单片机超声波液位监控系统设计(附件)
在很多自动化工业生产系统中，需要对系统进行实时液位监测，而超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、与被测物无需直接接触等优点，因此在液位监控测量中运用的非常广泛。本课题以STC89C52RC为主控芯片，以超声波测距原理作为参考的基础，在硬件选择方面，本设计使用超声波传感器，根据超声波对距离的检测，将前方物体距离探测出来，然后单片机处理运算，结合蜂鸣器报警技术，实现了超声波液位监控系统的液位超声波检测，超限报警，并控制相应电机调节阀门，从而调节水位，并通过LCD显示器实时显示液位高度。该设计系统测量准确，功耗低，值得广泛推广及应用。关键词 超声波传感器，STC89C52，测液位，实时监测，蜂鸣器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及现状 1
1.2 课题研究应用及发展 2
1.3 课题研究的意义 5
2 总体设计 5
2.1 单片机的选择 6
2.2 超声波模块的选择 6
2.3 显示模块的选择 7
2.4 报警模块的选择 7
2.5 按键选择 8
3 系统硬件设计 8
3.1 单片机最小系统设计 8
3.2.1 STC89C52RC单片机 9
3.2.2 复位电路 11
3.2.3 晶振电路 12
3.3 液晶LCD1602显示电路 12
3.4.3 主要技术参数 14
3.4.4 测距工作原理 14
3.5.2 超声波接收模块介绍 16
4. 系统软件设计 18
4.1 主程序流程 19
4.2 LCD1602液晶显示子程序 19
4.3 超声波模块运行程序 20
4.4 测距程序说明 21
5. 软硬件联调 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录 30
附录一：硬件原理图 30
附录二：PCB板设计图 31
附录三：软件程序 32
绪论
1.1 课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
题研究背景及现状
大部分原始的液位控制方法是靠人为的手动操作，这导致人力资源严重的流失，与此同时，其安全性很低，可靠度也饱受诟病。在面对这一现象的时候，传统的液位管制系统无法提供良好的处理措施，从而在极大程度上限制了生产的效率，进一步减缓了工业的现代化前进步调。但是在当今社会，超声波液位测量系统的出现使得这一问题被完美的解决，对工业的现代化进程提供了很大的帮助。在工业很多领域中，超声波液位测量都表现出了极为重要的位置，具有庞大的使用范围。液位测量数据是很关键的一项参数，运用于管制及生产。贮存液的整体量就是利用液位测量进行治理和管制的。而超声波液位测量仪优点众多，例如它的精准度高，可用用很多方式实现显示功能，拥有良好的稳定性，设定难度较低，可以很容易的组成网络等都是明显的优点，这些优点使得它可以在工业生产上占据很重要的地位。
很长一段时间以来，对生产过程中精度的控制一直使得人们相当困扰。往常惯例的测量和管制水位的装置，因为掌握的技术不够、设备老旧等客观存在的原因，造成了控制精密度水平的低下，管制调理状态滞后，到最后造成整体工作进度受到波及，造成许多废弃物流失，从而造成了原料不能得到合理使用。
在液位测控设备加入单片机的使用，一方面能够提高系统整体运转的可靠性，另一方面也可以让系统变得不再那么复杂，使得装设愈加便利，降低了损耗。
超声波可以在水里传播，并且运动的方向不易受到干扰，并且在水中运动的过程中丢失量也不多，当他接触到分界面的同时，可以产生反射，依照收到的回波得出距离，测量出超声波往返时间，并以此获得水位的高度。
利用超声波来判断水位高度的方法是根据脉信号在运动过程中，遇到水面表层后返回。依靠得到的一系列参数就能推算出超声波运动往返的距离，从而确定水面的高度。与其他方法相比，使用超声波有不少独到的好处：1、准确度高，实时无接触测量，精准度相对较高；2、反应时间不长，由于随时实际测试，所以易于满足；3、由于不需要接触到水位，所以受到的干扰也就不高，进一步提升了其效率，适用于各种复杂被测物。
