基于单片机的超声波液位检测系统设计
基于8051单片机超声波液位计的设计_张军
１ 超声波液位计的工作原理 超声波液位计是一种非接触式液体液位测量仪，可用于测量各种容器或管道内液体的液位高低和流量大小，也可以用于水渠、水库、江河和湖海水位的测量中，尤其适用于污水、有腐蚀性的场合，如城市排水泵站拦污栅前后水位的测量。
由于城市污水腐蚀性强，若采用接触式压力水位计，必须将传感器探头插入污水中，探头很快被腐蚀坏，影响正常的测量。
此外，超声波液位计测量精度高，安装维护简便，可以同时测量水位、水位差和流量等，并具有计算机标准ＲＳ－４８５接口等特点，因此得到愈来愈广泛的应用。
１．１ 超声波 超声波是指频率超过２万Ｈｚ即超过人耳听阈高限的声波，属于机械波。
自然界的机械波以频率可分为三大类：次声波、声波和超声波。
频率低于２０ Ｈｚ的波动称为次声；频率在２０Ｈｚ到２０ｋＨｚ之间的波动称为声波（音），频率在２０ｋＨｚ以上的波动称为超声。
人耳可听到声（音），但听不见次声与超声。
一般诊断用超声波频率为１ Ｍ￣１０ ＭＨｚ，而最常用的是２．５ Ｍ￣５ ＭＨｚ。
超声波具有许多优点。
它可在各种不同媒质中传播，且可传播足够的距离；传播时方向性强，能量易于集中；超声波与传播媒质的相互作用适中，易于携带有关超声传播的媒质状态信息或对传播媒质产生效应。
作为信息载体及能量形式，超声波技术与其他电子技术、光学技术等相结合已广泛用于生物医学领域，并迅速发展。
１．２ 液位计 液位计是指对容器中液体高度的变化进行实时连续检测的传感器。
此传感器通常输出４￣２０ ｍａ或１￣５ Ｖ的标准信号与显示仪表或计算机系统连接，也可以通过ＲＳ－４８５或现场总线方式与计算系统相连接。
通常输出继电器的接点信号或集电极开路信号，输出信号一般与ＬＥＤ指示灯、报警器（蜂鸣器）或通过超声波发射、接收电路、温度测量电路、ＬＥＤ显示由微处理器进行控制。
１．３ 测量原理 超声波探头安装在贮存罐正上方，距地面高度为H0，如图１所示［１］。
图１ 测量原理图 由微处理器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基于８０５１单片机超声波液位计的设计张 军 赵红梅（广东省华立高级技工学校 广州 ５１１３２５）摘 要 本文根据超声波液位计的工作原理、特点组成、参数设置和应用等，采用了８０５１单片机控制，针对超 声波液位计进行了电路设计。
基于单片机的超声波水位控制器的设计
基于单片机的超声波水位控制器的设计一、引言在许多工业和民用领域，如水库、水塔、污水处理厂等，准确监测和控制水位是至关重要的。
传统的水位控制方法往往存在精度低、可靠性差、响应速度慢等问题。
随着电子技术和单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波水位控制器应运而生，它具有精度高、响应快、易于实现自动化控制等优点，为水位控制提供了一种更加高效、可靠的解决方案。
二、超声波水位测量原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，它在空气中传播时遇到障碍物会发生反射。
超声波水位控制器就是利用这一原理来测量水位的。
控制器通过发射超声波脉冲，并测量从发射到接收反射波的时间间隔，根据声音在空气中的传播速度，就可以计算出传感器到水面的距离。
由于传感器的安装位置是固定的，因此可以通过计算得出水位的高度。
三、系统硬件设计（一）单片机选型在本设计中，选用了_____型号的单片机作为核心控制器。
该单片机具有性能稳定、运算速度快、资源丰富等优点，能够满足系统的控制和数据处理需求。
（二）超声波传感器选择了一款高精度的超声波传感器，其测量范围能够满足实际应用的需求，并且具有良好的稳定性和可靠性。
（三）显示模块为了实时显示水位信息，选用了_____显示模块。
它可以清晰地显示水位高度、报警状态等信息，方便操作人员查看。
（四）按键模块设置了按键模块，用于设定水位的上下限阈值，以及进行系统的参数设置和操作控制。
（五）报警模块当水位超过设定的上下限阈值时，报警模块会发出声光报警信号，提醒操作人员及时采取措施。
（六）电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，确保系统的正常运行。
四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部资源的初始化、传感器的初始化、显示模块的初始化等。
然后进入主循环，不断地采集水位数据、进行数据处理和判断，并根据判断结果控制显示模块和报警模块。
（二）数据采集与处理程序通过单片机的定时器和中断功能，精确地测量超声波从发射到接收的时间间隔，并将其转换为水位高度。
基于单片机的超声波液位测控系统设计
毕业论文 (设计基于单片机的超声波液位测控系统设计摘要本设计从现代化计算机控制技术入手,利用单片机的强大智能功能,通过完整的软件与硬件的结合,阐述了一种先进液位测量系统。
根据超声波传感器的特点,设计出一套适合实验室条件下的液位测量设备,主要通过单片机、超声波传感器测量锅炉液位。
本次设计选择的电器设备有单片机、超声波传感器, D/A转换器等, 设计硬件控制流程图、控制电路图以及软件中的主程序流程图。
通过系统模拟实验表明:该系统设计合理,自动化程度高,实验过程时间短,工作稳定可靠,基本满足了设计的相关要求。
