基于单片机的超声波水箱液位检测系统

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1、第1章绪论1」课题研究的意义大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提咼生产的效率。从水资源节约方面考虑，以往的人工控制在很多情况下，造成资源不必

2、要的浪费，大部分原因是水箱第1页到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展，我国控制系统技术已经达到国际水平，但是在中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟，以及单片机生产成本的下降，基于单片机的水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而口越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员，将控制系统成为水箱设计的一部分，以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，己经积累了很多的经验,奠定了基础，进入了国际市场。我国在新型测控装置与系

3、统研究、制造、应用和经验上，与其他发达国家相比还存在差距，但是我国研究人员已经克服很多困难,并在不断摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超越发达国家的技术水平，这是发展趋势。1.3主要研究第2页第2章系统的方案论证2」方案论证方案一：木设计是以单片机为核心的，利用传感器来釆集水位信号。利用水的导电性，有水则导电的特性，在固定水位高度安插节点。如图2-1所示：图2・1水箱节点示意图电路共有五个发光二极管，如果发光二极管全部亮，表示水箱中的水己充满。12V电源送到水箱底部的水中，晶体管(T1〜T5)只要得到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管(LED1〜LED5)o当水箱中的水到达最低水位

4、C时，晶体管T1导通，LED1点亮；当水位上升到水箱的1/4时，晶体管T2导通，LED1与LED2点亮；当水位升到水箱的一半时，晶体管T3导通，则LED1、LED2和LED3点亮；当水位升到水箱的3/4时，晶体管T4导通，则LED1〜LED4均点亮；当水箱的水充满，晶体管T5导通，五个发光二极管全亮，同时使蜂鸣器发岀报警声响。因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位。发光二极管与水箱屮的水位对应关系如下表2.1所示。发光二极管应安装在容易监视的位置。此方案，器件易于腐蚀，易产生误差。共31页第3页表2.1二极管和水位的对应关系其主耍产品有上海精浦机电有限公司的GEMPLEGPH5

5、00,正天科技的FYC-3型浮子式水位传感器等。工作原理：它利用液体浮力测液位的原理，靠浮子随水面升降的位移反映水位变化。漂浮通过绳索经滑轮与编码器相连，编码器的数字输出即为水位高度。为防止错码的出现，其编码器的编码为格雷码。机械浮子式和光电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码。其工作示意图如图2-2所示：图2-2浮子式水位计工作示意图其主要技术参数：测量范围：5m10m20mm40mm80mm分辨率：lcm1mm精度：±lcm回差：＜±lcm使用环境：温度・5°C・—+50°C根据其参数此方案适合测量范围大的，且测量谋差比较大。共31页第4页方案三：基于超声波的水位

6、传感器超声波水位传感器是利用空气声学冋声测距原理来进行水位变化测量的新型水位测量仪器。由收发共用换能器发射一声脉冲、经声管传声遇水界而产生反射,回波经由同一换能器接收。测得声波在空气中的传播时间及现场声速，算出换能器发射面至水面的距离，依据换能器安装基准面及水位零点得到水位值。特点是非接触测量，无需建造水位测井，安装方便，自动测量；具有声速补偿；RS-485数据输出。其水位测量原理如图2-3所不：图2-3水位测量原理图方案四：电子类液位传感器测量原理是把液位的变化转化为电气参数的变化，利用一定的测量电路将电参数检测出来，从而达到测量液位的目的。其中最常用且最成熟的是电容式液位传感器。电容

7、式液位计它是利用空气和液体作电容器两极极板间的电介质，将液位变化转换成静电电容变化，用电子学方法测量电容值，从而探测液体高度信息。它结构简单，精度较高，而且量程广，适合于测量各种介质（导电介质、非导电介质）的液位，但是耍求液体具有相同、稳定的介电常数，需要有温度的补偿。尤其用长电缆连接时，对电缆中的干扰和寄生电容很敏感，精度较差，且对导电介质或粘性介质，误差较大、易受干扰，严重影响测量结果。电阻式液位计探测器在空气中的阻值要比它浸在