基于单片机的超声波水位控制系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的超声波水位控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

差。 而另一 种非接触类 液位测量，则是融合了现在比较流行的单片机嵌入式技术，比较智能化，代替了人类的繁琐物理工作。 目前市面上比较常见的非接触类液位测量器有：电子类液位传感器；热学式液位测量计；超声波液位传感器；同位素液位传感器以及雷达液位传感器等。 这些非接触类液位传感器各有优点和长处，其中的超声波液位传感器被我所看好。 超声波液位传感器不仅精度高，量程广，系统简单便于安装和维修。 相比较电解质类液位传感器，不仅没有电缆连接和电容的干扰而且是低电压 USB 供电 ， 安全 可靠。 据我所知，超声波模块在市场上比较便宜实惠，很容易就能买得 到。 相比较雷达液位传感器，虽然雷达传感器测量范围广，但是一个雷达的造价已经让人叹为观止了，而且雷达的技术操作更不是一个普通的养殖厂管理人员所能做到的。 但是超声波传感器能够操作简单，一般的管理人员很容易上手，减少了引进技术人员的开支。 超声波相比较同位素更加的安全，对人体的辐射少，即使管理人员在对其长时间检修时，也能减少对人体的伤害。 所以超声波传感器是安全，快捷，简单，准确的液位测量模块。 系统流程图和功能分析 用 系统 流程图如图 12 所示： 按键控制水位的上下限 超声波开始测量水位 水位高于上限时 水位低于下限时 发出警报，二极管发光，水泵抽水 发出警报，二极管发光，水泵进水 LCD 液晶显示 水塔的水位控制在一定范围内 基于单片机的超声波水位控制 系统 4 这款经济适用的 单片机超声波水位控制报警系统，硬件方面主要采用了以 STC89C51的单片机， 电解电容，瓷片电容，蜂鸣器，液晶显示器，超声波模块等组成，价格实惠，操作简单。 而软件方面，我采用了最实用的 C 语言编程。 程序简单，易于修改，可行性高。 总之，对于该系统的功能分析我觉得主要需要完成一下几点： 1，单片机对整个系统起协调和控制作用，虽然 51 单片机型号比较旧，但是在实用方面依然很可靠。 2，超声波模块 进行光电信号的转换，让单片机对收集的数据进行处理。 3，在软件编程方面，采用 C 语言来完成信号 的计算和处理工作。 4，该系统用 Proteus 软件仿真，让该系统更加直观。 本系统操作界面简单，层次关系明了、清晰，使养殖厂的管理者一目了然，尽可能的为养殖厂的水塔供水和料塔的进料喂食 提供方便。 系统可行性分析 国内 的液位测量技术 21 世纪初的时候国内的液位测量技术面临着巨大的挑战，我国是一个拥有 1700 家的从事液位传感器的生产和研发的企业，但是这些企业但多数中都是需要外国企业的支持，很难做到一枝独秀。 国外从事液位测量的企业因为起步早，研究领域很全面造成了对我民族企业的半垄断局面，其中的 美国，日本，德国等科技强国掌握着液位测量技术的命脉，限制了我国液位测量技术的发展。 所以说当下我们国内外企业相差实力悬殊，规模小，人才短缺，研发能力弱，很难与外国相抗衡，对此我们更应该做到一下几点： 1，人才和技术是提高竞争力的核心和关键。 当下我们企业的许多核心芯片大部分是依靠进口，自身的 研制开发的很少。 而且现在国内的许多企业在成分分析和特殊应用方面与国外的企业有很大的差距，所以我们更应该提高自身的核心创造力。 2，还有就是我国的许多 产品在品种、规格、系列等方面还不够全面，在测量精度 、温度特性、响应时间、稳 定性、可靠性等技术指标方面仍有不小差别。 3， 我国的液位测量技术 在设计和封装等方面缺乏统一标准和自主知识产权，而且在借口，高温欧姆接触，快速测试，高可靠 MEMS 封装以及仿真等技术方面仍然有很大的进步空间，以后会取得更大的突破性进展。 为此我们国家要想发展自己的液位测量技术，就要冲破垄断的现请，努力发展自身的科技竞争力，尤其是自我创新，培养人才，做出属于我们自己的液位技术。 基于单片机的超声波水位控制 系统 5 国外 的液位测量技术 虽然现在我国所面临的液位测量传感器的挑战不容小絮，但是我们更应该了解一下我们与竞争对手的差距。 现在 国外的几大传感器生产商分别是西门子， E+H 以及 HAW 等。 