【正文】 單，造價(jià)低廉，容易設(shè)計(jì)，且超聲波在傳播過(guò)程中不易受煙霧、空氣能見(jiàn)度低等因素的影響，在各個(gè)場(chǎng)合均得到廣泛應(yīng)用。然而超聲波液位儀在實(shí)際應(yīng)用中也有很多局限性會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度造成一定的影響。諸如環(huán)境溫度、風(fēng)速等，使其無(wú)法達(dá)到要求。如何解決這些問(wèn)題具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。此外，水位一直是一個(gè)問(wèn)題的人，為了檢測(cè)事故跡象，防患于未然，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可靠的無(wú)線水位檢測(cè)系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用，水位是水庫(kù)大壩安全的重要參數(shù)，排水和灌溉調(diào)度，存儲(chǔ)，泄洪水域。自動(dòng)監(jiān)控，傳輸和處理好水位和水庫(kù)現(xiàn)代化建設(shè)提供基本信息。在工業(yè)和農(nóng)業(yè)的許多領(lǐng)域，需要監(jiān)測(cè)水位，可能活不過(guò)來(lái)或人的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。我們可以用遙控器控制，坐在儀器可以檢測(cè)和控制領(lǐng)域。 隨著現(xiàn)代化電子技術(shù)高速的發(fā)展，激光測(cè)距，微波雷達(dá)測(cè)距以及超聲波測(cè)距。第一種和第二種方法，主要是技術(shù)上的困難，另外成本比較高，一般只適合用于軍事工業(yè)上，而超聲波測(cè)距的技術(shù)則相反首先，它的技術(shù)難度較小且成本也比較低廉，所以它比較適合用于民用上的推廣。這一技術(shù)還能夠用來(lái)工業(yè)上的測(cè)量領(lǐng)域。因?yàn)槌暡ㄓ兄芰肯木徛膬?yōu)點(diǎn)，所以無(wú)論是在哪種介質(zhì)中進(jìn)行的的傳播，無(wú)論距離的長(zhǎng)短，都適合使用。所以超聲波經(jīng)常被應(yīng)用于距離上的測(cè)量。由于使用超聲波在檢測(cè)時(shí)往往更加的快速，更加的方便，同時(shí)也比較簡(jiǎn)單，容易做到實(shí)時(shí)控制，另外，還能夠滿足于工業(yè)上的測(cè)量精度這一實(shí)際難題，因此，在移動(dòng)機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)當(dāng)中也常常用到它。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)測(cè)距的提高，超聲波測(cè)量距離的理論業(yè)已逐漸成熟，所以超聲波在測(cè)距當(dāng)中的應(yīng)用還是非常廣泛的。在非接觸式檢測(cè)這方面超聲波測(cè)距有著極為顯著的優(yōu)勢(shì)。和別的方法相比，諸如光或電磁的方法，超聲波測(cè)距不會(huì)受光的影響，同時(shí)也不受色彩以及被測(cè)對(duì)象等其他方面的諸多影響。當(dāng)被測(cè)物體存在一定的黑暗，灰塵，煙霧，電磁干擾等因素的影響時(shí)，超聲波有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力。所以，超聲波廣泛使用于芯片級(jí)的測(cè)量，例如計(jì)算機(jī)畢業(yè)論文機(jī)械手的控制，目標(biāo)識(shí)別，車輛自動(dòng)導(dǎo)航等。尤其適和使用于空氣的范圍內(nèi)，由于在空氣中的速度慢，沿傳播方向的結(jié)構(gòu)的信息，很容易被檢測(cè)到回波的信號(hào)，因此，它具有很高的分辨率，另外，它的計(jì)算精度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于其他方法；同時(shí)超聲波傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)，可靠性高，信號(hào)容易處理。因此在本設(shè)計(jì)當(dāng)中測(cè)距方面使用的是超聲波。2 設(shè)計(jì)總體思路： (1)測(cè)量液位高度h的范圍要求為h≤5M； (2)能夠?qū)崿F(xiàn)上下液位高度的控制； (3)達(dá)到上下限高度時(shí)能夠自動(dòng)控制； (4)通過(guò)溫度檢測(cè)來(lái)對(duì)聲速進(jìn)行修正； (5)假如出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)報(bào)警； (6)數(shù)碼管顯示；： (1)AT89C51主控單元電路； (2)超聲波發(fā)射電路； (3)超聲波接收電路； (4)溫度補(bǔ)償電路； (5)報(bào)警及顯示電路； （6）液位控制電路；超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、LED顯示電路、報(bào)警電路以及控制執(zhí)行電路等組成。通過(guò)超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)液位的檢測(cè)所得數(shù)據(jù)再通過(guò)AT89C51單片機(jī)的運(yùn)算控制后，通過(guò)液位控制電路（即控制執(zhí)行電路）控制水位的變化。3 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有一個(gè)完整得計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：例如CPU，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等等。而目前普遍使用的單片機(jī)有51系列單片機(jī)，PIC單片機(jī)，AVR單片機(jī)。眼下應(yīng)用的最為廣泛的8位單片機(jī)還是intel公司開(kāi)發(fā)的51系列單片機(jī)。51系列的單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)比較合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，再加上它的生產(chǎn)歷史悠久，世界范圍內(nèi)有許多的芯片公司都?jí)蛸I了51系列單片機(jī)芯片的核心專利技術(shù)，并且在51系列的基礎(chǔ)之上還擴(kuò)充了其它的性能，使得現(xiàn)在的芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比也更高。