液位控制系统改

1、专业课程设计题目：液位控制器的设计姓名：李宏旭仲隆健学号： p131814125 p131814148 学院：电气工程学院专业：自动化班级： 2013级自动化三班指导老师：刘明华 2016 年 06 月 15 日摘要本文采用 at89c51 单片机系统实现了对液位的自动控制过程，设计出一种低成本、高实用价值的水位控制器。该系统具有水位检测、水位高度lcd 显示、低水位高水位报警以及自动加水等功能。本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、 光报警技术以及弱电控制强电的技术。本设计传感器使用了超声波模块，并且详细阐述了超声波测距测的原理，给出了系统构成框图。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度

2、高的优点，可实时监控液位。并采用c51 单片机系统控制整个电路的信号处理以及采用光电耦合和继电器来实现弱电控制强电来实现加水系统的自动控制。它能自动完成水位检测、光报警、上水停水的全部工作循环， 保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单， 制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层液体储存的理想设备。关键词 单片机 / 超声波模块 / 自动监测 /lcd1602液晶/ 自动控制目录摘要 . 错误！未定义书签。1 绪论 . 41.1 研究现状 . 41.2 液位测量技术概况 . 4 1.2.1 机械浮子类液位计 . 51.2.2 电子类液位传感器 . 51.2.3 热学式液位计 .

3、 51.2.4 雷达液位传感器 . 61.2.5 超声波液位传感器 . 61.2.6 液压类液位计 . 61.3 国内外液位传感器的现状. 71.4 设计任务与计划 . 72 总体方案的设计 . 82.1 设计思路 . 82.2 结构设计 . 93 硬件设计 . 103.1 系统方框图. 103.2 系统工作原理. 103.2.1 单片机介绍 . 114 各部分电路设计 . 144.1 传感器的选用. 144.2 显示模块 . 154.3 单片机控制处理电路. 164.4 光报警显示统电路. 164.5 继电器控制电路的原理图. 184.5.1 光电耦合器简介 . 错误！未定义书签。4.5.2

4、 继电器简介 . 错误！未定义书签。5 软件设计 . 215.1 水位控制系统程序流程图. 215.2 水位控制系统主程序. 226 系统仿真 . 236.1 程序编译和加载 . 236.2 proteus系统仿真. 236.3 系统仿真结果分析. 247 实物的制作与调试 . 25 8 总结 . 27致谢 . 26参考文献 . 27附录 1. 28附录 2 . 284 1 绪论1.1 研究现状在许多工业生产过程中， 需要对系统的液位进行监测， 特别是对具有腐蚀性的液体液位的测量， 传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电脉冲来检测液面， 电极长期浸泡在液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性，因

5、而对测试设备的抗腐蚀性要求较高。超声波液位检测系统， 利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触式的测量方法，能够实现对工业系统中液位或物料位的检测；而且超声波具有很好的指向性和束射特性，人耳听不见，一般不会对人体造成伤害检测工程方便、迅速、易做到实时控制，而且测量精度又能达到工业实用的要求，所以有广泛的工业应用前景。并且目前， 我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，既在楼顶或者另外建设的高塔上面建个蓄水池以保证用户水压的恒定。目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不便。所以这一切问题的存在，都在呼唤一种简单经济的液位检测报警控制系

6、统的诞生。传统的控制方式存在控制精度低、 能耗大的缺点 ,而自动控制原理 , 依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定以满足用水要求, 从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。1.2 液位测量技术概况液位传感器是指检测液体高度信息的仪器，液位测量技术在工程领域有着极为广泛的应用。随着生产自动化程度的不断提高，必须首先对液位测量数据进行控制与调节，以保证自动化生产能够自动控制在最佳状态。在现代化的企业生产过程中，采用计算机控制系统对生产进行各种综合控制与管理的普及，控制系统的智能化、统一化，要求测量

