水位指示及水满报警器)

成绩评定：

传感器技术

课程设计

题目水位指示及水满报警

摘要

容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出"开""关"的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出"开"的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全位的情况下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。

关键词：水位传感器水信号

目录

一、设计目的--------------------------

二、设计任务与要求----------------------

2.1设计任务--------------------------

2.2设计要求--------------------------

三、设计步骤及原理分析 ------------------

3.1设计方法--------------------------

3.2设计步骤--------------------------

3.3设计原理分析-----------------------

四、课程设计小结与体会 ------------------

五、参考文献---------------------------

传感器技术课程设计

一、设计目的

该设计的主要任务是通过设计和制作水位报警器来巩固和加强对三年来所学的理论知识和锻炼自己的动手能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和动手能力，加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。在一些家用水池中，为了避免断水给生活带来的不便，这样一种智能化的水位报警器运营而生。这种水位报警器能有效的显示水箱水放尽及对水箱充水时水已充满的情况。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。超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播，由于超声波具有定向性好，能量集中，在传输过程中衰减小，反射能力较强等特点，超声波传感器可广泛应用于非接触式检测法，不受光线，被测物颜色等的影响，它不仅能够定点和连续测液位，而且能方便地提供遥测或遥控所需的信号。与其他侧位技术相比较，它不需要特别防护，安装维修较方便，而且结构方法都较简单，价格低廉。在超声波液位测量技术中，应用最广泛是超声波脉冲回波方法，由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接受所需的时间，根据媒介中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液位高度。

二、设计任务与要求

2.1设计任务：

根据设计要求，系统可分为四部分，第一部分是辅助电源模块部分，第二部分是水位检测部分，第三部分是水位信号的处理部分，最后一部分是水位报警指示与控制部分。为实现各模块的功能分别做了几种不同的设计方案进行了论证。

2.2设计要求：

1．能够对水位的过高和过低做出报警指示。

2做出报警指示的同时具有一定的带负载能力，比如带动电机控制水位或其他功能。

1

单相电流跟踪型逆变器

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

设计一个超声波测距仪，要求：

(1).设计出超声波测距仪的硬件结构电路。

(2).对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离，并且，测距范围在20cm-2m之间，测量精度控制在3mm以内。

(3).对设计的电路进行分析。

(4).以数字的形式显示测量距离。

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AT89S52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。

3.2设计步骤

软件的设计重要的是建立数学模型，确定算法和安排数据结构，是审查设计能否成功，是否精妙的关键。软件完成各部分的控制，下面介绍软件的设计方案。

1．软件功能

本系统的软件开发相对比较容易，主要是水位检测的扫描、控制报警信号的输出等。

2．主程序流程图

2

传感器技术课程设计

3.3设计原理分析

当水箱内无水或送水未到位时，水位传感器的两个电极片处于开路状态，电压经开关、电阻器R1加之二极管VD1的正极，使VD1导通，IC的13脚，10脚，1脚和4脚均为高电平，报警器不工作。

当水箱加水到位时，水位检测传感器的两个电极片与水接触，是二极管VD1的正极变为低电平，VD1截止，间歇振荡器振荡工作，从IC的10脚输出周期较长的振荡信号。当该振荡信号电压为正时，二极管VD2导通，IC的1脚为高电平，音频振荡器不工作；当IC的10脚输出的振荡信号电压为负时，VD2截止，音频振荡器振荡工作。这样，音频振荡器在间歇振荡器的控制下间歇的工作，从IC的6脚输出断续的音频信号，经过V1、V2放大后，扬声器发出警报

（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（如图3-1）。

（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

3

单相电流跟踪型逆变器

4

环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序（如图3-2）[1]。

图3-1 555超声波发射电路原理图

超声波测距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[3]。

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，在本设计中我们采用40KHZ 的传感器

四、课程设计小结与体会

通过这次设计使我学到了很多，也碰到了很多困难，但在老师和同学们的帮助下都一一克服了， 提高了我将理论与实际相结合的能力。这次设计真的可以说三年来学的东西的一次大练兵。通过设计加强动脑、动手能力从作品中体现自己对所学专业知识的理解，领悟，应用与提高，培养自身的创新能力，发挥自身的创造潜力。通过课程设计使我懂得了理论与实践相结合非常重要，光有理论知识是远远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

。

五、参考文献

[1]、韩太林、单片机原理与应用、电子工业出版社、2003.8、202

[2]、张涛、电力电子技术、电子工业出版社、2003.8、170

[3]、冯建华赵亮、单片机应用系统设计与产品开发，人民邮电出版社，2004.11、

252

传感器技术课程设计

[4]、刘树林、低频电子线路，电子工业出版社，2003.8、214

[5]、中国计量出版社组委会、新编电子电路大全，中国计量出版社，2002.6、213

[6]、方志豪、晶体管低噪声电路、科学出版社、1984.9、186

[7]、中国计量出版社组委会、新编电子电路大全、中国计量出版社、2001.3、168

[8]、路而红、虚拟电子实验室、人民邮电出版社、2002.5、315

[9]、周常森、电子电路计算机仿真技术、山东科学技术出版社、2001248

5