基于gsm的罐区超声波液位检测系统
毕业设计（论文）中文毕业设计（论文）中文 在现代社会的工农业生产中，有很多的地方都需要对罐区内的液位进行检测，目前，人们对液位检测的方案主要有通过电子测量和通过机械测量两种方法。从生产安全和效益角度考虑，液位高度不能太高或者太低。所以，为了保证罐区里面的液体在一定的高度范围内，要对罐区内的液位进行检测，这样保证资源的充分使用。本课题主要就是对罐区内的水位进行高度的检测。本课题从性价比和方便性的角度考虑，利用超声波在不同的介质中传播会在两种不同介质的结合处发生反射的原理。利用单片机采集发射时刻与接受到反射信号之间时间差值再乘以超声波在空气中的传播速度从而得到距离。超声波在空气中的传播速度会受到温度的影响，为了操作的简便和测量精度的要求，选用KS103超声波模块，带有温度检测模块，可以完成温度补偿，最终可以实现误差小于0.5 cm液位测量。在得到比较高的精度的距离信息以后要通过移动GSM网络把距离信息发送到特定的手机号码上。短信的发送是单片机发送串口命令和数据到GSM模块上，从而实现罐区液位的远距离监控。关键词 液位检测，GSM，超声波，51单片机
目 录
1 绪论 1
1.1 本文的研究意义 1
1.2 液位检测的研究现状 1
1.2.1 液位测量仪的现状 1
1.2.2 罐区液位测量工具的现状 2
1.3 文章的设计内容 2
2 系统总体设计 3
2.1 设计需求 3
2.2 设计要求 3
2.3 方案选择 4
2.3.1 测距方案的选择 4
2.3.2 通信方案的选择 4
2.3.3 方案的确定 4
2.4 系统原理 5
2.4.1 超声波的主要特性 5
2.4.2 超声波传感器的原理 5
2.4.3 液位测距原理 5
2.4.4 GSM模块通信原理 6
2.4.5 短信通讯服务 6
2.5系统结构图 7
3 液位检测系统的硬件设计 7
3.1 电源模块 8
3.2 单片机控制模块 8 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.3 超声波模块 12
3.3.1 发射电路设计 12
3.3.2 接收电路的设计 13
3.4 GSM模块 14
4 液位检测系统的软件设计 15
4.1 软件开发调试环境 15
4.2 主程序流程设计 16
4.3 液位距离测量程序流程设计 17
4.4 短信发送程序流程设计 18
5 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A： 电路设计原理图 24
附录B： 系统设计程序 24
附录C： 实物制作图 33
1 绪论
1.1 本文的研究意义
在现代社会的工农业生产中，有很多的地方都需要对罐区内的液位进行检测，液位检测的方式有很多种，传感器的类型有压力型检测，浮子型检测，超声波型检测等等。大多结构较为复杂，因此导致了液位计的结构比较复杂，也导致了其较高的成本；现成的液位计在市场上广泛出现，有投入形式的、浮球形式的、弹簧式形式的，但是其成本都比较高。上述液位测量计输出的信号值主要是电信号，机械指针读数的液位计也存在，但是大多数液位计不具备远程监视的功能；以静止液面的测量应用居多，在所需测量的罐区液面发生波动的时候，利用电容式的液位检测方法也可以被使用，相对于其他的检测方法，这种方法比较简单。
在农业生产的很多环境中，液位的检测是较为重要的，这种测量的手段的参照对象作为控制的重要依据。比如夏天气温过高，人工测量水田水位十分不方便，再比如一些水生物的罐区养殖，需要及时检测水位。因此需要对这个参数进行比较精确的检测和控制，尤其是一些要求比较高的场合下，需要将液位的高度精确的维持在一定的要求范围内，在一些场合，液位高度的控制对于整个系统来说是一个非常重要的参数，因此需要对液位进行一个合理的精度内的调节。过去的液位控制器一般采用手动调节，同时采用机械式的仪器仪表对液位值进行显示。但随着社会生产水平的提高、生产设备相对于过去更加先进，科学技术水平也有了质的飞跃，不仅要求更简明、精确、稳固的控制器，还需要对成本晋升一定的范围内的控制，并且更多是要求提升装置的安全性能。所以，开发一款功能齐全，性价比较高，且安全性能较好的液位检测系统是尤为有意义的，这是最近这几年来一个新的产品，集合了嵌入式软硬件，电路原理和控制原理的系统。