在近几年中，工业领域迎来了突破性的前进，液位监控这一技术被更多的投入运用，对液位测量的性能要求也随之变高。现今社会中，液位测量的使用早已不是局限在管道，在其他各种各样的领域也大显身手，如水库、水坝液位的测量都有其身影，环境不同，液位计的选择也随之对应改变。需要考虑到许多影响因素如防腐蚀性，液体挥发性等问题，另一方面，液位测量在很多需要保护控制的地方被加以使用，所以对精确度都有着不低的要求。比如在可测试的距离这一点上，短的可以很短，长的可达很长，两者差距大概在几十米;对精准度上也设定了不同的指标，在合理范围内很多误差都可以存在;从测试的地点考虑，测试的难易程度也会随之改变，所以需要做到因地制宜，根据什么环境，做出不同的判断。液位控制这一环节在生活中是一类并不少见的，尤其在有液体处理的工业领域里更是非常多的可以看到。当真正开始制作的过程里，一般会选择系统识别等技术，建立对应的虚拟构想，使其变得简单很多。不过有些领域在精准度上有不低的要求，对应识别要求也就更高[1]。
1.2 课题研究应用及发展
我国对液位测量技术的掌握对比国外来说仍然有明显的差距。国外很早就报以对这项技术的重视，在这项技术持续给予了很多财力的支持，使其一直顺利进行。当下，外国不少企业已经制作研发出了性能良好，核心技术完善的液位测量计，顺带推出了一系列相关物品。在国外众多国家中，美国在该技术的设计发展上常年占据鳌头，设计出了很多新型多种类液位计。在测量领域有两种，一个种类是连续的，另一个种类为定点型的。从工作角度来说又分为好几种，一种为声学式，依照被测物的位置发生变化导致往返距离变化来进行测试；另一种为差压式，依照被测物高度不同影响到压力，从而得出被测体的位置；另外还有直读式，依照液体移动的整体性来对水位进行测试；最后是电气式，将不同位置被测体变成电量因素，并加以测试。
传统的液位管制监控设备基本以机械原理为基础。在测量的原理以及方法方面的全面更新提高后，前前后后出现了一些高新技术化的液位测量设备，它们可以满足非接触测量的要求并且更加精准和智慧化，在各大领域广受欢迎并充分运用。其中就有雷达和光纤等系列，在相应的运用领地里运用十分广泛。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及现状 1
1.2 课题研究应用及发展 2
1.3 课题研究的意义 5
2 总体设计 5
2.1 单片机的选择 6
2.2 超声波模块的选择 6
2.3 显示模块的选择 7
2.4 报警模块的选择 7
2.5 按键选择 8
3 系统硬件设计 8
3.1 单片机最小系统设计 8
3.2.1 STC89C52RC单片机 9
3.2.2 复位电路 11
3.2.3 晶振电路 12
3.3 液晶LCD1602显示电路 12
3.4.3 主要技术参数 14
3.4.4 测距工作原理 14
3.5.2 超声波接收模块介绍 16
4. 系统软件设计 18
4.1 主程序流程 19
4.2 LCD1602液晶显示子程序 19
4.3 超声波模块运行程序 20
4.4 测距程序说明 21
5. 软硬件联调 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录 30
附录一：硬件原理图 30
附录二：PCB板设计图 31
附录三：软件程序 32
绪论
1.1 课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
题研究背景及现状
