传感器课程设计报告--超声波测液位
超声波测液位实训报告
一、实训背景随着工业自动化程度的不断提高，液位测量在工业生产中扮演着至关重要的角色。
超声波液位测量因其非接触、无干扰、测量范围广、精度高等优点，被广泛应用于石油、化工、食品、制药等行业。
本次实训旨在通过实际操作，了解超声波液位测量的原理、方法及其在工业生产中的应用。
二、实训目的1. 掌握超声波液位测量的基本原理和测量方法。
2. 熟悉超声波液位传感器的结构和工作原理。
3. 学会使用超声波液位测量设备进行实际操作。
4. 了解超声波液位测量在工业生产中的应用。
三、实训内容1. 超声波液位测量原理超声波液位测量是利用超声波在介质中传播的速度和距离的关系来测量液位高度。
当超声波发射器向液面发射超声波时，超声波在液面反射，反射波被接收器接收。
根据发射和接收时间差，可以计算出液面距离传感器的距离，从而得到液位高度。
2. 超声波液位传感器超声波液位传感器主要由超声波发射器、接收器、信号处理电路和输出接口组成。
发射器产生超声波，接收器接收反射波，信号处理电路对信号进行处理，输出液位高度。
3. 超声波液位测量设备本次实训使用的超声波液位测量设备为XX型号，具有以下特点：（1）测量范围：0-10m；（2）测量精度：±1%；（3）输出信号：4-20mA；（4）供电电压：220V。
4. 实训步骤（1）设备安装：将超声波液位传感器安装在液位测量位置，确保传感器与液面垂直；（2）参数设置：根据实际需求设置测量范围、测量精度等参数；（3）测试：开启设备，观察液位显示值，记录实际液位高度；（4）数据分析：将实际液位高度与显示值进行比较，分析测量精度。
四、实训结果与分析1. 实训过程中，超声波液位传感器能够稳定地测量液位高度，显示值与实际液位高度基本一致，测量精度较高。
2. 在实训过程中，发现以下问题：（1）超声波液位测量受温度、压力等因素影响较大，可能导致测量误差；（2）超声波液位传感器在测量过程中，可能受到液体表面波动、气泡等因素的影响，导致测量结果不稳定；（3）超声波液位测量设备在安装过程中，需要确保传感器与液面垂直，否则可能导致测量误差。
课程设计液位
课程设计液位一、教学目标本节课的学习目标包括以下三个方面：1.知识目标：学生需要掌握液位的定义、液位测量方法、液位控制系统的原理和应用。
2.技能目标：学生能够运用所学知识进行液位测量和控制系统的分析和设计，具备解决实际问题的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对液位技术研究的兴趣，增强创新意识和团队合作精神，认识科技发展对人类社会的贡献。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.液位的定义和分类：介绍液位的概念、液位的分类及液位测量的重要性。
2.液位测量方法：讲解液位测量的主要方法，如浮力式、压力式、超声波式等，并分析各种方法的优缺点。
3.液位控制系统原理：阐述液位控制系统的组成、工作原理及其在工业生产中的应用。
4.液位控制系统的调试与维护：介绍液位控制系统的调试和维护方法，提高学生实际操作能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用以下几种教学方法：1.讲授法：讲解液位的定义、分类和液位测量方法，让学生掌握基本知识。
2.案例分析法：分析实际液位控制系统的应用案例，让学生了解液位控制系统在工程中的应用。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手操作液位测量和控制系统，提高实际操作能力。
4.讨论法：学生分组讨论，培养团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了支持本节课的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《液位技术与应用》等相关教材，为学生提供理论知识的学习。
2.参考书：提供液位技术相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，直观展示液位测量和控制系统的原理和应用。
4.实验设备：准备液位测量和控制系统实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本节课的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：评估学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，占总评的30%。
2.作业：布置与课堂内容相关的作业，评估学生的理解和应用能力，占总评的30%。
3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和分析能力，占总评的20%。
超声波传感器测液位
第一章超声波测油罐液位的总体方案1.1 超声波测液位原理我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。
超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。
超声波测液位的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。
实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。
此次设计采用反射波方式。
测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。
超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。
由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。
在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。
将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。
由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。
因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。
发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达液面时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，传感器距油罐底的距离为h，由公式:s-=h*tv2/即可算出油罐液位高度。