7、的对象要广、测量的精度要高、可靠性要好、实用性要强、且适用于特殊测量环境等，这些对液位测量技术也提出了更高的要求。尤其是当液面具有波动和存在气泡，或液面高度随时间改变的动态测量，或被测介质具有粘滞性、导电性，或需要5 考虑容器的密封性以及介质是否含有腐蚀物、毒性和易爆性等情况下， 选择合适的液位测量技术就显得尤为重要。目前国内外工业生产中普遍采用的液位测量方法有19 种以上，主要有以下几大类: 1.2.1机械浮子类液位计测量原理是利用传动装置把与液位同高度的浮子高度信息转换成脉冲信号或连续信号，转换器是一些机械舌簧、磁铁、电子或光电设备。此类液位计可以进行连续测量，其问题是积聚在传动机械臂上的

8、污物(如水垢沉积 )会限制浮子运动，从而产生故障。1.2.2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

9、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。1.2.3热学式液位计由热敏电阻发出的信号可用来指示这类元件是否浸在液体中。它结构小，适用于圆筒容器、玻璃柱、管道等，但这种方法仅能进行点测量，而不能用于液位的连续测6 量。1.2.4雷达液位传感器雷达传感器就是利用发射一反射一接收的原理来测量距离的，因此可用于有毒、有害的恶劣环境下。雷达液位传感器的传输信号是一种特殊形式.的

10、电磁波，其物理特性与可见光相似。 雷达信号是否可以被反射取决于被测介质的导电性和被测介质的介电常数两个因素。 所有导电介质都能很好地反射雷达信号，导电性不太好的介质也能被很准确地测量。 雷达波不易受干扰， 巨能穿透塑料容器或玻璃容器进行测量，无需在容器上开孔， 能实现非接触测量， 即使在飞灰、 粉尘强烈并有很强旋涡的环境下也能进行准确测量。 然而雷达传感器的测量信号运行时间极短，这给信号分析处理提出了极高的要求，造成它的价格昂贵、技术实施困难。1.2.5超声波液位传感器超声波液位传感器发展很快、 应用也很广泛， 常用于测量明渠液位及开口容器内液位。由超声换能器发射的超声脉冲经空气在被测介质上反

11、射，再返回接收换能器，测量该超声脉冲往返时间， 就能得到超声换能器辐射面到被测液面的距离。根据换能器安装高度，就能得出液位高度。1.2.6液压类液位计此类液位计可以进行连续测量。气泡式液位计将被测液位值转换为空气压力值，测定该压力值后， 利用该被测压力与液位高度成正比的原理测量液位。压力式传感器它是利用液面高度变化时容器底部或侧面某点上的压力也随之而变化的原理来设计的。 在测量开放的容器时， 大多采用直接测量底部某点压力来测量。这类液位传感器的精度主要受到压力表精度的限制，同时还要求被测液体的密度是已知的，而且要求液体的密度要恒定不变。7 1.3 国内外液位传感器的现状对于液位测量传感器的研究

12、， 国外的液位测量技术起步较早且投入资金雄厚，发展非常迅速。到目前为止国外许多公司都研制出很多功能齐全、自动化智能程度高、精度高的测量体系与产品系列。 如美国 drexelbrook 公司研制的 universall ii tm连续液位变送器 (其精度可达 0.1， 量程最大 15 米， 4-20ma 电流输出，上下限位报警，叠加智能通讯协议hart, honeywell 等)。美国 milltronics 公司研制的多量程超声波液位监测系统具有测量液位、液位差的能力， 其采用的非接触式超声波传感器，可监视 30cm 到 14m 范围的液位变化。典型的产品还有美国foxboro 公司、texa

13、s仪器公司、varec公司、rosemount公司以及 moore 公司生产的 htg 静压式计量系统， 所用传感单元是高精度的压力变送器，将其放在油罐的底部， 通过检测液体的压力获得其它参数的信息。 还有其它国家和公司研制的液位传感器等产品，广泛应用于工业、 食品等行业，并大量地进入我国液位测量领域4。在我国，液位传感器的研制开发技术比较落后，在液位测量技术、 测量方法上均远远落后于其它发达国家。对于新型的光纤液位传感器，1990 年国内公开了一项传感器专利，是一种浮子式光电型编码带液位计，它利用与浮子同步运动的一条绝对式光电型编码带和透射式光纤信号检测头作为检测液位高度的传感器。1991