这些老的生产商由于起步早，市面广，已经远远的超过我们国家的生产水平。 比如说 OMEGA公司生产的连续超声波液位传送器以及超声波点液位开关等产品不仅性能可靠而且方便易懂，牢牢的占据着超声波液位测量的市场；再比如说， Globle Water 公司的 WL750 超声波传感器更是首屈一指；更或者是美国 AST 的差压传感器 或者也是瑞典 SAAB 公司的雷达液位传感器也是有很好的口碑。 所以我国的液位传感器公司任重而道远，还有很长的路要走。 系统的操作可行性 该系统 的操作界面简单易懂，一共有三个可操控键，这三个键从左向右依次是设置键，上调键和下调键，这三个键用来设置液位的控制范围。 还有一块 LCD 液晶显示器，能够实时的观察所测量的液位高度。 养殖厂的管理者不需要每次调整液位高度，只需要每隔一段时间检查一下啊系统的硬件，注意防护。 更或者是该系统使用的 Proteus 软件仿真技术，如果出现故障，检修人员能够及时的检查到故障所在之处。 方便维修而且也适合教学使用。 开发平台的选择 编程 语言 的选择 目前， 硬件的编程语言有很多的种类 ，各有优点和长处。 我们还是选择比 较使用的 C语言编程。 C 语言简单使用非常适合单片机的开发与应用，而且 C 语言作为计算机基础语言，能够被我们所应用，对以后完善系统修改程序也是非常有利的。 而且对于养殖厂的管理人员来说，也是可以方便给他们讲解。 硬件仿真软件 的选择 Proteus 作为硬件仿真的必用软件，是我们平常所熟悉。 我们平常只管应用但是对于proteus 的出身确实所知甚少。 Proteus 是英国的 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件，它不仅能仿真单片机以及 外围器件而且它还有 EDA 工具软件的仿真功能，深受我们这些学生党的喜爱。 Proteus 具有以下的优点： 1，原理布图， PCB 自动布线以及人工布线和 SPICE 电路仿真。 2，互动电路仿真和仿真处理器以及外围电路。 3，该软件能够进行功能模块设计，还可以进行智能原理图设计以及多样的激励元，还有丰富的虚拟仪器，实时的 PCB 平台都是 对我们有很大帮助的。 4，应用资源很丰富，可以应用的领域也很广泛。 尤其是应用到创新实验与毕业设计以及项目设计基于单片机的超声波水位控制 系统 6 与产品开发等都是非常实用的硬件仿真软件。 5， proteus 也是目前世界上唯一能够将电路仿真软件以及虚拟仿真软件再加上 PCB 设计软件的三合一的设计平台。 尤其是在单片机领域被很广泛的应用。 而且其中的 Keil 是单片机 c 语言软件件开发系统，在结构性，可读性以及可维护性上占有很明显的优势，非常适合这款基于单片机的超声波水位控制系统的仿真和编程。 基于单片机的超声波水位控制 系统 7 第 2 章 系统 硬件 设计 概叙 大型养殖厂中最重要的就是养殖动物的进料和饮水，因此养殖厂管理人员对于厂房的料塔和水塔也会尤其的重视。 所以该系统正好填补了大型养殖厂的不足，既可以轻松地控制水位的高度，而且不需要人工上水和抽水，节省了劳动力，提高了养殖效率，为大型养殖厂向智能化养殖漫出了重要的一步。 系统的总体 模块 设计 本系统的设计 一共可以由单片机的最小系统电路以及电源电路， 按键输入电路， 超声波发射电路和超声波接收电路， 显示电路和 LED 显示电路设计以及 光 报警 电路，水泵 控制电路这几大电路模块组成。 1，电源电路：为系统提供电，用 USB 供电线方便快捷安全。 2，单片机最小系统电路： STC89C51 单片机系统 3，超声波发射电路以及接收电路：压电晶体以及 CX20206A 超声波接收器芯片 4，显示电路以及 lcd 显示电路：可以用按键来调整高度并记录超声波测量高度在LCD1602 上显示出来。 5， 按键输入电路 ：三个按键有左向右依次是设置，加和减。 6， 报警电路：蜂鸣器声音报警以及发光二极管发光报警。 7，水泵控制电路：当水位超出或者低于限制范围内，水泵会自动启动。 系统模块 电路 之间的关系 系统模块 电路 之间的关系如图 21 所示： 基于单片机的超声波水位控制 系统 8 系统方案选择以及原理概叙 方案对比： 我们以前知道很多关于液位测量的传感器，相比较以前大型养殖场使用的都是水位探测传感器，这种测量方法 比较普遍。 