【導(dǎo)讀】處理，由RS232串口通信送到上位機(jī)，并顯示出高度。位測量，能精確到厘米。此設(shè)計(jì)主要由壓力傳感器，單片機(jī)，ADC0804轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

　　

【正文】 .............................. 25 VB 部分 .......................................................... 25 壓力傳感器部分 .................................................. 26 6 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù) ............................................... 27 系統(tǒng)功能 ......................................................... 27 4 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 系統(tǒng)各部分的測試參數(shù) ............................................ 27 AD 部分調(diào)試參數(shù) ............................................ 27 系統(tǒng)測量液面高度的數(shù)據(jù)參數(shù) ................................ 28 調(diào)試總結(jié) .................................................. 28 7 結(jié)論 ............................................................ 30 8 總結(jié)與體會及感謝語 ............................................... 31 9 參考文獻(xiàn) ......................................................... 32 附錄 .............................................................. 33 附錄 1： ............................................................. 33 附錄 2：程序 ......................................................... 36 附錄 3 元器件清單 .................................................... 39 5 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 1 緒論 液位檢測在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種類型的液位檢測傳感器較多，按原理分有浮子式、壓力式、超聲波式、吹氣式等。各種方式都根據(jù)其需要設(shè)計(jì)完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度適用于各自不同的場合，大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本偏高；市面上也有現(xiàn)成的液位計(jì)，有投入式、浮 球式、彈簧式等，多數(shù)成品價(jià)格驚人。以上液位計(jì)多數(shù)輸出為模擬量電流或電壓，有些為機(jī)械指針讀數(shù)，不能用于遠(yuǎn)程監(jiān)視；普遍適用于靜止液面，在波動(dòng)液面易引起讀數(shù)的波動(dòng)；也有用電容法測液位的系統(tǒng)，此法是一種簡單易行的方案。本文利用壓力傳感器測液體壓力的原理，結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)出一種智能液位檢測裝置。 本學(xué)期開設(shè)了傳感器及傳感器技術(shù)，單片機(jī)等課程。本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完這么多課程的基礎(chǔ)上，為了能更好的掌握這些課的內(nèi)容，把理論應(yīng)用于實(shí)際而提出來的。旨在發(fā)揮我們的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新意識。通過本課程設(shè)計(jì)可以掌握和鞏固傳感器的基本設(shè)計(jì)方法，工業(yè) 水位的測量方法，單片機(jī)的基本應(yīng)用，顯示電路的連接等知識。進(jìn)一步加強(qiáng)對課堂理論知識的理解與綜合應(yīng)用能力，從而提高我們解決問題的能力和創(chuàng)造發(fā)明能力。 如今傳感器的應(yīng)用是非常的廣泛，并且已經(jīng)融入到我們的生活，工作，科研等領(lǐng)域中。在我組進(jìn)行設(shè)計(jì)中我們首先對壓力傳感器輸出的電壓和對應(yīng)的液體高度進(jìn)行整理和多次測量得出一個(gè)比較與實(shí)際高度符合的函數(shù)。我們通過壓力傳感器測出液體壓力，利用 ADC0804 對傳感器的輸出電壓進(jìn)行采集并將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平信號 0， 1。然后將采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行處理然后利用 RS232 電平轉(zhuǎn)換送到 PC機(jī)，PC機(jī)上用 VB編寫一個(gè)顯示界面，再在 VB中利用程序?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換成以厘米為單位的高度并顯示出來。 液位傳感器的應(yīng)用雖然非常廣泛，但是現(xiàn)在高精度的液位的傳感器價(jià)格非常貴，實(shí)現(xiàn)民用還有一定的難度。