基于单片机的超声波水箱液位检测系统

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第1页第1章绪论11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。12研究现状目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、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吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第2页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，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，有望在相关领域赶上甚至超越发达国家的技术水平，这是发展趋势。13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00240CM；2制作简易的液位测量装置；吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第3页第2章系统的方案论证21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21所示图21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，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21所示。发光二极管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。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第4页表21二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43LED1、LED2、LED3、LED4水位21LED1、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GEMPLEGPH500，正天科技的FYC3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22所示图22浮子式水位计工作示意图其主要技术参数测量范围5M10M20MM40MM80MM分辨率1CM1MM精度1CM回差1CM使用环境温度550根据其参数此方案适合测量范围大的，且测量误差比较大。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第5页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；RS485数据输出。其水位测量原理如图23所示图23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，会导致错误的输吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第6页出，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。22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24所示单片机LCD显示电路电路控制键盘图24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。3LCD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。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第7页第3章系统硬件电路的设计31单片机最小系统311STC89C52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MCS51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4KBEEPROM，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。312STC89C52的管脚说明吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第8页图31单片机引脚P01P07P0口8位双向口线。P10P17P1口8位准双向口线。P20P27P2口8位准双向口线。P30P37P3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EAEA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），PSENSEN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。VCC5V电源。313P3口的第二功能吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第9页P3口的第二功能表如下所示表31P3口的第二功能表口线第二功能替代的专用功能P30RXD串行输入口P31TXD串行输出口P320INT外部中断0P331外部中断1P34T0定时器0的外部输入P35T1定时器1的外部输入P36WR外部数据存储器写选通32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。321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RESET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32所示吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第10页图32复位电路322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。33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。331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，其输吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第11页出端为引脚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5PF30PF,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。332时钟振荡电路时钟振荡电路如图33所示图33时钟电路34超声波传感器341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。342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）。本文选择把测距仪安装在物位上方，测距仪安装相对方便些。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第12页343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TOFTIMEOFFLIGHT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。