这 个传感器有他的优点和缺点。 水位探测传感器是一种单纯的物理测量，它的测量过程就是单纯的物理转换，不需要任何的单片机控制和编程程序的植入。 金属的水位探测头长时间的放在水塔或者料塔中容易受到空气的氧化和水里的电解质的电解。 这些微小的变化都会导致测量结果的误差。 而且还要经常更换金属探测头，还需要支付一部分费用，给养殖场带来不可避免的损失。 为此我们选择了 将 单片机跟超声波模块结合起来 ， 能够有效地避免金属电极因为浸入水中而腐蚀也能有效的避免测量误差，精确度高。 原理概叙：当超声波接收器收到液面反射后的超声波，经过预设的 程序计算出液面的高度，当液面的高度高于液面的上限时， 单片机就会通过输出端发出一个低电平，低电平驱动发光二极管发光同时也驱动蜂鸣器发出声音， 继电器关闭水泵 会停止加水。 相反 继电器打开水泵会继续向水塔内加水。 本章小结 本章从系统的 总体 模块设计、 系统的模块之间的关系以及系统原理 的设计三个方面 简要叙述了整个系统的总体设计方案 ，为系统的详细设计做好了必要的准备工作。 图 21 系统模块 电路 关系图 S T C 8 9 C 5 1 电源电路以及最小单片机电路 按键输入电路 超声波发射以及接收电路 LCD 液晶显示电路 报警电路 水泵控制电路 基于单片机的超声波水位控制 系统 9 第 3 章 组成系统硬件的详细 设计 系统操作模块 界面设计 管理者 要使用本系统， 先将 USB 电源线接通电源，如果电源插口旁边的发光二极管发光说 明系统电源已经接通，系统可以正常工作了。 然后管理操作者可以看到清晰简单的操作见面，只有三个按键可以使用。 首先由左向右第一个键是设置键，按这个键可以选择要调整的最低液位和最高液位，然后 后边两个操作键分别是上调键和下调键。 管理人员可以根据自身养殖业的需要自己调整高度。 首先必须通过系统的身份认证。 登录过程需要完成以下任务： 根据用户名和密码判断是否可能进入系统 根据用户类型决定用户拥有的权限 成功登录的用户将进入系统的主界面。 登录窗体的名称为 frmLogin，它的界面布局如图 31 所示 图 31 登录窗体 主界面的名称为 MDIfrmMain，它的设计如图 32 所示： 基于单片机的超声波水位控制 系统 10 图 32 主界面 主界面设计过程： 主菜单的设计是在“菜单编辑器”中完成的。 共设置了六个主菜单，也就是本系统的六个模块。 每个主菜单下都有其对应的子菜单，分别完成系统的不同功能。 工具栏为用户提供了对于应用程序中最常用的菜单命令的快捷访问方式。 它位于菜单栏下方，有许多命令组成，每个命令按钮上都设置了一个形象的小图标，以标示命令按钮功能。 工具栏主要有 ToolBar 控件和 ImageList 控件共同设计完成。 基本信息管 理模块及界面设计 业主管理窗体设计 小区的管理主要是对住户的管理，进入小区内居住的住户首先要进行登记，管理人员需要把住户的基本信息输入到数据库中，并能够编辑、查询住户的信息。 业主管理窗体的名称为 frmLiver，它的设计如图 33 所示： 基于单片机的超声波水位控制 系统 11 图 33 业主管理界面 设计思想： 为了窗体设计的美观，业主资料界面仍然采用的是工具栏的样式。 用户添加、修改、查询住户信息时，分别打开独立的窗体，用户可以明确对系统进行操作，从而达到系统功能的实现。 该窗体功能的实现，是对 liver 数据表进行操作。 采用的是 ADO 数据库访问技术。 在窗体中添加 ADO Data 控件快速地创建了一个到数据库的连接。 窗体中添加了 DataGrid 控件，用于住户信息的显示和定位。 当用户对某个业主资料进行编辑时，只要定位到相应的住户信息上，就能对该住户的资料信息进行编辑操作。 在设计添加窗体时，根据 小区 楼房分布的实际情况，当用户输入房屋编号时，系统会自动识别房屋所在的位置，即自动生成所在的分区以及楼号。 为了用户能够快速的定位业主信息，设置了查询功能，用户可以根据实际需要，选择不同的查询方式，从而快速准确的定位业主信息。 窗体设计的过程： 新建一个窗体，窗体命名为“ frmLiver”， Caption 属性设置为“业主资料”。 在窗体上添加 1 个 ToolBar 控件， 1 个 ImageList 控件。 将所需图片添加到 ImageList中，设置 ToolBar。