关键词 :液位测量;单片机;超声波传感器ABSTRATThis design obtains from the modernization computer control technology, using monolithic integrated circuit's formidable intelligent function, through the complete software and hardware's union, elaborated one kind of advanced fluid position measurement system. According to ultrasonic sensor's characteristic, designs a set to suit under the laboratory condition the fluid position measurement equipment, mainly through monolithic integrated circuit, ultrasonic sensor survey boiler fluid position. This design choice's electric appliance equipment has the monolithic integrated circuit, the ultrasonic sensor, the D/A switch and so on, designs in the hardware control flow chart, the control circuit diagram as well as software's master routine flow chart. Indicated through the system simulation experiment: This system design is reasonable, the automaticity is high, the experiment process time is short, work stable reliable, has satisfied the design related request basically.Key words:Fluid position survey; Monolithic integrated circuit; Ultrasonic sensor目录引言 ....................................................................... 1 1 超声波测距原理 ............................................................ 2 1.1超声波 .................................................................. 2 1.2超声波传感器 ............................................................ 3 1.3超声波传感器的结构和发射原理 (4)1.4超声波传感器的选择 (4)2 超声波测量系统的硬件设计 .................................................. 4 2.1单片机的选用及简介 ...................................................... 5 2.2超声波液位检测电路 ...................................................... 6 2.3液位控制电路 ............................................................ 8 2.4键盘 (9)2.5显示电路 (9)3 系统软件设计 ............................................................. 11 3.1主程序流程图 (11)3.2超声波测距的相关程序 (12)4 系统调试与结论 ........................................................... 14 参考文献 ................................................................... 15 谢辞 (16)1引言1.1概述传统的液位控制绝大多数是人工控制,造成了人力资源的浪费,同时安全性可靠性都不高。
基于单片机的超声波液位检测系统设计
编号：审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的超声波液位检测系统设计摘要液位测量及控制广泛应用于工业、生活等领域，由于许多测量环境条件及其恶劣，例如对具有腐蚀性的液体的液位测量。
显然，传统的液位测量设备已不能满要求。
因此，一些基于超声波的非接触式液位测量控制技术应运而生。
本文利用单片机的强大功能，通过硬件和软件的完美结合，设计、实现了一种基于超声波的液位检测控制系统。
系统由液位测量模块、数据显示模块、液位控制模块、超限报警模块和参数设置模块组成，通过HC-SR04超声波测距模块采集数据，经过单片机进行数据处理，然后进行实时液位显示，同时发出液位控制信号和报警控制信号。
最后，对所实现的实物进行了测试。
测试结果表明系统功能符合设计要求，能达到易控制、稳定性强、测量精度高、安全性高、功耗低的预期目的。
