【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 差。而另一 種非接觸類 液位測(cè)量，則是融合了現(xiàn)在比較流行的單片機(jī)嵌入式技術(shù)，比較智能化，代替了人類的繁瑣物理工作。 目前市面上比較常見的非接觸類液位測(cè)量器有：電子類液位傳感器；熱學(xué)式液位測(cè)量計(jì)；超聲波液位傳感器；同位素液位傳感器以及雷達(dá)液位傳感器等。這些非接觸類液位傳感器各有優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，其中的超聲波液位傳感器被我所看好。超聲波液位傳感器不僅精度高，量程廣，系統(tǒng)簡(jiǎn)單便于安裝和維修。相比較電解質(zhì)類液位傳感器，不僅沒有電纜連接和電容的干擾而且是低電壓 USB 供電 ， 安全 可靠。 據(jù)我所知，超聲波模塊在市場(chǎng)上比較便宜實(shí)惠，很容易就能買得 到。相比較雷達(dá)液位傳感器，雖然雷達(dá)傳感器測(cè)量范圍廣，但是一個(gè)雷達(dá)的造價(jià)已經(jīng)讓人嘆為觀止了，而且雷達(dá)的技術(shù)操作更不是一個(gè)普通的養(yǎng)殖廠管理人員所能做到的。但是超聲波傳感器能夠操作簡(jiǎn)單，一般的管理人員很容易上手，減少了引進(jìn)技術(shù)人員的開支。超聲波相比較同位素更加的安全，對(duì)人體的輻射少，即使管理人員在對(duì)其長(zhǎng)時(shí)間檢修時(shí)，也能減少對(duì)人體的傷害。所以超聲波傳感器是安全，快捷，簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確的液位測(cè)量模塊。 系統(tǒng)流程圖和功能分析 用 系統(tǒng) 流程圖如圖 12 所示： 按鍵控制水位的上下限 超聲波開始測(cè)量水位 水位高于上限時(shí) 水位低于下限時(shí) 發(fā)出警報(bào)，二極管發(fā)光，水泵抽水 發(fā)出警報(bào)，二極管發(fā)光，水泵進(jìn)水 LCD 液晶顯示 水塔的水位控制在一定范圍內(nèi) 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 4 這款經(jīng)濟(jì)適用的 單片機(jī)超聲波水位控制報(bào)警系統(tǒng)，硬件方面主要采用了以 STC89C51的單片機(jī)， 電解電容，瓷片電容，蜂鳴器，液晶顯示器，超聲波模塊等組成，價(jià)格實(shí)惠，操作簡(jiǎn)單。 而軟件方面，我采用了最實(shí)用的 C 語言編程。程序簡(jiǎn)單，易于修改，可行性高?？傊瑢?duì)于該系統(tǒng)的功能分析我覺得主要需要完成一下幾點(diǎn)： 1，單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起協(xié)調(diào)和控制作用，雖然 51 單片機(jī)型號(hào)比較舊，但是在實(shí)用方面依然很可靠。 2，超聲波模塊 進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，讓單片機(jī)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 3，在軟件編程方面，采用 C 語言來完成信號(hào) 的計(jì)算和處理工作。 4，該系統(tǒng)用 Proteus 軟件仿真，讓該系統(tǒng)更加直觀。 本系統(tǒng)操作界面簡(jiǎn)單，層次關(guān)系明了、清晰，使養(yǎng)殖廠的管理者一目了然，盡可能的為養(yǎng)殖廠的水塔供水和料塔的進(jìn)料喂食 提供方便。 系統(tǒng)可行性分析 國(guó)內(nèi) 的液位測(cè)量技術(shù) 21 世紀(jì)初的時(shí)候國(guó)內(nèi)的液位測(cè)量技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，我國(guó)是一個(gè)擁有 1700 家的從事液位傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，但是這些企業(yè)但多數(shù)中都是需要外國(guó)企業(yè)的支持，很難做到一枝獨(dú)秀。國(guó)外從事液位測(cè)量的企業(yè)因?yàn)槠鸩皆?，研究領(lǐng)域很全面造成了對(duì)我民族企業(yè)的半壟斷局面，其中的 美國(guó)，日本，德國(guó)等科技強(qiáng)國(guó)掌握著液位測(cè)量技術(shù)的命脈，限制了我國(guó)液位測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。 所以說當(dāng)下我們國(guó)內(nèi)外企業(yè)相差實(shí)力懸殊，規(guī)模小，人才短缺，研發(fā)能力弱，很難與外國(guó)相抗衡，對(duì)此我們更應(yīng)該做到一下幾點(diǎn)： 1，人才和技術(shù)是提高競(jìng)爭(zhēng)力的核心和關(guān)鍵。當(dāng)下我們企業(yè)的許多核心芯片大部分是依靠進(jìn)口，自身的 研制開發(fā)的很少。而且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)在成分分析和特殊應(yīng)用方面與國(guó)外的企業(yè)有很大的差距，所以我們更應(yīng)該提高自身的核心創(chuàng)造力。 