基于单片机超声波液位测控系统的设计
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
ABSTRAT
This 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。现代工业生产正处于一个由劳动密集型、设备密集型向知识密集型转变的过程。在这一过程中，智能控制无疑起至关重要的作用。本课题主要对锅炉液位进行检测与控制，而锅炉是一个典型的大惯性、大滞后、具有多个参变量的过程控制系统。
1.2液位控制研究现状
液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，例如在饮料、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制，在实际生产中，通常采用系统辨识的方法，对复杂系统进行建模，以建立一个简化的数学模型。然而对于一些控制精度较高的场合，则需要建立较精确的数学模型，一提高控制精度。
生产过程自动控制（简称过程控制）是自动控制技术在石油、化工，电力，冶金，机械。轻工，纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。进入21世纪，随着自动化技术，计算机技术，通信技术的迅速发展，过程控制发生了深刻的变革，正在向着数字化，网络化和综合自动化方向发展，在实现各种最优控制和经济指标，保证生产的质量和产量，提高经济效益和劳动生产率，节约能源，改善劳动条件，保证生产安全，保护环境等方面发挥着越来越巨大的作用。目前，世界各工业发达国家，正集中全力进行工厂综合自动化技术的研究。在我国以最大的社会效益和经济效益为目标，研究和开发综合自动化技术是国民经济发展的需要，是参加国际市场剧烈竞争的需要。在世纪交替之际，新技术的研究和开发将大大推动工业过程自动化的发展，并带来巨大的社会效益和经济效益。
1.3过程控制与单片机的发展
过程控制经历了以下几个发展过程：
19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车或大型装置的集中控制。
19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。
集散控制系统(DCS)-----是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过程控制的监视、
管理是集中的,将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高了系统的可靠性，能方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。
本课题采用单片机作为微处理器具体色机控制器，目前我国在单片机的测控装置研究、生产、应用中，取得了很大的成绩，总结了很多经验。但在这个行业，仍处于发展期。经调查，北京、天津的高校、科研所在这方面开展的工作更看重的是理论、算法、研究出来的成果是论文的成果较多，在生产实际应用的较少；在上海，新型单片机测控装置于系统的研究、生产基础比较雄厚，在生产中需要新型测控装置与系统，也就努力研究、开发。因此，上海的工程技术和科研人员需要的是应用技术，更看重的是生产实际应用，对研究理论、算法、成果是论文的较少；深圳在研制新型测控装置与系统领域也比较有成绩，尽管与其它国家开发者相比较尚有距离，但是，深圳的高校、科研所的最大特点就是实际，与生产实际应用项目无关的问题基本上不去考虑，这里的工程技术和测控人员关心的不是理论、不是算法、不是论文，而考虑，是用什么材料、测控什么物理量、优点是什么、与机器设备的通讯接口等等。
一些发达国家在单片机新型测控装置与系统研究、制造、应用上，已积累了经验，奠定了基础，进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上，有一定的基础，与其它发达国家相比还存在距离。但是，我国的科研人员能够克服很多的困难，有望在相关领域能够赶上甚至超过发达国家的技术水平，这是趋势。
1.4课题的提出及意义
目前在工控领域内流行很多种控制系统，它们有各自的优点和不足，适用范围也不同，先做一比较：
基于可编程控制器（PLC）控制方案。PLC是一种专门为了在工业环境下运用而设计的数字运算操作的电子系统。是用越烈的环境，但是由于其原设计定位就是以处理开关量为主的顺序控制的自动化产品，在其工作过程中只有顺序执行而没有工作周期的概念，因此，低于有大量复杂控制回路和人机联系较高的生产过程，用PLC来控制时不适合的。以单片机为控制核心的智能控制系统有低功耗，更宽的工作电压范围，高性能化，混合信号集成化，串行扩展技术，小体积，低价格，ISP及基于ISP开发环境等优点。
液位是工业生产中最常见和最基本的工艺参数，因此完成上述主要功能需要比较全面地设计出超声波液位控制系统地方案。该系统主要以8051单片机位控制核心，检测到地数据经8051单片机处理后，传至4位数码管显示模块显示。
1 超声波测距原理
1.1超声波
超声（超音波学）的定义：声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象。当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限时，人们就觉察不出声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。超声波通常指1秒内振动20000次以上的高频声波。
超声波具有以下四个基本特性：束射特性，吸收特性，高功率，声压作用。上述四个基本特性使超声波在媒体中导致如下五种效应：力学效应、热学效应、光学效应、电学效应和化学效应。
超声波的特点是它能在各种媒质中传播；波长短，因而分辨率很好；声束尖锐，声能集中；在不同物质界面上会有反射、折射、散射等现象；可获得较高声强。利用声在媒质中的声速、衰减、共振、反射等现象可测量物质的成分、比重、厚度等。超声波测距就是利用超声波脉冲反射回波法实现的。
超声波在空气中的传播速度为340米/秒，因此，如果能测出超声波在空气中传播时间，就能算出其传播的距离。超声波测距就是通过测定超声波传播的时间间隔来测出声波传送的距离，这就是所谓的时间差测距法。超声波测距方法有如下两种：
（1）直接式超声波测距方法：