超声波液位仪毕业设计
超声波液位仪毕业设计目录摘要............................................................... 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。
超声波液位传感器设计
超声波液位传感器设计技术指标：量程：1.25m精度：3mm分辨率：0.5mm声束宽度：5cm死区: 5cm供电电压：24vdc(环路)温度补偿：全量程自动环绕阻抗：400ohms@24vdc信号输出：DX10:0-5V,0-10V, DL10:4~20mA标定：WebCal PC软件，USB标定失效诊断：4 mA,20 mA,21 mA,22mA，或者保持当时数据过程温度：－20℃to 60℃压力：大气压第一章设计方案本系统采用静态方法实现LED数字显示，超声波发送和接收由单片机完成，且单片机的记时器记录从超声波发射到接收过程的时间，经计算送LED显示另外，本设计还拥有与计算机的通讯功能，如串口通讯，JTAG通讯。
并且当液面达到设定位置，能够报警。
1.敏感元件———超声波探头超声波探头是发射和接收超声波的仪器。
本系统超声波发射探头采用T40-16，超声波接收探头采用R40-16，外形如图所示采用收发分体式超声波探头，有以下优点：发射角小，发射距离远，而且余震对接收探头的影响小，降低了调试的复杂性，提高了系统安装的灵活性，减小了盲区，同时提高了检测距离。
2.压电式超声波传感器结构压电式超声波传感器主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称接收探头)两部分组成。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部结构如图2.1所示，将两个压电元件粘合在一起，称为双压电晶片(由一个压电元件构成的称单压电晶片)，这里介绍的超声波发生器有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
超声波发生器内部结构3.单片机——ATMEGA128是MEGA单片机中的高档产品，具有以下性能特点：1.高性能、低功耗的8位微处理器。
超声波液位计的设计教材
基于参考声速法超声波液位的测量专业：电机与电器班级：06班姓名：陈志伟学号：2012230基于参考声速法超声波液位的测量摘要目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。
此方法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。
本文是利用参考声速法实现声速校正的超声液位测量系统。
设计中采用气介式测量方式，将一个反射性能良好的挡板固定在超声波探头和液面之间，通过测量挡板回波的时间，实现精确的声速校正，从而大大提高液位测量精度。
此系统不但继承了传统超声波液位计的优点，而且无需采集环境温度，避免了由于测温误差引起的系统误差。
文中以超声波原理为理论依据, 以超声波传感器为接口部件, 利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。
这种新型声速校正方法相对于传统补偿方法，性能更加优越，是今后超声波液位测量的发展方向，具有广阔的发展前景。
关键词：超声波液位计，探头，声速校正，挡板第一章绪论1.1液位测量的意义近年来，随着电子技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术经历了有机械向机电一体化再到自动化的发展过程。
结合这两大技术，尤其是将微处理器引进液位测量系统，使得液位计的精度越来越来高，越来越来向智能化、一体化、小型化发展。
在实际应用中，可根据需要选择合适的液位计，满足测量精度、测量环境等多方面的要求。
1.2液位计的种类根据工作原理的不同，液位计可分为以下几种：直读液位计，浮子液位计，静压液位计，电磁液位计，超声波液位计，光纤液位计等等。
传统的液位计逐渐被这些新型液位计所取代。
新型液位计无论是在精度稳定性，还是在智能测量方面都比传统液位计有着明显的优势，是今后液位计发展方向。
其中超声波液位计以其低成本高精度非接触式稳定性好等优势受到广泛青睐，发展出了适应不同场合的超声波液位计，广泛应用于石油化工，航空航天，水利，气象，环保医疗卫生，食品饮料等多个领域。
传感器课程设计报告--超声波测液位
东北石油大学课程设计2013年7 月 16日任务书课程传感器课程设计题目超声波测液位电路设计专业姓名学号主要内容：本文主要是针对类似油罐等封闭式液体的液位的测量，采用超声波作为主要手段。
此次设计采用反射波方式,超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
单片机采用AT89C51或其兼容系列。
采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
显示电路采用简单实用的LED数码管。
基本要求：1、通过传感器原理及相关电路知道设计超声波测液位电路。
2、设计电路，并用相关的软硬件测出液位。
3、掌握相关的传感器原理及应用。
主要参考资料：[1]胡平．超声波测距仪的研制[J].计算机与现代化．2003，10．[2]时德刚，刘哗．超声波测距的研制[J]．计算机测量与控制．2002，10．[3]华兵．MCS-51单片机原理应用[M]．武汉：武汉华中科技大学出版社．2002，5．[4]李华．MCU-51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航天大学出版社．1993．[5]郁有文．传感器原理及工程应用[M]．西安:西安电子科技大学出版社．2000．完成期限 2013.7.13—2013.7.16指导教师专业负责人2013年 7 月 16 日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。
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。
实验报告之传感器-超声波
传感器实验报告制作：刘煌司黄海锋实训的意义：在这个学期，我们已经学习了传感器技术，熟悉、了解了传感器的知识以及其在各方面的相关运用。
但书本知识仅仅是让我们了解到了有什么传感器和它的一些常用方法，实际上的运用，我们却还没有接触过、尝试过，所以，我们开展了传感器实训，让我们了解传感器在生活中实际用法和用途。
