基于单片机的超声波水箱液位检测系统(共30页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章 绪论1.1 课题研究的意义大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。从水资源节约方面考虑，以往的人工控制

2、在很多情况下，造成资源不必要的浪费，大部分原因是水箱内部水位没有及时的反馈信息到操作员，从而使控制上有一定的延迟，从而造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况，可以很好的节约资源有效的降低成本。单片机，一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分，它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。80C51以它功能强大，设计简单，制造廉价，支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中。综上所述，可以看出对本课题水箱液位检测系统的设计的研究有着重要的意义。1.2 研究现状目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电

3、厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。比如把一台纯手工家用水箱设计成自动化控制的水箱，从硬件的设计和铺设，对于民用化产品实施的性价比较高。因此大规模的使用仍受到经济上的限制。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。我国仍然处于生产型发展中国家，所有几乎在能源相关的所有领域中，水箱是比不可少的部件，即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展，我国控制系统技术已经达到国际水平

4、，但是在中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟，以及单片机生产成本的下降，基于单片机的水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员，将控制系统成为水箱设计的一部分，以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已经积累了很多的经验，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，与其他发达国家相比还存在差距，但是我国研究人员已经克服很多困难，并在不断摸索中前进，有望在相

5、关领域赶上甚至超越发达国家的技术水平，这是发展趋势。1.3 主要研究内容和要求一个水箱液位检测系统，本文以单片机为主控制器，将受到的信号送到单片机中进行处理，能够对水箱的静态或动态液位进行实时测量，显示被测液位值，当液位超限后进行声光报警，提醒工作人员进行手动控制。本设计的要求：1.液位测量范围0.0-24.0cm；2.制作简易的液位测量装置；专心-专注-专业第2章 系统的方案论证2.1方案论证方案一：本设计是以单片机为核心的，利用传感器来采集水位信号。利用水的导电性，有水则导电的特性，在固定水位高度安插节点。如图2-1所示：图2-1水箱节点示意图电路共有五个发光二极管，如果发光二极管全部亮，

6、表示水箱中的水已充满。12V电源送到水箱底部的水中，晶体管(T1T5)只要得到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管(LED1LED5)。当水箱中的水到达最低水位C时，晶体管T1导通，LEDl点亮；当水位上升到水箱的1/4时，晶体管T2导通，LEDl与LED2点亮；当水位升到水箱的一半时，晶体管T3导通，则LEDl、LED2和LED3点亮；当水位升到水箱的3/4时，晶体管T4导通，则LEDlLED4均点亮；当水箱的水充满，晶体管T5导通，五个发光二极管全亮，同时使蜂鸣器发出报警声响。因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位。发光二极管与水箱中的水位对应关系如下表2.1所示。发光二极管

7、应安装在容易监视的位置。此方案，器件易于腐蚀，易产生误差。表2.1二极管和水位的对应关系水箱中的水位发光的LED最高水位LED1、LED2、LED3、LED4、LED5水位LED1、LED2、LED3、LED4水位LED1、LED2、LED3水位LED1、LED2最低水位LED1方案二：浮子式水位传感器其主要产品有上海精浦机电有限公司的GEMPLE GPH500，正天科技的FYC-3型浮子式水位传感器等。工作原理：它利用液体浮力测液位的原理，靠浮子随水面升降的位移反映水位变化。漂浮通过绳索经滑轮与编码器相连，编码器的数字输出即为水位高度。为防止错码的出现，其编码器的编码为格雷码。机械浮子式和光

8、电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码。其工作示意图如图2-2所示:图2-2浮子式水位计工作示意图其主要技术参数：测量范围： 5m 10m 20mm 40mm 80mm分辨率： 1cm 1mm精度：1cm回差：1cm使用环境：温度-5-+50根据其参数此方案适合测量范围大的，且测量误差比较大。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

9、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

10、。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：单片机LCD显示电路

11、电路控制键盘图2-4液位检测系统框图报警电路超声波传感器模块功能：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。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。STC89C52使用经典的MCS-51内核，

12、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，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位/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。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内