直接式超声波测距方法的原理是，测量发送器发射超声波到接收器并接收到超声波的时间t，已知超声波在空气中的传播速度V,则超声波发送器到对象物的距离为：
S=Vt
（2）反射式超声波测距方法：
反射式超声波测距方法的原理是，发送器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播途中遇到对象物就立即返回来，接收器接收到反射波就立即停止计时，这时计时器就计下了超声波从发射到对象物间的来回传播时间t，从而发送器到对象物的距离可用下式计算出来：
S=Vt/2
1.2超声波传感器
在超声波测距系统中利用超声波传感器产生和接收超声波，利用超声波的特性进行数据测量。利用超声波感知或检测物体，有非破坏性、遥控性、实时性、可穿透性等优点，在许多方面体现了独到之处。很早以前，人们便掌握了超声波探伤与声纳的技术。近年来，超声波的波长范围己达Lm级，频率己扩大到GHz领域，分辨率达Pin 量级的超声波显微镜已实用化。在这种频率范围，超声波敏感元件成为薄膜状，与传统的形状大相径庭，它的进步将对电子学的发展起重要作用。人们为研究和应用超声波，己发明设计并制成了许多类型的超声波发生器:机械方式和电气方式产生超声波发生器。实质上，超声波发生器即是超声波换能器，它将其它形式的能量转换成超声波的能量(发射换能器来完成)和使超声波的能量转换成其它易于检测的能量(接收换能
器来完成)。一般是用电能和超声能量相互转换。电气方式类型包括:压电型、磁致伸
缩型和电动型等，机械方式有：气流旋笛、液哨、加尔统笛等。各种类型的超声波发生器产生的超声波的功率、频率和声波特性都不相同。目前使用较多的是电气类中的压电型超声波发生器。而压电材料有单晶体的、多晶体复合的，如石英单晶体，钦酸钡压电陶瓷、错钦酸铅压电陶瓷复合晶体((PZT-4, PZT-5)等。
1.3超声波传感器的结构和发射原理
将两个压电元件（或一个压电元件和一个金属板）粘合在一起，称为双压电晶片（由一个压电元件构成的称为单压电晶片）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。它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。
超声波传感器可以视为一个电感、电容和电阻串联的（共振）电路其电抗特性是左侧右侧呈电容性，中间部分呈电感性。这种特性只有在高Q值的晶体振子活着陶瓷振子中可以看到。利用这一特性构成了超声波传感器特有的电路。
超声波传感器由两个共振频率，低频的共振频率ft叫做串联共振频率，在电阻(R)，电感(L)和电容(C1)的串联电路中振荡。这时的传感器阻抗最低；而在高频处的共振频率fa为逆共振频率，在电阻(R)，电容(C1)和电容(C2)的串联电路中震荡。
发送超声波在串联共振频率处具有最高灵敏度，接收超声波在串联逆共振频率处具有最高灵敏度，而且由于超声波传感器具有共振特性，即使将方波输入到发送传感器，接收传感器的输出也是正弦波。
1.4超声波传感器的选择
市场上的超声波传感器大致可以分为通用型，宽频带型，封闭型，高频型几类，他们各有优缺点，也就各有用途。通用型频带窄，但灵敏度高，抗干扰性强，在多通道，且通道间频率较近的应用中最好使用它；宽频带型能在工作频带内有两个共振点，因而加宽了频带，它兼做发送和接收传感器；封闭型适用于室外环境，有较好的奈风雨特性，用于汽车后的监测等装置上；高频型的中心频率可以达到200KHz，方向性强，可以进行高分辨率的测量。
本次设计用了通用型TL851和TL852来发送和接收超声波。
2 超声波测控系统的硬件设计
控制原理为：液位控制系统的控制目的是容器内液位保持恒定，假如管道中的压力是恒定的，管道阀门的开度对应一定的液体流量，这时为了保持液位恒定，只须测量实际液位，并与液位设定值进行比较，利用二者的偏差以PID控制规律控制管道阀门的开度。
系统只有检测液位偏离设定值时才能进行控制，在本课题中，在液位控制主回路中增加液体流量控制回路，构成单闭环控制结构。
根据分析控制流程为如图1：
图1 控制流程图
2.1单片机的选用及简介
单片机也被称为“单片微型计算机”，单片机一词最初源于“single chip microcomputer”,简称“SCM”，随着SCM在技术和体系结构上的进步，其控制功能不断扩展，它的主要作用已经不是计算而是控制了。
现在最具有代表性、最典型的机型当属AT89S51系列单片机了，本课题液位控制系统采用AT89S51单片机。
一块芯片上包括：
·8位中央处理器单元CPU；
·4/8KB ROM或EPROM；
·128/256字节的数据存储器RAM；
·21/26个特殊功能寄存器SFP；
·4个8位并行I/O口；
·2/3个16位可编程的定时/计数器，T0、T1用来对外部脉冲进行计数，也可设置成定时器；
·有5/6个中断源，其中3个是内部中断源，2个外部中断源，通过软件可编程为两个中断优先级；
·1个全双工的通过编程工作在异步方式的串行接口，使数据可在微机之间一位一位地串行传送；
·内部时钟产生电路，但石英晶体振荡器和电容需要外接，允许最高振荡频率为12MHz；
·64KB外部程序存储器寻址空间；
·64KB外部数据存储器寻址空间；
·具有位寻址功能，位寻址空间为00H～FFH,具有较强的位处理能力。
AT89S51的引脚图如图2：
图2 AT89S51的引脚图
2.2超声波液位检测电路
超声波换能器选用压电式换能器。超声波收发器采用超声波专用芯片 TL851 和TL852 。
TL851 数字集成电路，是专用的声纳测距控制器。TL852 模拟集成电路，是专用的声纳测距接收器。这两个芯片已广泛应用于超声波测距系统中，是静电和压电换能器接口。超声波信号由 TL851 和 TL852及外围元件产生，然后通过三极管和变压器输送至超声波换能器，该超声波换能器集收发于一体，返回信号也是通过TL851 和 TL852等处理后传送给AT89S51。由 TL851 和 TL852 组成的超声波收发器有两种工作方式：单回波(single-echo)工作方式和多回波(multi-echo)工作方式。所谓单回波工作模式是指发出 INIT 信号后等待回波信号，然后将回波信号放大并在ECHO引脚生成一个逻辑高电平输出，这样从 INIT 置高电平到ECHO输出高电平的时间就是超声波发出到遇到对象物返回的时间。多回波工作模式的多个回波必须在一次发射中得到，那么就必须在ECHO输出高电平以后，在 BINK 上输入高电平且延时不小于 0.44 ms 的脉冲，在脉冲的下降沿ECHO又回到低电平，可以重新接收回波。