由于传感器各类众多，我们不可能拿它们来一一实验，于是，我们选择了一个运用较广的传感器——超声波传感器来进行实验。
分组情况：为了让更多人都有动手的机会，我们决定两人一组进行实验。
步骤：一、电路分析：本传感器电路是一个超声波测距电路，用一个单片机来控制整个电路。
以单片机为核心，其电路主要有以下几个模块：1、单片机的复位与晶振电路，这是单片机必不可少的电路，一个是让单片机从头开始运行，一个是给单片机提供能量的时钟电路；2、超声波发射电路，由单片机P1.0口发出40KHz的脉冲波，再分出两个路，当一条路的非门多于另一条的支路的时候，两个支路的输出就会一个为高电平，一个为低电平，且单片机的电流经过非门后，其电流也会增大，后两个非门的输出端接在了一起，使其电流又加大了一些；3、超声波接收电路：运用了一个SONY公司的一个集成电路，其接法是相对固定的，在超声波没有反回来的情况下，CX20106A的7脚为高电平，当收到超声波时，其7脚为低电平，再将7脚引到单片机的外部中断0处，通过编程，让它电平变化时作出相应的反应；4、数码管显示电路：由于单片机I/O口较少，所以用数码管的动态显示接法，单片机的P0口接数码管的段选，用P2.4－P2.7来控制它的们选端口。
二、画接线图：本电路有四个模块，所以为了让每人都有参与机会，所以我们一人画两个模块，然后再把这四个模块画在一起，再将其进行最后的修改，然后又将其与原理图核对，没有发现错误后就进行下一步。
三、焊接：可能是平时对万用板用的比较少，所以出现了比较多的问题，主要问题有下：开始时焊的锡很脏，完全没有那种光泽。
毕业论文设计-超声波液位检测电路设计
衡水学院毕业论文（设计）超声波液位检测电路设计论文作者：XX指导教师：XX系别：：物理与电子信息系专业电子信息工程年级：2013级提交日期：2017年4月18日答辩日期：2017年5月05日毕业论文（设计）学术承诺本人郑重承诺：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不存在抄袭情况，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。
作者签名：日期：毕业论文（设计）使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定。
即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文（设计）的原件或复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公开论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）及相关资料。
作者签名：指导教师签名：日期：日期：论文题目：超声波液位检测电路设计摘要：水位测量技术在现代社会应用的场合非常的广泛，不管是工厂还是其他一些设备，都需要对水位进行监测，而现在的设备一般都比较简单，整个系统都比较单调，而且如果现场没有人员在，很可能会发生危险。
因而在翻阅了大量的书籍的前提下，我设计了一种新的水位测量系统。
本文以STC89C52单片机为核心，通过超声波测距模块，来实现对水位的测量，从而得到测量值，然后显示在1602液晶显示屏上面，并且通过DS18B20模块将现场的温度信息发送给单片机，单片机处理后，在液晶显示屏上进行相应的显示。
本文所设计的系统对以往的水位监测系统进行了改进，能够远程得到水位的信息，看水位是否处于危险情况下，整个系统的设计比较安全，可靠性高。
关键词：STC89C52；1602液晶；水位测量；DS18B20模块TITLE：DESIGN OF ULRASONIC LIQUID LEVELDETECTION CIRCUITAbstract: Water level measurement technology in the application of modern society is very wide occasions, whether it is factories or other equipment, need to monitor the water level, and now the equipment is generally relatively simple, the whole system is more monotonous, and if there is no staff at the scene, Is likely to be dangerous. So in the read a lot of books under the premise, I designed a new water level measurement system.In this paper, the STC89C52 microcontroller as the core, through the ultrasonic distance measurement module, to achieve the water level measurement, to get the measured value, and then displayed on the 1602 LCD screen, and through the DS18B20 module will send the temperature information to the microcontroller, single-chip processing , The corresponding display on the LCD screen.The system designed by the books has improved the water level monitoring system in the past, and can get the information of the water level remotely. If the water level is in danger, the design of the whole system is relatively safe and the reliability is high.Key words: STC89C52; 1602 Liquid Crystal; Water Level Measurement; DS18B20 Module目录摘要 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