【关键词】单片机超声波液位测量液位控制ABSTRACTLevel measurement and control are widely used in the industrial field and other related fields. In the field of industry, many measurement environments are very bad such as the level measurement of corrosive liquids. Obviously, the traditional level measurement devices can not satisfy the requirements. As a result, some control based on the non-contact ultrasonic level measurement technology arises at the historic moment. This paper makes use of the powerful features of the SCM and the perfect combination of software and hardware to design and implement an advanced control system for liquid level measurement based on the ultrasonic measurement. The designed system includes level measurement module, data display module, level control module, limit alarm module, and parameter set module. The system collects data through HC-SR04 Ultrasonic Ranging Module, and then process the data, display the level in real-time and issue level control signal and the warning signal. Finally, the system was tested. The tested results show the system functions can meet the designed requirements, which achieve control easily, high stability, high accuracy, and high security.【Key words】SCM Ultrasonic Level measurement Level control目录第一章绪论 (1)第一节课题的提出和意义 (1)一、课题的提出 (1)二、课题的意义 (1)第二节国内外液位检测控制技术的发展现状 (2)第三节本课题主要研究内容 (3)第二章整体方案设计 (4)第一节方案设计架构 (4)第二节超声波测量技术 (5)一、超声波的定义及特性 (5)二、超声波测距原理 (5)第三节本章小结 (6)第三章硬件设计 (7)第一节单片机的最小系统组成 (7)第二节LCD1602液晶显示模块 (8)一、LCD1602液晶显示简介 (8)二、显示内容 (9)第三节设置模块 (9)第四节报警模块 (10)第五节液位测量模块 (11)一、HC-SR04简介 (11)二、引脚接线方式 (12)三、模块工作原理 (12)第六节液位控制模块 (13)第七节本章小结 (14)第四章软件设计 (15)第一节编译语言与编译思想 (15)第二节软件设计 (15)一、总体设计 (15)二、关键模块程序设计 (16)第三节本章小结 (20)第五章仿真及调试 (21)第一节仿真 (21)第二节系统测试 (22)第三节本章小结 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)一、英文原文 (29)二、英文翻译 (33)三、源程序 (39)第一章绪论第一节课题的提出和意义一、课题的提出在日常生产生活中，常遇到液位测量及控制问题。
基于单片机实现液位和液体流速检测系统
基于单片机实现液位和液体流速检测系统液位和液体流速检测是工业自动化领域中常见的应用之一，可以用于监测液体的水平和流速，以便实时监测和控制。
本文将介绍如何基于单片机实现液位和液体流速检测系统，包括硬件设计和软件实现。
一、硬件设计1.传感器选择液位检测可以使用多种传感器，常见的有浮球式液位传感器、电容式液位传感器和超声波液位传感器。
流速检测可以使用热式流量传感器或涡街流量传感器。
根据实际需求选择合适的传感器。
2.接口电路设计将传感器与单片机相连接，需要合理设计接口电路。
例如，使用模拟传感器时，需要使用AD转换器将模拟信号转换为数字信号；使用数字传感器时，可以直接将数字信号输入到单片机的IO口。
3.信号处理电路设计根据传感器的输出信号特点进行信号处理，例如滤波、放大、线性化等。
通过信号处理，可以优化传感器输出信号的精度和稳定性。
4.LED显示电路设计可以使用LED灯来显示液位和流速的信息。
设计合适的显示电路，根据单片机的输出信号控制LED灯的亮灭。
二、软件实现1.初始化设置通过单片机初始化IO口、串口和定时器等外设，并配置相关参数。
例如，在液位检测系统中，配置AD转换器的参考电压和采样率；在流速检测系统中，设置定时器的计数频率。
2.传感器采集数据通过适当的采样频率，使用单片机读取传感器的输出信号，并将其转换为数字量。
对于模拟信号，可以使用AD转换器；对于数字信号，可以直接读取IO口电平。
3.信号处理根据传感器的输出信号特点进行信号处理，例如滤波、放大和线性化。
通过合适的信号处理算法，可以提高传感器输出信号的精度和稳定性，并得到更准确的液位和流速信息。
4.数据显示将处理后的液位和流速数据通过串口或其他通信方式发送到外部设备进行显示。