TL851 的测量距离为6英寸到35英尺。它有一个可使用低成本外部陶瓷晶振起振的内部振荡器，使用简单的外部接口和420KHz的陶瓷晶振，可以驱动一个50KHz静电转换器。TL851 的INIT引脚必须在 Vcc 上电5ms之后才可以置高电平，在这5ms的
时间里，系统内部被重新设定，并且产生稳定的振荡。INIT置高电平之后，TL851 就发送频率为49.4KHz，振幅为400V的16 个脉冲的脉冲串，驱动转换器 XDCH 工作。这16 个脉冲在转换器中被转化为超声波并发射出去，在16个脉冲结束后，仍有一个200 V 的直流电以保证转换器继续工作。
当使用外部420KHz陶瓷晶振时，TL851 的消隐（ BLNK ）信号禁止接收 2.38 ms 内的回波，该回波可能是由转换器阻尼振荡所产生的噪声造成的，因此消隐特性禁止接收与传感器相距 1.33 英尺的目标物的回波。如果想要检测 1.33 英尺内的目标物，可以使禁止消隐 (BINH) 变为高电平以缩短消隐，使传感器可以接收输入信号。消隐(BLNK) 也可在单回波工作方式或多回波工作方式中用于关闭接收输入和重置ECHO为逻辑低电平。
AT89S51 单片机的 P1 口控制两个超声波收发器，其中,P1.0-P1.3 分别接超声波收发器 1 的 INIT 、ECHO、 BLNK、BINH 引脚； P1.4-P1.7 的分别接超声波收发器 2 的 INIT 、ECHO、BLNK、BINH 引脚。通过清零 P1.0、P1.4（经反相器加到INIT 引脚）启动超声波换能器发射超声波，同时 T1开始计数，并不断查询 P1.1 和P1.5的状态，当 P1.1 或P1.5变为高电平时，即收到回波，读取T1的计数值。通过 T1的计数值可以计算出从发射超声波到收到回波的时间，从而计算出发射处到对象物的距离。
图3为超声波液位检测的具体电路图:
图3 超声波液位检测电路图
2.3液位控制电路
液位控制系统的执行机构大多采用调节阀，本系统采用电动调节阀。电动调节阀所接收的信号为标准信号，即4－20MA 。DAC0832是8位分辨率D/A 转换集成芯片，与处理器完全兼容，其价格低廉，接口电路及程序简单，转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。
DAC0832的引脚图（管脚图）及功能：
12345678910
11
121314151617181920CS WR1GND DL1DL2DL0V REF
R CD (LSB)
DL3GND
VCC I (BYTE1/BYTE2)WR2XFER DL7(MSB)OUT2OUT1
I LE DL6
DL5DL4I ______________________
图4 DAC0832引脚功能介绍
DI0~DI7：数据输入线，TLL 电平。
ILE ：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS ：片选信号输入线，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。
XFER ：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为DAC 寄存器写选通输入线。
Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。 Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较 图3.5为DAC0832与单片机接口应用电路图：
图5 DAC0832与单片机的接口电路图
2.4键盘
键盘输入单元采用独立式键盘,由上下左右四个键组成,其中上这个键为开始键,下为显示切换键,左右为数字增减键.增减键用以改变设定值的大小,以下是键盘与单
片机的接
口电路。
图6 键盘
2.5显示电路
LED（Light Emitting Diode）是当外加电压超过额定电压时发生击穿而发出可见光，LED的工作电压通常为2～20mA。工作压降为2V左右，使用时需加限流电阻。
显示电路采用LED数码管显示，数码管具有：低能耗、低损耗、低压，对外界环境要求低，易维护的优点，虽只能显示非常有限的符号和数码字，但可完全满足本设计。在显示部分采用LED动态显示技术，节省单片机空间，而且动态显示电流很小，单片机可以提供。显示器结构如图7：
图7 LED数码管
单片机与显示电路的连接如图8：
图8 LED显示电路
以上是液位控制系统各部分硬件的具体设计，其整个系统具体电路如图3.9所示：
图9锅炉液位控制电路图
3 系统软件设计
软件也是非常重要的部分，直接关系到最终结果。在以下的介绍中，主要是针对各个模块程序的整体功能的介绍。
3.1主程序流程图
主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制及记录超声波的发射时间。中断服务程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的显示或输出等工作。
软件分为两部分，即主程序和中断程序。工作流程图如图10所示。
图10 主程序流程图3.2超声波测距的相关程序
3.2.1超声波的接收与发送
前方测距电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过放大器的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.1和P1.5接到放大器的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。部分源程序如下： RECEIVEI：PUSH PSW
PUSH ACC
CLR EX1 ；关外部中断1
JNB p1.1, RIGHT ；P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序
JNB p1.5, LEFT ；P1.5引脚为0,转至左测距电路中断服务程序RETURN： SETB EX1 ；开外部中断1
POP ACC
POP PSW
RETI
R IGHT：... ；右测距电路中断服务程序入口
...
AJMP RETURN
LEFT：... ；左测距电路中断服务程序入口
...