2，還有就是我國(guó)的許多 產(chǎn)品在品種、規(guī)格、系列等方面還不夠全面，在測(cè)量精度 、溫度特性、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn) 定性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)方面仍有不小差別。 3， 我國(guó)的液位測(cè)量技術(shù) 在設(shè)計(jì)和封裝等方面缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且在借口，高溫歐姆接觸，快速測(cè)試，高可靠 MEMS 封裝以及仿真等技術(shù)方面仍然有很大的進(jìn)步空間，以后會(huì)取得更大的突破性進(jìn)展。 為此我們國(guó)家要想發(fā)展自己的液位測(cè)量技術(shù)，就要沖破壟斷的現(xiàn)請(qǐng)，努力發(fā)展自身的科技競(jìng)爭(zhēng)力，尤其是自我創(chuàng)新，培養(yǎng)人才，做出屬于我們自己的液位技術(shù)。 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 5 國(guó)外 的液位測(cè)量技術(shù) 雖然現(xiàn)在我國(guó)所面臨的液位測(cè)量傳感器的挑戰(zhàn)不容小絮，但是我們更應(yīng)該了解一下我們與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距?，F(xiàn)在 國(guó)外的幾大傳感器生產(chǎn)商分別是西門子， E+H 以及 HAW 等。這些老的生產(chǎn)商由于起步早，市面廣，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過我們國(guó)家的生產(chǎn)水平。比如說 OMEGA公司生產(chǎn)的連續(xù)超聲波液位傳送器以及超聲波點(diǎn)液位開關(guān)等產(chǎn)品不僅性能可靠而且方便易懂，牢牢的占據(jù)著超聲波液位測(cè)量的市場(chǎng)；再比如說， Globle Water 公司的 WL750 超聲波傳感器更是首屈一指；更或者是美國(guó) AST 的差壓傳感器 或者也是瑞典 SAAB 公司的雷達(dá)液位傳感器也是有很好的口碑。所以我國(guó)的液位傳感器公司任重而道遠(yuǎn)，還有很長(zhǎng)的路要走。 系統(tǒng)的操作可行性 該系統(tǒng) 的操作界面簡(jiǎn)單易懂，一共有三個(gè)可操控鍵，這三個(gè)鍵從左向右依次是設(shè)置鍵，上調(diào)鍵和下調(diào)鍵，這三個(gè)鍵用來設(shè)置液位的控制范圍。還有一塊 LCD 液晶顯示器，能夠?qū)崟r(shí)的觀察所測(cè)量的液位高度 。養(yǎng)殖廠的管理者不需要每次調(diào)整液位高度，只需要每隔一段時(shí)間檢查一下啊系統(tǒng)的硬件，注意防護(hù)。 更或者是該系統(tǒng)使用的 Proteus 軟件仿真技術(shù)，如果出現(xiàn)故障，檢修人員能夠及時(shí)的檢查到故障所在之處。方便維修而且也適合教學(xué)使用。 開發(fā)平臺(tái)的選擇 編程 語言 的選擇 目前， 硬件的編程語言有很多的種類 ，各有優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處。我們還是選擇比 較使用的 C語言編程。 C 語言簡(jiǎn)單使用非常適合單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用，而且 C 語言作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)語言，能夠被我們所應(yīng)用，對(duì)以后完善系統(tǒng)修改程序也是非常有利的。而且對(duì)于養(yǎng)殖廠的管理人員來說，也是可以方便給他們講解。 硬件仿真軟件 的選擇 Proteus 作為硬件仿真的必用軟件，是我們平常所熟悉。我們平常只管應(yīng)用但是對(duì)于proteus 的出身確實(shí)所知甚少。 Proteus 是英國(guó)的 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件，它不僅能仿真單片機(jī)以及 外圍器件而且它還有 EDA 工具軟件的仿真功能，深受我們這些學(xué)生黨的喜愛。 Proteus 具有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1，原理布圖， PCB 自動(dòng)布線以及人工布線和 SPICE 電路仿真。 2，互動(dòng)電路仿真和仿真處理器以及外圍電路。 3，該軟件能夠進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行智能原理圖設(shè)計(jì)以及多樣的激勵(lì)元，還有豐富的虛擬儀器，實(shí)時(shí)的 PCB 平臺(tái)都是 對(duì)我們有很大幫助的。 4，應(yīng)用資源很豐富，可以應(yīng)用的領(lǐng)域也很廣泛。尤其是應(yīng)用到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 6 與產(chǎn)品開發(fā)等都是非常實(shí)用的硬件仿真軟件。 