可以使用LED灯来简单显示液位和流速的信息，也可以使用LCD液晶显示屏或其他更友好的显示设备显示更详细的信息。
5.控制功能根据实际需求，可以在系统中加入控制功能。
例如，根据液位或流速的变化控制阀门、水泵或其他设备的开关，实现对液体的自动控制。
基于单片机的超声波液位检测系统设计
为２ ． ５ ％和 １ ． ２ ５ ％，这样 的精度 能够 满足实际需求 ，达到 了预期 目标。该系统具有测量准确 、功耗低 、使用寿命长等特点 ，可 以
满 足一般 的工业 需要 。 Nhomakorabea关键词 ：液位检测 ；超 声波 ；单片机
中图分 类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９—９ ４ ９ ２（ ２ ０ １ ４）０ ８ —０ ０ １ ３ —０ ４
摘要 ：为解决腐 蚀性液体 的液 位测量 中电极特别 容易被 电解腐 蚀的问题 ，将超声 波技术应用到工业生 产液 位或物料的检测 中。 以Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 单 片机 为核心 ，建立超声波测得距离 和声速 与传输 时间之间的关系 ，提 出通过硬件 电路设计 和软件编程实现对液位 高度 的检测的方法 ，进行 了超声 波测距在 ２ ０ ｃ ｍ和 ８ ０ ｃ ｍ两种距离 的试 验。 由于超声波受 温度的影 响较大 ，采 用温度传感器对 温度进行测量 ，根据公式进行温度补偿 ，并设计 了报警 模块 ，当温度过高时进行报警 。结果表 明 ， 超声波测距 的相对误差分别
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｖ ｕ ｌ ｎ ｅ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｑｕ ｉ ｄ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｌｉ ｑ ｕ ｉ ｄ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ＣＵ
基于单片机的超声波液位计的设计与实现
基于单片机的超声波液位计的设计与实现基于单片机的超声波液位计的设计与实现一、引言液位测量在工业生产过程中具有重要意义，涉及到液体储存、运输、计量等多个方面。
而超声波液位计是一种常用的液位测量技术，通过发射超声波脉冲，测量声波从发射到接收的时间来计算液位的高度。
它具有测量范围广、精度高、无接触、易于安装和维护等优势，因此受到了广泛应用。
本文主要针对基于单片机的超声波液位计的设计与实现进行研究。
我们选择STM32F103单片机作为核心控制器，并采用SRF04型超声波传感器作为液位的测量器件。
二、系统设计1. 硬件设计该液位计系统的硬件设计主要包括单片机模块、超声波传感器模块、显示模块以及电源模块。
单片机模块：我们选择STM32F103单片机，它具有丰富的外设资源和高性能处理能力。
单片机通过GPIO口与超声波传感器模块进行通信，并通过USART口与显示模块进行数据传输。
超声波传感器模块：采用SRF04型超声波传感器，它具有稳定的测量特性和较高的测量精度。
超声波传感器的发射脚与单片机的GPIO口相连，接收脚与GPIO口相连。
显示模块：采用OLED显示屏，通过I2C总线与单片机进行通信。
显示模块可以实时显示液位的数值。
电源模块：采用稳压电路，将输入的直流电源转换为单片机和其他模块所需的适宜电压。
2. 软件设计软件设计主要分为单片机程序设计和上位机程序设计两部分。
单片机程序设计：通过配置单片机的GPIO口和USART口，实现与超声波传感器和显示模块的通信。
通过发射超声波脉冲并接收返回的信号，计算液位的高度，并将结果通过USART口发送给上位机。
上位机程序设计：上位机程序运行在计算机上，通过串口与单片机进行通信。
接收到单片机发送的液位数据后，将数据显示在界面上，同时可以对液位计进行校准和参数设置。
三、系统实现1. 硬件实现按照设计要求，搭建液位计的硬件系统。
首先将STM32F103单片机与超声波传感器、显示模块及电源模块连接，确保各模块之间正常通信。
基于单片机的超声波液位测量系统
摘要超声波液位测量是一种非接触式的测量方式,它是利用超声波在同种介质中传播速度相对恒定以及碰到障碍物能反射的原理研制而成的。
与其它方法相比(如电磁的或光学的方法),它不受光线、被测对象颜色的影响，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此，研究超声波在高精度测距系统中的应用具有重要的现实意义。
本设计基于单片机的超声波液位测量系统主要由硬件与软件两部分组成，硬件是基于AT89C51芯片为核心的超声波液位测量，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，给出了超声波发射和接收电路，通过盲区的消除以及环境温度的采样，提高了测距的精确度。
利用超声波传输中距离与时间的关系，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。
此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时检测液位。
并有超声波处理模块CX20106A、CD4069组成的超声波发射电路、超声波接收电路、单片机复位电路、LED显示电路、报警电路等。
软件部分由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理。
最后通过实物的调试，各项参数及功能符合设计要求，能达到预期的目的。
