超声波水位检测仪的设计任务书

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毕业设计160水位检测仪系统

毕业设计160水位检测仪系统水位检测仪系统的设计是一个比较常见的毕业设计任务。

在这个项目中，我们需要设计一个能够准确测量水位的仪器，并通过传感器将水位数据传输到计算机上进行处理和显示。

本文将介绍我们设计的水位检测仪系统的详细信息。

首先，我们需要选择合适的传感器来测量水位。

根据我们的需求，我们选择了超声波传感器。

超声波传感器是一种能够通过发送和接收超声波来测量距离的装置。

当超声波探测器向水面发送超声波时，它会测量超声波返回的时间，并根据声速计算出距离，从而得到水位的高度。

接下来，我们需要将传感器与计算机连接起来。

为了实现这一点，我们选择了微控制器作为传感器和计算机之间的中间件。

我们选用了Arduino开发板作为微控制器。

通过将传感器与Arduino开发板连接，我们可以获取到传感器测量到的水位数据，并将其传输到计算机上以供进一步处理。

为了实现数据传输，我们使用了USB连接线将Arduino开发板与计算机连接。

同时，我们还使用了Arduino开发环境来编写代码，以便实时获取水位数据并将其传输到计算机上。

在计算机端，我们编写了一个简单的软件来接收和处理水位数据。

该软件可以实时显示水位的变化，并根据水位的高低来触发警报或其他控制操作。

我们使用了Python编程语言和PySerial库来与Arduino开发板进行通信以及绘制实时数据曲线。

在设计过程中，我们还考虑了一些额外的功能，例如数据记录和报表生成。

我们在软件中添加了文件保存和导出数据的功能，以便用户可以随时查看和分析以往的水位数据。

为了验证我们设计的系统的准确性和可靠性，我们进行了一系列的测试。

我们通过对不同水位下的测量，验证了传感器的准确度和稳定性。

我们还与其他水位检测仪进行比较，验证了我们设计的系统的可靠性和实用性。

在本次毕业设计中，我们成功设计并实现了一个水位检测仪系统。

通过选择合适的传感器、微控制器和软件，我们能够准确地测量水位，并实时将数据传输到计算机上进行处理和显示。

一种超声波液位测量仪的设计方案

第ｌ第３期Ｏ卷２１００年９月
南京师范大学学报（程技术版）工ＪＵＮＬＯＡＪＧＮＲＡＮＶＲＩ（ＮＩＥＲＮＮＥＨＯＯＹＥＩＯ）ＯＲＡＦＮＮＩＯＭＬｕＩＥｓＹＥＧＮＥＩＧＡＤＴＣＮＬＧＤＴＮＮＴＩ
ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｅｓｒｃ：ｎｔｉａｒ，ｗｅｉｔｏｕｅａｓｈｍｅｏｏｔｒｎｒｗａｅｄｓｇｏｎｕｔａｏｃｌｖｌｍｅｅｍｐｅｅ－ｎｒｄｃｃｅｆｓｆｗａｅａｄｈａｄｒｅｉｎｆｒａｌｒｓｎｉｅｅｔｒｉｌｍｎｔｄｂｙｕｉｇｓｎｇｅｃｉｅｓｎｉｌｈｐ，ａｄｍｅｎｎａｗｈｉｎｌｚｈｅｓｎｈｔｐｒｄｕｅｅｒｒｎｔｏｅｓｏａｇｎｉｇＩｒｒｌａａｙｅｔｅｒａｏｓｔａｏｃｒｏｓｉｈｅｐｒｃｓｆｒｎｅｆｄｎ．ｎｏｄｅｅｉ
ｉｌｍｅｔｄｂｏｒｓｏｄｎｙｔｍａｅｆｒｅｅｕｅ．Ｃｕｒｎｌ，ｔｉｓｈｍｅｈｓｂｅｆｃｅｔｐｌｄｔｍｐｅｎｅｙｃｒｐｎｉｇｓｓｅｅｃｎｂｕｔｒｒｄｃｄｈｒｅｔｙｈｓｃｅａｅｎｅｆｉｎｌａｐｉｏｉｙｅ
ｔａｈａｕｉｇｄｓａｃｓｌｓｈｎ３ａｄｔｅｐｅｉｉｎｉｌｓｈｎ４ｈｔｔｅｍｅｓｒｎｉｎｅｉｅｓｔａｍｎｈｒｃｓｓｅｓｔａｍｍｅａｓｆｉｉｌｉｎｏｏｔｔｏｂｃｕｅｏｓｓｍｐｉｔａｄｌｗｃｓ．ｔｃｙ