所以我們的設(shè)計(jì)應(yīng)更加創(chuàng)新利用更小的成本設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更好的傳感器。 6 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)目的 1． 理解并掌握智能液位傳感器的原理及實(shí)現(xiàn)的方法。 2. 掌握 ADC， RS232 電平轉(zhuǎn)換電路的原理，壓力傳感器 的特性參數(shù)的計(jì)算 及選擇。 3．掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成。 ，提高分析和解決實(shí)際問 題的能力。 ，掌握模擬電路 及數(shù)字電路 設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力 。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1．利用一個(gè)液位傳感器及周邊電路，完成液位到電信號的轉(zhuǎn)換；液位測量采用測量液體的壓強(qiáng)的方式；測量范圍 米； 2．設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)控制一個(gè) ADC 對壓力變送器輸出的電信號進(jìn)行采集； 3．編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序；將二進(jìn)制的量化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以厘米為單位的 ASCLL 標(biāo)準(zhǔn)字符串形式傳送到 PC 機(jī)；注： ASCLL 標(biāo)準(zhǔn)字符串是以 ASCLL 碼為信息的編碼方式，字符串結(jié)尾數(shù)據(jù) 是一個(gè)字節(jié) 00H； 4．設(shè)計(jì)單片機(jī)通信程序以及 RS232 電平轉(zhuǎn)換電路； 5．設(shè)計(jì)單片機(jī)相關(guān)運(yùn)行程序； 6．設(shè)計(jì)相關(guān)電路，如單片機(jī)系統(tǒng)，模擬輸入通道， ADC,和電源電路等； 7．報(bào)告格式嚴(yán)格按照《課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式要求說明》執(zhí)行； 智能液位傳感器的基本原理 本次設(shè)計(jì)的智能液位傳感器的基本原理是利用一個(gè)壓力傳感器測出在水管的水的壓力，壓力變送器的輸出為是 05V 的模擬電壓信號（或是 420 毫安的模擬電流信號），利用 ADC0804 對傳感器的輸出電壓進(jìn)行采集并將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平信號 0， 1。然后將采集 的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行處理然后利用 RS232 電平轉(zhuǎn)換送到 PC 機(jī)， PC 機(jī)上用 VB的 控件編寫一個(gè)顯示界面，再在 VB 中利用程序?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換成以厘米為單位的高度并顯示出來。 7 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 2 總體方案設(shè)計(jì) 通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這兩種種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明。 智能液位傳感器設(shè)計(jì)方案框圖 兩種方案的框圖如下圖： 方案 1： 方案 2： 壓力傳感器 AD 轉(zhuǎn)換器 （ ADC0804） 單片機(jī)最小系統(tǒng) RS232 串口通信 上位機(jī)顯示液面高度 利用應(yīng)變片自制的壓力傳感器 AD 轉(zhuǎn)換器（ ADC0832） 單片機(jī)最小系統(tǒng) RS232 串口通信 上位機(jī)顯示液面高度 8 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 方案論證 對于方案 1和 2按照理論來看做出來能夠達(dá)到一定的預(yù)期效果，能達(dá)基本滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求。但是兩種方案不同之處就在于傳感器的選擇和 AD 的選擇，現(xiàn)就這兩個(gè)方面來論述 .為什么選擇方案 2。 方案 1的傳感器部分是利用應(yīng)變片做的壓力變送器，其結(jié)構(gòu)如下圖 : 圖 這是利用 4片應(yīng)變片做的全橋電路其電壓靈敏度比單臂工作時(shí)提高了 4倍，消除了一定的非線性誤差。其輸出的為電流信號但是非常小，所 以在外部又加了一個(gè)差動(dòng)放大將信號放大才能滿足 AD 0 +5V 的輸入電壓的要求。但是此類的工作都是提供 的橫流源，我們自己做的恒流源很難滿足要求。硬件部分完成以后還要對其進(jìn)行測試線性度，但是測量比較麻煩后期的數(shù)據(jù)處理也比較繁瑣，最后達(dá)到的效果也比較差所以就沒有選擇應(yīng)變片制作。 對于 AD的選擇主要是 ADC0832 與 ADC0804 之間的選擇。 ADC0832 是 8位分辨率； +5V 電源供電；輸入電壓為 0 +5V；工作頻率 250HZ；轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32us；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送是 8位串行傳送； ADC0804 是 8 位分辨 率； 5V 電源供電；輸入電壓為 0 +5V；轉(zhuǎn)換時(shí)間的 100us；存取時(shí)間是 135us；數(shù)據(jù)傳送是 8 位并行傳送； 通過直觀的觀察可以發(fā)現(xiàn)由于 ADC0832的數(shù)據(jù)傳送是 8位串行的所以傳完 8位數(shù)據(jù)需要的時(shí)間為 256us，而 ADC0804 為 8 位的并行數(shù)據(jù)傳送，傳 8 位數(shù)據(jù)只需 100us。