关键词：单片机;超声波;温度控制;高精度测距AbstractThe ultrasonic liquid level measurement is a non-contact measurement method, realized by the principle of ultrasonic wave in the same medium with relatively constant propagation velocity and being reflected when it approaches an obstacle. Compared with other methods (such as electromagnetic or optical method), it has a certain of adaptability when objects to be measured are under such harsh environment as darkness, dust, smoke, electromagnetic interference, toxicity, unaffected by the light or the color of the object to be measured. Therefore, it bears important practical significance to conduct research on the application of ultrasonic wave in high precision ranging system.In this project, SCM-based ultrasonic liquid level measuring system is mainly composed of two components, namely the hardware and the software. The hardware is ultrasonic liquid level measurement based on AT89C51 chip as the core; it adopts AT89C51 single chip microcomputer for control and data processing, provides the ultrasonic transmitting and receiving circuit, and improves ranging accuracy through elimination of blind spot and sampling of ambient temperature,. By taking advantage of the relationship between distance and time in ultrasonic transmission, an ultrasonic liquid level detecting system which can accurately measure the distance between two points is designed. This system has these advantages like easy control, reliable operation, high measurement precision, and real-time detection of liquid level. And it has ultrasonic transmitting and receiving circuit, reset circuits of SCM, LED display circuit, alarm circuit composed of ultrasonic processing module CX20106A and CD4069. The software part consists of main program, preset subroutine, transmitting and receiving subroutine, and display subroutine. The probe signal is processed by SCM through comprehensive analysis.Finally through debugging of real objects, various parameters and functions can meet the project requirements to achieve the desired objective.Key words: single chip microcomputer (SCM); ultrasonic wave; temperature control; high precision ranging目录第一章绪论 (5)1.1 课题研究的背景及意义 (5)1.2 国内外发展的现状 (7)1.3 液位计的类型 (7)1.4 本文的主要工作 (9)第2章系统的总体方案设计 (11)2.1 系统设计内容和功能 (11)2.2 课题设计的任务和要求： (11)2.3 系统方案选择 (12)2.4 系统总体方案的设计 (12)2.5 超声波和超声波传感器 (13)2.6 超声波传感器的主要应用 (14)2.7 超声波传感器测距原理 (14)2.8 超声波测距原理 (16)2.9 超声波发生器选择 (16)2.10 盲区处理 (18)第3章各单元硬件电路设计 (20)3.1 单片机最小系统电路 (20)3.2 温度补偿电路设计 (22)3.3 超声波发射电路设计 (23)3.4 超声波接收电路设计 (24)3.5 显示电路设计 (26)3.6 电源电路设计 (26)3.7 LED显示系统设计 (27)3.8 报警电路设计 (28)第4章系统软件的设计 (30)4.1 超声波测距仪的算法设计 (30)4.2 主程序流程图 (30)4.3 系统软件设计框图 (33)4.4 单片机的C程序设计 (35)4.5 系统的软硬件的调试 (36)4.6 调试分析 (41)4.6.1 LED显示程序的调试 (41)4.6.2 温度测量程序的调试 (42)第5章结论 (43)参考文献 (44)致谢 (46)附录Ⅰ (47)附录Ⅱ (56)附录Ⅲ (57)第1章第一章绪论1.1课题研究的背景及意义目前，液位测量技术已经广泛的运用在工业部门和日常检测部门中。