1.2 液位检测的研究现状
1.2.1 液位测量仪的现状
微电子技术的不断发展和成熟，液位测量设备也不再单单的采用机械式的测量方法，而是逐渐向电子技术与机械技术相结合的方向发展。把电子技术和微机原理不断的加入到传统的设备中。主要有以下几种测量方法：
（1） 人工测量检尺
人工测量是一种比较原始的测量方法，仅仅是把钢皮尺放进被测量物体内，测量出油的密度和温度。最终通过必要的计算得出结果。这种方法测量比较直接，可以当作其他测量方式的校验方法。
智能液体测位仪
采用伺服电机作为主要元件是此类仪表的标志。伺服电机控制浮子的上下变动，从而来反映液位的变化。
超声波液位仪
在非接触式的液位测量方式中，超声波测量在现在的社会生产得到了快速的发展。
1.2.2 罐区液位测量工具的现状
目前基于我国的罐区计量设备的现状，有很多合资类的企业代理有关的产品。一些国内的科研院所也开发出了一些计量设备。例如中科院和武汉大学就研制出了利用光纤来进行液位的测量。还有谷内研发出的UBG光导电子式液位测量仪，其准确度可以达到正负两毫米。
1.3 文章的设计内容
本次设计就是利用超声波在不同的介质中传播会发生反射的原理来进行发射点与被测量物体之间的距离。测量到的距离在通过公共移动网络发送出去，从而实现罐区液位的远距离监控。
超声波在传播过程中，如果遇到不同的介质，会在两种不同介质的结合处发生反射。利用单片机采集超声波发射时候的准确时刻与接受到反射信号的时刻之间的差值，再和超声波在空气中传播的速度进行相乘。这样可以测出超声波发射地点和遇到的另外介质交汇点的距离。温度检测模块是超声波测距装置必须要有的部分，这个模块可以完成温度补偿，使测量结果更加精准。在得到比较高的精度的距离信息以后要通过移动GSM网络把距离信息发送到特定的手机号码上。一定的防干扰措施是保证测量精度和系统的稳定性必不可少的一部分。
本课题主要研究内容总结如下：：
（1）对液位检测系统的设计理论进行学习和探讨，包括超声波的概念，超声波传感器的原理以，液位检测的原理和GSM网络及短信通讯的原理。
目 录
1 绪论 1
1.1 本文的研究意义 1
1.2 液位检测的研究现状 1
1.2.1 液位测量仪的现状 1
1.2.2 罐区液位测量工具的现状 2
1.3 文章的设计内容 2
2 系统总体设计 3
2.1 设计需求 3
2.2 设计要求 3
2.3 方案选择 4
2.3.1 测距方案的选择 4
2.3.2 通信方案的选择 4
2.3.3 方案的确定 4
2.4 系统原理 5
2.4.1 超声波的主要特性 5
2.4.2 超声波传感器的原理 5
2.4.3 液位测距原理 5
2.4.4 GSM模块通信原理 6
2.4.5 短信通讯服务 6
2.5系统结构图 7
3 液位检测系统的硬件设计 7
3.1 电源模块 8
3.2 单片机控制模块 8 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.3 超声波模块 12
3.3.1 发射电路设计 12
3.3.2 接收电路的设计 13
3.4 GSM模块 14
4 液位检测系统的软件设计 15
4.1 软件开发调试环境 15
4.2 主程序流程设计 16
4.3 液位距离测量程序流程设计 17
4.4 短信发送程序流程设计 18
5 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A： 电路设计原理图 24
附录B： 系统设计程序 24
