基于单片机的超声波水位控制器的设计.doc

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1、本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):基于单片机的超声波水位控制器的设计(英 文):The Design of Ultrasonic Water Level Controller Based on MCU姓 名 学 号 院 （系）电子工程系专业、年级电子信息工程 级指导教师 湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识

2、到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日毕业论文（设计）任务书课题名称：基于单片机的超声波水位控制器的设计学生姓名： 系 别：电子工程系专 业：电子信息工程指导教师： 湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、 主题词、关键词： 单片机控制；水位检测；LM016L显示；PWM电机调速2、毕业论文（设计）内容要求：1) 查阅一定水位的检测实现方法；2) 选定合适的超声波传感器；3) 利用单片机实现水位自动控制、电机调速；蜂鸣器报警等功能。3、文献查阅指引：1 郭军，郑长风一种简易、可靠的水位自动控制装置J 现代电子技术，2004，19 (3)：82-83.2 张

3、谦琳.超声波检测原理和方法M.北京：中国科技大学出版社，1993103 孙汉旭，胡旭辉. 超声波水位检测装置的研究J 电子产品开发与创新，2004，17(2)：1-2. 4 潘登，潘宗预超声波测距精度的探讨J北京：包装工业，2003，3：43-445 牛余朋，成曙基于单片机的超声波测距系统J北京：兵工自动化2005，2：78-886 黄智伟全国大学生电子设计竞赛训练教程M西安：电子工业出社2005，17 郁有文传感器原理及工程应用M西安:西安电子科技大学出版社20008 徐科军传感器与检测技术M北京:电子工业出版社，200499 刘志壮，洪添胜，张文昭一种水位检测装置的研究J中国仪器仪表，20

4、06，(8): 43-45. 10 Peter Hauptmann，Ralf Lucklum，Bernd HenningUltrasonic Sensors for Process Control J Sensors Update1998，311 龚运新，胡长胜单片机实用技术教程M北京师范大学出版社200512 软件世界杂志4、毕业论文（设计）进度安排：1）2012年10月-12月：查找资料；2）2012年12月：写好开题报告；3）2013年2月：设计仿真电路和编程；4）2013年3月：仿真实现5）2013年4月下旬：完成毕业论文；6）2013年5月中旬：完成论文答辩。教研室意见： 负责人签名

5、： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目基于单片机的超声波水位控制器的设计作 者 姓 名熊文韬所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称 周玲 讲师预计字数10000开题日期2012-12-24选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解（1）题目的背景、研究意义水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题。为及时发现事故苗头，防患于未来，经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用。水位

6、是水库大坝安全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一。水位的自动化监测、传输和处理为水库现代化建设提供了良好的基础资料。在工农业生产的许多领域都需要对水位进行监控，可能现场无法靠近或现场无需人力来监控。我们就可以通过远程监控，坐在仪器前就能对现场进行监控，既方便又节省人力。（2）国内外相关研究情况随着电子技术的发展出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前2种方法由于技术难度大成本高一般仅用于军事工业而超声波测距则由于其技术难度相对较低且成本低廉适于民用推广。这项技术也可用于工业测量领域。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波常常用于距离的测量，如测距仪和物位

7、测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。随着自动测量和微机技术的发展，超声波测距的理论已经成熟，超声波测距的应用也非常广泛。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光芒、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在水位测量、机单片机毕业论文械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特殊是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上

8、的结构信息很轻易检测出来，具有很高的分辨力，因而其正确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。因此本设计也是利用超声波来测量距离。主要内容：本文首先在绪论中介绍了研究本课题的背景和目的，第一、二、三章介绍了总体设计过程以及各芯片选用和它们之间的连接图，同时介绍了各个模块的工作原理和实现功能，第四章主要描述的系统的程序设计和流程图，第五章则是重点讲述了系统的仿真测试。最后，综合设计内容，表述自己观点，做总结性陈述。研究方法：1.理论推导法:利用所学的理论知识对本系统进行仿真电路设计以及设计方案的选择。2.仿真法:用Proteus对所设计出来的电路图进行仿真，