因此，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中使用的是AT89C51單片機(jī)。 AT89C51的性能AT89C51單片機(jī)是美國(guó)的ATMEL公司生產(chǎn)的具有的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)不僅含有4KB的可以反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器而且，還有著128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。AT89C54采用了美國(guó)的ATMEL公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上的MCS51指令集以及輸出管腳相兼容，因?yàn)锳T89C51將多種功能的8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在了單個(gè)芯片當(dāng)中，同時(shí)，ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51還是一種高效的微控制器件，它為很多嵌入式的控制系統(tǒng)提供了一種靈活性非常高并且價(jià)格低廉的方案。 AT89C51功能性能:與MCS51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲(chǔ)器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：024MHz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。 AT89C51各引腳功能AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB的Flash閃速存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖2所示：圖2 AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條。這8個(gè)引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲(chǔ)器，P0口可以為通用I/O口使用，這時(shí)輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲(chǔ)器，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開(kāi)漏輸出，在作為通用I/O使用時(shí)，需要在外部接上拉電阻。P1口：這8個(gè)引腳和P0口的8個(gè)引腳類似，，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時(shí)，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲(chǔ)器的讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個(gè)引腳并不完全相同，如下表1所示：表1 P3口各位的第二功能P3口各位第二功能 RXT（串行口輸入） TXD（串行口輸出）/INT0（外部中斷0輸入）/INT1(外部中斷1輸入)T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入）T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入）/WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫允許） /RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀允許）VCC 為+5V電源線，VSS 接地。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51自動(dòng)在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖使用。/EA:片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)選擇線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,若/EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM, 若/EA=0，則只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問(wèn)片外ROM時(shí)，89C51自動(dòng)在/PSEN線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號(hào)。RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時(shí)反饋回路。壓電超聲換能器的壓電石英晶體是通過(guò)諧振器工作來(lái)使用的。超聲波換能器具有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)單板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)時(shí)，它的頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率，壓電諧振的發(fā)生，和共振的振動(dòng)產(chǎn)生的超聲波，然后超聲波發(fā)生器；反之，如果不是兩個(gè)電極的電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波，壓迫壓電振動(dòng)，機(jī)械能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射和接收換能器的結(jié)構(gòu)略有不同，應(yīng)使用設(shè)備上的標(biāo)記。 超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路芯片CX20106A是接收紅外探測(cè)器，經(jīng)常被用于紅外線的遙控接收器。針對(duì)紅外遙控常使用的載波頻率為38KHz超聲