单片机的超声波液位监控系统设计
为了实现液位的监测和控制，需要完成超声波对液位的测量和实时监控报警这两部分。本设计主要以STC89C52单片机为核心，结合超声波测距模块HC-SR04、液晶屏LCD1602、温度传感器DS18B20和蜂鸣器，运用超声波测距原理、液晶显示原理、温度补偿原理、单片机的应用等实现液位的实时监控。单片机控制超声波发射模块产生脉冲信号，同时计时器计时，传感器检测到第一个回波脉冲时停止计数，就能够得到从发射到接收的时间；温度采集电路也将采集实时温度为液位计算进行修正，然后将测量的结果与预设上下限比较，如果小于预设下限单片机控制进行加水；高于上限进行排水。当液位变化过快或无法控制时，单片机启动报警，提醒工作人员进行处理。本次的设计基本可以实现对一般液位的测量，能够在普通的工业生产中使用，这样简单精确的液位测量技术对于工业领域有非常大的意义。
关键词 超声波； 测距；温度采集；液位监控
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状与发展趋势 1
1.3 课题研究意义 4
2 系统设计方案 5
2.1 系统结构框图设计 5
2.2 系统各模块简单介绍 5
3 系统各模块的硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.2 温度采集模块设计 9
3.3 超声波测距模块设计 11
3.4 LCD液晶显示模块设计 13
3.5 报警模块设计 14
3.6 按键模块设计 15
3.7 电源模块设计 15
4 系统软件设计 16
4.1 主程序设计思路 16
4.2 程序流程图 16
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> 5 系统调试 20
结论 24
致谢 25
参 考 文 献 26
附录A 硬件电路图 27
附录B 源程序代码 28
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着现代社会科学技术的快速发展，超声波测距技术在各个领域越来越普遍。目前我国在超声波测距方面的技术的研究还不够成熟，这也使得我们在日常生活和生产方面对于这方面技术的应用十分有限，所以这是一个正在蓬勃发展而又有着巨大发展潜力的领域。从现在来看，超声波测距作为这样的一种新技术从各个方面显出的实用性和已经凸显出的重要的作用，将会让这门技术朝着更高端更精密的方向继续发展下去，比如声呐技术的发展：为了使军事武器可以在水中实施隐蔽攻击和探查；定位精度更高的测距技术是目前的研究方向，还有发展运用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，来实现超远程的识别和探测；而潜艇中的浅海用的声呐设备，主要用于浅海水中目标探查和识别；潜艇本身也容易产生噪声，所以也需要采取措施改善潜艇声纳的工作环境。我坚信，不久之后的超声波测距技术将会改善的更加自动化和智能化，再与其他测距技术比较后绩优融合，形成功能更加强大和完善的测距仪器。而随着测距技术的不断进步，测距仪器不会再局限在判断功能开始发展他的学习和应对功能，最终发展成具有独立自主探查识别以及应对实际情况的智能化仪器。在接下来的生活生产以及科学研究中，功能更加强大和完善的测距仪器将会发挥更大的作用。
传统的测量距离的方法有着非常多的缺陷和不适应性。传统测量方法一般采用的是差位分布电极法，即将两个电极都插入到被测液体当中，通过脉冲的发出和接收来进行距离的测量，但是这种方法在水中浸泡过程中极易被氧化腐蚀，从而失去灵敏性。而超声波测距的方式强度大而且方向性好，所以超声波测距可以很好地避免传统测距存在的问题，所以超声波测量距离技术在工业生产、定点探测、定位系统和安全设施等领域都有着十分广泛的应用。
超声波测距技术所使用的电路在一开始是由传统的模拟或数字电路组成，但是传统方法不利于调试，系统容错率低，而且几乎不具备延展性，不具备改进的功能。所以超声波测距系统逐渐的开始被广泛应用。超声波测距系统通过控制传感器发出和接收声波信号，内部计时器进行同步计数，接收信号后调用相关程序来算出距离，另加入温度补偿模块降低因为温度变化而产生的误差，使得形成的电路精简，测量精确度高，运行和响应速度快，稳定性也更好。
1.2 研究现状与发展趋势
精确的液位测量是工厂控制生产过程中非常重要的部分。早期由于工业生产规模不大，所以传统的液位测量方法也基本能满足要求，比如法兰式和吹气式等机械式测量方法。但是随着工业技术的发展，工厂生产规模进一步扩大，对于储液罐的需求量也开始变多容量变大，早期的液位测量方法短板越来越突出，缺点如下:法兰式液位变送器对于温度的要求很高，而且设施的布置及维护工作量相比较大;第二个吹气式测距对材料的要求比较苛刻，导致吹气管道不定时需要进行维修和更换，而且这种方法的能耗大；另外安装的气源管的设备安装和维护工作量较大。这么多的问题有待解决也促使着新的测距方法的产生和发展。上世纪八十年代，很多发达国家就已经开始把先进的技术和设备与超声波技术相结合，不断尝试新的液位测量的方法，而电子式测量就是发展过程中的一个重要成果。
