基于单片机的非接触式液位监控系统设计

摘要本文设计的基于单片机的液位监控系统是一种利用超声波技术、电子技术、电磁开关技术相结合来实现非接触式液位测量和控制系统，能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用，在工业监测和控制等方面得到了广泛应用。近些年来，工业水平的不断发展对液位测量的精度、广度和抗干扰性提出了越来越高的要求，超声波测距技术本身也在不断的完善和发展，测距仪更趋向小型化和智能化，逐步实现了高精确度、高可靠性、安全性和多功能化。本设计的主要任务是以单片机为主控制器，开发一个基于单片机的液位监控系统，可测量并显示液位，还可以通过单片机控制把液位限定在某一范围内，在单片机控制失效的情况下发出报警信号，提醒工作人员进行手动控制。研究内容包括超声波测距的基本原理与方法、精度影响因素的分析与解决办法、单片机对阀门的控制方法、监控系统的整体方案设计、硬件设计、软件流程设计等。设计完成之后提供一套可以使用的超声波测距仪，测量范围和测量精度满足一般工业应用需要。设计完成之后应提供一套可以用于一般工业生产的液位监控系统。通过毕业设计的整个过程，可以综合运用传感器、单片机、电子电路和程序设计方面的知识，锻炼和提高动手能力、参与科研工作的能力。关键词：单片机超声波测距液位监控摘要本文设计的单片机液位监控系统是一种利用超声波技术、电子技术、电磁开关技术实现相互结合的接触式液位测控系统，能够在一些特殊场合或环境比较恶劣的情况下投入使用，在工业监控等领域得到了广泛的应用。近年来工业水平的不断增长对液位测量的精度、范围和抗干扰性提出了越来越高的要求，超声波测距技术自身也在不断完善和发展，测距仪趋向于小型化和智能化，逐步实现了高精度、高可靠性、安全性和多功能化。本设计的主要任务是以单片机为主控制器，开发一个基于单片机的液位监控系统，可测量和显示液位，还可以通过单片机控制液位在一定范围内，在单片机控制到期后的情况下报警，提醒工作人员进行手动控制。研究内容包括超声波测距基本原理和方法、精度影响因素分析及解决方案、单片机对阀门控制方法、监控系统总体方案设计、硬件设计、软件流程设计等。设计完成后，提供一套可以使用的超声波测距仪，测量范围和测量精度满足一般工业应用的需要。设计完成后，应提供一套可用于一般工业生产的液位监控系统。通过毕业设计的全过程，可以综合利用传感器、单片机、电子电路和编程方面的知识，锻炼和提高动手能力，参与科学工作的能力。关键词：单片机超声波测距地方监控液体内容摘要1抽象2单线理论11.1意大利主题1的命题和意义1.1.1专题1的提议1.1.2主题含义11.2国内外液位监控技术发展现状11.3国内外超声波测距的研究现状31.4本条的主要内容32超声波液位测量的理论基础52.1超声波的定义52.2超声波的物理特性52.2.1超声波类型52.2.2超声波传播52.3超声波液位测量原理62.4超声波测距原理62.4.1超声波回波检测方法62.4.2发射脉冲波形72.4.3超声波传播时间的测量方法分析72.5超声波接收和发射装置83超声波液位监控系统10的硬件设计3.1系统总体规划设计103.2超声波测距系统11的硬件设计3.2.1超声波频率的选择113.2.2单探头和双探头的选择113.2.3超声波传输电路113.2.4超声波接收和处理单元153.2.5温度补偿单元183.2.6显示电路设计233.2.7键盘电路设计243.2.8电磁阀控制电路设计243.2.9报警电路设计253.2.10系统控制单元253.3电源电路设计273.3.1直流稳压电源的组成273.3.2直流稳压电源的分类273.3.3系统电源设计283.4液位监控系统30的软件设计3.4.1系统软件的总体设计思想303.4.2主要程序流程设计303.4.3温度测量子程序设计303.4.4关键子程序设计353.4.5显示子程序设计353.5抗干扰设计384超声波液位测量的误差分析394.1环境对测量的影响394.1.1温度对声速的影响394.1.2湿度对超声波衰减的影响414.2仪表电路对测量的影响414.2.1硬件电路引起的时间误差及校正414.2.2触发时间41导致的错误5摘要43谢谢你参考文献45图146图24755单线理论1.1意大利主题的提出及其意义1.1.1主题提案日常生产和生活中经常会遇到液位的监控。