基于单片机的超声波水箱液位检测系统 - 图文

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计 方案三：基于超声波的水位传感器

超声波水位传感器是利用空气声学回声测距原理来进行水位变化测量的新型水位测量仪器。由收发共用换能器发射一声脉冲、经声管传声遇水界面产生反射，回波经由同一换能器接收。测得声波在空气中的传播时间及现场声速，算出换能器发射面至水面的距离，依据换能器安装基准面及水位零点得到水位值。特点是非接触测量，无需建造水位测井，安装方便，自动测量；具有声速补偿；RS-485数据输出。其水位测量原理如图2-3所示：

图2-3水位测量原理图

方案四：电子类液位传感器

测量原理是把液位的变化转化为电气参数的变化，利用一定的测量电路将电参数检测出来，从而达到测量液位的目的。其中最常用且最成熟的是电容式液位传感器。

电容式液位计它是利用空气和液体作电容器两极极板间的电介质，将液位变化转换成静电电容变化，用电子学方法测量电容值，从而探测液体高度信息。它结构简单，精度较高，而且量程广，适合于测量各种介质(导电介质、非导电介质)的液位，但是要求液体具有相同、稳定的介电常数，需要有温度的补偿。尤其用长电缆连接时，对电缆中的干扰和寄生电容很敏感，精度较差，且对导电介质或粘性介质，误差较大、易受干扰，严重影响测量结果。

电阻式液位计探测器在空气中的阻值要比它浸在液体中的阻值大得多，通过电子学方法测量液体容器底部与顶部之间的电阻，从中可探知液位信息。其测量精度受液体污染情况的影响较大，探针的污染和沉积物，会导致错误的输出，在

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吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计 直流工作时会产生电解，响应速度慢。

对比以上几个方案，方案三安装方便，操作简单符合设计要求。

2.2总体系统框图

根据系统的设计要求，采用单片机为主控芯片，该系统主要由传感器模块 ，液晶显示器模块，控制键盘，报警电路等模块组成，其系统框图如图2-4所示：

超声波传感器 单 片 机 LCD显示电路报警电路 控制键盘 图2-4液位检测系统框图 模块功能：

1. 超声波传感器模块：发送与接收信号。

2. 单片机：记录从超声波传感器发送信号到超声波传感器接收信号的时间

及主体控制。

3. LCD显示器：显示所测液面到瓶口（超声波传感器）的液位值。 4. 报警电路：低于设定值的最低限或高于设定值的最高限时，发生声光报

警。

5. 控制键盘：设定初始值及控制液位值。

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第3章 系统硬件电路的设计

3.1 单片机最小系统

3.1.1 STC89C52 单片机

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

3.1.2 STC89C52的管脚说明

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吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计 图3-1单片机引脚

P0.1～P0.7 ：P0口8位双向口线。 P1.0～P1.7 ：P1口8位准双向口线。 P2.0～P2.7 ：P2口8位准双向口线。 P3.0～P3.7 ：P3口8位准双向口线。

EA访问程序存储器控制信号：当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定

在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。

ALE地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用。

PSEN外部程序存储器读选取通信号：在读外部ROM时PSEN有效（低电平），

以实现外部ROM单元的读操作。

XTAL1和XTAL2外接晶体引线端：当使用芯片内部时钟时，这两个引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于拉外部的时钟脉冲信号。

RST复位信号：当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

VSS：电源地 。 VCC：+5V电源。

3.1.3 P3口的第二功能

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