13、容被保存，振荡器被冻结，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的管脚说明图3-1单片机引脚P0.1P0.7 ：P0口8位双向口线。P1.0P1.7 ：P1口8位准双向口线。P2.0P2.7 ：P2口8位准双向口线。P3.0P3.7 ：P3口8位准双向口线。访问程序存储器控制信号：当信号为低电平时，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

14、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。外部程序存储器读选取通信号：在读外部ROM时有效（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P3口的第二功能表如下所示：表3-1 P3口的第二功能表口线第二功能替代的专用功能P3.0RXD

15、串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4T0定时器0的外部输入P3.5T1定时器1的外部输入P3.6外部数据存储器写选通3.2 单片机复位电路设计复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。3.2.1单片机常见的复位电路通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，键盘复位电路。上电复位电路：上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。它利用的是电容充电的原理来实现的。键盘复位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。如果要实现复位的话，只要按下RES

16、ET键即可。它主要是利用电阻的分压来实现的。在此设计中，采用的键盘复位电路，键盘复位电路如图3-2所示:图3-2 复位电路3.2.2 复位电路工作原理上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。上电与键盘均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用键盘也可以完成复位操作。故本设计选用第二种上电复位与键盘均有效的电路。3.3 晶振电路设计晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号

17、之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地运作。3.3.1 时钟信号的产生单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值的范围在5pF-30pF,典型值为30pF。晶振的频率通常选择两种6MHz和12MHz。只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。3.3.2 时钟振荡电

18、路时钟振荡电路如图3-3所示：图3-3 时钟电路3.4 超声波传感器3.4.1 超声波的定义人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz20KHz，超声波是频率大于20KHz的机械波。在通常的超声波测距系统中，用电脉冲激励超声探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，形成超声波。3.4.2 超声波液位测量原理超声波物位测量其实就是要测量超声波测距仪到物位的距离，如果超声波测距仪安装在底部，测得的距离即为物位高度，如果超声波测距仪安装在物位上方，需要通过换算来算得物位高度（储物罐总高度减去测得的距离即为物位高度）。本文选择把测

19、距仪安装在物位上方，测距仪安装相对方便些。3.4.3 超声波回波检测法超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限，声波幅值法易受反射波的影响。在超声检测技术，特别是超声测量技术中使用最广泛的是超声波回波检测法，通过测量超声波经反射放大后到达接收端的时间与发射时间之差，实现距离测量，称为TOF(Time of Flight)方法，也叫渡越时间法。渡越时间法简单，被广泛的应用于声学测距系统。它的原理是：超声波发射器发出单个或一组超声波脉冲，在发射时刻同时计时器开始计时，超声波在空气中传播，途中遇到被测目标，经过反射到达超声波接收端，此

20、时停止计时器计时，得到的时间t就是超声波在发射器和被测目标之间来回传播的时间。3.4.4 发射脉冲波形超声测距常用的发射脉冲波形如图3-4所示有：单个尖脉冲、衰减振荡脉冲、窄等幅波列脉冲和宽等幅波列脉冲。图3-4 超声波测距常用发射脉冲波形3.4.5 超声波渡越时间的计量方法分析根据超声波测距的原理，发射换能器发出的超声波，在媒介中传播到物体表面，经过反射后再通过媒介返回到接收换能器，通过测量超声波从发射到接收所需的时间()，根据媒介中的声速(v)，就能计算出从换能器到物体表面之间的距离(L)。 被测距离的表达式：v：声速值。单位：m/s。L：超声波探头距所测液位距离。单位：m。t：测量范围内

21、声波的运行时间。单位：s。采用脉冲计数的方法间接测量被测时间，可以满足高精度要求。与环境温度有关,在测量精度要求高的场合要考虑温度影响,可由软件进行调整补偿;在测量精度要求不是很严格的情况下,可以忽略温度的影响,超声波波速与温度的关系如下表：表3-2 超声波波速与温度的关系表温度（）-30-20-100102030100声速（ms）3133193253233383443493863.4.6 超声波接收发射装置超声波包括发射超声波和接收超声波，并将接收的超声波转换成电量输出的装置称为超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器或称压电式超声波探