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编号：审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的超声波液位检测系统设计摘要液位测量及控制广泛应用于工业、生活等领域，由于许多测量环境条件及其恶劣，例如对具有腐蚀性的液体的液位测量。
显然，传统的液位测量设备已不能满要求。
因此，一些基于超声波的非接触式液位测量控制技术应运而生。
本文利用单片机的强大功能，通过硬件和软件的完美结合，设计、实现了一种基于超声波的液位检测控制系统。
系统由液位测量模块、数据显示模块、液位控制模块、超限报警模块和参数设置模块组成，通过HC-SR04超声波测距模块采集数据，经过单片机进行数据处理，然后进行实时液位显示，同时发出液位控制信号和报警控制信号。
最后，对所实现的实物进行了测试。
测试结果表明系统功能符合设计要求，能达到易控制、稳定性强、测量精度高、安全性高、功耗低的预期目的。
【关键词】单片机超声波液位测量液位控制ABSTRACTLevel measurement and control are widely used in the industrial field and other related fields. In the field of industry, many measurement environments are very bad such as the level measurement of corrosive liquids. Obviously, the traditional level measurement devices can not satisfy the requirements. As a result, some control based on the non-contact ultrasonic level measurement technology arises at the historic moment. This paper makes use of the powerful features of the SCM and the perfect combination of software and hardware to design and implement an advanced control system for liquid level measurement based on the ultrasonic measurement. The designed system includes level measurement module, data display module, level control module, limit alarm module, and parameter set module. The system collects data through HC-SR04 Ultrasonic Ranging Module, and then process the data, display the level in real-time and issue level control signal and the warning signal. Finally, the system was tested. The tested results show the system functions can meet the designed requirements, which achieve control easily, high stability, high accuracy, and high security.【Key words】SCM Ultrasonic Level measurement Level control目录第一章绪论 (1)第一节课题的提出和意义 (1)一、课题的提出 (1)二、课题的意义 (1)第二节国内外液位检测控制技术的发展现状 (2)第三节本课题主要研究内容 (3)第二章整体方案设计 (4)第一节方案设计架构 (4)第二节超声波测量技术 (5)一、超声波的定义及特性 (5)二、超声波测距原理 (5)第三节本章小结 (6)第三章硬件设计 (7)第一节单片机的最小系统组成 (7)第二节LCD1602液晶显示模块 (8)一、LCD1602液晶显示简介 (8)二、显示内容 (9)第三节设置模块 (9)第四节报警模块 (10)第五节液位测量模块 (11)一、HC-SR04简介 (11)二、引脚接线方式 (12)三、模块工作原理 (12)第六节液位控制模块 (13)第七节本章小结 (14)第四章软件设计 (15)第一节编译语言与编译思想 (15)第二节软件设计 (15)一、总体设计 (15)二、关键模块程序设计 (16)第三节本章小结 (20)第五章仿真及调试 (21)第一节仿真 (21)第二节系统测试 (22)第三节本章小结 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)一、英文原文 (29)二、英文翻译 (33)三、源程序 (39)第一章绪论第一节课题的提出和意义一、课题的提出在日常生产生活中，常遇到液位测量及控制问题。
