基于单片机罐体液位检测及控制的研究与设计(含原理图)

基于单片机罐体液位检测及控制的研究与设计(含原理图)(课题申报表,任务书,开题报告,中期检查表,外文翻译,论文26000字,答辩PPT)
摘 要
本文对当前国内外罐体的液位测量作了一定研究，由于在众多液位测量的仪器中，基于超声波的液位测量应用前景较好，它属于非接触型液位测量，具有价格较为适中、安装使用方便、精度较高等优点，设计了一种能快速测量、稳定性好、测量精度高的新型罐体液位检测控制系统，它是采用回波测距原理制成的。文章主要阐述了对硬件实现电路、软件程序及测量精度方面的设计。
本文所设计的罐体液位检测控制系统是以回波测距原理作为依据，对该系统的硬件电路进行了设计和编程，选用HR-SC04超声波测距模块来对罐体内的液位高度进行测量，AT89S52单片机作为主控制芯片，L298N模块作为驱动电机的转动和转速控制模块。选用+8.5V直流电源作为输入，通过L7805稳压电路转化为+5V直流电对整个系统进行供电。通过单片机来控制超声波测距模块对液位进行实时检测，根据液位高度值来控制电机的正反转来实现注水和排水，达到控制液位目的。在注水和排水过程中，可通过按键来实现控制电机转速，减慢或加快对液位的控制，并且通过12864液晶显示液位的高度值。通过进行测试实验，实验结果证明该系统可实时检测和控制液位高度并液晶显示，稳定可靠，重复测量精度高，该液位检测控制系统具有很好的理论和实用价值。
关键词：超声波；液位测量；AT89S52；液位控制系统

Abstract
    Certain research about current domestic and international liquid level measurement has been made in this article. Among these measuring apparatus, the one with ultrasonic is much better. It is a non-contact instrument using the theory of echo ranging. There are many advantages, such as the proper price, the convenience to install and operate, higher accuracy etc. The new liquid level measurement and control system was designed with rapid measurement, good stability and high accuracy. The paper mainly expounds the design of hardware circuit, software programs and measurement accuracy.
    The liquid level measurement and control system is based on the theory of echo ranging to design and program the hardware circuit. HR-SC04 ultrasonic ranging module is chosen to measure the height of liquid level and AT89S52 SCM as the main control chip, L298N module as the drive motor rotation and speed control module. Choose 8.5V DC power as the input, through L7805 voltage regulator into the 5V DC power supply of the entire system. In order to control liquid level, Microcontroller has to control the ultrasonic ranging module for real-time detection and control the motor injection and draining depending on the level of height values. In the process of filling and draining, the motor speed could be controlled by pressing buttons and the height of liquid level could be seen through 12864 LCD. By means of testing experiment, the results show that the system can do real-time detection, control the height of liquid and display the data. It is stable and reliable and has a higher precise measurement .It is believed that the liquid level measurement and control system has a very good theoretical and practical value.
Key words: Ultrasonic; Level Measurement; AT89S52; Level Control System

本文所做的工作是将超声波技术具体应用于罐体液位测量中，解决罐体液位测量中的问题，完成罐体液位测量控制系统设计的主要工作有：
（1）研究超声波的相关理论，掌握波特性和其激发方法，介绍液位的各种测量方法，并对回波测距法进行深入研究；
（2）设计+5V稳压电源供电电路；
（3）设计HC-SR04超声波测距模块发射电路和接收电路；
（4）设计以单片机AT89S52为核心的控制电路；
（5）设计L298N驱动电机的连接电路；
（6）设计显示电路；
通过对罐体液位检测控制电路的设计，可以解决液位控制系统中的各种复杂问题，使其精度得以提高，更为自动化；而且为非接触型液位测量，具有价格较为适中、安装使用方便、精度较高等优点，系统稳定性较好。

系统的设计思想
超声波液位测量系统基于“回波测距”的原理。由超声波的发射探头发射超声波，声波遇到障碍物后反射，由超声波接收探头接收。测出从超声波发射脉冲串至接收到回波信号的传输时间，及超声波在介质中的实际传输速度，就可算出液位高度。
为了尽可能的提高系统精度，本测量系统将超声波检测技术与计算机技术相结合，对连续及定点液位进行自动测量，并能显示出液位数据，根据液位高度来控制电机的正反转，来实现注水和排水，从而达到控制液位高度的目的。
由上述章节可知，超声波在介质中的传播速度不是固定值，随温度的变化而变化，因此很多超声波液位计测量系统通过温度补偿，实现高精度的测量。在本设计中，我们根据具体环境，即室温20℃，设定声速为344m/s。探头选用R/T-16型，即一发一收双探头模式，中心频率40kHz，探头外壳直径16mm。
 

目 录
第1章 绪论    1
1.1本课题研究的意义    1
1.2 国内外超声波测量的现状    4
1.3 本文所做的工作    6
第2章 超声波液位测量的原理    7
2.1 超声波    7
2.2 工作原理    12
2.3 本章小结    16
第3章 罐体液位控制系统的总体设计    17
3.1 系统的设计思想    17
3.2 系统的总体结构    18
3.3 本章小结    18
第4章 系统的硬件电路设计    19
4.1 电源电路    19
4.2发射电路的设计    19
4.3接收电路的设计    20
4.4串行口通信    22
4.5显示电路    24
4.6 电机驱动电路    26
4.7 本章小结    29
第5章 系统的软件实现    30
5.1单片机的选取    30
5.2系统软件设计    33
5.3系统的调试    35
5.4 本章小结    36
结　论    37
参考文献    38
致　谢    40
附 录    41