AJMP RETUN
3.2.2超声波传播时间
在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T1，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。其部分源程序如下：RECEIVE0：PUSH PSW
PUSH ACC
CLR EX0 ；关外部中断0
MOV R7, TH0 ；读取时间值
MOV R6, TL0
CLR C
MOV A, R6
SUBB A, #0BBH ；计算时间差
MOV 31H, A ；存储结果
MOV A, R7
SUBB A, #3CH
MOV 30H, A
SETB EX0 ；开外部中断0
POP ACC
POP PSW
RETI
4 系统调试与结论
超声波测距仪的制作和调试，其中超声波发射和接收采用Tl851和TL852的超声波换能器TCT40-10F1（T发射）和TCT40-10S1（R接收），中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。
硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。
由于受环境温度、湿度的影响, 超声传感器的测量值与实际值总有一些偏差, 表1 列出了本超声测距系统测量值与对应的实际值:
表1 超声测距系统测量值与实际值单位
从表中的数据可以看出, 测量值总是比实际值大出大约7cm, 经过分析原因主要
有三个方面: 第一方面,超声波发射时速度随温度的变化而变化，造成误差; 第二方面, 指令运行需占用一定的时间而使得测量的数据偏大;根据温度影响，可以考虑程序执行时间进行修正。
基于单片机的超声波液位测控系统设计
参考文献
[1]朱学峰.过程控制技术的发展,现状与展望[M].北京：清华大学出版社,1993
[2]张玲.过程控制综合实验物理实现与算法设计[M].大连：大连理工出版社,1999
[3]袁浩.新型的数字式液位流量控制系统综合实验装置[M].西安：西安电子工业出版社,2001
[4]方康玲.过程控制系统[M].武汉：武汉理工大学出版社,2004
[5]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社,2004
[6]刘金琨.先进PID控制[M].北京：电子工业出版社,2003
[7]李光弟.单片机基础[M].北京：北京航天航空大学出版社,1994
[8]蔡美琴.单片机系统及应用[M].北京：高等教育出版社,2001
[9]姚凯军.单片机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社,1998
[10]何立民.单片机应用系统[M].北京：北京航天航空大学出版社,1990
[11]徐惠民.单片微型计算机原理,接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社,2000
[12]张伟.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社,2002
[13]张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社,2005
[14]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社,2004
谢辞
回顾这四年来的学习，不由万分感慨。几年来的辛苦学习终于有了成果——毕业论文顺利完成，回头看看，我所取得的每一分成绩，都离不开我周围人们的帮助和鼓励。在此我表示深深的谢意！
感谢我的导师在我做论文过程中耐心细致的指导，对我的开题报告、中期报告及论文提出很有见地的意见，使我能顺利按时提交；感谢我的同学高合谦在我的论文整体思路及作图所给予我的帮助。
感谢我的父母，感谢所有教过我学业的老师和所有帮助过的的同学，使我在这几年的学习中获得很多新的知识！
基于51单片机的超声波测距毕业设计(论文)
一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务：以单片机为核心，设计并制作一超声波测距系统基本要求： 利用时间差测距，不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率：450kHz 测距范围：0.5~10米 测试精度： 10% 发挥部分尽量增大测控范围，提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的450kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电
容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动，用PNPC8550三级管进行位选，七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序，计算子程序，显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波，由输出口进行输出，并开始计时。第三等待中断，若超声波被接收探头捕捉到，那么通过中断可测得
超声波与雷达液位计选型比较
一、雷达液位计 测量原理 发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发 射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通 过[wiki]电子[/wiki]部件被转换成物位信号。一 种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定 和精确的测量。 即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用 最新的微处理技术和调试[wiki]软件[/wiki]也 可以准确的分析出物位的回波。 输入 天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线 路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲 在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别 由智能软件完成，精度可达到毫米级。距离物料 表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比： D=C×T/2 其中C为光速 因空罐的距离E已知，则物位L为： L=E-D 输出 通过输入空罐高度E（=零点），满罐高度F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量[wiki]环境[/wiki]。对应于4－20mA输出。 应用介质： λ KONERD60系列雷达物位计适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量，适用于温度、压力变化大；有惰性气体及挥发存在的场合。 λ采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。 二、超声波液位计 是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中 脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面 反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的 发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距 离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制， 可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。 采用SMD技术，提高仪器可靠性。 自动功率调整、增益控制、温度补偿。 先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境。 采用新型的波形计算技术，提高仪表的测量精度。 具有干扰回波的抑止功能保证测量数据的真实。