5， proteus 也是目前世界上唯一能夠?qū)㈦娐贩抡孳浖约疤摂M仿真軟件再加上 PCB 設(shè)計(jì)軟件的三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。尤其是在單片機(jī)領(lǐng)域被很廣泛的應(yīng)用 。而且其中的 Keil 是單片機(jī) c 語言軟件件開發(fā)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)性，可讀性以及可維護(hù)性上占有很明顯的優(yōu)勢(shì)，非常適合這款基于單片機(jī)的超聲波水位控制系統(tǒng)的仿真和編程。 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 7 第 2 章 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 概敘 大型養(yǎng)殖廠中最重要的就是養(yǎng)殖動(dòng)物的進(jìn)料和飲水，因此養(yǎng)殖廠管理人員對(duì)于廠房的料塔和水塔也會(huì)尤其的重視。 所以該系統(tǒng)正好填補(bǔ)了大型養(yǎng)殖廠的不足，既可以輕松地控制水位的高度，而且不需要人工上水和抽水，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了養(yǎng)殖效率，為大型養(yǎng)殖廠向智能化養(yǎng)殖漫出了重要的一步。 系統(tǒng)的總體 模塊 設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一共可以由單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路以及電源電路， 按鍵輸入電路， 超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路， 顯示電路和 LED 顯示電路設(shè)計(jì)以及 光 報(bào)警 電路，水泵 控制電路這幾大電路模塊組成。 1，電源電路：為系統(tǒng)提供電，用 USB 供電線方便快捷安全。 2，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路： STC89C51 單片機(jī)系統(tǒng) 3，超聲波發(fā)射電路以及接收電路：壓電晶體以及 CX20206A 超聲波接收器芯片 4，顯示電路以及 lcd 顯示電路：可以用按鍵來調(diào)整高度并記錄超聲波測(cè)量高度在LCD1602 上顯示出來。 5， 按鍵輸入電路 ：三個(gè)按鍵有左向右依次是設(shè)置，加和減。 6， 報(bào)警電路：蜂鳴器聲音報(bào)警以及發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警 。 7，水泵控制電路：當(dāng)水位超出或者低于限制范圍內(nèi)，水泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。 系統(tǒng)模塊 電路 之間的關(guān)系 系統(tǒng)模塊 電路 之間的關(guān)系如圖 21 所示： 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 8 系統(tǒng)方案選擇以及原理概敘 方案對(duì)比： 我們以前知道很多關(guān)于液位測(cè)量的傳感器，相比較以前大型養(yǎng)殖場(chǎng)使用的都是水位探測(cè)傳感器，這種測(cè)量方法 比較普遍。這 個(gè)傳感器有他的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。水位探測(cè)傳感器是一種單純的物理測(cè)量，它的測(cè)量過程就是單純的物理轉(zhuǎn)換，不需要任何的單片機(jī)控制和編程程序的植入。金屬的水位探測(cè)頭長(zhǎng)時(shí)間的放在水塔或者料塔中容易受到空氣的氧化和水里的電解質(zhì)的電解。這些微小的變化都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的誤差。而且還要經(jīng)常更換金屬探測(cè)頭，還需要支付一部分費(fèi)用，給養(yǎng)殖場(chǎng)帶來不可避免的損失。 為此我們選擇了 將 單片機(jī)跟超聲波模塊結(jié)合起來 ， 能夠有效地避免金屬電極因?yàn)榻胨卸g也能有效的避免測(cè)量誤差，精確度高。 原理概敘：當(dāng)超聲波接收器收到液面反射后的超聲波，經(jīng)過預(yù)設(shè)的 程序計(jì)算出液面的高度，當(dāng)液面的高度高于液面的上限時(shí)， 單片機(jī)就會(huì)通過輸出端發(fā)出一個(gè)低電平，低電平驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光同時(shí)也驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音， 繼電器關(guān)閉水泵 會(huì)停止加水。相反 繼電器打開水泵會(huì)繼續(xù)向水塔內(nèi)加水。 本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)的 總體 模塊設(shè)計(jì)、 系統(tǒng)的模塊之間的關(guān)系以及系統(tǒng)原理 的設(shè)計(jì)三個(gè)方面 簡(jiǎn)要敘述了整個(gè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 ，為系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)做好了必要的準(zhǔn)備工作。 