超声波液位测量系统设计

推出：故被测量液体的液位：Ｈ＝Ｈｏ－ｈ－ｄ上式中：Ｈ是被测量液体的液位；Ｈｏ是超声波传感器到容器底部的距离；ｈ是超声波传感器到浮子顶部的距离，通过测量的时间计算其值；ｈｏ是超声波传感器到校准环的距离，可根据最高液面调整校准环的高度；ｄ是浮子顶面到液面的距离。

由此可见，测量时与超声波的速度无关，不存在因温度，湿度，气压影响超声波的速度给系统带来的误差。

该系统要实现其功能和减少系统误差，装置必须满足以下要求：其一，测量管的底部与被测液体连通，便于被测液体进入测量管；其二，浮子的密度必须小于被测液体的密度，且浮子具备抗腐蚀性；其三，校准环和浮子应选有利于超声波反射的材料；其四，测量管采用抗腐蚀性强的不锈钢材料。

超声波液位测量系统设计阳华忠孙传友长江大学电信学院４３４０２３１　引言目前，超声波技术发展迅速，不断渗透到各个领域，如在军事、医疗、测绘等方面都有广泛的应用。

液位的测量和控制也是日常生活中一个重要的领域，液位的测量方法有很多。

例如：差压法测量液位，电容法测量液位，温度补偿超声波法测量液位等等。

但采用这些方法会因恶劣的环境和液体密度的变化给测量带来较大的误差，因某些液体具有腐蚀性而腐蚀测量装置。

针对上述问题，本设计提出了基于浮子的参比法，由ＳＰＣＥ０６１Ａ凌阳单片机，ＬＭ１８１２超声波专用集成芯片相结合的方法，解决上述问题。

本系统可靠性高，适用性强，精度高。

２　参比法液位测量原理参比法其原理是利用超声波换能器发出的超声波脉冲，通过气介质传播，在密度变化较大的界面处形成反射回波传到换能器并将其接收。

若测出超声波从发射到接收的时间，就可以精确地计算出被测液体的液位。

其原理如图１，当超声波发射后，接收超声波的传感器就会依次接收到两束回波信号，一束回波是在校准环处产生的，测量的时间为Ｔｏ。

另一束回波是在浮子处产生的，测量的时间为Ｔ。

浮子随被测液体的液位变化而变化，超声波在浮子以上的气介质中传播。

由于在相同的环境中工作，超声波到校准环和到浮子顶面的速度相等。

手持式超声波液位测试仪的设计

手持式超声波液位测试仪的设计摘要：文章利用超声波测距原理，利用ATmega8单片机设计一种手持式液位测试仪，给出了系统构成和软件流程，并利用DS18B20进行温度补偿修正，该电路具有体积小，携带方便，精度高，易于控制等优点。

关键词：单片机液位测试仪 ATmega80 引言在工业生产中经常需要对液体原料的液位进行测量，特别是面对腐蚀性或高爆性原料时，测试环境比较恶劣。

传统测量方式是采用差位分布电极方式，利用电信号来检测液位，但电极会长期浸没于液体中，容易被腐蚀造成系统失效。

1 超声波测距原理超声波测距是一种非接触式测量方式，主要原理是：发射器定期发射超声波，遇到障碍物产生反射，由接收器接收回波信号，采用单片机进行监控，记录发射与接收的时间差Δt，然后可用以下公式得到准确的液位高度：L1 = L-Δt*C/2其中L是预先输入的罐体高度，C是超声波传播速度。

不过超声波在空气中的传播速度受温度影响较大，与温度的关系大致可用下式来表示：C=331.45+0.61φ（米/秒）φ为当地气温。

2 硬件电路液位测试仪的结构框，主要由控制电路（ATmega8）、键盘电路、显示电路、温度补偿电路、超声波发射驱动电路、发射换能器（T）、超声波接收检测电路和接收换能器(R)组成。