超声波液位计---红外手操器说明书
手持编程器用法 （1）进入编程模式 注意： ·编程器里的电池可以替换 ·手持编程器需要另外订购 将编程器对准显示屏顶部的红外端口并按键。 参数更改 1 在运行模式下将编程器对准仪器并按编程 键。再按切换 键。进入编程模式。 下一步要键入的数字会进入以下3个区域：参数号区、参数值区、通道号区。由多次重复按切换键选择进入哪个区域。当前状态进入的是参数号区 2 这时字母P 前面的数字消失,出现3个“_ _ _”表示可以更改参数号。键入“001”进入P001号参数，再键入参数值“1”，选择测量模式为“物位测量模式”。 3 按“回车”键 ，保存所设设置。 4 按切 换 键再次选择参数号区。 5 这时字母P 前面的数字消失表示，再次出现3个“_ _ _”，可以更改参数号。键入“002”进入P002号参数，再键入“1” 选择所测类型为“液体”。 6 按“回车”键 保存所设设置。 7 依此类推 设置P003参数的参数值为“2”， P004为“***”（以超声波传感器类型决定，如XPS10探头的代号为：102） P005为“1” P006为零点值，即探头发射面开始算起到仓底的距离。物位下降到此位置时，仪表输出为4mA P007为满度值，即从P006定义的仓底（零点）向上多少米为100%（物位升到此位置时，仪表输出为20mA）。 （在实际应用过程中P006、P007均可设为相同数值。例如：仓高15米，P006=15，P007=15。） 如果所购设备为双通道系列（即一个主机带两个传感器），在设定完01通道后还需要设定02通道， 详细说明如下： 8 如果设置第二通道，将左上角点号切换为“02”，重复以上步骤。 切换方法：按切换 键2次，使左上角显示“___ ___”，然后输入“02” 9 如果需要退出编程模式，进入运行模式，再次按编程键 即可。
51单片机超声波测距程序
//晶振:11.0592 //TRIG:P1.2 ECH0:P1.1 //波特率：9600 #include
{ j=10; while(--j); } } } void zd0() interrupt 1 //T0中断用来计数器溢出，超出测距范围{ flag=1; //中断溢出标志 } void StartModule() //T1中断用来扫描数码管和计800ms启动模块{ TX=1; //800MS启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; } void main(void) { TMOD=0x21; //设T0为方式1,GATE=1; SCON=0x50; TH1=0xFD; TL1=0xFD; TH0=0; TL0=0;
几种液位计的原理与选型
几种液位计的原理与选型． 磁翻柱液位计 主要原理 磁翻柱液位计也称为磁翻板液位计，它的结构主要基于浮力和磁力原理设计生产的。带有磁体的浮子（简称磁性浮子）在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱（也成为磁翻板）的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度（磁翻柱表面涂敷不同的颜色），进而反映容器内液位的情况。 配合传感器（磁簧开关）和精密电子元器件等构成的电子模块和变送器模块，可以变送输出电阻值信号、电流值（4～20mA）信号、开关信号以及其他电学信号。从而实现现场观测和远程控制的完美结合。 适用范围及特点 本液位计采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本液位计输出信号多样，实现远距离的液位指示、检测、控制和记录。 本液位计几乎可以适用于各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制。可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 磁浮球液位计（液位开关） 主要原理 磁浮球液位计（液位开关）结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（如定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。 该液位计可以直接输出电阻值信号，也可以配合使用变送模块，输出电流值（4～20mA）信号；同时配合其他转换器，输出电压信号或者开关信号（也可以按照客户需求转换器由公司配送）。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。 适用范围及特点 本产品采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本产品几乎可以适用与各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制，可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 防爆浮球液位开关 主要原理 防爆浮球液位开关，也称为防爆浮球液位控制器。它是专门为爆炸性环境中使用而设计制造的液位控制仪表，本产品是基于浮力原理和杠杆原理设计的，当容器内液位发生变化时，浮球的位置将随液位的变化而变化，浮球的这种位移将通过杠杆作用于微动开关，进而由微动开关产生开关信号。 适用范围及特点 本产品采用优质材料和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能
外贴式超声波液位计工作原理及技术分析
外贴式超声波液位计 一、外贴式超声波液位计原理 外贴式超声波液位计从罐外连续、精确的测量罐内的液位，完全不接触罐内的液体和气体，实现了真正的隔离测量。外贴式超声波液位计测量方式不同与其他液位计(安装其他液位计时必须在容器上开孔，在容器内部测量液位)，其特点是无需在容器上开孔，利用超声波分析原理，在容器外部就能够不间断地测出液面的精确高度。该仪表安装时不需要在罐壁上开孔安装传感器，仪表既不接触容器内的液态介质，也不接触容器内的气态介质。有效解决了在强腐蚀、剧毒、高压力、易燃爆、高纯度、无杂菌感染等特殊恶劣、苛刻条件下测量液位这一世界技术难题。因为外测液位仪完全不接触容器内的液体，因此，它使用时极为安全可靠，安装维护特别方便，是绿色环保仪表，可广泛用于各种容器内液面的连续精确测量。 二、外贴式超声波液位计工作原理： 外贴式超声波液位计处理后的液位高度数值准确，无需CPU再作分析、比较、判断。CPU获取液位数值后，可送NVRAM存储、送数码显示器显示。此外仪表可输出4～20mA标准信号或通过RS-485接口将测量结果输出至上位计算机(或二次表)。 如图2所示，测量液位时，经过调制过的声波信号从探头发射出去，经过液面反射回来后由探头检测到回波信号。回波信号经过预处理、加工、后处理后直接准确给出时间t,CPU根据数字模型表述关系计算出液面高度。 h=act/2 h：液位高度 t：声波从发射到返回所用的时间
a：修正系数 c：超声波在液体中传播的声速 液位计工作原理示意图图2 三.技术优势： 1)外贴式超声波液位计优势如下： •传感器安装在罐体外壁上与被测液体不接触 •超声波的测量原理对人无害 •运算时间非常短 •传感器和变送器之间的距离可达300m •不受罐内高压的影响 •用该产品使带有泡沫的介质液位同样精确测量成为可能•外安装的传感器不存在卫生问题 •同样可以测量有毒、有害、腐蚀性的介质液位 •传感器无可动件无磨损
基于单片机的超声波测距
