单片机的超声波液位测量系统的设计
摘 要本课题在当前超声波液位测量器系统的研究基础上，提出了一种可以通过STC89C51单片机作为主控来实现的一款新型超声波液位测量器控制系统，在其内部使用了新型模块HC-SR04型超声波传感器以及LCD1602液晶屏等作为核心部分，构建了其硬件框架结构，实现了对于液位高达1cm精度的测量，液位高度测量范围可以达到0~1米之间，并且具有较高清晰度的液晶显示功能，经过了系统仿真以及专业仪器测量发现，这款系统的实现大大降低了目前相关产品的总体功耗，在硬件上由于大多数使用的都是新型并且价格低廉的芯片模块，大大压缩了总体系统的生产成本。本系统最终经过了多方面的测试和发现问题后的不断改进完善，最终呈现出了很高的实用性，推向市场后将淘汰大量现有相关产品。
目录
一、 引言
（一） 超声波液位测量器的发展背景
（二） 超声波液位测量器控制系统的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 控制器的选取
（二） STC89C51单片机简要介绍
（三） HCSR04超声波传感器介绍
（四） LCD1602字符点阵介绍
（五） 蜂鸣器概述
三、 硬件系统设计
（一） 超声波液位测量器的方案设计
（二） 超声波液位测量器系统的系统原理框图设计
（三） STC89C51单片机最小系统设计
1. 复位电路设计
2. 时钟电路设计
（四） 超声波传感器电路设计
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计
（六） 蜂鸣器电路设计
四、 软件系统设计
（一） 超声波液位测量器系统的软件工作流程设计
（二） 超声波工作流程图设计
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计
五、 Proteus软件仿真
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序 引言
超声波液位测量器的发展背景
本课题将要设计的这款超声波液位测量器控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的超声波液位测量器控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的超声波液位测量器控制系统。最早的用于实现对物体进行液位高度测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的超声波液位测量器全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现液位高度测量功能是主流方式，这种机械式超声波液位测量器所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统超声波液位测量器的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统超声波液位测量器所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分超声波液位测量器的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的超声波液位测量器的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的超声波液位测量器控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误超声波液位测量器产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现超声波液位测量器控制系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式超声波液位测量器所无法实现的，另外由于这种电子式超声波液位测量器系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的超声波液位测量器控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款超声波液位测量器控制系统。
超声波液位测量器控制系统的国内外发展现状
电子式超声波液位测量器系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产超声波液位测量器系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的超声波液位测量器控制系统将能够实现更高精度的液位高度测量，目前国内外所能实现的最先进超声波液位测量器系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的液位高度测量系统，同时也标志着为了实现更高性能的超声波液位测量器系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本文在超声波液位测量器发展背景的基础上选择了超声波液位测量器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的超声波液位测量器系统，并实现以下功能指标：
以STC89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配合，实现51单片机最小系统电路的设计，实现对HCSR04型超声波传感器、液晶屏以及蜂鸣器等模块的驱动；
通过超声波模块实现液位测量，从而实现对于物体的液位高度测量；
具有液晶显示功能，实现物体液位高度测量结果的显示；
具有报警功能，使用者可通过按键设置液位高度阀值，当测量到的物体液位高度超过报警阀之后，系统发出蜂鸣报警信号；
各项指标：
液位高度精度可达到1厘米，能够实现0~1米之间的物体液位高度测量；
目录
一、 引言
（一） 超声波液位测量器的发展背景
（二） 超声波液位测量器控制系统的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 控制器的选取
（二） STC89C51单片机简要介绍
（三） HCSR04超声波传感器介绍
（四） LCD1602字符点阵介绍
（五） 蜂鸣器概述
三、 硬件系统设计
（一） 超声波液位测量器的方案设计
（二） 超声波液位测量器系统的系统原理框图设计
（三） STC89C51单片机最小系统设计
1. 复位电路设计
2. 时钟电路设计
（四） 超声波传感器电路设计
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计
（六） 蜂鸣器电路设计
四、 软件系统设计
（一） 超声波液位测量器系统的软件工作流程设计
（二） 超声波工作流程图设计
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计
五、 Proteus软件仿真
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序 引言
超声波液位测量器的发展背景
本课题将要设计的这款超声波液位测量器控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的超声波液位测量器控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的超声波液位测量器控制系统。最早的用于实现对物体进行液位高度测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的超声波液位测量器全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现液位高度测量功能是主流方式，这种机械式超声波液位测量器所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统超声波液位测量器的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统超声波液位测量器所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分超声波液位测量器的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的超声波液位测量器的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的超声波液位测量器控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误超声波液位测量器产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现超声波液位测量器控制系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式超声波液位测量器所无法实现的，另外由于这种电子式超声波液位测量器系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的超声波液位测量器控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款超声波液位测量器控制系统。
超声波液位测量器控制系统的国内外发展现状
电子式超声波液位测量器系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产超声波液位测量器系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的超声波液位测量器控制系统将能够实现更高精度的液位高度测量，目前国内外所能实现的最先进超声波液位测量器系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的液位高度测量系统，同时也标志着为了实现更高性能的超声波液位测量器系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本文在超声波液位测量器发展背景的基础上选择了超声波液位测量器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的超声波液位测量器系统，并实现以下功能指标：
以STC89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配合，实现51单片机最小系统电路的设计，实现对HCSR04型超声波传感器、液晶屏以及蜂鸣器等模块的驱动；
通过超声波模块实现液位测量，从而实现对于物体的液位高度测量；
具有液晶显示功能，实现物体液位高度测量结果的显示；
具有报警功能，使用者可通过按键设置液位高度阀值，当测量到的物体液位高度超过报警阀之后，系统发出蜂鸣报警信号；
各项指标：
液位高度精度可达到1厘米，能够实现0~1米之间的物体液位高度测量；
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