22、头)和磁致伸缩式超声波传感器。本论文采用的是压电式超声波传感器，主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称接收探头)两部分组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。一般压电式超声波换能器有两个共振频率:低频共振频率叫串联共振频率()，此时阻耗(R)最小，用于发送超声波;高频的共振频率称为逆共振频率(a)，主要是产生共振，用于接收超声波。而在串联共振频率()处发送灵敏度最高，在逆共振频率(a)处接收灵敏度

23、最高。所以选用一对超声波换能器，使其效率最高。超声波传感器产生振荡的方法很多，主要有以下几种：1. 由外部电路产生振荡，如NE555低频振荡器调制40KHz的高频信号，高频信号通过超声波传感器以声能形式辐射出去。2. 使用工业用小功率超声波收发控制集成电路LM1812驱动发送超声波传感器振荡。3. 采用单片机内部的定时器或直接使用程序产生固定的脉冲，通过放大处理后驱动发送超声波传感器产生超声波。本文采用的是超声波外部电路产生振荡。3.4.7 超声波发射电路声波在空气中传播受空气介质影响，距离越大衰减越大。为能接收远距离得回波，采取有效措施有：增加驱动功率，减小声波频率(频率越低，衰减越慢)。超

24、声波发射电路由NE555振荡电路、晶体管放大电路、变压器以及压电超声波传感器组成。40KHz振荡信号由NE555集成块和周围电路产生,然后送至放大电路驱动压电传感器发出一系列的脉冲群,每一个脉冲群持续时间大约为0.15ms 左右。信号经过三级管放大,再经过阻抗匹配电路即变压器(变压器输入输出比110 ) 后,驱动超声波发射头,发射换能器两端就加上了高电压,内部的压电晶片开始震动,经过压电换能器将发出40KHZ的脉冲超声波。具体电路如图3-5所示：图3-5 超声波发射电路原理图3.4.8 超声波检测接收电路微弱信号需要放大整形，超声波发射器在发射超声波时，有一部分声波从发射器直接传到接收器，这部

25、分信号直接加到回波信号中，干扰回波信号的检测。超声波接收电路将接收换能器输出的微弱信号，进行滤波、放大、检波、整形，得到大幅值电信号，供单片P1.6口辨识。具体电路如图3-6所示：图3-6 324超声波接收电路原理图3.5 显示电路设计3.5.1 1602LCD液晶显示屏本文用1602LCD液晶显示屏显示，在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。 在单片机系统中应用晶液显示器作

26、为输出器件有以下几个优点：1. 显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。2. 数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3. 体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4. 功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。3.5.2 1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字

27、、符号等点阵式LCD，目前常用16X1，16X2，20X2和40X2行等的模块。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-7所示：图3-7 1602字符型液晶显示器实物图3.5.3 1602LCD主要技术参数1.显示容量:162个字符。2.芯片工作电压:4.55.5V。3.工作电流:2.0mA(5.0V)。4.模块最佳工作电压:5.0V。5.字符尺寸:2.954.35(WH)mm。3.5.4 引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-3所示：表3-3 1602LCD引脚功能说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VD

28、D电源正极10D3数据3VO液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极引脚接口说明：第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者

29、显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.6 键盘控制电路设计键盘分为增加设定高度值键盘和降低设定高度值键盘以及确定键，分别接在接单片机P1.3、P1.4、P1.5接口，由程序扫P1口判断按下的是那个键盘，执行相应的功能。具体电路如图3-8所示：图 3-8 键盘控制电路3.7 报警电路设计3.7.1 LED灯显示LED指示灯分为红灯和绿灯，红灯亮代表低于设定的液位最低值或高于设定液位的