在电子式液位测量方法中，又分为很多种，比如压电式、超声波式、磁致伸缩式、浮球式、电容式等，些方法设备操作相对简单方便，精确度高，耐用性好。调查结果表明，目前电子测距仪器在生产生活中的使用率大概达到76%，而机械测距仪仅有15%，而超声波和电容式等占据了60%以上。而超声波测距技术在2007年基本占领了测距领域的大部分市场。
超声波液位测量技术有以下优点:一方面可以定点并且不间断地对液位进行检测，另一方面它还可以实时迅速发出信号或者执行使用者下达的命令。所以，超声波技术和放射技术，相比基本不需要保护措施；再与激光测液位技术相比，这项技术的构成简单一些且制作成本低廉。相比之下，相比之下，超声波测量技术的组件不需要移动，这也使得设备的安装和维护更方便。尤其是超声波测距技术基本可以不受北侧介质的影响，固液气大部分都可以测量，所以对测量环境的适应性非常好。所以在某些测量环境要求很高或者恶劣的情况下，并且很多测量设备无法正常运行时，超声波测距仪器往往能够轻松胜任。当然也不能否认其他测量技术也各有其优势，在某些特殊的环境下，也可能会有方法会比超声波测位更可靠稳定，经济适用。比如对测量结果要求精度不高时，机械浮子法就显得更快捷实用;在高精度的情况下，光学测距或激光测距比超声法更有效，而且效果更好。
现如今超声波技术不断发展完善，而且它具有其他大部分技术都不完全具备的精度高、消耗低、免接触的优势，超声波技术的应用范围愈来愈普遍，由超声波技术衍生后制作的仪器也越来越多。对超声波测距仪器的研究，目前主要集中在远程测距、高精度测距以及智能化和网络化测距这几方面。澳大利亚HAWK公司的产品在超声波测距技术方面取得了巨大突破，他们生产的的超声波测距仪器经过测试能够适应更加恶劣的工作环境，并且他们还自主研发嵌入了智能控制技术，使超声波测距产品变得更加智能化常规化，为操作人员减轻工作负担。该系列产品还可以根据需要智能化的发射不同频率的超声波，同时加入的温度补偿模块也令测量数据更加精确可靠。而且这项产品还能拥有多种数据通信方式，可编程的故障保护模式和先进的GSM、CDMA、互联网远程调试功能，令使用者随时可以得到技术支持。该产品高端的研发技术和稳定可靠高效的工作质量，在各个领域得到广泛的应用。国内超声波测距仪器的研究相比国外要落后一些，但是也发展了很多功能和性能都很不错的产品，技术层面上也有很大的提升。然而在高端的技术设备中和中应用并不多，经济便捷的普通产品的市场占有量更多，因为它能抛开传统的老旧繁杂的技术设备以更加简单的方式完成所要求的功能。
第2脚：VCC接电源正极5V；
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状与发展趋势 1
1.3 课题研究意义 4
2 系统设计方案 5
2.1 系统结构框图设计 5
2.2 系统各模块简单介绍 5
3 系统各模块的硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.2 温度采集模块设计 9
3.3 超声波测距模块设计 11
3.4 LCD液晶显示模块设计 13
3.5 报警模块设计 14
3.6 按键模块设计 15
3.7 电源模块设计 15
4 系统软件设计 16
4.1 主程序设计思路 16
4.2 程序流程图 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
> 5 系统调试 20
结论 24
致谢 25
参 考 文 献 26
附录A 硬件电路图 27
附录B 源程序代码 28
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着现代社会科学技术的快速发展，超声波测距技术在各个领域越来越普遍。目前我国在超声波测距方面的技术的研究还不够成熟，这也使得我们在日常生活和生产方面对于这方面技术的应用十分有限，所以这是一个正在蓬勃发展而又有着巨大发展潜力的领域。从现在来看，超声波测距作为这样的一种新技术从各个方面显出的实用性和已经凸显出的重要的作用，将会让这门技术朝着更高端更精密的方向继续发展下去，比如声呐技术的发展：为了使军事武器可以在水中实施隐蔽攻击和探查；定位精度更高的测距技术是目前的研究方向，还有发展运用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，来实现超远程的识别和探测；而潜艇中的浅海用的声呐设备，主要用于浅海水中目标探查和识别；潜艇本身也容易产生噪声，所以也需要采取措施改善潜艇声纳的工作环境。我坚信，不久之后的超声波测距技术将会改善的更加自动化和智能化，再与其他测距技术比较后绩优融合，形成功能更加强大和完善的测距仪器。而随着测距技术的不断进步，测距仪器不会再局限在判断功能开始发展他的学习和应对功能，最终发展成具有独立自主探查识别以及应对实际情况的智能化仪器。在接下来的生活生产以及科学研究中，功能更加强大和完善的测距仪器将会发挥更大的作用。