圖 21 系統(tǒng)模塊 電路 關(guān)系圖 S T C 8 9 C 5 1 電源電路以及最小單片機(jī)電路 按鍵輸入電路 超聲波發(fā)射以及接收電路 LCD 液晶顯示電路 報(bào)警電路 水泵控制電路 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 9 第 3 章 組成系統(tǒng)硬件的詳細(xì) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)操作模塊 界面設(shè)計(jì) 管理者 要使用本系統(tǒng)， 先將 USB 電源線接通電源，如果電源插口旁邊的發(fā)光二極管發(fā)光說 明系統(tǒng)電源已經(jīng)接通，系統(tǒng)可以正常工作了。然后管理操作者可以看到清晰簡(jiǎn)單的操作見面，只有三個(gè)按鍵可以使用。首先由左向右第一個(gè)鍵是設(shè)置鍵，按這個(gè)鍵可以選擇要調(diào)整的最低液位和最高液位，然后 后邊兩個(gè)操作鍵分別是上調(diào)鍵和下調(diào)鍵。管理人員可以根據(jù)自身養(yǎng)殖業(yè)的需要自己調(diào)整高度。 首先必須通過系統(tǒng)的身份認(rèn)證。登錄過程需要完成以下任務(wù)： 根據(jù)用戶名和密碼判斷是否可能進(jìn)入系統(tǒng) 根據(jù)用戶類型決定用戶擁有的權(quán)限 成功登錄的用戶將進(jìn)入系統(tǒng)的主界面。 登錄窗體的名稱為 frmLogin，它的界面布局如圖 31 所示 圖 31 登錄窗體 主界面的名稱為 MDIfrmMain，它的設(shè)計(jì)如圖 32 所示： 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 10 圖 32 主界面 主界面設(shè)計(jì)過程： 主菜單的設(shè)計(jì)是在“菜單編輯器”中完成的。共設(shè)置了六個(gè)主菜單，也就是本系統(tǒng)的六個(gè)模塊。每個(gè)主菜單下都有其對(duì)應(yīng)的子菜單，分別完成系統(tǒng)的不同功能。 工具欄為用戶提供了對(duì)于應(yīng)用程序中最常用的菜單命令的快捷訪問方式。它位于菜單欄下方，有許多命令組成，每個(gè)命令按鈕上都設(shè)置了一個(gè)形象的小圖標(biāo)，以標(biāo)示命令按鈕功能。工具欄主要有 ToolBar 控件和 ImageList 控件共同設(shè)計(jì)完成。 基本信息管 理模塊及界面設(shè)計(jì) 業(yè)主管理窗體設(shè)計(jì) 小區(qū)的管理主要是對(duì)住戶的管理，進(jìn)入小區(qū)內(nèi)居住的住戶首先要進(jìn)行登記，管理人員需要把住戶的基本信息輸入到數(shù)據(jù)庫中，并能夠編輯、查詢住戶的信息。 業(yè)主管理窗體的名稱為 frmLiver，它的設(shè)計(jì)如圖 33 所示： 基于單片機(jī)的超聲波水位控制 系統(tǒng) 11 圖 33 業(yè)主管理界面 設(shè)計(jì)思想： 為了窗體設(shè)計(jì)的美觀，業(yè)主資料界面仍然采用的是工具欄的樣式。用戶添加、修改、查詢住戶信息時(shí)，分別打開獨(dú)立的窗體，用戶可以明確對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，從而達(dá)到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。 該窗體功能的實(shí)現(xiàn)，是對(duì) liver 數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作。 采用的是 ADO 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。在窗體中添加 ADO Data 控件快速地創(chuàng)建了一個(gè)到數(shù)據(jù)庫的連接。 窗體中添加了 DataGrid 控件，用于住戶信息的顯示和定位。當(dāng)用戶對(duì)某個(gè)業(yè)主資料進(jìn)行編輯時(shí)，只要定位到相應(yīng)的住戶信息上，就能對(duì)該住戶的資料信息進(jìn)行編輯操作。 在設(shè)計(jì)添加窗體時(shí)，根據(jù) 小區(qū) 樓房分布的實(shí)際情況，當(dāng)用戶輸入房屋編號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別房屋所在的位置，即自動(dòng)生成所在的分區(qū)以及樓號(hào)。 為了用戶能夠快速的定位業(yè)主信息，設(shè)置了查詢功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇不同的查詢方式，從而快速準(zhǔn)確的定位業(yè)主信息 。 窗體設(shè)計(jì)的過程： 新建一個(gè)窗體，窗體命名為“ frmLiver”， Caption 屬性設(shè)置為“業(yè)主資料”。 在窗體上添加 1 個(gè) ToolBar 控件， 1 個(gè) ImageList 控件。將所需圖片添加到 ImageList中，設(shè)置 ToolBar