所以 ADC0804 的轉(zhuǎn)換存取速度更快，這樣系統(tǒng)的工作效率更高。所以我們采用的是 9 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 ADC0804。 綜上我們本次設(shè)計(jì)液位傳感器采用的方案 2。 方案可能的擴(kuò)展功能 我們這次設(shè)計(jì)的智能液位傳感器結(jié)構(gòu)還比較簡單，只是完成測液位并讀出頁 面高度的基本功能，在這幾完成后發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)還能擴(kuò)展許多功能。比如增加報(bào)警系統(tǒng)（應(yīng)用于比如水庫的水位測量時(shí)可以做下限報(bào)警和超限報(bào)警）；遠(yuǎn)程的控制系統(tǒng)（比如家用的水塔水不足時(shí)可以控制水泵加水）。 10 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 3 單元模塊電路的設(shè)計(jì) 本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。 本系統(tǒng)電路模塊主要分為四個(gè)單元模塊，它 們分別是：傳感器輸出部分； ADC0804的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊；單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊； RS232 模塊 .各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。 傳感器輸出部分 ADC0804 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化部分 該級電路一共實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：第一個(gè)是對模擬電壓信號的采集。第二個(gè)功能是將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 這一級的原理圖如圖 ： 11 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 圖 ADC0804數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 這部分主要是由 STC89C52 單片機(jī)組成的一個(gè) 最小系統(tǒng)，通過單片機(jī)來控制 ADC0804的信號采集轉(zhuǎn)換以及對 RS232 串口通信的控制。 該級電路原理圖如圖 ： 12 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 RS232 模塊 RS232模塊主要通過 USB轉(zhuǎn)串口線來與 PC機(jī)通信將 ADC0804采集和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)顯示出所測得液面高度。 模塊的原理圖如圖 ： 13 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 圖 RS232電路圖 電路參數(shù)計(jì)算及元器件的選擇 元器件的 選擇 設(shè)計(jì)所用儀器及器件如下表 1： 14 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 表 1 特殊元器件介紹 這一節(jié)將對設(shè)計(jì)過程中用到的一些特殊元器件進(jìn)行介紹，主要是介紹該特殊元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，及使用時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。 單片機(jī) STC89C52 1片 MAX232 1片 ADC0804 1片 串口母頭 1個(gè) 晶振 1個(gè) 5個(gè) 22pf電容 2個(gè) 10uf極性電容 1個(gè) 33pf電容 1個(gè) 1k電阻 2個(gè) 10k電阻 2個(gè) 排線 若干 USB轉(zhuǎn)串口線 1根 電烙鐵 一臺 面包板 1塊 焊錫 若干 +5V直流可調(diào)電壓源 1臺 壓力傳感器 1個(gè) 示波器 1臺 水管 1根 萬用表 1臺 鉗子 1個(gè) 電腦 1臺 15 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 ADC0804 ADC0804 的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖如下圖 ： 圖 ADC0804的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖 ADC0804 主要技術(shù)指標(biāo)如下： (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 (2) 分辨率： 8 位 (0~255) (3) 存取時(shí)間： 135 us (4) 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 100 us (5) 總誤差： 1 +1LSB (6) 工作溫度： ADC0804C 為 0度 70 度； ADC0804L 為 40 度 85 度 (7) 模擬輸入電壓范圍： 0V +5V (8) 參考電壓： (9) 工作電壓： 5V (10) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu) 16 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 ADC0804 的引腳圖如下圖 ： 圖 ADC0