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基于单片机的超声波测水位报警系统目录摘要 (1)1 绪论 (2)1.1 项目研究背景及意义 (2)2 总体设计方案及论证 (2)2.1 总体方案设计 (2)3 硬件实现及单元电路设计 (3)3.1 主控制模块 (3)3.2 电源设计 (4)3.3 超声波测试模块 (4)3.3.1 超声波的特性 (5)3.3.2 超声波换能器 (6)3.4 超声波传感器原理 (8)3.5 测距分析 (12)3.6 时钟电路的设计 (13)3.7 复位电路的设计 (13)3.8 声音报警电路的设计 (14)3.9 显示模块 (14)4 软件设计 (15)4.1 主程序工作流程图 (15)5 总结 (17)6 参考文献 (17)附录 (18)附件1：原理图 (18)附件2：程序 (19)附件3：元件清单 (29)附件4：实物图 (30)摘要STC89C52是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。
本次设计主要是利用STC89C52单片机、超声波传感器完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警。
关键词：超声波传感器STC89C521 绪论1.1 项目研究背景及意义由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。
因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。
可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。
编号：审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：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ABSTRACTLevel 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。
基于单片机的超声波液位计的设计与实现基于单片机的超声波液位计的设计与实现一、引言液位测量在工业生产过程中具有重要意义，涉及到液体储存、运输、计量等多个方面。
而超声波液位计是一种常用的液位测量技术，通过发射超声波脉冲，测量声波从发射到接收的时间来计算液位的高度。
它具有测量范围广、精度高、无接触、易于安装和维护等优势，因此受到了广泛应用。
本文主要针对基于单片机的超声波液位计的设计与实现进行研究。
我们选择STM32F103单片机作为核心控制器，并采用SRF04型超声波传感器作为液位的测量器件。
二、系统设计1. 硬件设计该液位计系统的硬件设计主要包括单片机模块、超声波传感器模块、显示模块以及电源模块。
单片机模块：我们选择STM32F103单片机，它具有丰富的外设资源和高性能处理能力。
单片机通过GPIO口与超声波传感器模块进行通信，并通过USART口与显示模块进行数据传输。
超声波传感器模块：采用SRF04型超声波传感器，它具有稳定的测量特性和较高的测量精度。
超声波传感器的发射脚与单片机的GPIO口相连，接收脚与GPIO口相连。
显示模块：采用OLED显示屏，通过I2C总线与单片机进行通信。
显示模块可以实时显示液位的数值。
电源模块：采用稳压电路，将输入的直流电源转换为单片机和其他模块所需的适宜电压。
2. 软件设计软件设计主要分为单片机程序设计和上位机程序设计两部分。
单片机程序设计：通过配置单片机的GPIO口和USART口，实现与超声波传感器和显示模块的通信。
通过发射超声波脉冲并接收返回的信号，计算液位的高度，并将结果通过USART口发送给上位机。
上位机程序设计：上位机程序运行在计算机上，通过串口与单片机进行通信。
接收到单片机发送的液位数据后，将数据显示在界面上，同时可以对液位计进行校准和参数设置。
三、系统实现1. 硬件实现按照设计要求，搭建液位计的硬件系统。
首先将STM32F103单片机与超声波传感器、显示模块及电源模块连接，确保各模块之间正常通信。
基于单片机的超声波液位测量器设计中北大学毕业设计开题报告学生姓名：李永旭学号：09050441X50学院、系：信息商务学院、信息与通信工程专业：电气工程及其自动化毕业设计题目：基于单片机的超声波液位测量器设计指导教师:秦鹏2013年 3月 15 日毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1 问题的提出和课题的研究意义随着科学技术的快速发展，超声波将在液位测量仪中的应用越来越广泛。
但就目前技术水平来讲，人们可以利用的液位测量技术还十分的有限。
因此，这是一个正在蓬勃发展而有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波液位测量仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位、高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自身噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
毋庸置疑，未来的超声波液位测量仪将于自动化智能化接轨，与其他的液位测量仪集成和融合，形成多液位测量仪。
随着测距仪的技术进步，液位测量仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里面貌一新的液位测量仪将发挥更大是的作用[13]。
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善[1]。
本文的研究，就是以超声波为测量工具，通过单片机的控制，经过一系列转换、放大电路组成超声波液位测量仪以实现对处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境中的液面的测量。
基于单片机的超声波液位测量系统的设计1 绪论1.1 课题背景及研究意义液位测量广泛应用于石油、化工、气象等部门，实现无接触、智能化测量是当前液位测量的发展方向。
随着工业、建筑业、农业、军事等领域的不断发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用与研究，传统的液位测量方法在很多场合已无法满足人们的需求，由此很多先进的测量工具应运而生。
按照应用习惯将这些测量工具分为接触式和非接触式两大类。