9、调试，改进。完成期限和采取的主要措施：1、完成期限：（1）2012.10-2012.11 考察生活中的蓄水装置的结构；（2）2012.12 收集、整理资料、书籍、文献；（3）2013.2 整理资料，撰写论文，定好初稿；（4）2013.3 超声波传感器及各模块的选择与评价；（5）2013.4 水位控制系统的设计；（6）2013.5 修改，制板，测试，定稿，装订，答辩。2、主要措施:(1)密切联系本组设计成员及毕业设计指导导师，寻求有关毕业设计信息，确定设计课题方向与设计内容；(2)充分利用图书馆和网络查阅相关资料，广泛获取必要的知识，了解最新研究动态。(3)虚心向老师请教和同学进行学习交流，保障

10、毕业设计的顺利完成。主要参考资料：1 郭军，郑长风一种简易、可靠的水位自动控制装置J 现代电子技术，2004，19 (3)：82-83.2 张谦琳.超声波检测原理和方法M.北京：中国科技大学出版社，1993103 孙汉旭，胡旭辉. 超声波水位检测装置的研究J 电子产品开发与创新，2004，17(2)：1-2. 4 潘登，潘宗预超声波测距精度的探讨J北京：包装工业，2003，3：43-445 牛余朋，成曙基于单片机的超声波测距系统J北京：兵工自动化2005，2：78-886 黄智伟全国大学生电子设计竞赛训练教程M西安：电子工业出社2005，17 郁有文传感器原理及工程应用M西安:西安电子科技大学

11、出版社20008 徐科军传感器与检测技术M北京:电子工业出版社，200499 刘志壮，洪添胜，张文昭一种水位检测装置的研究J中国仪器仪表，2006，(8): 43-45. 10 Peter Hauptmann，Ralf Lucklum，Bernd HenningUltrasonic Sensors for Process Control J Sensors Update1998，311 龚运新，胡长胜单片机实用技术教程M北京师范大学出版社2005指导教师意见：指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间2012年12月24日地点三教517与会人员姓 名职务（职

12、称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）陈泽顺副教授周玲讲师张文昭副教授刘志壮教授徐晓副教授刘爱林副教授会议记录摘要：1. 你选用的传感器是什么？（陈泽顺）答：T/R40-16，中心频率是40KHz。2. 你为什么选择这个题目？（张文昭）答：选这个题目的原因是目前使用的水位控制系统具有易腐蚀，灵敏度低等缺点，实际生活中维护成本较高，使用超声波传感器可以有效的降低这些缺点。3. 你打算怎么去实现你设计的这一方案？（徐晓）答：以AT89C52单片机为控制核心，使用超声波传感器模块测定水位状态，再加上电机电路，蜂鸣器报警电路等辅助电路，从而实现对水位的自动控制。会议主持人：记 录 人：年 月 日指导

13、小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目基于单片机的超声波水位控制器的设计学生姓名熊文韬学 号200906002336系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师周玲检查日期2013年4月10日指导教师检查情况记载及修改意见：已经完成的工作：1， 相关资料的收集已完成；2， 论文设计的相关流程已完成；3， 程序的编写与修改已完成；4， 仿真电路的设计与测试已完成；5， 论文大部分已完成。 下一步的工作：1修改摘要，参考格式：用12句话概括该研

14、究的意义；2修改正文，红色的字段是建议要删掉的部分；3增加一个整体设计框图，公式要加编号;4增加对于未来这一设计的改进的地方。签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目基于单片机的超声波水位控制器的设计学生姓名熊文韬学号200906002336专业班级电信0903指导教师周 玲职称讲师系（教研室）电子工程系（信息技术教研室）指导过程记录指导内容记录(一)指导如何查阅文献资料，并推荐一些参考文献和相关书籍。 学 生 签 名： 2013年1月10日 指导教师签名：

15、2013年1月10日 指导内容记录(二)根据毕业设计论文要求，指导确定初步方案以及大致如何去实现。学 生 签 名： 2013年2月20日 指导教师签名： 2013年2月20日指导内容记录（三)指导系统的硬件设计，以AT89C52单片机为控制核心，一些接口电路及外围电路的设计。学 生 签 名： 2013年3月10日 指导教师签名： 2013年3月10日指导内容记录(四)指导系统的软件设计，根据系统功能的要求，建议采用模块化程序设计。具体怎样分块及大致控制流程。学 生 签 名： 2013年3月23日 指导教师签名： 2013年3月23日指导过程记录指导内容记录(五)指导控制主程序及中断程序等的编写

