超声波液位控制系统的毕业设计

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1、专业：电气工程与其自动化 学号： 9310100724 He bei Normal University of Science & Technology本科毕业设计（自然科学）题 目： 超声波液位控制系统的设计 院（系、部）： 机电科学与工程系 学 生 姓 名： 王雷涛 指 导 教 师： 马崇霄 职 称 讲师 2014年5月18日科技师学院教务处制 / 资料目录1.学术声明11页2.科技师学院本科毕业论文（设计）137页3.科技师学院本科毕业论文（设计）任务书11 页4.科技师学院本科毕业论文（设计）开题报告12 页5.科技师学院本科毕业论文（设计）中期检查表11页6.科技师学院本科毕业论文（

2、设计）答辩记录表11 页7.科技师学院本科毕业论文（设计）成绩评定汇总表12页8科技师学院本科毕业论文（设计）工作总结11页9其他反映研究成果的资料（如公开发表的论文复印件、效益证明等） 页 科技师学院本科毕业设计 超声波液位控制系统的设计院（系、部）名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 电气工程与其自动化 学 生 姓 名： 王雷涛 学 生 学 号： 9310100724 指 导 教 师： 马崇霄 2014年5月18日科技师学院教务处制学 术 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的容外，本学

3、位论文的研究成果不包含他人享有著作权的容。对本论文所涉与的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于科技师学院。本人签名： 日期：指导教师签名： 日期：摘 要对于超声波液位控制系统这个课题来说有一个不得不解决的实际问题：液位检测。而为了解决这个问题，所以开发了一种基于单片机的超声波液位检测仪。深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性以与它的优越性。首先，超声波可以在气体、液体、固体和固溶体等介质中进行有效的传播。再者超声波没有有害辐射，具有穿透能力强，方向性好，容易获得较集中的声能，在介质中传播距离远的特点。因此被广泛应用于石油、化工等诸多

4、领域。而现在单片机技术已日渐成熟，价格低廉、性能优异、灵活性高、稳定性好。因此本文采取了以AT89C51单片机作为系统核心部件与超声波技术合二为一，设计出的一种非接触式液面检测控制系统，具有重要的现实意义和应用价值。关键词：液位测量；AT89C51单片机；超声波传感器AbstractThe ultrasonic liquid level control system of this subject is a practical problem tosolve: liquid level detection. In order to solve this problem, so a kind o

5、f ultrasonicliquid level measuring instrument based on. Discusses the feasibility of liquid level detection and its superiority by ultrasonic signal source. First of all, gas,liquid, ultrasonic in solid and solution of effective communication is body medium.Furthermore the ultrasonic no harmful radi

6、ation,has a strong penetrating ability,good directivity, easy access to a centralized energy, propagation distance in the medium. It is widely used in petroleum, chemical and many other fields. And now the single chip technology has become increasingly mature, low prices, excellent performance, high

7、 flexibility, good stability. This paper takes AT89C51 MCU as the core component of Become system with ultrasonic technology, a non contacttype liquid level detection and control system design, has the important practicalsignificance and application value.Keywords: liquid level measurement; AT89C51

8、MCU; ultrasonic sensor目 录摘要I1 绪论11.1 论文研究背景与意义11.2 国外发展的现状12 设计总体思路22.1 超声波液位控制系统的设计要求22.2 设计具体容22.3 设计方案23 硬件设计33.1 单片机系统33.1.1 AT89C51性能33.1.2 AT89C51各引脚功能33.2 外围电路的设计53.2.1 超声波的发射电路53.2.2 超声波的接收电路63.2.3 LED的显示电路的设计73.2.4 电源电路103.2.5 报警电路113.2.6 控制电路123.3 控制系统的设计133.3.1 系统硬件方案的设计133.3.2 水位液位控制的原理1

9、44 系统软件的设计154.1 超声波测量距离的原理164.2 主程序流程图16 4.2.1定时控制部件16 4.2.2中断系统16 4.2.3 信号控制16 4.2.4 数据存储17 4.2.5 信号处理174.3 环境编译19参考文献21致22附录231 绪论1.1 论文研究背景与意义超声波液位测量仪作为一种典型的非接触测量仪器，在很多方明有着广泛的应用。诸如工业自动控制，工程建设测量和水位高度等方面的测量。与激光测距、微波测距等诸多传统测量方法相比，由于超声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波，时间测量精度的要求也远小于激光测距和微波测距等，因而超声波液位仪电路结构简单，造价低廉，容