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。
超声波传感器测试实验报告
超声波传感器测试实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是对超声波传感器的性能进行全面测试，以了解其在不同条件下的工作特性和测量精度，为后续的应用提供可靠的数据支持。
二、实验原理超声波传感器是利用超声波的特性来测量距离和检测物体的。
它通过发射超声波脉冲，并接收反射回来的声波，根据发射和接收的时间差来计算距离。
超声波在空气中的传播速度约为 340 米/秒，通过测量发射和接收的时间间隔 t，距离 d 可以通过公式 d ＝ v × t ／ 2 计算得出，其中 v 为超声波在空气中的传播速度。
三、实验设备与材料1、超声波传感器模块：型号为_____，工作频率为_____kHz。
2、微控制器：＿____型号，用于控制传感器和处理数据。
3、电源：提供稳定的_____V 直流电源。
4、示波器：用于观测传感器的输出信号。
5、障碍物：不同材质和形状的物体，如木板、金属板、球体等。
6、测量工具：卷尺，精度为_____mm。
四、实验步骤1、连接电路将超声波传感器与微控制器按照说明书进行正确连接，确保电源供应稳定。
将示波器连接到传感器的输出端，以观察输出信号的波形和特征。
2、传感器校准在无障碍物的开阔空间中，对传感器进行初始校准，设置基准距离为 0 米。
3、距离测量实验放置传感器在固定位置，分别在距离为 01 米、02 米、05 米、1 米、2 米、3 米、4 米、5 米处放置障碍物，记录传感器测量的距离值。
每个距离点进行多次测量，取平均值以提高测量的准确性。
4、障碍物材质和形状影响实验分别使用木板、金属板、塑料板等不同材质的障碍物，在相同距离下进行测量，观察测量结果的差异。
更换不同形状的障碍物，如平面、曲面、球体等，研究其对测量结果的影响。
5、环境因素影响实验在不同的温度（如 10℃、20℃、30℃）和湿度（如 30%、50%、70%）条件下进行测量，分析环境因素对测量精度的影响。
在有噪声干扰的环境中进行测量，观察噪声对传感器输出信号的影响。
超声波水位检测仪的设计
（4）液位测量系统也将由于新材料、新器件的开发变得更加优质。随着太空科技，纳米技术以及生物工程技术的飞跃性发展，未来液位测量将会频繁出现纳米技术和生物技术的身影，更具精密性的生物芯片会应运而生，使测量系统更趋便捷化和微型化。
由于超声波的各项特性，故在其在作为检测物体的媒介有几个特点：无破坏性、遥控性、实时性、可穿透等。本设计使用的压电式超声波传感器的组成并不复杂，也就是两块压电晶片和一块共振板。它产生超声波的过程也是相当简单的，当它的两个电极加上与晶体的固有频率相同的脉冲信号的时候，压电晶片就会发生共振现象同时带动那块共振板振动。若是我们从能量转换的角度看，这个类型的传感器在作为超声波发生器是个将电能转换成机械能的过程。类似的，传感器作为超声波接收器时，将机械能转换为电信号。当电极未加电压，回波信号会使共振板振动压迫两压电晶片振动，从而发出电信号。
1.2
最近几年，由于电子与信号处理技术研究取得重大成就，液位测量技术也得到了迅猛发展，短阶段期间里就历经了机械式向的有力推动液位测量技术得到了更好的完善，如微处理器的引进，使得液位计的精度得到了很大的提高，更使得液位测量仪表趋向智能化、一体化、小型化等跨越式功能的方向发展。
This paper describes in detail the principles and characteristics of the ultrasonic sensor, and the performance and features of AT89S51 MCU of Atmel Corporation. And after in-depth understanding of ultrasonic distance measurement principle based on the indicated water level measurement systems,the paper pay attention to some issue the design would emerge and provide the design ideas of ultrasonic distance measurement system.Besides,italso makes a design implementationwhichuse AT89S52 microcontroller as the control center of the ultrasonic level measurement instrument of hardware and software system.The system not only can be controlled in real time, but also possessmanyadvantages,for instance,stable, good performance, high measurement accuracy and so on. With the elimination of blind spots, temperature compensation and median filtering software, we can improvethe measurement accuracy ofsystemand ithas reached the industrial standard of indicators. The main contents of this paper are the followingseveralaspects: The introduction of technologies related ultrasonic distance measurement, and the analysis of the feasibility of ultrasonic distance measurement and its key and difficult points; the description of designing scheme of an ultrasonic level measurement system; the illustration of the influence of environment temperature to the measurement accuracy and providing a correction scheme.
