3. 1串行通讯输出口 (TXD)P3. 2外部中断0请求输入端(INTO)P3. 3外部中断1请求输入端(INT1)P3. 4定吋器0输入端(T0)P3. 5定时器1输入端(T1)P3. 6外部数据存储器写选通信号输岀端(/WR)P3. 7外部数据存储器写选通信号输出端(/RD)2.1.5其它。