超声波液位仪的设计毕业论.doc

超声波液位仪的设计毕业论文 目录 摘 要 I ABSTRACT II 前言 V 1 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 论文研究内容 2 2 超声波的液位测量原理 4 2.1 超声液位仪理论基础 4 2.2 超声波液位仪工作原理 7 2.3 本章小结 8 3 硬件总体设计 9 3.1 超声液位仪总体设计 9 3.2 单片机电路 10 3.3 发射电路 15 3.4 接收电路 16 3.5 液晶显示电路 18 3.6 蜂鸣报警电路 20 3.7 对电路板进行合理设计 20 3.8 本章小结 21 4 系统软件设计 22 4.1 软件总体设计 22 4.2 本章小结 26 5 实验结果分析及改进 27 5.1 实验结果分析 27 5.2 误差分析及改进措施 28 5.3 本章小结 29 6 结论与展望 30 结论 32 参考文献 33 致谢 35 附录 36 前言 工业生产中，常常需要测量容器内的液体液位。在一般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。液位测量在工业生产过程中的作用相当重要。随着各行业的快速发展，液位测量已应用到越来越多的领域，不仅用于各种容器、管道内液体液位的测量，还用于水渠、水库、江河、湖海水位的测量。 课题针对液位检测的实际问题,开发了一种基于单片机的超声波液位检测仪深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性及优越性，产生误差的各种原因，提出了相应的解决办法。 超声波液位检测仪以单片机 AT89S51 单片机最小系统为核心，利用超声波作为检测信号的手段，对液位进行检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了工作人员对液位检测的实时监控。 该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路、接收电路、LED显示电路、电源电路等。软件设计中，采用模块化程序设计思想。 在设计中，由于需要测量的距离范围从几厘米到几米，针对超声波振幅在传播时呈指数衰减的特性，最大限度地提高驱动能力，对回波进行放大，达到了设计要求。 1 绪论 1.1课题背景 1.1.1超声波液位仪的研究背景与内容 超声波液位仪作为一种典型的非接触测量仪器，在很多场合有广泛的应用，诸如工业自动控制，建筑工程测量和水面高度测量等方面。与激光测距、微波测距等测量方法相比，由于超声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波，时间测量精度的要求也远小于激光测距、微波测距等，因而超声波液位仪电路结构简单，造价低廉，容易设计，且超声波在传播过程中不易受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各个场合均得到广泛应用。然而超声波液位仪在实际应用中也有很多局限性会对测量数据的精确度造成一定的影响。诸如，环境温度、风速等，使其无法达到要求。如何解决这些问题，提高超声波液位仪的精度，具有较大的现实意义。 目前，市场上的超声波液位仪多数采用单片机作为对液位仪控制和运算的核心，系统的硬件设计决定着测量结果的精度。本文在对超声波传播特性研究的基础上，设计了基于单片机的超声波液位仪的硬件系统和软件系统，并对硬件和部分软件分别进行了相关的调试。硬件设计的总体目标是力求在结构简单、成本合理的前提下，尽量完善其功能。由于超声波液位仪需要测量几厘米到几米距离，因此，针对超声波在传播时呈指数衰减的特性，我们采用了最大限度提高驱动能力、对回波进行多级放大等措施，扩大了测量范围。本设计运用单片机系统控制超声波的发射、接收、以及其它的各种功能。 在软件设计中，我们采用模块化程序设计思想，将软件主要分为超声波驱动与数据处理模块。这有利于软件的调试和修改。另外，对设计过程中发现和存在的一些问题〔从软、硬件两方面〕，分析了原因并提出了一些解决的措施和改进的办法，为研制更加完善的超声波液位仪打下了基础。 1.1.2 超声波液位仪的现状 经过不断的努力和探索，科技工作者己开发出了种类繁多、各具特色的液位仪。尤其是近二十年来，随着微处理器的引入，测量仪表更是发生了革命性的变化。液位仪的量程从几厘米到几米，测量精度亦大大提高。根据液位测量所涉及的液体存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，选择不同类型的液位仪。在进行液位测量前，必须充分了解液位测量的工艺特点，以此作为液位仪设计过程中的参考因素[1]。 目前，进口的智能化超声波液位仪能够对接收信号做精确的处理和分析。可以将各种干扰信号过滤出来，识别多重回波;分析信号强度和环境温度等有关信息。这样即便在有外界干扰的情况下，也能够进行精确的测量。超声波液位仪不仅能定点和连续测量液位，而且能方便地提供遥测所需的信号。同时，超声