利用超声波传感器测液位的方法
文章编号:1001-9227(2002)05-0051-03利用超声波传感器测液位的方法郏东耀(郑州大学物理工程学院,450052) 摘 要:介绍了一种高精度的超声波传感器,利用PIC16C63单片机的捕捉功能来计算超声波在液体中的传播时间,进而计算出超声波在液体中的传播距离来实现对液位的精确测量。
该传感器测量精度高,性能稳定可靠。
关键词:智能传感器 捕捉功能 超声波测液位ABSTRACT:The smart instrument of ultras onic liquid-level-detector is described in this article.Liq2 uid level can be measured precisely by this kind of instrument.KEY WORDS:Smart instrument Liquid level detector Ultras onic detector中图分类号:TP212.0文献标识码:B0 引 言的应用。
液位的测量有很多种方法,其中超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:a)测量精度高;b)响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量;c)非接触测量,性能稳定可靠,对液体的物理化学性质的适应性极强(如:不怕酸碱等强腐蚀性液体等)。
超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在液体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后能得到超声波传播时间。
根据其传播速度和传播时间计算出其传播距离,得到液位高度。
本系统利用PIC16C63单片机的捕捉功能实现对超声波信号进行准确的计时,从而实现了高精度的液位测量。
1 系统的硬件结构及功能传感器与外部的接口如图1所示:该智能传感器与外部共有四条接口信号线,它们分别是:地线G ND、电源线+12V、两个RS232串口信号线TX D和RX D,同外部的接线简单方便。
单片机课程设计--超声波液位检测仪..
《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称超声波液位检测仪姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书一、课题名称超声波液位检测仪的设计与制作二、设计内容及要求ﻩ１、以单片机为核心，设计一个液位检测系统2、测量数据由液晶显示ﻩ3、系统要有一定的可靠性和一定的测量精度目录1、绪论 (1)2、方案论证 (2)３、方案说明……………………………………………………………４４、硬件方案设计………………………………………………………８5、软件方案设计………………………………………………………１26、调试 (22)7、技术小结 (23)8、参考文献……………………………………………………………２４1、绪论随着各行业的快速发展,液位测量已应用到越来越多的领域,不仅用于各种容器、管道内液体液位的测量,还用于水渠、水库、江河、湖海水位的测量.这些领域使用传统的液位测量手段已经无法满足对其精确性的要求，所以超声波液位测量这种新的测量方向已经成为一种新的手段被广泛的应用.在目前市场上，按测量液位的感应元件与被测液体是否接触，液位仪表可以分为接触型和非接触型两大类。
接触型液位测量主要有:人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸缩液位计等。
它们的共同点是测量的感应元件与被测液体接触,即都存在着与被测液体相接触的测量部件且多数带有可动部件。
因此存在一定的磨损且容易被液体沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。
非接触型液位测量主要有微波雷达液位计、射线液位计以及激光液位计等．顾名思义,这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测液体不接触。
因此测量部件不受被测介质影响,也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛,可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质.超声波液位测量计就属于非接触型液位测量的一种,所以它也有不受被测介质影响,不影响被测介质,能适应粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶、高温、高压、低温、低压、有辐射性、毒性、易挥发易爆等特殊介质的测量的特点，能适应的范围比其它的测量手段更广泛.本次课程设计，将对超声波液位检测系统进行介绍。
传感器课程设计--超声波液位传感器在工业中的应用
传感器与测试技术课程设计任务书课题名称：超声波液位传感器在工业中的应用传感器与测试技术课程设计任务书1课程设计的性质和任务传感器与测试技术系统地论述了测试系统及其基本特性；介绍了测试系统中传感器的结构、基本原理和典型应用，以及传感器的发展趋势、选用原则等；讲解了“信号处理”，包括测试系统中的信号调理与数据采集，信号处理和数字信号处理基础等；还专门讲述了“典型测试系统”，包括振动、噪声、机械参量、工业自动化等测试系统的构建与应用。
2 课程设计的目的通过课程设计，使学生学生加深理解所学的理论知识，提高运用所学知识的能力，按照给定的设计资料和设计要求，使学生掌握电气控制系统设计的基本技能，增强独立分析与解决问题的能力。
3 课程设计内容与要求3.1设计题目的选择1．设计题目：液位传感器在水处理中的应用。
2．题目的选择：液位传感器（静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器）是一种测量液位的压力传感器．静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。
基于上述原因，我选择液位传感器在水处理工业中的应用。