附录C： 实物制作图 33
1 绪论
1.1 本文的研究意义
在现代社会的工农业生产中，有很多的地方都需要对罐区内的液位进行检测，液位检测的方式有很多种，传感器的类型有压力型检测，浮子型检测，超声波型检测等等。大多结构较为复杂，因此导致了液位计的结构比较复杂，也导致了其较高的成本；现成的液位计在市场上广泛出现，有投入形式的、浮球形式的、弹簧式形式的，但是其成本都比较高。上述液位测量计输出的信号值主要是电信号，机械指针读数的液位计也存在，但是大多数液位计不具备远程监视的功能；以静止液面的测量应用居多，在所需测量的罐区液面发生波动的时候，利用电容式的液位检测方法也可以被使用，相对于其他的检测方法，这种方法比较简单。
在农业生产的很多环境中，液位的检测是较为重要的，这种测量的手段的参照对象作为控制的重要依据。比如夏天气温过高，人工测量水田水位十分不方便，再比如一些水生物的罐区养殖，需要及时检测水位。因此需要对这个参数进行比较精确的检测和控制，尤其是一些要求比较高的场合下，需要将液位的高度精确的维持在一定的要求范围内，在一些场合，液位高度的控制对于整个系统来说是一个非常重要的参数，因此需要对液位进行一个合理的精度内的调节。过去的液位控制器一般采用手动调节，同时采用机械式的仪器仪表对液位值进行显示。但随着社会生产水平的提高、生产设备相对于过去更加先进，科学技术水平也有了质的飞跃，不仅要求更简明、精确、稳固的控制器，还需要对成本晋升一定的范围内的控制，并且更多是要求提升装置的安全性能。所以，开发一款功能齐全，性价比较高，且安全性能较好的液位检测系统是尤为有意义的，这是最近这几年来一个新的产品，集合了嵌入式软硬件，电路原理和控制原理的系统。
1.2 液位检测的研究现状
1.2.1 液位测量仪的现状
微电子技术的不断发展和成熟，液位测量设备也不再单单的采用机械式的测量方法，而是逐渐向电子技术与机械技术相结合的方向发展。把电子技术和微机原理不断的加入到传统的设备中。主要有以下几种测量方法：
（1） 人工测量检尺
人工测量是一种比较原始的测量方法，仅仅是把钢皮尺放进被测量物体内，测量出油的密度和温度。最终通过必要的计算得出结果。这种方法测量比较直接，可以当作其他测量方式的校验方法。
智能液体测位仪
采用伺服电机作为主要元件是此类仪表的标志。伺服电机控制浮子的上下变动，从而来反映液位的变化。
超声波液位仪
在非接触式的液位测量方式中，超声波测量在现在的社会生产得到了快速的发展。
1.2.2 罐区液位测量工具的现状
目前基于我国的罐区计量设备的现状，有很多合资类的企业代理有关的产品。一些国内的科研院所也开发出了一些计量设备。例如中科院和武汉大学就研制出了利用光纤来进行液位的测量。还有谷内研发出的UBG光导电子式液位测量仪，其准确度可以达到正负两毫米。
1.3 文章的设计内容
本次设计就是利用超声波在不同的介质中传播会发生反射的原理来进行发射点与被测量物体之间的距离。测量到的距离在通过公共移动网络发送出去，从而实现罐区液位的远距离监控。
超声波在传播过程中，如果遇到不同的介质，会在两种不同介质的结合处发生反射。利用单片机采集超声波发射时候的准确时刻与接受到反射信号的时刻之间的差值，再和超声波在空气中传播的速度进行相乘。这样可以测出超声波发射地点和遇到的另外介质交汇点的距离。温度检测模块是超声波测距装置必须要有的部分，这个模块可以完成温度补偿，使测量结果更加精准。在得到比较高的精度的距离信息以后要通过移动GSM网络把距离信息发送到特定的手机号码上。一定的防干扰措施是保证测量精度和系统的稳定性必不可少的一部分。
本课题主要研究内容总结如下：：
（1）对液位检测系统的设计理论进行学习和探讨，包括超声波的概念，超声波传感器的原理以，液位检测的原理和GSM网络及短信通讯的原理。
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