比如在一些工业生产自动化系统中对容器中物料位或者液位的测量，又特别是极其恶劣的环境下的测量，比如对具有腐蚀性的液体液位的测量，传统的采用差位分布电极的电极法，通过电脉冲去检测液位高度，电极长期处于这种环境中，极易被电解、腐蚀，从而很容易在短时间内就失去灵敏性。
显然，在这种检测环境对测试设备的抗腐蚀性要求较高。
因此传统的液位测量设备已不能满足现代工业生产的需要。
超声波液位检测系统是一种新兴的液位测量系统，它利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触检测方法，能够实现对工业生产自动化系统中液位、物料位等进行检测。
此外，超声波具有很好的束射性和方向性，一般也不会对人体造成伤害。
基于超声波的检测控制系统具有实施方便、迅速，测量精度高，易于实时控制，所以有非常广阔的应用领域。
随着人们生活需求和工业标准的提高，液位检测技术愈来愈受到社会的重视，检测的精度以及实时性要求也愈来愈高，另外还要求检测系统对被检测对象具有自动控制功能。
可以说，在现在以及今后的很长一段时间里，液位的检测及控制系统的研究也将依然是一个重要的课题。
二、课题的意义为了改善工人的工作环境，降低工人的劳动强度，节省财力、物力，避免资源的浪费，降低工业生产成本，特别是对某些特殊的生产环境，比如：易爆、高温、低温、毒性、腐蚀性、高压、低压、有辐射性、易挥发等液体的液位进行检测，对于这些对身体健康有一定损害的测量环境，不易在实地直接进行测量及控制，而这种新兴的液位测量及控制技术就显得特别的重要。
在现代工业自动化生产系统中，对容器中液体的液位测量及控制是必不可少的。
一般情况下，在生产过程中主要是通过液位的检测来确定容器里原料的剩余量，以保证生产过程中的各环节物料平衡，以及为进行成本核算提供可靠的依据；另外，在连续生产情况下，通过液位检测及控制以保证液位始终在规定的范围内，以保证生产的正常进行，也能更好的保证产品产量和产品质量。
可见，液位测量及控制在现代工业生产过程中已起着举足轻重的作用。
仅从液位测量这一方面来讲，随着各行业的不断发展，液位测量已应用到愈来愈多的领域，不仅仅是用于各种管道、容器内的液位检测，还用于水库水渠、江河湖海等水位的检测。
传统的液位检测手段在这些领域中已经无法达到所需要的精确性，因此，超声波液位测量这种测量方式已经成为一种新方法被广泛的应用。
第二节国内外液位检测控制技术的发展现状早期的液位检测大多采用机械原理。
近年来，随着电子技术应用到越来越广泛的领域，也逐步向液位检测及控制方向发展，并且研究出来了一些新的液位检测技术。
尽管在传统技术中也渗透了一些先进的电子技术及计算机技术，在结构和功能上也都有很大提升，但总体来说，目前我国的液位检测技术还是比较落后，液位检测方法也依然有一些不足之处，如果从国外进口我们所需的高精度液位检测设备，价格又比较高。
因此，分析液位检测控制技术当前国内外形势，发展属于我们自己国家的液位检测技术就显得非常重要。
目前，国内外在液位检测方面采用的技术更多的是传统检测技术，按其采用的检测技术及使用方法分类就已多达十余种。
我们常见的液位检测技术有：浮体式液位测量仪表、人工检尺仪、磁致伸缩液位仪、差压式液位测量仪表、激光液位仪、雷达液位仪、超声波液位测量仪表、伺服式液位测量仪表。
超声波液位检测仪是我们最常见的一种，也是所有非接触式液位检测仪表中用途最广、发展最快的一种。
它具有一些其它液位测量技术无法比拟的优点，它可以适应腐蚀性强、高压、低压、有辐射性、有毒性、高温、低温、易挥发、易爆等特殊环境，因此，能应用的范围比其它的检测技术更广泛。
随着现在科学技术的飞速发展，液位的检测方法也变得更先进，精度也有了很大的提高。
尤其是传感器技术和单片机技术的进步使得液位检测技术得到了更进一步的优化。
超声波在液位测量中的应用愈来愈广，但从现在的发展水平看来，超声波在液位检测控制系统中的应用还存在着一定的限度，因此研究超声波的液位检测技术还有更宽更长的路要走，无论是在技术领域还是在产业领域它都具有极其广阔的发展空间。
在不远的将来，基于超声波的液位检测控制技术将会有更大更广的应用范围。
它不但可以帮助人们解决很多生活中的难题，还可以作为一种科学探测和研究的手段。
第三节本课题主要研究内容本设计以简易水槽和水泵搭建实验模型，鉴于单片机的液位测量控制装置具有工作寿命长、测量精确、耗能低、重复性好等优点，设计以单片机为基础、超声波测距为核心的液位测量控制系统。
本系统具有液位实时检测、控制、超限报警等功能。
设计的内容包括：○1设计基于超声波液位检测控制系统方案，实现液位检测、数据显示及闭环控制等功能；○2设计、实现检测控制器相关的软硬件模块；○3实现演示系统开发。
第二章整体方案设计第一节方案设计架构根据实际生产生活需要，结合课题设计要求，本设计应该具有正常液位范围设定、液位测量、超限报警、液位显示、液位控制五大功能。
方案设计架构如图2.1所示。
图2.1 液位测量控制系统设计方案正常液位设定在该系统中对应输入设备，即后文所说的设置系统。
可以通过设置系统将人的信息传递给系统，使得系统工作具有一定的目的性。
实时液位测量是系统数据采集的唯一来源，用HC-SR04超声波测距模块采集的数据经过单片机处理过后将成为后面液位显示、超限报警、液位控制等功能实现的重要依据，因此，实时液位测量是系统能否正常工作的关键所在。