传统的测量距离的方法有着非常多的缺陷和不适应性。传统测量方法一般采用的是差位分布电极法，即将两个电极都插入到被测液体当中，通过脉冲的发出和接收来进行距离的测量，但是这种方法在水中浸泡过程中极易被氧化腐蚀，从而失去灵敏性。而超声波测距的方式强度大而且方向性好，所以超声波测距可以很好地避免传统测距存在的问题，所以超声波测量距离技术在工业生产、定点探测、定位系统和安全设施等领域都有着十分广泛的应用。
超声波测距技术所使用的电路在一开始是由传统的模拟或数字电路组成，但是传统方法不利于调试，系统容错率低，而且几乎不具备延展性，不具备改进的功能。所以超声波测距系统逐渐的开始被广泛应用。超声波测距系统通过控制传感器发出和接收声波信号，内部计时器进行同步计数，接收信号后调用相关程序来算出距离，另加入温度补偿模块降低因为温度变化而产生的误差，使得形成的电路精简，测量精确度高，运行和响应速度快，稳定性也更好。
1.2 研究现状与发展趋势
精确的液位测量是工厂控制生产过程中非常重要的部分。早期由于工业生产规模不大，所以传统的液位测量方法也基本能满足要求，比如法兰式和吹气式等机械式测量方法。但是随着工业技术的发展，工厂生产规模进一步扩大，对于储液罐的需求量也开始变多容量变大，早期的液位测量方法短板越来越突出，缺点如下:法兰式液位变送器对于温度的要求很高，而且设施的布置及维护工作量相比较大;第二个吹气式测距对材料的要求比较苛刻，导致吹气管道不定时需要进行维修和更换，而且这种方法的能耗大；另外安装的气源管的设备安装和维护工作量较大。这么多的问题有待解决也促使着新的测距方法的产生和发展。上世纪八十年代，很多发达国家就已经开始把先进的技术和设备与超声波技术相结合，不断尝试新的液位测量的方法，而电子式测量就是发展过程中的一个重要成果。
在电子式液位测量方法中，又分为很多种，比如压电式、超声波式、磁致伸缩式、浮球式、电容式等，些方法设备操作相对简单方便，精确度高，耐用性好。调查结果表明，目前电子测距仪器在生产生活中的使用率大概达到76%，而机械测距仪仅有15%，而超声波和电容式等占据了60%以上。而超声波测距技术在2007年基本占领了测距领域的大部分市场。
超声波液位测量技术有以下优点:一方面可以定点并且不间断地对液位进行检测，另一方面它还可以实时迅速发出信号或者执行使用者下达的命令。所以，超声波技术和放射技术，相比基本不需要保护措施；再与激光测液位技术相比，这项技术的构成简单一些且制作成本低廉。相比之下，相比之下，超声波测量技术的组件不需要移动，这也使得设备的安装和维护更方便。尤其是超声波测距技术基本可以不受北侧介质的影响，固液气大部分都可以测量，所以对测量环境的适应性非常好。所以在某些测量环境要求很高或者恶劣的情况下，并且很多测量设备无法正常运行时，超声波测距仪器往往能够轻松胜任。当然也不能否认其他测量技术也各有其优势，在某些特殊的环境下，也可能会有方法会比超声波测位更可靠稳定，经济适用。比如对测量结果要求精度不高时，机械浮子法就显得更快捷实用;在高精度的情况下，光学测距或激光测距比超声法更有效，而且效果更好。
现如今超声波技术不断发展完善，而且它具有其他大部分技术都不完全具备的精度高、消耗低、免接触的优势，超声波技术的应用范围愈来愈普遍，由超声波技术衍生后制作的仪器也越来越多。对超声波测距仪器的研究，目前主要集中在远程测距、高精度测距以及智能化和网络化测距这几方面。澳大利亚HAWK公司的产品在超声波测距技术方面取得了巨大突破，他们生产的的超声波测距仪器经过测试能够适应更加恶劣的工作环境，并且他们还自主研发嵌入了智能控制技术，使超声波测距产品变得更加智能化常规化，为操作人员减轻工作负担。该系列产品还可以根据需要智能化的发射不同频率的超声波，同时加入的温度补偿模块也令测量数据更加精确可靠。而且这项产品还能拥有多种数据通信方式，可编程的故障保护模式和先进的GSM、CDMA、互联网远程调试功能，令使用者随时可以得到技术支持。该产品高端的研发技术和稳定可靠高效的工作质量，在各个领域得到广泛的应用。国内超声波测距仪器的研究相比国外要落后一些，但是也发展了很多功能和性能都很不错的产品，技术层面上也有很大的提升。然而在高端的技术设备中和中应用并不多，经济便捷的普通产品的市场占有量更多，因为它能抛开传统的老旧繁杂的技术设备以更加简单的方式完成所要求的功能。
第2脚：VCC接电源正极5V；
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