344发射脉冲波形超声测距常用的发射脉冲波形如图34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34超声波测距常用发射脉冲波形345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吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第13页表面，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T之间的距离L。被测距离的表达式12LVTV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32超声波波速与温度的关系表温度（）3020100102030100声速（MS）313319325323338344349386346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处接收灵敏度最高。所以选用一对超声波换能器，使其效率最高。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第14页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。347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015MS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35所示图35超声波发射电路原理图348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，这部分信号直接加到回波信号中，干扰回波信号的检吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第15页测。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P16口辨识。具体电路如图36所示图36324超声波接收电路原理图35显示电路设计3511602LCD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数字式接口吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第16页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。3521602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、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37所示图371602字符型液晶显示器实物图3531602LCD主要技术参数1显示容量162个字符。2芯片工作电压4555V。3工作电流20MA50V。4模块最佳工作电压50V。5字符尺寸295435WHMM。354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33所示吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第17页表331602LCD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2VDD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。36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P13、P14、P15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38所示吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第18页图38键盘控制电路37报警电路设计371LED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P10和P11脚由软件程序进行控制。具体电路如图39所示图39LED显示电路372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P12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P12置1，蜂鸣器开始发声。具体电路如图310所示吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第19页图310报警电路吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第20页第4章系统软件的设计41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41所示图41主程序流程图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第21页42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P17引脚与P16引脚控制。三个按键分别由单片机P13引脚，P14引脚，P14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42所示图42液位高度初始值设定流程图43报警电路程序流程图当液位超过设定值时，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P10引脚与P11引脚控制，蜂鸣器由单片机的P12引脚控制。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第22页报警流程图如图43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43报警电路流程图44按键程序流程图三个按键分别由单片机P13引脚，P14引脚，P15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。具体流程图如图44所示图44按键流程图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第23页45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P16引脚与P17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005MS，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45所示图45超声波发射接收流程图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第24页46LCD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P20、P21、P22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46所示图46LCD显示流程图47软件调试流程图软件进行最后的调试阶段流程图如图47所示吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第25页图47系统软件调试流程图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第26页第5章系统调试51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。