超声波的发射频率有25KHz，40KHz，75KHz等多种，一般说来，频率越高，精度越好，但在空气中衰减较大，频率低的，衰减较慢，但精度较差，综合考虑后决定采用谐振频率为40KHz超声波换能器TCT40-10F1(发射)和TCT40-10S1（接收），该器件工作距离约10m，盲区约30cm。

显示电路采用PCD8544液晶显示器，单片机通过PB口与液晶显示器相连，PD2、PD3、PC0、PC1为键盘接口，用于预置罐体高度数据，PD2控制单片机进入预置模式，PC0，PC1为增减控制，PD3为确认，控制单片机退出预置模式并启动。

PC6为复位电路。

超声波发射驱动电路采用以74HC04为核心的推挽式驱动电路，单片机PC3口输出40KHz的方波一路通过一级反向后加入换能器的一端，另一路通过两级反向后加入换能器的另一端，这样可以提高超声波的发射功率，继而增加最大测量距离。

超声波液位计设计报告

超声波液位计设计报告超声波液位控制器⼀、摘要本⽂根据超声波模块的⼯作原理、特点组成、参数设置和应⽤等，采⽤了89S52单⽚机控制，针对超声波模块进⾏了电路设计。

该液位控制器主要由微处理器部分，超声波模块，显⽰部分,键盘部分组成。

本设计基本上反映了超声波液位计的结构和使⽤功能，效果直观，可操作性好，在液位检测等系统中有很强的实⽤价值。

⼆、关键词单⽚机；超声波；电路设计三、作品介绍1、创作动机作品的想法来源于⽣活,当前农村⼤多数的家庭⽤的都是井⽔,家⾥都要放⼀个抬⾼了的储⽔箱,⽤⽔泵定期进⾏蓄⽔。

⽔箱蓄满⽔⼀般需要10~20分钟，这个过程需要看护，以防⽌没有及时切断⽔泵电源导致⽔从⽔箱中溢出，造成不必要的⿇烦。

我们的作品就是要实现液位⾃动控制。

2、创作任务超声波模块⽤来检测⽔位的变化，单⽚机根据超声波模块反馈的信号计算传输的时间进⽽根据公式求出此时的液位，将其与先前设定的⾼、低液位值⽐较，当其低于液位下限时，单⽚机发出控制信号，启动⽔泵；当液位上升到液位上限时，单⽚机解除控制信号，⽔泵停⽌。

当液位再次低于下限时，则进⼊下⼀个⼯作循环，以此完成对⽔位的控制。

四、⽅案论证与⽐较1、控制模块⽅案⼀：采⽤555实现,电路结构简单,易于实现，成本较低。

⽤探针实现液位的测量，要定期清洁探针，防⽌因其与⽔接触不良出现误动作。

液位的设定、探针的安装、显⽰参数等较难实现。

⽅案⼆: 采⽤89S52单⽚机实现，单⽚软件编程⾃由度⼤，可⽤编程实现各种控制算法和逻辑算法。

通过外围设备能轻松实现参数显⽰、参数设定等，测量液位时采⽤⾮接触测量，且易于安装。

综合以上⽅案和论证，我们确定使⽤⽅案⼆。

2、显⽰模块显⽰可⽤全屏点阵显⽰，显⽰内容灵活可变，但制作经费昂贵，电路设计复杂，程序较为发杂。

本⼩组应⽤LCD液晶显⽰，电路设计简单，显⽰⽂字、图形和数字都是灵活多变，并且程序较为简单。

所选择LCD液晶作为该作品显⽰模块。

五、系统设计1、超声波模块控制原理⽅案：超声波模块采⽤89S52单⽚机控制, 单⽚机控制超声波发射电路发出超声波脉冲，超声波脉冲在空⽓介质内继续传播到液⾯，该脉冲波遇到被测液⾯（⽔⾯）后，经液⾯反射后再通过空⽓介质返回到超声波接收探头被接收；89S52通过记录超声波从发射到接收的往返传播时间t，根据空⽓介质中的声速，就可以计算出从传感器到液⾯之间的距离。

超声波液位仪的设计_毕业设计精品推荐

学士学位毕业设计（论文）超声波液位仪的设计学生姓名：指导教师：所在学院：专业：目录摘要............................................................... 错误！未定义书签。