14、年南京航空学院研制的一种光纤液位传感器，是利用光纤构成的一种小型化开关式传感器。2004 年清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，己经安装运行。从总体来看，国内研制的测量系统的自动化程度不高，精度、可靠性、功能等多方面都不如国外同类产品，这都不能满足现代生产的需要。1.4 设计任务与计划通过调查和研究我们决定设计一款简单、实用、经济的液位检测报警控制系统。在高塔的内部我们设计超声波模块用来探测水位，并且把水位分成三个等级， 即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯

15、亮。当检测到水位低于正常水平时， p2.0出来一个信号使光电耦合器gdouhe 导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当达到正常水位时，给p1.0 一个低电平绿灯亮，到达高水位时8 黄灯亮在 p2.0 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水； 当三灯闪烁表示系统出现故障。 通过这样一个简单使用的电路系统从而实现对水位的自动监测与控制。本文主要完成以几点工作：1）检测电路硬件的设计：完成检测所需光电信号转换电路的设计及探测机理的分析；2）显示电路硬件的设计：完成以单片机等为核心的信号处理及显示硬件电路的设计；3）系统软件设计采用c 语言完成相关信号处理运算等软件的设计

16、。2 总体方案的设计2.1 设计思路图 2-1 超声波科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。 我们人类耳朵能听到的声波频率为2020000hz。当声波的振动频率大于20khz 或小于 20hz 时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000 赫兹的声波称为 “ 超声波 ” 。通常用于医学诊断的超声波频率为15 兆赫兹。 所谓超声波就是指频率高于20khz 的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产生；它沿直线传播，当频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；它还具有强度大、方向性好等特点，为此，利用超声波的这些性质就可制成超声波传感器。 超声波传感器是利用超声波在超声场中的

17、物理特性和各种效应研制而成的传感器。 超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、 电磁式等5，其中以压电式最为常用。压电式超声波传感器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械震动， 从而产生超声波， 可作为发射探头； 而正压电效应是将超声波振动转换成电信号，可作为接收探头。9 超声波测距的原理主要是由超声波传感器的发射探头发射超声波，当超声波遇到障碍物时，会被反鼽利用单片机记录超声波发射的时间和接收到回波的时间，根据当前环境下超声波的传播速度，即可通过公式s=c*t2(s 为被测距离， c 为空气中声速， t 为回波时间，

18、 1r=_tl+t2)计算出超声波传播的距离，也就得到了障碍物离测试系统的距离。在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、 光报警技术以及弱电控制强电的技术。2.2 结构设计本方案采用单片机at89c51 作为我们的控制芯片 ,主要工作过程是当水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,然后单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮;当水位在正常范围内时 ,水泵加水 ,绿灯亮 ,;当水

19、位在高水位时 ,单片机不能驱动水泵加水 ,黄灯亮。图 2-3 方案二方框图利用单片机芯片和超声波传感器实现总流程，单片机控制和超声波测距技术是信息时代用于精密测量的技术。 此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,由于 at89c52单片机引脚多能够非常方便地设计电源电路at89c51 单片机超声波传感器lcd160 显示水泵控制电路供水系统复位电路10 显示系统。3 硬件设计3.1 系统方框图本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及供水模型组成。主电气原理框图如下。图 3.1.1 系统框图图

20、3-1 系统方框图3.2 系统工作原理当水位处于低水位的时候，超声波传感器测出的距离小于低水位，此时给p1.1口一个低电平，驱动红灯亮，p2.0出来一个信号使光电耦合器gdouhe 导通，这样继电器闭合，使水泵加水；随着水量的增加，当到达正常水位时，送入单片机的p1.7口低电平，驱动绿灯亮；当水位在高水位区时，单片机经过分析，在p1.4 引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在p2.0 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。电源电路stc80c52 单片机超声波测量模块lcd 1 6 0 2 水泵控制电路供水系统复位电路11 3.2.1单片

21、机介绍我们选用 at89c51作为我们的控制芯片其引脚图如3-2。at89c51 是一种带4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory ）的低电压，高性能cmos8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中， atmel 的 at89s51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图 3-2 at89c51 引脚图at8

22、9c51 各引脚功能及管脚电压概述： vcc：供电电压。gnd：接地。12 p0 口：p0口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。 p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 fiash 编程时， p0 口作为原码输入口，当 fiash进行校验时， p0输出原码，此时 p0 外部必须被拉高。p1 口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl 门电流。 p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时， 将