测控技术与仪器专业课程设计报告 班级姓名学号起始时间 课程设计题目： 测控技术与仪器专业课程设计报告 摘 要：本文介绍了一种基于单片机的超声波测距仪的设计。详细给出了超声波测距仪的工作原理、超 声波发射电路和接受电路、测温电路、显示电路等硬件设计，以及相应的软件设计。设计中采用升压电路，提高了超声换能器的输出能力；采用红外接收芯片，减少了电路间相互干扰，提高了灵敏度;同时，考虑了环境温度对超声波测距的影响，采用温度传感器，提高了测量精度。该设计试验运行良好，系统结构简单、操作方便、价格低廉，具有广阔的推广前景。 关键字：超声波测距仪；超声波换能器；单片机；温度传感器 1 对题目的认识和理解 目前，常用的测距方法主要有毫米波测距、激光测距和超声波测距三种。超声波测距较前两种测距方法而言，具有指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小等特点，广泛应用于如井深、液位、管道长度、倒车等短距离测量。 超声波测距适用于高精度中长距离测量。因为超声波在标准空气中传播速度为331.45m/s ，由单片机负责计时，单片机使用12.0M 晶振，所以此系统测量精度理论上可以达到毫米级。 目前比较普遍的测距的原理是：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，超声波测厚，超声波汽车测距告警装置等。 本设计选用频率为40kHZ 左右的超声波，它在空气中传播的效率最佳。由于超声波测距主要受温度影响较大，所以本设计增加了温度补偿电路。本设计具有电路简单、操作简便工作稳定可靠、测距精确和能耗小、成本低等特点，可实现无接触式测量，应用广泛。 1.1 超声波测距原理 超声波测距是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到回波就立即停止计时。根据计时器测出发射和接收回波的时间差t ，可以计算出发射点距障碍物的距离s ：2 = t c s ，其中t c 为超声波在空气中的传 播速度，它随温度的变化而变化，其变化关系如下：331.50.6=+t c T 式中T 为环境摄氏温度，可由温 度传感器获取。
超声波液位计选型
目录 GLP-7二线型超声波液（物）位计............................................... - 1 - GLP-7三线、四线型超声波液（物）位计......................................... - 2 - GLP-4型超声波液（物）位仪................................................... - 3 - GLP-5型中文超声波明渠流量计................................................. - 4 - GLP-6型中文超声波液位差计................................................... - 5 - 安装位置.................................................................... - 6 - 安装注意事项................................................................ - 6 - 各款仪表接线图.............................................................. - 7 - 仪表尺寸.................................................................... - 8 - 适应场合注意事项............................................................ - 8 - 选型表...................................................................... - 9 -
TS-L300超声波液位计说明书
公司名称：杭州拓胜自动化仪表有限公司 地址：杭州市石桥路272号商务楼A04室邮编：310022 销售热线：（0571）88138856 /85353259 传真：(0571)85353259 网址：https://www.wendangku.net/doc/e72770603.html, E _ mail：hztuosheng@https://www.wendangku.net/doc/e72770603.html, 温馨提示：安装调试前，请仔细阅读用户手册！！ TS-L300型 用户手册 量程： 仪表工作电压： 杭州拓胜自动化仪表有限公司 超声波液位计
超声波液位计 超声波液位计保修卡回执 用户名称 联系地址 联系人联系电话 产品型号产品编号 验收日期安装负责人…………………………………………………………………… 超声波液位计保修卡说明 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 保修政策： ●用户在维修时请出示保修卡。在保修期内因正常使用出现的故障，可凭 保修卡享受规定的免费保修。 ●保修期限：本公司产品保修期由验收日期起算十二个月内。 以下情况不在免费保修范围内： ●产品或其部件已超出免费保修期。 ●因使用环境不符合产品使用要求而导致的硬件故障。 ●因不良的电源环境或异物进入设备所引起的故障或损坏。 ●由于未能按使用操作手册上所写的使用方法和注意事项进行操作而造成的故障。 ●由于不可抵抗力如：雷电、水火灾等自然因素而造成的故障。 擅自拆机修理或越权改装或滥用造成的故障或损坏。 限制说明： ●请用户妥善保存保修卡作为保修凭证，遗失不补。 本保修卡解释权限归本公司所有，本公司有权对本卡内容进行修改，恕不事先通知。 7 超声波液位计 目录 1概述 (1) 2 技术指标 (1) 3仪表安装 (2) 3.1仪表外形尺寸 (2) 3.2仪表接线 (2) 3.3安装参数含义 (3) 3.4仪表安装原则 (3) 3.5安装注意事项 (4) 4仪表调试 (4) 4.1键盘说明 (4) 4.2 参数的设置 (4) 4.2.1 液位标定 (4) 4.2.2 20mA设置 (5) 4.2.3探头高度 (5) 4.2.4显示模式设置 (5) 4.4.7 P--Multi菜单 (6) 超声波液位计保修卡回执 (7)
超声波液位计的设计
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。 超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气传播速度及遇到被测液体产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的使用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒液体等的液位测量。我国从就是年代开始将超声波测距技术应用到河流、湖泊等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中，超声波液位测量技术在越来越来多领域发挥极其重要的作用。 1.3超声波液位计概况 1.3.1国内外的超声波液位计发展 在国际上，把超声波技术用于液位测量己有较长时间，我国从20 世纪90 年代开始发展，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中。目前国内高精度超声液位测量仪表的发展主要采用引进加吸收等手段，还有许多合资企业代理国外相应产品。国内自主研发超声波液位计的公司极少，不足十家，而且在测量范围，死区范围和精度都低于国外超声仪表的平均水平。有的厂家只有生产设备，没有标定装置。由此可见，我国在该领域的发展相对国外还有较大差距，在产品性能指标、仪表可靠性、企业
基于51单片机的超声波测距系统
基于51单片机的超声波测距系统 贾源 完成日期：2011年2月22日