ABSTRACT ...........................................................错误！未定义书签。

前言............................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.1.1 超声波液位仪的研究背景与内容 (1)1.1.2 超声波液位仪的现状 (1)1.2 论文研究内容 (2)1.2.1 研究内容 (2)1.2.2 论文的章节安排 (3)2 超声波的液位测量原理 (5)2.1 超声液位仪理论基础 (5)2.1.1 超声波介绍 (5)2.1.2 超声波探头的结构和原理 (5)2.1.3 T/R40-16 超声波探头 (7)2.1.4 传感器的指向角Θ (8)2.2 超声波液位仪工作原理 (9)2.2.1 超声波液位仪工作原理 (9)2.2.2 测量盲区 (10)2.3 本章小结 (11)3 硬件总体设计 (12)3.1 超声液位仪总体设计 (12)3.2 单片机电路 (14)3.2.1 复位电路设计 (15)3.2.2 电源电路设计 (16)3.2.3 时钟振荡器 (17)3.3 发射电路 (18)3.4 接收电路 (19)3.5 液晶显示电路 (20)3.6蜂鸣报警电路....................... (21)3.7对电路板进行合理设计 (23)3.8 本章小结 (25)4 系统软件设计 (26)4.1 软件总体设计 (26)4.1.1 软件设计流程图 (26)4.1.2 主程序结构流程图 (27)4.1.3 回波接收流程图 (29)4.1.4 中断程序流程图 (29)4.1.5报警系统子程序 (30)4.2本章小结 (39)5 实验结果分析及改进 (40)5.1实验结果分析 (40)5.2误差分析及改进措施 (47)5.3 本章小结 (48)6 结论与展望 (48)总结 (49)参考文献 (49)致谢 (55)附录一：超声波液位计电路原理图 (55)附录二：超声波液位仪PCB板图 (55)附录三：程序清单 (55)第一章绪论1.1 课题背景1.1.1 超声波液位仪的研究背景与内容超声波液位仪作为一种典型的非接触测量仪器，在很多场合有广泛的应用，诸如工业自动控制，建筑工程测量和水面高度测量等方面。

超声波液位控制系统的设计毕业设计论文

本科毕业设计（自然科学）题目：超声波液位控制系统的设计资料目录1. 学术声明………………………………………………………………1～1页2. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）…………………………1～37页3. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）任务书………………1～1 页4. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）开题报告……………1～2 页5. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）中期检查表…………1～1页6. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表…………1～1 页7. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）成绩评定汇总表……1～2页8 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）工作总结……………1～1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）……………………………………………………………～页河北科技师范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：电气工程及其自动化学生姓名：王雷涛学生学号：9310100724指导教师：马崇霄2014年5月18日河北科技师范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内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及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河北科技师范学院。

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及它的优越性。

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。

超声波液位测量仪精品

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介绍了液位测量仪的现状及发展趋势，深入讨论了用超声波作为信号源进行液位测量的可行性及优越性，以及产生误差的各种原因，并提出了相应的解决办法。

本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的A T89C51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题。

超声波液位测量仪利用超声波对油量液位进行自动检测和数据处理，给出了以单片机AT89C51为核心的低成本、高精度、微型化数字显示的硬件电路和软件设计方法。

该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路、接收电路、温度补偿电路和相应的控制电路。

软件设计中，我们采用模块化程序设计思想，将软件分为超声波驱动与数据处理模块、功能模块两大类。

这套系统软硬件设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到设计的要求。

关键词：单片机；超声波；液位测量Research on Oil Tank level Measurement SystemAbstractThis research on oil tank level measure system for the practical problems, developed a single chip using ultrasonic wave level measurement. Liquid level measuring instrument introduced status and development trends, in-depth discussion of the use of ultrasound as the signal source level measurement feasibility and superiority, and various reasons of generating errors, and put forward the corresponding of the solution. This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in details, and the performance and characteristic of one-chip computer AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out.Ultrasonic level meter using ultrasonic fuel level detection make automatic detection and data processing. At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. The hardware circuit includes ultrasonic transmitter circuit, receiver circuit, temperature compensation circuit and the corresponding control circuit. Software design, we design a modular program, the software is divided into ultrasonic drive and data processing modules, function modules into two categories. This circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , easy to accomplish real-time control ,and it can reach industry's practical demand in measuring the precision.Keywords: Single Chip Microcomputer; Ultrasonic Wave; Liquid Level Measurement目录摘要 .................................................................................................... 错误!未定义书签。