23、输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 flash 编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2 口：p2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 i/o 口，p2口缓冲器可接收，输出4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和

24、控制信号。p3 口：p3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， p3 口将输出电流（ ill ）这是由于上拉的缘故。rst ：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时当 8051通电， 时钟电路开始工作，在 reset 引脚上出现 24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 pc指向 0000h ， p0-p3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入 07h ，其它专用寄存器被清“ 0” 。reset 由高电平下降为

25、低电平后，系统即从 0000h地址开始执行程序。然而， 初始复位不改变 ram（包括工作寄存器 r0-r7 ）的状态，特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态acc 00h b 00h psw 00h sp 07h dph 00h th0 00h dpl 00h tl0 00h ip xxx00000b th1 00h 13 ie 0 xx00000b tl1 00h tmod 00h tcon 00h scon xxxxxxxxb sbuf 00h p0-p3 1111111b pcon 0 xxxxxxxb 8051的初始态（ 4-2-2）ale/prog：当访问外部存储器时， 地址锁存允

26、许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale 脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时，ale 只有在执行 movx ，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /psen 有效。但在访问外部数据存

27、储器时， 这两次有效的 /psen信号将不出现。 ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash 编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（ vpp） 。xtal1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2 ：来自反向振荡器的输出。振荡器特性： xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件

28、，xtal2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个 perom 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ale 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，at89s51设有稳态逻辑， 可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu 停止工作。但 ram ，定时器，计数器，14 串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram 的内容并且冻结振荡器，禁止

29、所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4 各部分电路设计4.1 传感器的选用传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，在现代科技领域中， 传感器得到了广泛应用， 各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速反映。 dyp-me007超声波测距模块可提供3cm-3.5m 的非接触式距离感测功能，图4-1 为 dyp-me007外观，包括超声波发射器、 接收器与控制电路。 其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定

30、物体的距离。我们只需要提供一个周期大于10us 的脉冲触发信号。该模块内部将发出8 个40khz 周期电平并检测回波。 一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号是一个脉冲的宽度成正比的距离对象。 可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式 : us/58=厘米或者 us/148=英寸。我们的测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。时序图如图4-2。. 图 4-1 超声波水位探测模块外观图15 4.2 显示模块在日常生活中， 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

31、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，如下图4-3：图 4-3lcd1602 字符型液晶显示器实物图16 4.3 单片机电源供电模块本设计当中，我们采用了usb供电的方式提供电源4.4 光报警显示统电路本电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，其他两灯不亮表示是低水位状态，此时需要启动水泵加水；绿灯亮，其他两灯不亮表示在正常的水位线内；黄灯发亮，其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三灯一起闪烁表示系统出现故障。原理图如下图4-4：17 图 4-4 光报警电路的原理图此电路采用的是共阳极的

32、， 所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中r14 、r15 、r16为上拉电阻起限压控流作用7。18 4.5 继电器控制电路的原理图该电路由继电器rl1 和闭合开关、光电耦合器、水泵r7 、r8 、r9、r10y以及d2 、q3等组成。当水位在低水位时单片机给p2.0 送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动 q3导致继电器闭合从而让220v的交流电接通使水泵加水。19 20 4.6 按键模块21 5 软件设计5.1 水位控制系统程序流程图根据设计方案以及电路特点我采用c51 语言编写单片机程序画出程序流程图如图 5-1:y 开始初始化检测水位调用显示程序判断5

33、0&=100 n 黄灯亮关闭水泵n绿灯亮n y 返回22 图 5-1 程序流程图5.2 水位控制系统主程序本水位测试系统采用了at89c51 单片机，用单片机c 语言实现软件编程，也可用汇编语言来实现。 整个系统软件功能的实现可以分为主程序、子程序、中断子程序几个部分组成。整个系统的流程如图5-1 所示，在初始化以及调用激发超声波模块程序后 t1 开始计时，等待接收信号完成后，激发外部中断0，响应中断子程序，t1 计数停止，用公式 s=t*340/2*1000mm 计算出距离，再用 l=163-s 计算出水位， c语言主程序见附录2。23 6 系统仿真6.1 程序编译和加载点菜单 so