目录 一、设计任务和性能指标 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2性能指标 (3) 二、超声波测距原理概述 (4) 2.1超声波传感器 (5) 2.1.1超声波发生器 (5) 2.1.2压电式超声波发生器原理 (5) 2.1.3单片机超声波测距系统构成 (5) 三、设计方案 (6) 3.1AT89C2051单片机 (7) 3.2超声波测距系统构成 (8) 3.2.1超声波测距单片机系统 (9) 图3-1：超声波测距单片机系统 (9) 3.2.2超声波发射、接收电路 (9) 图3-1：超声波测距发送接收单元 (10) 3.2.3显示电路 (10) 四.系统软件设计 (11) 4.1主程序设计 (11) 4.2超声波测距子程序 (12) 4.3超声波测距程序流程图 (13) 4.4超声波测距程子序流程图 (14) 五.调试及性能分析 (14) 5.1调试步骤 (14) 5.2性能分析 (15) 六.心得体会 (15) 参考文献 (16) 附录一超声波测系统原理图 (18) 附录二超声波测系统原理图安装图 (19) 附录三超声波测系统原理图PCB图 (20) 附录四超声波测系统原理图C语言原程序 (21) 参考文献 (26)
一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器，用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。 要求用Protel 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。 测距范围：25CM到 250CM之间。误差：1%。
超声波液位计四线说明书
KOE超声波液位计用户使用手册
目录 一、概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 二、产品特色。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 三、技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 四、菜单操作及参数设置。。。。。。。。3 五、安装方法及使用注意事项。。。。8 六、接线示意图。。。。。。。。。。。。。。。。10 七、疑难现象及处理方法。。。。。。。。12 八、本机接线定义。。。。。。。。。。。。。。14 九、产品合格证。。。。。。。。。。。。。。。。15 十、产品保修记录卡。。。。。。。。。。。。16
一、概述 超声波物位仪https://www.wendangku.net/doc/e72770603.html,是一台博采众长，吸取了国内外多种物位仪优点。实现了全数字化，人性化设计理念的通用型物位仪，具有完善的物位测控，数据传输和人机交流功能。主芯片采用进口工业级单片机，数字温度补偿等…相关专用集成电路。具有抗干扰性强，可任意设置上下限节点及在线输出调节，并带有现场显示，模拟量，开关量及RS485输出任选，可方便与主机连接。外壳采用铝合金防水外壳，探头部分选用PP或不锈钢头，壳体小巧且相当坚固。其电路主板采用优质贴片元器件，贴片式键盘，使产品性能更稳定可靠。因此可广泛应用于与料位，液位测控相关的各个领域。 二、产品特色 ●电压适应范围宽，12-24 V的直流电压内工作。 ●具有手动恢复出厂设置功能。 ●设定比重参数后，能直接显示出容器内重量。 ●在选择电流或电压输出时，可任意调整其输出范围。 ●具有增值/差值测距选择，既可测距离也可测物位。 ●可在工作中自动关闭显示，以节省整机耗电。 ●具有1-15级发射脉冲强度，可根据工况设定。 ●具有满量程起点和终点任意设置功能。 以下各项定货时选购 ●4组限继电器开路控制输出设定，用于料位、液位控制。 ●4～20mA电流输出，RS485串行数据输出 ●选择PC串口输出及转换附件，可直接与PC机组网。
用51单片机实现HC-SR04超声波测距程序
#include
超声波液位计简介与选型
超声波液位计简介与选型 超声波液位计适于应用环境 通常应用于温度在-40℃～100℃之间、压力在3Bar(5kg/cm2)以下的场所进行液位或料位的测量。在常温、常压的情况下，选择超声波液位计测量液体液位是最佳的选择，具有工作可靠、安装简便、使用周期长、免维护的特点，并具有相对的价格优势。由于超声波液位计在测量物位时，与被测介质不接触，同时为全密闭防腐结构，因此对于粘稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量，效果最佳。 对于密闭容器内的挥发性的液体的液位测量，应注意两点 容器内气体声速可能与空气中的声速不同，如液位计不能对声速进行修正，则会出现一定的误差； 挥发性的液体会在超声波液位计探头表面凝结，阻挡声波的收发，要求液位计具有可变功率控制功能。 超声波液位计对固体料位的效果 使用超声波液位计进行料位测量是可行的，有足够的应用经验和成功实例。在对料位进行测量时，应选择好安装位置，选择料面相对平整的位置；对于粉末状的料位，可选择功率(量程)更大的物位计进行测量。 对于液面剧烈波动的液体，三种方法使用超声波液位计进行液位测量 1.选用具有自动功率控制功能的超声波液位计； 2.选用更大量程的超声波液位计； 3.在液体中加入塑料管，测量塑料管内液位。 两线制超声波液位计与三线制超声波液位计不同 两线制超声波液位计其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)共用一个回路，仅使用两条线即可，为标准的变送器形式，不足之处是发射功率相对略微微弱一些。三线制超声波液位计实际上为四线制，其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)回路分离，各使用两条线，当它们负端共地相连时，通常使用三条线即可。其优势是发射功率较大。 超声波液位计的盲区
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED
显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 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。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，
基于51单片机超声波测距
一设计要求 （1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控； （2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm； （3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 二超声波测距系统电路总体设计方案 本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD 上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。超声波测距器的系统框图如下图所示： 图5 系统设计总框图 由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的
时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。 由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。 图6 时序图 三超声波发射和接收电路的设计 分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。 3．1 超声波发射电路 超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：
分体超声波液位计使用说明书
注意：控制器直接暴露在阳光下，其运行温度可能会超过其指定的限制温度，并减少显示器的能见度。建议：在阳光直射的场合，采用遮阳罩，避免仪器显示屏受到阳光直射，否则会减低仪器的使用寿命 温馨提示：安装调试前，请仔细阅读用户手册！！ YI2000型 用户手册 量程：0.5-5米 额定电压： AC220V 分体超声波液位计