接触式液位测量主要有：人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计和磁致伸缩式液位计等。
它们共同的特点是感应元件与被测液体接触，因此存在一定的磨损且容易被液体粘住或腐蚀。
非接触式液位测量出现了微波雷达液位计、射线液位计、激光液位计及超声波液位计等。
它们共同的特点是感应元件与被测液体不接触，测量仪器不受被测介质的影响，这就大大解决了在粉尘多情况下，给人类引起的身体接触伤害，腐蚀性质的液体对测量仪器的腐蚀，触点接触不良造成的误测情况。
但前几种方法由于技术难度大，成本高，一般用于军事工业，而超声波液位计由于其技术难度相对较低，且成本低廉，适用于民用推广。
1.2 液位计的现状1.2.1 接触型液位仪表接触型液位仪表主要有人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸缩式液位计。
（1）人工检尺法：利用浸入式刻度钢尺测量液位，取样测量液体温度和密度，通过计算得到液体的体积和重量，这是迄今为止依然在全世界范围内广泛使用的液位测量方法，也可以把它用作现场检验其他测量仪表的参考手段。
该方法分为实高测量和空高测量两种。
人工检尺法一般精度为±2mm，通常至少测量两次，两次结果相差不得超过±lmm。
人工检尺法具有测量简单、直观、成本低等优点，但需要检测人员动手测量，不适合恶劣环境下的操作。
另外，需要较长的测量时间，难以实现在线实时测量，即实时性较差且需手工处理数据，不利于数据的计算机管理。
（2）浮子测量装置：浮子式测量装置采用大而重的浮子作为液位测量元件，驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器以便远距离传输测量信号。
基于单片机的超声波液位计设计
概述：
超声波液位计是一种新颖的非接触式液位检测技术。
本文将基
于单片机设计一款基于超声波技术的液位计。
主要器材：
1.超声波传感器(负责探头与水面之间的物理量)
2.单片机
3.LCD显示屏
4.蓄电池(负责供电)
5.喇叭发声器（将波形转换成声音)
液位计的工作原理：
当发射器发出的超声波被液体遮挡，接收器接收到衰减的超声
波信号，可根据上报的信号直接算出液位的高度。
波纹发射器将电
信号转换成声波。
声波经再加工过程后，从发射器射出，声波在媒
质中传递，信号由接受器采集，采集后传至电路板和显示屏上显示。
液位计的设计流程：
1.设计硬件电路，包括LCM、单片机、蜂鸣器、超声波发射器
和接收器等。
2.编写程序；
3.测试电路设计的合理性。
液位计的设计原则：
1.系统要稳定，测量精度要高。
2.工作可靠性要好，尽量减少误差。
3.为了让检测系统更加方便使用，LCM要能够轻松的展示液位高度。
液位计的设计要点：
1.超声波发射器的输出角度要合理，信号不要受到扭曲。
2.使用ADC转换时，要尽量减小信号波动。
3.选用合适的蜂鸣器，以免误差过大。
4.液位计的设计电路要合理，系统信噪比要低。
总结：
本文提出了一款基于超声波技术的液位计的设计方法，将单片机、超声波传感器、LCD显示屏等元件充分利用起来，设计的液位计效果良好，具有普遍的应用价值。
基于单片机的超声波液位控制器设计摘要课题针对液位检测的实际问题,开发了一种基于单片机的超声波液位检测仪.深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性及优越性，产生误差的各种原因，提出了相应的解决办法。
超声波液位检测仪以单片机 AT89C51 单片机最小系统为核心，利用超声波作为检测信号的手段，对液位进行检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了工作人员对液位检测的实时监控。
该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路、接收电路、温度测量电路和液晶显示电路。
软件设计中，采用模块化程序设计思想，将软件主要分为超声波驱动与数据处理模块、功能模块两大模块。
对软件的这种“自顶向下”的模块化软件编程方法能使软件的结构清晰，有利于软件的调试和修改。
在设计中，由于需要测量的距离范围从几米到十几米，针对超声波振幅在传播时呈指数衰减的特性，最大限度地提高驱动能力，对回波进行多级放大，达到了设计要求。
由于测量精度要求很高，系统进行了温度补偿设计。
实验结果表明该设计方法可以提高超声波液位检测仪的测量精度并且硬件开销不大。
目录第一章绪论 (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)第二章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)第三章硬件总体设计 (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 温度测量电路 (21)3.7 串行通信口电路 (23)3.8 本章小结 (25)第四章系统软件设计 (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 串行口通信流程图 (30)4.1.6 DS18B20 流程图 (31)4.2 软件程序调试 (33)4.2.1 复位电路程序调试 (33)4.2.2 发送和接收超声波程序调试 (34)4.2.3 显示程序调试 (35)4.2.4 温度传感器程序调试 (36)4.2.5 通讯子程序调试 (38)4.3 本章小结 (39)第五章液位测量精度的提高和误差分析 (40)5.1 提高液位测量精度的主要方法 (40)5.1.1 温度测量 (40)5.1.2 算术平均滤波 (45)5.2 误差分析 (47)5.3 本章小结 (48)总结 (49)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。