52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。521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。最后看焊接吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第27页的是否正确，经过对照电路图检查发现，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51LED、蜂鸣器调试5221602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521602液晶屏的调试吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第28页523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53初始值调试524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54测液位调试吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第29页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，培养了严谨的科学态度和务实的工作作风。同时在毕业设计的过程中遇到了不少问题，例如在设计超声波发射和接收电路时，由于所学知识和技能所限，未能在设计过程中对电路仿真，这对后续工作会造成一些麻烦。这让我更深刻的认识到了自己的不足，在今后的学习中我将加强软件编程和专业工具方面的学习。相信整个完成毕业设计的过程将对我今后的学习和工作产生很大的影响。因为时间和水平所限，在工作中有一些不太满意的地方，都有待于以后的工作中进一步的完善和解决。同时由于本人的水平有限，文中难免有不妥和错误之处，恳请各位老师和同学批评指正。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第30页参考文献1陈有卿，谢刚新颖电子模块应用手册M机械工业出版社，20032姚勇，李忠勤水箱水位的模拟控制装置J煤炭技术，2004123刘瑞新单片机原理及应用教程M机械工业出版社，200374武庆生，仇梅单片机原理与应用M电子科技大学出版，1998125朱定华单片机原理与接口技术M电子工业出版社，200146王绍纯自动检测技术M北京电子工业出版社，19997宋继红基于单片机的高精度超声波液位检测系统J机电产品开发与创新20098张一斌单片机原理课程设计M湖南中南大学出版社，200919何立民单片机应用技术选编北京北京航空航天大学出版社，199410余发山单片机原理与应用技术徐州中国矿业大学出版社，200311胡汉才单片机原理及其接口技术北京清华大学出版社，199612周玲超声波外测液位检测系统设计与实现太原中北大学，200613黄勇超声波液位远程监控系统研究重庆重庆大学，2004514LIUMINTHEDEVELOPMENTOFTHEULTRASONICRANGEFINDERWUHANHUBEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,2005515HUANGJIANBINGULTRASONICRANGINGRESEARCHACCURATELYNANJINGNANJINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,2000吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第31页致谢四年的大学生活即将结束了，然而毕业设计是检验学生在大学这四年里的学习情况的一个最好见证，在这一个多月的时间里，多亏了我的指导老师雷艳敏老师的悉心指导和鼓励和同学们的帮助，使得我最终顺利完成了毕业设计。在这期间我收获了许多，也让我明白了许多。首先，我要特别感谢一直给予我学习上帮助的指导老师雷艳敏老师，雷老师不仅在毕业设计上给了我很大的帮助，她那严谨求实的治学态度、认真负责的工作作风，使我受益匪浅，也对我今后的工作和人生道路起到了指导作用。其次，我也要感谢实验室的老师在平时的学习和设计过程中给予我的莫大帮助，为我提供了一个良好的学习设计环境。同时也真心地感谢电气信息工程系的全体老师，是你们传授了我一生都受用不尽的专业知识。最后，感谢所有曾教导过我的各位恩师，是你们教会了许多专业文化知识，让我在以后的工作中学有所用，我会谨记你们对我的教诲，在我以后的工作中和人生道路上更加努力更加奋勇向前，使自己以后的生活更加充实。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第32页本科毕业论文（设计）要求毕业论文（设计）是本科教学计划的重要组成部分，是实现本科培养目标的重要教学环节，是培养学生综合运用所学知识进行科学研究工作的初步训练，是使学生掌握科学研究基本方法，提高分析和解决问题能力的教育过程，同时也是对学生专业能力和综合素质的全面检验。做好毕业论文（设计）工作对提高本科教学质量具有重要意义，全校各院、系务必高度重视，精心组织，加强指导。为搞好毕业论文（设计）工作特制定如下要求。一、毕业论文（设计）的选题1选题要符合本专业的培养目标、专业方向。要在能综合本专业课程基础理论、基本知识的前提下，从本专业某些基础理论和学术问题或从科技、生产、教学和社会生活的实际问题中选定。鼓励学生选做教材、教法研究等方面的课题，鼓励学生选做结合学校科研项目方面的课题，鼓励和支持学生选做有创新特色的课题。2选题要考虑学生的专业基础和实际水平，题目大小适中，使学生在一定时间内经努力可完成或可独立地做出阶段性成果。3论文（设计）题目由指导教师拟定，经教研室集体审定报系主任批准，向学生公布。学生也可自定课题，经教研室主作审定后由系主任批准。4学生确定论文（设计）选题后，填写学士学位论文开题报告，说明选题的来源、研究的目的和意义、在国内外研究现状和发展要求认真趋势。5学生选题要做到一人一题。二、毕业论文（设计）的指导1毕业论文（设计）的指导教师须有中级以上职称的教师担任。如确有需要，经院系行政批准学生到校外科研单位做毕业论文，可聘请该单位相当讲师以上科技人员进行指导，院系应派人联系，定期了解情况。2论文指导教师应履行以下职责根据专业教学要求指导学生选题。向学生讲清课题意义、任务，提出明确要求，介绍主要参考文献，资料吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第33页目录。指导学生拟订论文写作提纲，审阅学生调研计划和实验设计方案。定期检查学生论文进展情况，深入调查科研或实习现场，了解学生工作进程并指导学生解决理论上的难点和实践中的关键性问题。通过毕业论文指导培养学生的科学思想、科学精神、科学态度和勇于创新的进取精神。对所指导论文写出评语，推荐优秀论文，指导学生做好答辩准备工作。三、毕业论文的要求1本科毕业班学生都应撰写毕业论文（设计）。毕业论文成绩合格以上者取得4学分，有创新的优秀毕业论文可获得2学分奖励。2论文撰写包括确定课题、填写开题报告、查阅整理材料、调查研究、实验设计、数据处理、论文撰写、论文答辩和存档等各环节。3论文要求观点明确，论据充实，数据可靠，条理清楚。每篇理科论文不少于六千字，文科论文不少于五千字。4论文应通过答辩，方可取得成绩。论文答辩由系学位委员会组织答辩小组主持，答辩小组一般由35人组成，组长一人。