30、最高值，绿灯亮代表液位在设定的最低值和最高值之间。电路由LED，电阻组成，分别接在单片机P1.0和P1.1脚由软件程序进行控制。具体电路如图3-9所示：图3-9 LED显示电路3.7.2 报警电路报警电路由一个蜂鸣器、三极管（PNP）、电容组成，由单片机的P1.2脚控制，经过三极管放大驱动蜂鸣器。测量的距离超出设定的距离后由程序将单片机的P1.2置1，蜂鸣器开始发声。具体电路如图3-10所示：图3-10 报警电路第4章 系统软件的设计4.1 主程序流程图主程序主要完成初始化和协调子程序调用的工作。首先要完成单片机存储系统的初始化，然后开始发射超声波并启动计时器，等接收电路接收到超声波信号后，引

31、发单片机内部中断。计时完毕后主程序开始处理数据，最后做出相应的动作。主程序流程图设计如图4-1所示：图 4-1 主程序流程图4.2 初始化程序流程图设定初始值，按下开始键后，主控芯片进入测距程序，每隔800MS启动一次测距程序，并对所测距离进行处理，实时对液位进行检测。超声波发射与接收分别由单片机的P1.7引脚与P1.6引脚控制。三个按键分别由单片机P1.3引脚，P1.4引脚，P1.4引脚控制。按键1可以增加初始值的高度，按键2可以减小初始值的高度，按键3确定所设的高度值。设置液位高度初始值程序，初始化流程图如图4-2所示：图4-2 液位高度初始值设定流程图4.3 报警电路程序流程图当液位超过

32、设定值时，电路发出报警，同时罐体进料电磁阀打开，开始进料，直至液位达到设定值后关闭进料电磁阀；同样的，当物位低于设定值时候，罐体放料电磁阀打开，开始放料，直至液位达到设定值后关闭放料电磁阀。其中进料和放料电磁阀状态由两个发光二极管表示。两个LED分别由单片机的P1.0引脚与P1.1引脚控制，蜂鸣器由单片机的P1.2引脚控制。报警流程图如图4-3所示：是否高于设定值是否低于设定值报警进水阀关闭放水阀打开进水阀打开放水阀关闭报警开始YNYN图4-3 报警电路流程图4.4 按键程序流程图三个按键分别由单片机P1.3引脚，P1.4引脚，P1.5引脚控制。按键1可以增加初始值的高度，按键2可以减小初始值

33、的高度，按键3确定所设的高度值。具体流程图如图4-4所示：图4-4 按键流程图4.5 超声波发射接收程序流程图超声波发射与接收分别由单片机的P1.6引脚与P1.7引脚控制。开始查询确定键是否按下，如果查询到确定键按下发射超声波同时启动计时器，延时0.05ms，发射停止，单片机开中断，查询是否接收到回波如果没有查询到回波则继续查询，若接收到回波记下时间利用子程序计算距离。超声波发射接收流程图如图4-5所示：图4-5 超声波发射接收流程图4.6 LCD显示流程图首先LCD初始化程序，然后在由经单片机处理后的数据显示在LCD上，即液晶显示实时物位高度。LCD的4引脚、5引脚、6引脚分别与单片机的P2

34、.0、P2.1、P2.2引脚控制，7引脚至14引脚分别与单片机的P0口连接。经单片机处理后的数据并通过单机控制引脚把测量的物位数据实时的在LCD液晶屏上显示。LCD显示流程图如图4-6所示：图4-6 LCD显示流程图4.7 软件调试流程图软件进行最后的调试阶段流程图如图4-7所示：图4-7 系统软件调试流程图第5章 系统调试5.1 软件调试其过程分为以下几个步骤：第一步，建立源程序。通过计算机开发系统的编辑软件，按照所要求的格式、语法规定、源程序输入到开发系统中，并存在磁盘上。第二步，在计算机上，利用KEIL软件对第一步输入的源程序进行编译，变为可执行的目标代码。如果源程序有语法错误，则其错误