3.2 设计的内容与要求3.2.1 设计内容液位传感器在水处理工业中的应用3.2.1 设计要求能感受液位(液位，料位)并转换成可用输出信号的传感器。
液位传感器可分两类：一类是连续测量液位变化的连续式液位传感器；另一类是以点测为目的的开关式液位传感器即液位开关。
目前，开关式液位传感器比连续式液位传感器应用得广。
它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。
连续式液位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面，有时也可用于多点报警系统中。
4.设计过程4.1 系统方案设计液位传感器的种类繁多，本设计选择超声波传感器。
超声波液位传感器它是一种非接触式的液位传感器，应用领域十分广泛。
利用超声波传感器测量液位高度
本科生毕业设计（论文）题目：利用超声波传感器测量液位高度The Design of Using Ultrasonic Sensor Measure TheLiquid Level Altitude院系名称：学生姓名：学生学号：专业：指导老师：完成时间：声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。
其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。
本毕业设计（论文）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。
特此声明。
声明人（毕业设计（论文）作者）学号：声明人（毕业设计（论文）作者）签名：签名日期：年月日摘要随着现代科学技术的发展，人们逐渐了解到，超声波的穿透力很强不易损坏物体，而且它在两万赫兹以上，不会影响到人们的正常工作，并且他的传播速度快。
由于超声波具有这样大的优点，所以人们对超声波的利用率越来也高。
从大到工业体系的探伤，小到测距和金属表面清尘，超声波几乎无处不在的伴随我们的生活。
本设计是以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。
整个电路采用模块化设计，由单片机控制模块，超声波发射模块，超声波接收模块和数据显示模块组成。
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，实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
关键词：AT89S52；超声波；测距AbstractWith the development of modern science and technology, people gradually understanding that the ultrasonic wave penetrating power is very strong .The ultrasonic wave is not easy to damage the object,morover it above 20KHZ and affect people’s nomal work. So the using of Ultrasonic wave is more and more frequent. From the large scale flaw detection of the industrial system to the measuring distance and clearing of the metal surface , the ultrasonic wave is useful in our every dailylife .The ultrasonic distance measurer design with digital display functional module used AT89C52 MCU as the core component,of which carries the characteristics with low-cost,high-precision and microminiaturization.The whole circuit used modular design,it includes the MCU control module,ultrasonic transmit module,ultrasonic receive module and the Data display module.In the software design part,it contains the main program,the presets subroutine,the launch subroutine,the receiving subroutine and the display subroutine.Through the comprehensive analysis processing of theAT89C51 MCU, The signal of each detector can realizing the functions of ultrasonic measure.Based on these,designed the overall scheme of the system.On thefinally,through the hardware and software realize the whole modules.And the relevant parts have the hardware circuit diagrams and program flow charts on the appendix.Key words:AT89S52；Silent Wave；Measure Distance目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)2 课题设计的任务和要求 (1)3 课程的方案设计与论证 (2)3.1系统整体方案的设计 (2)3.1.1 设计方案一 (2)3.1.2 设计方案二 (3)3.1.3 方案比较以及论证 (5)3.2系统整体方案的论证 (5)4 系统的硬件结构设计 (6)4.1各芯片功能特点简介 (7)4.1.1 52系列单片机的功能特点 (7)4.1.2 CX20106简介及其调试 (8)4.1.3 74ls573管脚及功能特点 (9)4.2测距原理及框图 (10)4.2.1 超声波测距的原理 (10)4.2.2超声波测距仪原理框图 (10)4.3超声波发射电路 (11)4.4超声波检测接收电路 (11)4.5数据显示部分电路 (12)4.6超声波测距系统的硬件电路设计 (13)5 系统的软件编程设计 (14)5.1超声波测距仪的算法设计 (14)5.2主程序流程图 (14)5.