四、成绩评定1学生毕业论文成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。一般优秀率不大于15；每届都要评选优秀毕业论文，比例不大于3。各院系要将学生毕业论文存档。2成绩评定工作流程每篇毕业论文由两名评阅人（本专业具有中级以上职称的教师）评阅后，写出评阅意见（通过或不通过）；每篇毕业论文由指导教师写出评语，给出论文等级；系答辩小组组织论文答辩，确定论文最终成绩。3论文成绩不及格者必须重作，及格才能获得学分。五、毕业论文的组织与时间安排1本科生毕业论文工作由主管教学的副校长领导，学校教务处主管。教务处负责全校毕业论文工作的计划安排、进度检查、情况交流、编印优秀毕业吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第34页论文选等。2各院、系主管教学的副主任负责本单位各专业毕业论文工作计划的审定、指导教师的配备、组织选题、开题、中期检查、答辩及成绩考核、存档、推荐优秀论文等工作。3毕业论文的撰写一般应安排在第十一、第十二学期进行。毕业论文的指导教师的配备和选题应在第十一学期前结束。第十二学期的前三周应落实毕业论文指导工作及日程安排。毕业论文须在5月上旬全部结束。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第35页本科毕业论文（设计）评分要求及标准一、指导教师、评阅人、答辩委员会（小组）成员在评分中要坚持严格要求和实事求是的原则，根据学生在毕业论文（设计）中独立完成的实际情况和评分标准做出评定。二、毕业论文（设计）的成绩采用五级计分（优秀、良好、中等、及格、不及格）。三、评分标准（一）理工、艺术类优秀按期圆满完成任务书规定的任务。能熟练地综合运用所学理论和专业知识，并在某些方面有独特的见解与创新。毕业论文（设计）立论正确、内容完整，计算与分析论证可靠、严密，结论合理，完成的软、硬件达到甚至优于规定的性能指标且文档齐全、规范；独立工作能力强，科学作风严谨。文字条理清楚、书写工整，说明书论述充分，文字通顺，符合技术用语要求，符号统一，编号齐全；图纸完备、整洁、正确、符合规范。答辩时思路清晰，论点正确，回答问题有理论根据，基本概念清楚，对主要问题回答正确、深入。良好按期圆满完成任务书规定的任务。能较好地运用所学理论和专业知识。毕业论文（设计）立论基本正确，内容完整，计算与分析论证可靠，结论合理，完成的软、硬件基本达到规定的性能指标且文档齐全、规范。独立工作能力较强。文字条理清楚、书写工整，说明书论述充分，文字通顺，符合技术用语要求，图纸完备、整洁、正确、符合规范。答辩时思路清晰，论点基本正确，能正确回答主要问题。中等按期完成任务书规定的任务。在运用所学理论和专业知识上基本正确，但在非主要内容上有欠缺和不足。毕业论文（设计）内容基本完整，计算与论证无原则性错误，结论基本合理。完成的软、硬件尚能达到规定的性能指标，文档基本齐全，基本符合规范，工作能力一般。说明书文理通顺，但论述有个别错误或表达不清楚，书写不够工整。图纸完备，基本正确，但质量一般或有小的缺陷。答辩时对主要问题的回答基本正确，但分析不够深入。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第36页及格基本完成任务书规定的任务。在运用理论和专业知识中没有大的原则性错误。毕业论文（设计）质量一般，只存在个别非原则性错误。完成的软硬件性能一般。说明书、图纸尚完整，答辩时讲述大致清楚，回答问题存在不确切之处。不及格未完成任务书规定的任务。工作态度不认真，在运用理论和专业知识中出现不应有的原则性错误。毕业论文（设计）有原则性错误。完成的软硬件性能差。说明书、图纸质量较差，答辩时概念不清，回答问题不正确。（二）人文社科、外语、教育、经管类优秀能按期圆满完成任务书规定的任务。能运用马克思主义基本观点指导课题研究并有所见解，或在资料方面有新发现和重大订正。毕业论文有较强的现实意义，立论明确，观点新颖。结构合理，内容完整，条理清晰，重点突出，资料翔实，论证有力，语言流畅，引文规范，表明作者有较强的研究能力和创新意识。答辩时概念清楚，回答问题正确。良好能较圆满完成任务书规定的任务，能运用马克思主义的基本观点指导论文写作，在理论或实际问题的分析上有一定深度或在资料整理方面有一定价值。毕业论文能联系实际，立论正确，结构合理，内容完整，资料翔实，语言通顺，条理清楚，引文规范，答辩时概念较清楚，回答问题基本正确。中等完成任务书规定的任务，论文观点尚正确。毕业论文内容基本完整，条理清楚，文字通畅。引文较规范，答辩时能回答所提出的主要问题，且基本正确。及格基本完成任务书规定的任务。论文观点无大的原则性错误。毕业论文质量一般，在结构、内容、引文等方面有个别错误。答辩时所回答的少数问题不够清楚，有若干错误。不及格未完成任务书规定的任务。论文观点有重大错误，工作态度不认真，毕业论文有结构、内容上有较大缺陷和错误。答辩时概念不清楚，回答问题不正确。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第37页本科毕业论文（设计）撰写规范毕业论文（设计）是本科教学过程的重要环节，它是对学生素质与综合能力的一次全面检验。为提高我校本科毕业生论文（设计）的质量，对本科生毕业论文进行统一规范化管理，特制定本科生毕业论文（设计）撰写规范。一、毕业论文（设计）文本内容组成1封面2中文摘要与关键词3正文4注释（尾注）5参考文献6外文摘要及关键词7评语页二、毕业论文（设计）打印格式1毕业论文（设计）要用A4纸打印。2标题用三号黑体字3摘要与关键词中文摘要用五号楷体字，字数150字左右。关键词用五号楷体字另起一行，3个词左右，每两个关键词之间空两格，不用标点分隔。4正文要求章节题目采用小四号黑体字，正文内容采用五号宋体字。章节题目间、每节题目与正文间空一个标准行。页面设置采用WORD文档的默认值。（上3CM，下3CM，左35CM，右35CM，页眉15CM，页脚175CM）5注释与参考文献的编写格式期刊序号作者题名刊名，出版年，期号。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第38页专著序号作者书名，出版单位，出版年份。会议文献序号作者题名，会议名（论文集），出版单位，出版年份，卷号。网上文件序号作者题名，网址，日期。6英文摘要及关键词书写格式题目TIMESNEWROMAN三号，加黑，居中，大写作者姓名翻译成汉语拼音。姓全大写。名第一个字母大写，如果名字是两个字，那么名字之间用“”连接。如张三峰ZHANGSANFENG宇文姗姗YUWENSHANSHANABSTRACTABSTRACTTIMESNEWROMAN五号，加黑，半角空四格。内容TIMESNEWROMAN五号KEYWORDSKEYWORDSTIMESNEWROMAN五号，加黑，半角空四格。内容TIMESNEWROMAN五号，词与词之间用分号间隔。7毕业论文应以学生为单位装订成册，使用学校统一封面。8毕业论文（设计）打印完成后，拷入35英寸软盘，文件类型为WORD文档，软盘标签上注明毕业论文（设计）名称、系别、专业、年级、班级、学号、学生姓名及文件名等，软盘和纸质文本各交一份留系保存。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计共56页第39页毕业论文（设计）整理装订要求根据关于开展本科教学工作水平自评估的决定，现对毕业论文（设计）的整理装订工作提出如下要求1各院（系）按照学校下发的毕业论文（设计）要求、本科生毕业论文（设计）评分要求及标准、本科生毕业论文（设计）撰写规范，要求本专业的学生完成毕业论文（设计）。2各院（系）将本专业学生的毕业论文以每名学生为单位进行装订，顺序为装订封面开题报告毕业论文封面正文外文摘要及关键词论文