34、urce add/remove source files” 在出现的对话框中，选择asem51 编辑器，将上面的汇编源程序添加，点菜单source build all 编译汇编源程序，生成目标代码文件。在编辑环境左击单片机然后右击，将编译生成的hex 文件加载到芯片中，设单片机的时钟工作频率为12mhz。6.2 proteus 系统仿真点全速运行按键，得到图6-1 所示的仿真结果 ,图中是处于低水位状态 ,水泵处于运行状态。图 6-1低水位状态仿真结果24 6.3 系统仿真结果分析在 proteus 环境, 运行高塔水位控制系统 , 我们发现 , 当水位处于低水位区时 , 红灯亮, 水泵处于运

35、行状态 , 随着水位的上升 , 水泵仍处于运行状态 , 当水位到达高位时 ,黄灯亮 , 水泵停止运行。随着用户使用, 水位不断下降 , 此时, 水泵处于停止状态 , 当水位到达低位时 , 水泵起动 , 重复以上过程。上述仿真表明，本设计达到了预期的设计目标，实现了水位自动控制。7. 实物制作25 8 结论水箱供水的主要问题是箱内水位应始终保持在一定范围，避免“空箱”、 “溢水”现象发生。 本文采用单片机系统控制， 使水箱内水位保持恒定， 以保证连续正常地供水。实际供水过程中确保水位在允许的范围内浮动，且设计了“溢水”，“缺水”报警功能，很好的解决了上述问题， 达到智能控制的目的。 本系统实现后

36、对测量范围在010700 m 内的液体能进行有效的测量，其最大误差小于2cm，且重复性好；可见基于单片机设计的数显超声波液位检测系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。 因此，此系统不仅可用于液位检测，还可广泛应用于诸如移动机器人精确定位等各种检测系统中。本系统主要由水位探测传感器，单片机控制系统， 水位显示系统，继电器驱动电路，水泵加水系统组成，系统简单，安装方便，建议广大用户尝试使用，我相信大家在用了之后一定会感到满意的。超声波测距的算法设计原理为超声波发生器t 在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器r 所接收到。这样只要计算出从发出超

37、声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器t0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时， 接收电路输出端产生一个负跳变，在int0 或 int1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离9。本系统设计保证液面高度始终处于较理想的范围内，结构简单， 制造成本低， 灵敏度高，节约能源显著， 是用于各种高层液体储存的理想设备。虽然我们的设计基本实现了我们计划的功能， 但是还是有很多的不足， 比如说超声波的抗干扰问题还有缺陷，若能将超声

38、波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。另外，本系统还有的重要缺陷就是没考虑到温度对光速的影响，如能再做一个温度补偿电路， 就可很好的减少系统误差，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行。26 致谢这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助， 其中我的导师忽晓伟老师对我的关心和支持尤为重要， 每次遇到难题， 我最先做的就是向忽老师寻求帮助，而忽老师每次不管忙或闲， 总会抽空来给我上课面谈， 然后一起商量解决的办法。 在这里再次谢谢忽老师，忽老师您辛苦了！感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的陈

39、海涛、孙鹏等同学， 特别是陈海涛同学，他在本次设计中给予我的无私帮助和厚爱，不只一次地帮助我， 倾尽了他的所有心血给我提供技术上的指导，在这里再次谢谢陈海涛同学， 陈海涛同学你辛苦了！ 和曾经在各个方面给予过我帮助的兄弟们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个比较复杂的， 从来没有上手的课题， 圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助， 才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。“不积跬步无以至千里” ，这次毕业论文能够最终顺利完成，归功于各位任课老师三年间的认真负责， 使我能够很好的掌握专业知识，并在毕业论文中得以体现。 也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利完成。最后，向郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院的全体老师们再次表示衷心感谢：谢谢你们，谢谢你们三年的辛勤栽培！27 参考文献1 苏长赞红外线与超声波遥控人民邮电出版社1993.7 2 何希才传感器及其应用实例工业出版社2004.9 3 李广弟单片机基础北京航空航天大学出版社2007.6 4 王晓明电动机的单片机控制北京航空航天大学出版社.2002 年 5 月. 5 高吉祥全国大学生电子设计竞赛培训系列教程电子工业出版社.2007 年 5 月 . 6 周澜景基于 proteus 的