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (16)5.4系统的软硬件调试 (17)6结束语 (18)参考文献 (19)附录一：超声波测距电路原理图 (20)附录二：程序清单 (21)1 引言在科学技术日新月异发展的今天，许多场合开始引进电子设备做为辅助检测，针对诸多行业储液罐液位测量的特点和技术要求，设计一种基于超声波传感器的液位高度测量系统。
超声波传感器 及液位检测
（一）、声波 它是一种机械波，由于发声体的机械振 动，引起周围弹性介质中质点的振动，并由 近及远的传播。 人耳能听到的声波频率在20~20000Hz 范围内。频率超过20kz称为超声波，低于 20Hz称为次声波。检测中常用的超声波频 率范围为几千赫到几十兆赫。
•
（二）、超声波的传播特性 1.传播速度 超波超声波的传播速度与波长及频率成 正比。及声速为 U=λ f 式中，λ 为超声波 的波长;f为超声波的频率。 2.反射与折射 通过两种不同的介质时，超声波产生反 射和折射现象。但当它由气体传播到液体或 固体中，或由固体、液体传播到气体中时， 由于介质密度相差太大而几乎全部发声反射 。
• ④远离罐顶进液口下方位置，以避免进液冲击 使液面剧烈波动影响测量； • ⑤高于出液口或排污口，以避免罐底长期沉积 污物对测量产生影响，如不满足条件，则应有 措施保证定期清除罐底污物； • ⑥液位测量探头用磁性或焊/粘接固定方式安装 时，容器壁上的安装表面尺寸应不小于Φ80mm 的圆面，表面粗糙度应达到1.6，倾斜度应小于 3°（旁通管除外）。
一、超声波传感器的外形结构和特性
• （一）超声波传点： 超声波传感器具有小角度、小盲 区、测量准确、无接触、防水、防腐 蚀、低成本等优点。可应用于液位、 物位检测，可保证在液面有泡沫豁达 的晃动、不易检测到回波的情况下有 稳定的输出。
二、超声波的特性
• 控制流程：
相关知识
•
超声波是一种机械波，它方向性好， 穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显 著的反射。利用这些物理性质，可把一 些非电量转换成声学参数，通过压电元 件转换电量。超声波传感器就是利用超 声波的特性，将非电量转换为电量的测 量装置。超声波传感器又称为超声波换 能器或超声波探头。
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东北石油大学课程设计2013年7 月 16日任务书课程传感器课程设计题目超声波测液位电路设计专业姓名学号主要内容：本文主要是针对类似油罐等封闭式液体的液位的测量，采用超声波作为主要手段。
此次设计采用反射波方式,超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
单片机采用AT89C51或其兼容系列。
采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
显示电路采用简单实用的LED数码管。
基本要求：1、通过传感器原理及相关电路知道设计超声波测液位电路。
2、设计电路，并用相关的软硬件测出液位。
3、掌握相关的传感器原理及应用。
主要参考资料：[1]胡平．超声波测距仪的研制[J].计算机与现代化．2003，10．[2]时德刚，刘哗．超声波测距的研制[J]．计算机测量与控制．2002，10．[3]华兵．MCS-51单片机原理应用[M]．武汉：武汉华中科技大学出版社．2002，5．[4]李华．MCU-51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航天大学出版社．1993．[5]郁有文．传感器原理及工程应用[M]．西安:西安电子科技大学出版社．2000．完成期限 2013.7.13—2013.7.16指导教师专业负责人2013年 7 月 16 日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；高精度测距目录一、设计要求 (1)1、超声波传感器的功能与用途 (1)2、课题研究的背景及意义 (1)3、国内外发展的现状 (1)二、方案设计 (2)1、方案说明 (2)2、方案比较及论证 (3)三、传感器工作原理 (4)1、超声波传感器的性能指标 (4)2、超声波传感器的结构 (4)四、电路的工作原理 (6)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (8)1、单元电路设计 (8)2、参数计算 (12)3、器件选择 (12)六、总结 (15)参考文献 (16)超声波测液位电路设计一、设计要求1、超声波传感器的功能与用途本设计中采用反射式的方式，超声波传感器发射超声波，遇到液面后超声波被反射回来，超声波接收探头接收超声波。
其间通过单片机的控制，I/O口输出控制信号从NE555振荡器输入到CD4069驱动电路驱动超声波发射电路，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。
经过液面反射后超声波接收探头将接收到的超声波送到单片机进行处理。
输出由LED 数码管显示，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，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。
利用所设计出的超声波液位检测系统，对液面进行了测试，采集当时的环境温度获得精确的速度，计算出液面距离。
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。
