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河北科技师范学院课题名称：超声波液位控制系统的设计学生姓名：王雷涛专业班级：10电气工程及其自动化指导教师：马崇霄2014毕业设计答辩超声波液位控制系统的设计简介本设计是超声波液位控制系统的设计：主要由超声波测距和控制执行两部分组成，硬件超声波测距是基于AT89C51芯片为核心的超声波液位测量系统，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，给出了超声波发射和接收电路。利用超声波传输中距离与时间的关系，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时检测液位。并有超声波处理模块CX20106A、CD4069组成的超声波发射电路、超声波接收电路、LED显示电路、报警电路等。控制执行部分由水泵和电机组成，通过超声波液位测距系统进行检测，把经过AT89C51处理过的信息通过电机和水泵进行液位调节。超声波传感器的测距原理超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。这就是所谓的时间差测距法。超声波发生器的选择超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。由于超声波在空气传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择高频率的传感器，而长距离测量时应用低频率的传感器。超声波接收传感器及处理芯片CX20106A超声波接收传感器采用集成电路CX20106A，CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。温度传感器的选择考虑到成本问题我选用DS18B20数字温度传感器。该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。超声波液位控制系统组成框图障碍物超声波接收电路超声波发射电路电路测温电源电路主控单元电路数字显示电路报警电路温度补偿超声波发射器控制执行电路DS18B20温度传感器DS18B20是一种改进型智能温度传感器，测温范围为-55~125℃，最大分辨率可达0.0625℃.可以直接读出被测温度值，而且采用了一线制与单片相连，减少了外部的硬件电路具有低成本和易使用的特点。超声波的发射压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射电路超声波检测接收电路核心是红外接收专用芯片CX20106A。显示、控制电路电源电路高品质的电源是系统稳定的基础。电源供电电压喂12V左右，输出电压有两种：NE555芯片需要12V，其它器件需要5V供电电压报警电路本系统采用蜂鸣器芯片进行报警电路的设计，音质好，功能简单，方便，容易实现。超声波液位控制系统框图总结本次毕业设计的内容主要是以AT89C51单片机作为核心部件，实现了对超声波液位控制系统的设计。通过超声波的发送接收及测温模块测得的当前温度确定声速求的与液面之间的距离。配备报警系统及显示模块，通过控制性电路进行水位的调节。设计中遇到了许多问题，硬件电路的实现，让我不得不上网查阅各种资料，埋头于一大堆有关于单片机和电路以及实践的书，对以前学到的知识有了更深一步的认识，使我受益匪浅。致谢历时几个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—马崇肖老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。感谢电气专业的全体老师对我的谆谆教导，感谢各位老师对我的指导和帮助，你们的教诲将使我受益终生。