35、将显示出来，然后返回到第一步进行修改，再进行编译，直到语法错误全部纠正为止。第三步，动态在线调试。对于与系统、硬件无联系的程序，可以借助动态在线调试手段，如单步运行、设置断点等，发现逻辑错误，然后返回到第一步修改，直到逻辑错误纠正为止。对于与系统硬件紧密相关的程序，则需软件，硬件同时进行调试，将程序烧入单片机，然后将CPU 插入系统，发现硬件故障排除故障，发现逻辑错误，修改程序，消除逻辑错误。5.2 硬件调试硬件调试分两步：第一步：系统上电之前，先用万用表等工具，根据硬件逻辑设计图，仔细检查线路是否连接正确，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求，应特别注意电源系统的检查，以防止电源的短路

36、和极性错误，并重点检查系统总线是否存在相互之间短路或与其它信号线的短路。第二步：第一步的调试，只是对系统进行初步调试，可以排除一些明显的故障，而硬件故障（如各个部件内部存在的故障和部件之间连接的逻辑错误）主要是靠软件和硬件联调来排除。硬件调试和软件调试是不能完全分开的，许多硬件错误是在软件调试中发现和被纠正的。5.2.1 发光二极管及蜂鸣器调试1. 发光二极管调试LED在本设计中代表的阀门可以说是很重要的部分。最开始的时候单片机供电发现LED不亮，首先看电路的焊接是否有掉线的情况，发现没有掉线。然后用万用表检查个点之间有没有短路的情况，没有发现有短路的情况。最后看焊接的是否正确，经过对照电路图

37、检查发现，LED的正负极接发错误。通过最后的改正。重新给单片机供电LED正常显示。调试成功。2. 蜂鸣器调试蜂鸣器本文的报警设施，液位超过所设置的最高值系统就会发出报警。经过反复检查最后发现三极管的引脚接法有错误。把9012引脚当成了9013引脚焊接而9012和9013发射极和集电极在电路中的接法不同，经过改正最后蜂鸣器正常工作。图5-1 LED、蜂鸣器调试5.2.2 1602液晶显示屏调试超声波测量的距离如果不能把距离正确显示在液晶屏上本设计将是徒劳，所以液晶屏的正确显示是本文的重中之重。开始的时候启动整个系统，液晶屏只是亮起来而不显示距离，首先检查电路焊接是否有错误，发现没有错误。然后用万

38、用表检查是否有短接，也没发现问题。最后结合软件检查发现软件编程时液晶显示的赋值部分有错误。最后经过仔细修改，液晶屏正常的显示了测量距离。图5-2 1602液晶屏的调试5.2.3 初始值调试本文设计首先是设定一个物位初始值。分别由两个按键控制，加值按键和减值按键。确定初始值之后按下确定按键及超声波开始对物位检测。初值同时也是报警电路的参数，因此整个系统设定初值就很重要。开始的时候按键按下时，屏幕的初始值没有任何反应，最开始的时候检查有没有掉线情况发现没有。经过仔细检查发现原来按键的四个引脚上下两个是同一引脚，在焊接的时候把两个相同的引脚连接到了电路中，最后经过改正按键能正常使用了。 图5-3 初

39、始值调试5.2.4 超声波测液位调试整个系统上电以后，首先确定初始值，然后按确定键，超声波开始对液位进行检测，测定的距离显示在液晶屏幕上。调试成功以后，设计才算最终完成。 图5-4 测液位调试总结本文设计是以单片机为核心的应用系统，其中包括超声波发射电路、接收电路、显示单元电路、控制和键盘电路、报警电路等，采用的是单片机控制处理方式，这次设计主要硬件和软件两方面的结合来实现液位监控功能。在这个课题中，要设计一个符合一般工业要求的液位检测系统，涉及到相当多的知识。如模拟电子、数字电子、显示技术、检测与转换技术等课题的知识。在设计过程中测距方案的确定、系统框架和功能的设计、软件的设计等都使我们的知识在实践中得到应用。该题目虽然不大，但属于一个完整的系统，涉及的知识面很广，需要明白和注意的地方多，对于我们这些本科毕业生来说难度适中，无论是搜集材料还是绘制电路图对我都是一次很好的锻炼。经过一个多月的努力，毕业设计终于完成了。通过本次设计，使我学会了如何把理论和实际进行有机结合，扩大了视野，开拓了知识面的深度和广度，提高了分析问题和解决问题的能力，培养了严