目录 1概述 (3) 2 技术指标及选型代码 (4) 3仪器安装 (5) 3.1支架安装和法兰尺寸 (5) 3.2仪表安装方式 (6) 3.3仪表安装原则 (6) 3.4安装注意事项 (6) 3.5仪表接线 (7) 4仪表调试说明 (9) 4.1仪表界面显示说明 (9) 4.2键盘说明 (10) 4.3菜单说明 (11) 4.4参数的设置 (12) 4.4.1仪表标定的步骤 (12) 4.4.2参数4~20mA设置 (12) 4.4.3继电参数设置 (13) 4.4.4换能器高度设置 (15) 4.4.5显示模式设置 (16) 4.4.6 Window菜单 (16) 4.4.7地址ID号设置 (16) 4.4.8波特率设置 (16) 4.4.9PWDB设置 (16) 4.4.10 4~20mA设定输出 (16) 5设备清单 (17) 5.1生产厂家提供的设备以及附件 (17) 5.2现场需要具备的条件 (17)
注意事项 ●使用和运输过程中请勿强烈摇晃或碰撞设备。 ●仪表在运输与储存期间，环境温度不允许低于-40 ℃和高于+80℃，相对 湿度不大于85%，且周围不含有腐蚀性气体、无强烈电磁场；运输期间必须使用原配包装箱。 ●避免油渍及各种化学物质沾污探头表面及损伤表面。 法律免责声明 ●本产品，从最初购买的交付之日起，如果存在原材料和生产工艺上的缺 陷，都有一年的保修期限，但此类产品需在正常存储、使用和维修条件下操作并按照说明书进行。 ●出售给原购人的产品中所包括的非本公司的所有产品，仅包括特定供应 商所提供的保修（如果有），本公司不对此类产品承担任何责任。 ●本保修仅提供给原购人而不可转让。本保修不适用于任何因误用、疏忽、 事故或异常操作条件下引起损坏的产品。消耗件不在本保修范围之列。 ●本保修范围内的产品如出现任何缺陷，将不得继续使用，以防进一步损 坏。购买人须立即向本公司报告任何缺陷，否则本保修将不适用。 ●本公司如在检查后证明产品确属材料或制造缺陷，可自行决定免费维修 或替换任何此类缺陷产品，条件是该产品须在上述一年期限内退回给本公司。 ●本公司无义务或责任承担任何上述之外的缺陷。 ●本产品免于其它明示或暗示保修。本公司特此放弃特定用途的适销性和 适用性的暗示保修。 1 超声波液位计保修卡回执 用户名称 联系地址 联系人联系电话 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 超声波液位计保修卡说明 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 保修政策： ●用户在维修时请出示保修卡。在保修期内因正常使用出现的故 障，可凭保修卡享受规定的免费保修。 ●保修期限：本公司产品保修期由验收日期起算十二个月内。 以下情况不在免费保修范围内： ●产品或其部件已超出免费保修期。 ●因使用环境不符合产品使用要求而导致的硬件故障。 ●因不良的电源环境或异物进入设备所引起的故障或损坏。 ●由于未能按使用操作手册上所写的使用方法和注意事项进行操作而造 成的故障。 ●由于不可抵抗力如：雷电、水火灾等自然因素而造成的故障。 擅自拆机修理或越权改装或滥用造成的故障或损坏。 限制说明： ●请用户妥善保存保修卡作为保修凭证，遗失不补。 ●本保修卡解释权限归本公司所有，本公司有权对本卡内容进行修 改，恕不事先通知。 18
超声波液位测量系统的设计
黄河科技学院本科毕业设计任务书 信息工程学院电子与通信工程系电子信息工程专业级班学号学生指导教师王二萍 毕业设计题目超声波液位测量系统的设计 毕业设计工作内容与基本要求 一、背景和意义 液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，目前国内在液位自动控制方面缺少长期可靠的使用范例，还没有适用于液位测量和自动控制的定型产品。因此研究出一种超声波液位传感器很有必要。传统的液位测量绝大多数都是人工控制，造成了人力资源的浪费，同时安全性可靠性都不高，采用单片机实现液位测量即可避免这种情况的发生。 二、目标和任务 本设计目标是针对现有液位传感器的不足，开发一种大量程、精度高、带有标准工业控制输出接口的超声波液位传感器，建议采用单片机作为超声液位传感器的控制核心，能够简化控制电路设计；采用单一换能器进行超声波的发射和接收以降低装置成本；采用多级二阶有源滤波器以提高信噪比，进而能较大限度地提高对微弱回波信号的放大倍数。最后根据设计原理图焊接、调试。 三、途径和方法 1.从网络上查阅此领域最新研究成果，并查阅相关理论知识，利用单片机控制技术的相关知识整理出硬件设计方案； 2.在已搭建的硬件的基础上构思软件流程，给出程序； 3.软硬件联调。 四、主要参考资料 [1] 白宗文，刘生春，白洁.基于单片机的超声波测控液位系统的设计[J].电子设计工程,2011（18）:33～36． [2] 么启等. 基于DSP的超声波明渠液位测量系统[J].电子设计工程,2011（21）:142～145． [3]房小翠、熊光洁、聂学俊等，单片微型计算机与机电接口技术[M]．北京；
国防工业出版社，2002． [4]王质朴，吕运朋，MCS-51单片机原理、接口及应用[M]．北京：北京理工大学出版社,2009. [5] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社,2001. [6] 闫石.数字电子技术基础[M].第三版.北京: 高等教育出版社,1989. 毕业设计时间：2013 年 2 月10 日至2013 年 5 月25 日 计划答辩时间：2013 年 5 月22 日 工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计说明书撰写规范及有关要求，请查阅《黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册》。 专业（教研室）审批意见 审批人签名：
基于51单片机超声波测距仪
基于51单片机超声波测距仪
基于51单片机的超声波测距仪设计 摘要 利用超声波进行测距有许多优点比如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的影响，而且超声波传感器的价位较低、结构也较为简单，超声波以声速传播，方便收发与计算。在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、特别是测量距离等许多方面都已有了非常普遍的应用。 本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在分析和了解了超声波的一些优点和特性后，又查看了利用超声波测距的基本原理。最后决定使用51单片机系统和超声波传感器共同组成。设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括电源及复位模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、超声波接收模块、LED数码显示模块和扩展报警模块。软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使得系统具有模块化的特点。系统容易进行控制，具有可靠地的性能，具有较高的测量精度，最重要的是能对距离进行实时测量。 关键词：单片机，测距仪，超声波，实时测量
Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCM ABSTRACT Using ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light intensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other aspects have been very common application. The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided.. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expansion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the characteristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance. KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement