基于單片機的超聲波水箱液位檢測系統(tǒng)(已修改)

　

【正文】 第1章 緒論 課題研究的意義大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質量的優(yōu)良不僅僅對生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量的對水箱操作是由相應的人員進行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比如水位的控制，時刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補的損失，更嚴重的會危機到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會嚴格按照生產(chǎn)規(guī)定運行的自動化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。從水資源節(jié)約方面考慮，以往的人工控制在很多情況下，造成資源不必要的浪費，大部分原因是水箱內部水位沒有及時的反饋信息到操作員，從而使控制上有一定的延遲，從而造成了水量過多或者沒能及時補水而導致資源的浪費或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對水箱水位的監(jiān)控以及自動化的引入可以很好的改善補水過多和及時補水的情況，可以很好的節(jié)約資源有效的降低成本。單片機，一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分，它的誕生使眾多自動化控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。80C51以它功能強大，設計簡單，制造廉價，支持指令集較多。所以應用到眾多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中。綜上所述，可以看出對本課題水箱液位檢測系統(tǒng)的設計的研究有著重要的意義。 研究現(xiàn)狀目前，水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領域，它以自身的自動化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢，已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段，它的成本還很高。比如把一臺純手工家用水箱設計成自動化控制的水箱，從硬件的設計和鋪設，對于民用化產(chǎn)品實施的性價比較高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟上的限制。但是，從長遠來看，隨著自動化技術的改進和硬件成本的降低，以及人們對資源浪費的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。我國仍然處于生產(chǎn)型發(fā)展中國家，所有幾乎在能源相關的所有領域中，水箱是比不可少的部件，即使是發(fā)達國家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關系直接關系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。隨著我國嵌入式技術的發(fā)展，我國控制系統(tǒng)技術已經(jīng)達到國際水平，但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品，大量的水箱控制任然通過專職的人員進行控制。隨著我國單片機開發(fā)技術的逐漸成熟，以及單片機生產(chǎn)成本的下降，基于單片機的水箱控制系統(tǒng)應用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的發(fā)展空間。而且越來越多的水箱生產(chǎn)廠商開始聘用單片機開發(fā)人員和電路設計人員，將控制系統(tǒng)成為水箱設計的一部分，以提高自身產(chǎn)品的安全性能和科技含量來提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。一些發(fā)達國家在單片機新型系統(tǒng)研究、制造和應用上，已經(jīng)積累了很多的經(jīng)驗，奠定了基礎，進入了國際市場。我國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應用和經(jīng)驗上，與其他發(fā)達國家相比還存在差距，但是我國研究人員已經(jīng)克服很多困難，并在不斷摸索中前進，有望在相關領域趕上甚至超越發(fā)達國家的技術水平，這是發(fā)展趨勢。 主要研究內容和要求一個水箱液位檢測系統(tǒng)，本文以單片機為主控制器，將受到的信號送到單片機中進行處理，能夠對水箱的靜態(tài)或動態(tài)液位進行實時測量，顯示被測液位值，當液位超限后進行聲光報警，提醒工作人員進行手動控制。本設計的要求：；；第2章 系統(tǒng)的方案論證方案一：本設計是以單片機為核心的，利用傳感器來采集水位信號。利用水的導電性，有水則導電的特性，在固定水位高度安插節(jié)點。如圖21所示：圖21水箱節(jié)點示意圖電路共有五個發(fā)光二極管，如果發(fā)光二極管全部亮，表示水箱中的水已充滿。12V電源送到水箱底部的水中，晶體管(T1～T5)只要得到基極電壓，就會導通并點亮相應的發(fā)光二極管(LED1～LED5)。當水箱中的水到達最低水位C時，晶體管T1導通，LEDl點亮；當水位上升到水箱的1/4時，晶體管T2導通，LEDl與LED2點亮；當水位升到水箱的一半時，晶體管T3導通，則LEDl、LED2和LED3點亮；當水位升到水箱的3/4時，晶體管T4導通，則LEDl～LED4均點亮；當水箱的水充滿，晶體管T5導通，五個發(fā)光二極管全亮，同時使蜂鳴器發(fā)出報警聲響。因此從發(fā)光二極管點亮的狀態(tài)，就能知道水箱中的水位。發(fā)光二極管應安裝在容易監(jiān)視的位置。此方案，器件易于腐蝕，易產(chǎn)生誤差。水箱中的水位發(fā)光的LED最高水位LEDLEDLEDLEDLED5水位LEDLEDLEDLED4水位LEDLEDLED3水位LEDLED2最低水位LED1方案二：浮子式水位傳感器其主要產(chǎn)品有上海精浦機電有限公司的GEMPLE GPH500，正天科技的FYC3型浮子式水位傳感器等。工作原理：它利用液體浮力測液位的原理，靠浮子隨水面升降的位移反映水位變化。漂浮通過繩索經(jīng)滑輪與編碼器相連，編碼器的數(shù)字輸出即為水位高度。為防止錯碼的出現(xiàn)，其編碼器的編碼為格雷碼。機械浮子式和光電浮子式都是來用機械齒輪減速產(chǎn)生進位和退位的辦法來形成編碼。其工作示意圖如圖22所示:圖22浮子式水位計工作示意圖其主要技術參數(shù)：測量范圍： 5m 10m 20mm 40mm 80mm分辨率： 1cm 1mm精度：177。1cm回差：≤177。1cm使用環(huán)境：溫度5℃+50℃根據(jù)其參數(shù)此方案適合測量范圍大的，且測量誤差比較大。方案三：基于超聲波的水位傳感器超聲波水位傳感器是利用空氣聲學回聲測距原理來進行水位變化測量的新型水位測量儀器。由收發(fā)共用換能器發(fā)射一聲脈沖、經(jīng)聲管傳聲遇水界面產(chǎn)生反射，回波經(jīng)由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時間及現(xiàn)場聲速，算出換能器發(fā)射面至水面的距離，依據(jù)換能器安裝基準面及水位零點得到水位值。特點是非接觸測量，無需建造水位測井，安裝方便，自動測量；具有聲速補償；RS485數(shù)據(jù)輸出。其水位測量原理如圖23所示：圖23水位測量原理圖方案四：電子類液位傳感器測量原理是把液位的變化轉化為電氣參數(shù)的變化，利用一定的測量電路將電參數(shù)檢測出來，從而達到測量液位的目的。其中最常用且最成熟的是電容式液位傳感器。電容式液位計它是利用空氣和液體作電容器兩極極板間的電介質，將液位變化轉換成靜電電容變化