16、及软件的调试中应注意的问题。学 生 签 名： 2013年4月3日 指导教师签名： 2013年4月3日指导内容记录(六)指导仿真软件Proteus的使用，整个仿真电路图的检测与报警系统的仿真及调试。学 生 签 名： 2013年4月12日 指导教师签名： 2013年4月12日指导内容记录(七)论文初稿的审阅，指导章节内容的调整及图表标注的规范性。学 生 签 名： 2013年4月25日 指导教师签名： 2013年4月25日指导内容记录(八)论文格式修改。学 生 签 名： 2013年5月6日 指导教师签名： 2013年5月6日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见) 组长(签名)： 年 月 日注：本

17、表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目基于单片机的超声波水位控制器的设计作者姓名熊文韬所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2009年级指导教师姓名、职称周 玲 讲师 字 数10000定稿日期2013年5月8日 中文摘要 蓄水装置在日常生活和工业应用中发挥着重要的作用。该设计是针对水位检测和控制的实际问题开发的一种基于单片机的超声波水位控制器，深入讨论了用超声波作为信号源进行水位检测的可行性以及优越性，同时实现了水位的自动控制这一功能。该系统使用超声波水位传感器对水位进行检测然后将检测到的信号传给单片机AT89C52进行处理，从而实现电机的调速、

18、蜂鸣器鸣笛报警等功能。最后，使用LM016L液晶显示屏显示当前水位的状态以及电动机的转速情况。并且可以通过使用手动按键调整PWM（Pulse Width Modulation )来实现电机调速等功能。本系统适应在不同的用水场合下的需要，能够节省工作时间，提高了系统整体的工作效率，实现水位的自动控制。关键词（3-5个）单片机控制 水位检测 LM016L显示 PWM电机调速 英文摘 要Storage devices play an important role in daily life and industrial applications. The design for the water l

19、evel detection and control of practical problems developed a ultrasonic water level controller based on single-chip microcomputer AT89C52, and discussed how to use ultrasound as a source for the feasibility and superiority of liquid level detection, and has realized the automatic control of water le

20、vel at the same time.The system use ultrasonic water level sensor to test the water and will detect the signals to single chip microcomputer AT89C52 , so as to realize the compilation control of motor speed, Sirens sounded buzzer alarm and so on. Finally, current levels and motor speed are shown wit

21、h LM016L LCD screen in this system. And using the manual buttons Pulse Width Modulation to control the motor speed. This system realizes the automatic control in different water situation to save the working time, and also improves the efficiency.关键词(3-5个)SCM control Water detection LM016L display P

22、WM motor speed指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学

23、论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说

24、明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关

25、文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图

26、表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目基于单片机的超声波水位控制器的设计作者姓名熊文韬所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程 专业 2009年级指导教师姓名、职称周 玲 讲师答 辩 会 纪 要时间2013年5月18日地点三教709答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称

27、）姓 名职务（职称）陈泽顺副教授张文昭副教授徐晓副教授刘爱林副教授 周玲讲师刘志壮教授答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：1. 超声波测距的距离可以达到多远？精确度是多少？ 答：选用的是超声波传感器是T/R40-16，测距可以达到0.153.5m的距离，精确度是1.5%。2. 抽水过程中，达到的上限值是否准确？ 答：由于没有做出实物，未进行实际检测，所以还不能确认是否准确，考虑到超声波传输过程中会受到一些干扰，估计会产生误差。3. 如何正确保持水位测量的精确度？ 答：系统设计时考虑到温度的影响，因为超声波在不同温度下传播的速度是不同的，同时超声波的抗干扰问题也影响水位测量的精确度，可以在

28、接收端加装金属罩，减少干扰。会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日目 录绪论11 系统总体方案设计42 超声波和超声波传感器62.1 超声波62.1.1 定义62.1.2 超声波的主要参数62.1.3 超声波的特性62.1.4 超声波的特点62.2 超声波传感器的主要应用72.3 超声波传感器测距原理72.3.1 超声波传感器72.3.2 超声波传感器的性能指标72.3.3 超声波传感器的结构8

29、2.3.4 声波测距原理93 各单元硬件电路设计103.1 主控制器芯片AT89C52概述103.2 最小工作系统113.3 蜂鸣器报警电路原理123.4电机驱动电路原理133.5 按键功能电路原理133.6 液晶LM016L显示功能电路144 系统程序的设计154.1 程序语言介绍154.2 程序设计步骤154.3 软件的安全冗余设置154.4 程序流程图165仿真测试185.1 测试过程185.2 仿真电路检测185.3 检测遇到的问题及解决方案185.4 功能实现19结论20参考文献21附录一 系统protues仿真图：22附录二 程序源代码23致 谢29插图索引图1-1方案一 方框图4