2、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。
例如：液位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。
在测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在十分复杂的条件与环境中。
例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。
这些都大大的提高了对测量技术的要求。
所以能实现测量的无接触与智能化是液位测量计现在的主要发展方向[1]。
近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。
3、国内外发展的现状随着电子技术的发展出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。
前2种方法由于技术难度大成本高一般仅用于军事工业而超声波测距则由于其技术难度相对较低且成本低廉适于民用推广。
这项技术也可用于工业测量领域。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波常常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
随着自动测量和微机技术的发展，超声波测距的理论已经成熟，超声波测距的应用也非常广泛。
超声测距是一种非接触式的检测方式。
与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光芒、被测对象颜色等影响。
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。
因此在液位测量、机单片机毕业论文械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。
特殊是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很轻易检测出来，具有很高的分辨力，因而其正确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
因此本设计也是利用超声波来测量距离[2]。
二、方案设计由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。
超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。
目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。
根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89S51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
1、方案说明本设计基于单片机的超声波液位测量系统主要由单片机、温度检测电路、超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路、报警电路等组成。
本设计采用模块化设计思想，以单片机AT89C51为核心，将其他模块有机的整合在一起，形成一个统一的系统，硬件系统的框图如图1所示。
图2.1 超声波液位测量系统框图图1 超声波液位测量系统框图方案一：（发射部分）通过NE555振荡器设计出振荡电路，产生40KH的脉冲在通过CD4069的驱动作用于超声波发射探头上。
（接收部分）将超声波接受探头接收到的信号通过CX20106整形和滤波以后再CX20106的7脚输出一个40KH的脉冲，在单片机的P3.2处产生一个下降沿。
方案二：（发射部分）通过单片机发射40KH的脉冲，再经过4069非门，再经过4011与非门的驱动作用于超声波发射探头上。
（接收部分）将超声波探头接收到的正弦40KH超声波信号（其VPP为50mV）通过LM324运放三级放大以及整形以后产生VPP为3.5V的梯形波信号，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序。
2、方案比较及论证通过方案一和方案二的比较我们可以发现，在方案一中的发射电路中，我们可以用NE555振荡产生40KH的方波信号，它是基于硬件的基础上，便于我们可以通过示波器观察到40KH的方波，具有直观且易于观察的特点，有利于电路的检测。
在方案二中，我们可以通过单片机产生40KH的脉冲信号，在通过CD4069（或者74LS04）驱动，将40KH的脉冲信号发射出去，由于是软件控制，准确度比较高。
经过比较我们发现，在发射电路中方案一的设计比较经济实惠而且比较方便，所以我们选择方案一来产生超声波。
在接收电路中我们发现，在方案一中我们通过采用CX20106可以将信号进行放大和整形处理，在CX20106的5脚和7脚串联一个200K的电阻可以将频率稳定在40KH。
在方案二中我们通过LM324三级放大，再通过LM567检波电路，此电路调试比较复杂，在做三级放大时，放大倍数不容易控制，在输出波形上会发生小幅度的偏移。
因此在本次设计中，我们选用的是方案一，以提高测量结果的准确度，并且在整个系统中我们都会采用单片机做计算和显示。
三、传感器工作原理超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
1、超声波传感器的性能指标超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
超声波传感器的主要性能指标包括：（1）工作频率。
工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。
由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不会失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
2、超声波传感器的结构超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。