基于单片机的超声波液位检测系统设计

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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

ABSTRACT

Level 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。