30、图1-2方案二 方框图4图2-1 超声波传感器工作原理9图3-1 AT89C52的引脚图说明10图3-2 最小系统原理图11图3-3复位电路11图3-4晶振电路12图3-5蜂鸣器报警功能电路12图3-6电机驱动电路13图3-7按键功能电路13图3-8液晶LM016L显示电路图14图4-1程序总体流程图16图4-2 PWM按键调整子程序流程图17图5-1 低水位仿真示意图19图5-2 正常水位仿真示意图20基于单片机的超声波水位控制器的设计摘 要蓄水装置在日常生活和工业应用中发挥着重要的作用。该设计是针对水位检测和控制的实际问题开发的一种基于单片机的超声波水位控制器，深入讨论了用超声波作为信号源

31、进行液位检测的可行性以及优越性，同时实现了水位的自动控制这一功能。该系统使用超声波水位传感器对水位进行检测然后将检测到的信号传给单片机AT89C52进行处理，从而实现电机的调速、蜂鸣器鸣笛报警等功能。最后，使用LM016L液晶显示屏显示当前水位的状态以及电动机的转速情况。并且可以通过使用手动按键调整PWM（Pulse Width Modulation )来实现电机调速等功能。本系统适应在不同的用水场合下的需要，能够节省工作时间，提高了系统整体的工作效率，实现水位的自动控制。【关键词】单片机控制 水位检测 LM016L显示 PWM电机调速The design of ultrasonic wate

32、r level controllerbased on MCUAbstractStorage devices play an important role in daily life and industrial applications. The design for the water level detection and control of practical problems developed a ultrasonic water level controller based on single-chip microcomputer, and discussed how to us

33、e ultrasound as a source for the feasibility and superiority of liquid level detection, and has realized the automatic control of water level at the same time.The system use ultrasonic water level sensor to test the water and will detect the signals to single chip microcomputer AT89C52 , so as to re

34、alize the compilation control of motor speed, Sirens sounded buzzer alarm and so on. Finally, current levels and motor speed are shown with LM016L LCD screen in this system. This system realizes the buzzer low level alarm, low whistle warning level automatic processing, normal level alarm or normal

35、water buzzer sirens and manual buttons Pulse Width Modulation. This system realizes the automatic control in different water situation of water to save the working time, speed, and also improves the overall efficiency of water level.【Key words】SCM control Water detection LM016L display PWM motor spe

36、ed绪论1 研究的背景和意义 单片机超声波水位控制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，因而超声波水位仪电路结构简单，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。然而超声波水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1。如何解决这些问题，提高超声波水位仪的精度，具有较大的现实意义。近年来，随着工业的发展

37、，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。在目前市场上，按测量水位的感应元件与被测液体是否接触，水位仪表可以分为接触型和非接触型两大类。接触型水位测量主要有：人工检尺法、浮子测量装置、伺服式水位计、电容式水位计以及磁致伸缩水位计等。它们的共同点是测量的感应元件与被测液体接触，即都存在着与被测液体相接触的测量部件且多数带有可动部件。因此存在一定的磨损且容易被液体玷污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。非接触型水位测量主要有微波雷达水位计、射线水位计以及激光水位计等。顾名思义，这类测量仪表的共同特点是测

38、量的感应元件与被测液体不接触。因此测量部件不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛，可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。超声波水位测量计就属于非接触型水位测量的一种，所以它也有不受被测介质影响，不影响被测介质，能适应粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶、高温、 高压、低温、低压、有辐射性、毒性、易挥发易爆等特殊介质的测量的特点，能适应的范围比其它的测量手段更广泛2。这次对超声波水位控制器的设计获得了具有很大的成果和意义，在这个科学技术是第一生产力的时代，应用科学技术去解决生活中和工作的困难变得具有更高的价值。在设计中，我加深了对超

39、声波的认识，对它的原理掌握的更好了。此外我认识到单片机在各方面都有很大的应用潜能，在自动控制领域它更是发挥了不可替代的作用。本设计利用超声波实现水位的测量，检测方便，易于实时控制，达到了工业的要求，因此具有实际的意义和广泛的应用前景。2 国内外研究现状随着电子技术的发展出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前面的方法由于技术难度大成本高一般仅用于军事工业而超声波测距则由于其技术难度相对较低且成本低廉适于民用推广。这项技术也可用于工业测量领域。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波常常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算