特别是在许多工业生产系统中，有必要监控系统的液位或料位，尤其是用于测量腐蚀性液位。传统的电极法使用差分分布电极，通过施加电脉冲来检测液位。电极长时间浸泡在液体中容易腐蚀、电解并失去灵敏度，因此对测试设备的耐腐蚀性要求很高。超声波液位检测系统利用超声波传感技术原理，采用非接触测量方法，可以实现工业系统中液位或料位的检测。此外，超声波具有良好的方向性和波束特性，人耳听不见，通常不会对人体造成伤害。监测项目方便、快捷，易于实现实时控制，测量精度能够满足工业应用的要求，具有广阔的应用前景。目前，液位检测越来越受到重视。随着人们生活水平和工业水平的提高，对准确性和实时检测的要求也越来越高。此外，系统需要提供液位自动控制功能。换句话说，液位监控系统的研究将是未来的一个重要课题。1.1.2项目的重要性为了减轻工人的劳动强度，改善工人的工作环境，节约财力和物力，避免资源浪费，特别是对于一些具有高温、高压、低温、低压、辐射、毒性、挥发性和爆炸性的液体，必须检测液位，而液位的检测尤为重要。然而，在现场直接检测这些影响身体健康的液体并不容易，必须通过某些技术进行监测。1.2国内外液位监控技术发展现状油罐液位测量来源于石油和化学工业，是工业测量中一个非常广泛的领域。精确的液位测量是生产过程控制的重要手段。在早期，由于公关规模小(1)法兰式液位变送器需要保温，因此施工和维护工作量较大；(2)用于吹风的吹风管应专门订购，并定期更换，造成维护工作量大；吹气式消耗仪表气体和能量。它还需要铺设气源管道，这需要大量的安装和维护工作。这一系列问题需要用新的测量方法来解决。自20世纪80年代以来，一些发达国家借助微电子、计算机、光纤、超声波和传感器等高科技研究成果，将各种新技术和新方法应用于储罐测量领域。电子测量方法是其中的重要成果之一。在电子液位测量方法中，有许多新的测量原理，包括压电、应变、雷达、超声波、浮球、电容、磁致伸缩、伺服、混合等20多种测量技术。由于其测量精度高、可靠性强、持续时间长、安装维护简单，这种方法正在逐步取代旧的机械式液位测量方法。根据2002年美国市场调查的结果，电子测量仪器的使用率约占市场的76%，而机械测量仪器的使用率仅占15%。在众多用于测量储罐液位的电子技术中，压电、超声波、应变、浮子和电容测量技术应用最为广泛，占总数的60%以上。其中，超声波测量技术的应用份额有望在2007年达到最大。超声波液位测量有许多优点。它不仅能在固定点连续检测液位，还能提供遥控或遥控所需的信号。与放射性技术相比，超声波技术不需要保护。与目前的激光液位测量技术相比，超声波法更简单、更便宜。一般来说，超声波定位技术不需要移动部件，因此在安装和维护方面有很大的优势。特别是超声波定位技术可以选择气体、液体或固体作为声音传输介质，因此具有更大的适应性。因此，当测量要求特殊，不能采用一般定位技术时，超声定位技术往往仍然适用。当然，各种方法都有其独特的优势。在某些情况下，某些方法可能比超声波方法更有效或更经济。例如，当测量要求相对一般时，机械浮动法比超声波法更经济。在某些精度要求特别高的情况下，光学测距或激光测距可能比超声波方法更精确。1.3国内外超声波测距的研究现状随着超声波技术研究的深入及其高精度、无损伤、无接触的优点，超声波的应用越来越广泛，越来越多的测量仪器是根据超声波原理制造的。国内外对超声波测距仪的研究主要集中在大范围测距、高精度测距和智能网络化测距仪上。澳大利亚霍克公司的HPAWK系列产品在超声波测距技术上取得了重大突破。她不仅拓宽了擦拭和超声波测距技术的应用场合(适用于极其恶劣的工作环境)，还应用了智能调