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一、毕业设计（论文）的内容
超声波测长、测距、测位移有着悠久的历史。

它具有很多优点：易定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需直接接触等，因此是水位测量的理想手段。

目前国内外对超声波测量水位的研究主要集中在提高测距精度方面。

采用超声波测距技术，设计一水位测量仪，并保证一定的测距精度。

具体工作内容有：
1.收集、消化有与现用测距技术相关的内容方法、发展概况、工作机理和
生产工艺等方面资料。

2.收集、消化与超声波测距测和测水位技术相关的测量原理、计算方法和
微机控制等方面的资料。

3.深入了解超声波的特点及其测水位技术、了解相关测距算法和微机控制
方法、常用芯片的工作原理和使用方法。

包括：超声波测水位技术的原
理与实现方法、ARM或51等微处理器及其显示接口的设计与应用、测
距算法和提高测距精度的措施等；进行必要的软硬件可靠性设计，使系
统功能齐备，使用方便，经济实用，工作可靠。

4. 给出若干可行方案并进行比较，确定一个最佳方案。

例如：测距方法的
选取、测量芯片及算法选取（提高精度）、微机控制系统的选取等。

5. 按最佳方案设计设计硬件电路。

设计过程应有理论分析、电路参数的计
算，并选择元器件的具体型号。

6. 用计算机绘制相关硬件的电路原理图、制版图。

7. 设计样机，进行软硬件仿真与调试。

8. 扩展内容：实现上述功能的硬件样机。

二、毕业设计（论文）的要求与数据
1. 设计并制作硬件并完成相关软硬件仿真和实物调试；
2. 主要技术参数：主要技术参数：供电220V AC；测距距离>5m，精度10%；
3. 用Proteus进行软硬件系统的仿真；
4. 用计算机绘制相关硬件的原理图、制版图、电气安装接线图各一份；
5. 系统应方便设备的调试与使用。

三、毕业设计（论文）应完成的工作
[1] 完成二万字左右的毕业设计说明书，其中包括图表资料齐全，后附参考文
献大于15篇，英文参考文献大于等于1篇；毕业设计说明书中需包括：300-500个单词的英文摘要，所设计的电路原理图和方案比较、理论计算、硬件设计、仿真及结果说明等内容。

[2] 独立完成与课题相关且不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原
文）。

[3] 设计出系统的硬件和软件部分并完成其调试。

[4] 用计算机绘制A4以上相关硬件的原理图、制版图各一份。

[5] 根据课题任务与要求，完成系统设计和仿真，做出可供演示的模拟样机。

四、应收集的资料及主要参考文献
[1] 张卓敏.基于CPLD的超声波水位测量系统的研究[D]. 武汉理工大
学, 2010
[2] 乔秀芳，王正垠.一种新型超声波液位计的开发与研制[J]. 微电子学与计算
机, 1996, (02): 78-81
[3] 李广峰，刘昉，高勇.超声波流量计的高精度测量技术[J]. 仪器仪表学报,
2001, (06): 54-56
[4] 王莹.高精度超声波测距仪的研究设计[D]. 华北电力大学（北京）, 2006
[5] 潘仲明.大量程超声波测距系统研究[D]. 国防科学技术大学, 2006
[6] 雷建龙. 便携式液位测量仪的研制[J]. 传感技术学报, 2006, (04): 112-114
[7] 缴瑞山，韩全立主编. 单片机控制技术及应用[M]. 北京：高等教育出版社，
2003
[8] 谭浩强.C语言设计教程[M]. 北京：清华大学出版社，2007
[9] 周润景等. 基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真[M]. 北京：北京航
空航天大学出版社，2010
[10] Crawford HD, Wild JJ, Wolf PI, etal .Transmission of Ultrasound Through
Living Human Thorax [J]. IRE Trans. on Medical Electronics, 2009, ME-6, Issue: 3, pp141-146
五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件
示波器一台；微型计算机一台；单片机开发系统和仿真系统各一套；万用表一只；传感器和相关电子元器件一套。

任务下达时间：
2015年12月28日毕业设计开始与完成时间：
2015年12月28日至2016年05 月22日组织实施单位：
教研室主任意见：
签字：2015年12月30日院领导小组意见：
签字：2015年12月31日。