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AbstractThe ultrasonic liquid level measurement is a non-contact measurement method, realized by the principle of ultrasonic wave in the same medium with relatively constant propagation velocity and being reflected when it approaches an obstacle. Compared with other methods (such as electromagnetic or optical method), it has a certain of adaptability when objects to be measured are under such harsh environment as darkness, dust, smoke, electromagnetic interference, toxicity, unaffected by the light or the color of the object to be measured. Therefore, it bears important practical significance to conduct research on the application of ultrasonic wave in high precision ranging system.In this project, SCM-based ultrasonic liquid level measuring system is mainly composed of two components, namely the hardware and the software. The hardware is ultrasonic liquid level measurement based on AT89C51 chip as the core; it adopts AT89C51 single chip microcomputer for control and data processing, provides the ultrasonic transmitting and receiving circuit, and improves ranging accuracy through elimination of blind spot and sampling of ambient temperature,. By taking advantage of the relationship between distance and time in ultrasonic transmission, an ultrasonic liquid level detecting system which can accurately measure the distance between two points is designed. This system has these advantages like easy control, reliable operation, high measurement precision, and real-time detection of liquid level. And it has ultrasonic transmitting and receiving circuit, reset circuits of SCM, LED display circuit, alarm circuit composed of ultrasonic processing module CX20106A and CD4069. The software part consists of main program, preset subroutine, transmitting and receiving subroutine, and display subroutine. The probe signal is processed by SCM through comprehensive analysis.Finally through debugging of real objects, various parameters and functions can meet the project requirements to achieve the desired objective.Key words: single chip microcomputer (SCM); ultrasonic wave; temperature control; high precision ranging目录第一章绪论 (5)1.1 课题研究的背景及意义 (5)1.2 国内外发展的现状 (7)1.3 液位计的类型 (7)1.4 本文的主要工作 (9)第2章系统的总体方案设计 (11)2.1 系统设计内容和功能 (11)2.2 课题设计的任务和要求： (11)2.3 系统方案选择 (12)2.4 系统总体方案的设计 (12)2.5 超声波和超声波传感器 (13)2.6 超声波传感器的主要应用 (14)2.7 超声波传感器测距原理 (14)2.8 超声波测距原理 (16)2.9 超声波发生器选择 (16)2.10 盲区处理 (18)第3章各单元硬件电路设计 (20)3.1 单片机最小系统电路 (20)3.2 温度补偿电路设计 (22)3.3 超声波发射电路设计 (23)3.4 超声波接收电路设计 (24)3.5 显示电路设计 (26)3.6 电源电路设计 (26)3.7 LED显示系统设计 (27)3.8 报警电路设计 (28)第4章系统软件的设计 (30)4.1 超声波测距仪的算法设计 (30)4.2 主程序流程图 (30)4.3 系统软件设计框图 (33)4.4 单片机的C程序设计 (35)4.5 系统的软硬件的调试 (36)4.6 调试分析 (41)4.6.1 LED显示程序的调试 (41)4.6.2 温度测量程序的调试 (42)第5章结论 (43)参考文献 (44)致谢 (46)附录Ⅰ (47)附录Ⅱ (56)附录Ⅲ (57)第1章第一章绪论1.1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。
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。
在现代工业生产中，常常需要测量容器中液体的液位。
在一般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。
液位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要。
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[3]。
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。
随着科学的发展液位的检测方法也在变化，精度也有了更佳的提高。
单片机技术和传感器技术的发展使液位测量方法得到了更进一步的发展。