大部分原始的液位控制方法是靠人为的手动操作，这导致人力资源严重的流失，与此同时，其安全性很低，可靠度也饱受诟病。在面对这一现象的时候，传统的液位管制系统无法提供良好的处理措施，从而在极大程度上限制了生产的效率，进一步减缓了工业的现代化前进步调。但是在当今社会，超声波液位测量系统的出现使得这一问题被完美的解决，对工业的现代化进程提供了很大的帮助。在工业很多领域中，超声波液位测量都表现出了极为重要的位置，具有庞大的使用范围。液位测量数据是很关键的一项参数，运用于管制及生产。贮存液的整体量就是利用液位测量进行治理和管制的。而超声波液位测量仪优点众多，例如它的精准度高，可用用很多方式实现显示功能，拥有良好的稳定性，设定难度较低，可以很容易的组成网络等都是明显的优点，这些优点使得它可以在工业生产上占据很重要的地位。
很长一段时间以来，对生产过程中精度的控制一直使得人们相当困扰。往常惯例的测量和管制水位的装置，因为掌握的技术不够、设备老旧等客观存在的原因，造成了控制精密度水平的低下，管制调理状态滞后，到最后造成整体工作进度受到波及，造成许多废弃物流失，从而造成了原料不能得到合理使用。
在液位测控设备加入单片机的使用，一方面能够提高系统整体运转的可靠性，另一方面也可以让系统变得不再那么复杂，使得装设愈加便利，降低了损耗。
超声波可以在水里传播，并且运动的方向不易受到干扰，并且在水中运动的过程中丢失量也不多，当他接触到分界面的同时，可以产生反射，依照收到的回波得出距离，测量出超声波往返时间，并以此获得水位的高度。
利用超声波来判断水位高度的方法是根据脉信号在运动过程中，遇到水面表层后返回。依靠得到的一系列参数就能推算出超声波运动往返的距离，从而确定水面的高度。与其他方法相比，使用超声波有不少独到的好处：1、准确度高，实时无接触测量，精准度相对较高；2、反应时间不长，由于随时实际测试，所以易于满足；3、由于不需要接触到水位，所以受到的干扰也就不高，进一步提升了其效率，适用于各种复杂被测物。
在近几年中，工业领域迎来了突破性的前进，液位监控这一技术被更多的投入运用，对液位测量的性能要求也随之变高。现今社会中，液位测量的使用早已不是局限在管道，在其他各种各样的领域也大显身手，如水库、水坝液位的测量都有其身影，环境不同，液位计的选择也随之对应改变。需要考虑到许多影响因素如防腐蚀性，液体挥发性等问题，另一方面，液位测量在很多需要保护控制的地方被加以使用，所以对精确度都有着不低的要求。比如在可测试的距离这一点上，短的可以很短，长的可达很长，两者差距大概在几十米;对精准度上也设定了不同的指标，在合理范围内很多误差都可以存在;从测试的地点考虑，测试的难易程度也会随之改变，所以需要做到因地制宜，根据什么环境，做出不同的判断。液位控制这一环节在生活中是一类并不少见的，尤其在有液体处理的工业领域里更是非常多的可以看到。当真正开始制作的过程里，一般会选择系统识别等技术，建立对应的虚拟构想，使其变得简单很多。不过有些领域在精准度上有不低的要求，对应识别要求也就更高[1]。
1.2 课题研究应用及发展
我国对液位测量技术的掌握对比国外来说仍然有明显的差距。国外很早就报以对这项技术的重视，在这项技术持续给予了很多财力的支持，使其一直顺利进行。当下，外国不少企业已经制作研发出了性能良好，核心技术完善的液位测量计，顺带推出了一系列相关物品。在国外众多国家中，美国在该技术的设计发展上常年占据鳌头，设计出了很多新型多种类液位计。在测量领域有两种，一个种类是连续的，另一个种类为定点型的。从工作角度来说又分为好几种，一种为声学式，依照被测物的位置发生变化导致往返距离变化来进行测试；另一种为差压式，依照被测物高度不同影响到压力，从而得出被测体的位置；另外还有直读式，依照液体移动的整体性来对水位进行测试；最后是电气式，将不同位置被测体变成电量因素，并加以测试。
传统的液位管制监控设备基本以机械原理为基础。在测量的原理以及方法方面的全面更新提高后，前前后后出现了一些高新技术化的液位测量设备，它们可以满足非接触测量的要求并且更加精准和智慧化，在各大领域广受欢迎并充分运用。其中就有雷达和光纤等系列，在相应的运用领地里运用十分广泛。
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