10、易设计，且超声波在传播过程中不易受烟雾、空气能见度低等因素的影响，在各个场合均得到广泛应用。然而超声波液位仪在实际应用中也有很多局限性会对测量数据的精确度造成一定的影响。诸如环境温度、风速等，使其无法达到要求。如何解决这些问题具有较大的现实意义。此外，水位一直是一个问题的人，为了检测事故迹象，防患于未然，经济实用，可靠的无线水位检测系统将发挥巨大的作用，水位是水库大坝安全的重要参数，排水和灌溉调度，存储，泄洪水域。自动监控，传输和处理好水位和水库现代化建设提供基本信息。在工业和农业的许多领域，需要监测水位，可能活不过来或人的现场监测。我们可以用遥控器控制，坐在仪器可以检测和控制领域。1.2国外

11、发展的现状 随着现代化电子技术高速的发展，激光测距，微波雷达测距以与超声波测距。第一种和第二种方法，主要是技术上的困难，另外成本比较高，一般只适合用于军事工业上，而超声波测距的技术则相反首先，它的技术难度较小且成本也比较低廉，所以它比较适合用于民用上的推广。这一技术还能够用来工业上的测量领域。因为超声波有着能量消耗缓慢的优点，所以无论是在哪种介质中进行的的传播，无论距离的长短，都适合使用。所以超声波经常被应用于距离上的测量。由于使用超声波在检测时往往更加的快速，更加的方便，同时也比较简单，容易做到实时控制，另外，还能够满足于工业上的测量精度这一实际难题，因此，在移动机器人的研究与开发当中也常常

12、用到它。随着微机技术的发展和自动测距的提高，超声波测量距离的理论业已逐渐成熟，所以超声波在测距当中的应用还是非常广泛的。在非接触式检测这方面超声波测距有着极为显著的优势。和别的方法相比，诸如光或电磁的方法，超声波测距不会受光的影响，同时也不受色彩以与被测对象等其他方面的诸多影响。当被测物体存在一定的黑暗，灰尘，烟雾，电磁干扰等因素的影响时，超声波有着很强的适应能力。所以，超声波广泛使用于芯片级的测量，例如计算机毕业论文机械手的控制，目标识别，车辆自动导航等。尤其适和使用于空气的围，由于在空气中的速度慢，沿传播方向的结构的信息，很容易被检测到回波的信号，因此，它具有很高的分辨率，另外，它的计算精

13、度也远远的高于其他方法；同时超声波传感器还具有结构简单，体积小的特点，可靠性高，信号容易处理。因此在本设计当中测距方面使用的是超声波。2 设计总体思路2.1超声波液位控制系统设计要求：(1)测量液位高度h的围要求为h5M； (2)能够实现上下液位高度的控制； (3)达到上下限高度时能够自动控制； (4)通过温度检测来对声速进行修正； (5)假如出现故障时可以自动报警； (6)数码管显示；2.2设计具体容：(1)AT89C51主控单元电路； (2)超声波发射电路； (3)超声波接收电路； (4)温度补偿电路； (5)报警与显示电路； （6）液位控制电路；2.3设计方案超声波液位测量系统主要由AT

14、89C51单片机、温度检测电路、超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路、报警电路以与控制执行电路等组成。通过超声波液位检测系统对液位的检测所得数据再通过AT89C51单片机的运算控制后，通过液位控制电路（即控制执行电路）控制水位的变化。3 硬件设计3.1 单片机系统单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，具有一个完整得计算机所需要的大部分部件：例如CPU，存，总线系统等等。而目前普遍使用的单片机有51系列单片机，PIC单片机，AVR单片机。眼下应用的最为广泛的8位单片机还是intel公司开发的51系列单片机。51系列的单片机的特点是：硬件结构比较合理，指令系统规，再加上它的生产历史悠久，世界围有许多的芯片公司都够买了51系列单片机芯片的核心专利技术，并且在51系列的基础之上还扩充了其它的性能，使得现在的芯片的运行速度变得更快，性价比也更高。因此