【正文】 m/s,而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為 344m/s。系統(tǒng)軟件程序使用 匯編語言編寫。特別是對相關傳感器的介紹。 第二章：重點講解往返時間檢測法測距的理論,以及對超聲波探頭的工作原理進行詳細介紹。為了提高測量精度，我們又設計了一種以 51 單片機為核心的低成本、高精度、微型化數字的超聲波液位儀系統(tǒng)。表 波速與溫度的關系溫 度（℃ ）2010010203010波速（m/s ）319325323338344349386 論文的章節(jié)安排 本文首先介紹了超聲波液位儀測距的工作原理。溫度的影響：如下表 ，溫度的變化影響著聲速的變化，在正常環(huán)境中溫度的變化帶給聲速的變化為 %℃。在實際應用中，多種因素影響著傳播媒介及聲速。為了提高數據的精確度，重點探討超聲波在測量水平面高度時所受到諸如溫度，氣候以及超聲波強度衰減等因素的影響，以及采取相應的措施來減少誤差。綜合而言，超聲波液位儀具有非接觸、精度較高、實時測量、可靠性強等優(yōu)點，較為適合國內市場。超聲波液位測量方法與其它的液位測量方法相比，不易受光線、被測對象顏色等因素影響，利用這樣的特性，一般將儀器放置于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境之中。因為超聲波在空氣中的傳播速度大約為 334m/s(常溫下)，在同一介質中其傳播速度相對恒定，與激光的速度(3108m/s)相比，它的傳播速度要慢得多，所以對超聲波信號的處理較為容易。為了設計出價格便宜，精度較高的超聲波液位儀，本設計采用AT89S51為核心的單片機電路，同時使用雙探頭的方式發(fā)射和接收超聲波，基于超聲波測距的原理，算出液位的高度。對于小型用戶來說，不是理想之選。新型氣密結構、耐腐蝕的超聲波探頭可測量十幾米的液位[3]。同時，超聲波液位儀不存在可動部件，所以在安裝和維護上相應比較方便。這樣即便在有外界干擾的情況下，也能夠進行精確的測量?？梢詫⒏鞣N干擾信號過濾出來，識別多重回波。在進行液位測量前，必須充分了解液位測量的工藝特點，以此作為液位儀設計過程中的參考因素[5]。液位儀的量程從幾米到十幾米，測量精度亦大大提高。 超聲波液位儀的現(xiàn)狀 經過不斷的努力和探索，科技工作者己開發(fā)出了種類繁多、各具特色的液位儀。因為對計算的精度要求較高，所以本設計采用溫度補償和數字平均濾波的方法提高計算精度。 在軟件設計中，我們采用模塊化程序設計思想，將軟件主要分為超聲波驅動與數據處理模塊。由于超聲波液位儀需要測量十幾米距離，因此，針對超聲波在傳播時呈指數衰減的特性，我們采用了最大限度提高驅動能力、對回波進行多級放大等措施，擴大了測量范圍。本文在對超聲波傳播特性研究的基礎上，設計了基于單片機的超聲波液位儀的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并對硬件和部分軟件分別進行了相關的調試。如何解決這些問題，提高超聲波液位儀的精度，具有較大的現(xiàn)實意義。然而超聲波液位儀在實際應用中也有很多局限性會對測量數據的精確度造成一定的影響。學士學位畢業(yè)設計（論文）超聲波液位儀的設計學生姓名：指導教師： 所在學院： 專 業(yè)： 目 錄 摘要............................................................... IABSTRACT ........................................................... I前言............................................................... I1 緒論 .......................................................... 1 課題背景........................................................1 超聲波液位儀的研究背景與內容 .................................1 超聲波液位儀的現(xiàn)狀 .......................................... 1 論文研究內容 .................................................. 2 研究內容 .................................................... 2 論文的章節(jié)安排 .............................................. 3 2 超聲波的液位測量原理 ...........................................5 超聲液位儀理論基礎 ............................................ 5 超聲波介紹 .................................................. 5 超聲波探頭的結構和原理 ...................................... 5 T/R4016 超聲波探頭 .......................................... 7 傳感器的指向角Θ ............................................ 8 超聲波液位儀工作原理 .......................................... 9 超聲波液位儀工作原理 ........................................ 9 測量盲區(qū) ................................................... 10 本章小結 .................................................... 11 3 硬件總體設計 ................................................. 12 超聲液位儀總體設計 ........................................... 12 單片機電路 ................................................... 14 復位電路設計 ............................................... 15 電源電路設計 ............................................... 16 時鐘振蕩器 ................................................. 17 發(fā)射電路 ..................................................... 18 接收電路 ......................................................19 液晶顯示電路 ................................................. 20 ....................... ........................... 21 ........................................... 23 本章小結 ..................................................... 25 4 系統(tǒng)軟件設計 ................................................ 26 軟件總體設計 ................................................ 26 軟件設計流程圖 ............................................. 26 主程序結構流程圖 ........................................... 27 回波接收流程圖 ............................................. 29 中斷程序流程圖 ............................................. 29 ............................................... 30 ...................................................... 39 5 實驗結果分析及改進............................................. 40 .................................................. 40 ............................................. 47 本章小結 ..................................................... 48 6 結論與展望.....................................................48總結.............................................................. 49 參考文獻.......................................................... 49致謝.............................................................. 55 附錄一：超聲波液位計電路原理圖..................................... 55附錄二：超聲波液位儀PCB板圖....................................... 55附錄三：程序清單................................................... 55第一章 緒論 課題背景 超聲波液位儀的研究背景與內容 超聲波液位儀作為一種典型的非接觸測量儀器，在很多場合有廣泛的應用，諸如工業(yè)自動控制，建筑工程測量和水面高度測量等方面。與激光測距、微波測距等測量方法相比，由于超聲波在空氣中傳播速度遠遠小于光線和無線電波，時間測量精度的要求也遠小于激光測距、微波測距等，因而超聲波液位儀電路結構簡單，造價低廉，容易設計，且超聲波在傳播過程中不易受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各個場合均得到廣泛應用。諸如，環(huán)境溫度、風速等，使其無法達到要求。 目前，市場上的超聲波液位儀多數采用單片機作為對液位儀控制和運算的核心，系統(tǒng)的硬件設計決定著測量結果的精度。硬件設計的總體目標是力求在結構簡單、成本合理的前提下，盡量完善其功能。本設計運用單片機系統(tǒng)控制超聲波的發(fā)射、接收、溫度測量以及其它的各種功能。這有利于軟件的調試和修改。另外，對設計過程中發(fā)現(xiàn)和存在的一些問題〔從軟、硬件兩方面〕，分析了原因并提出了一些解決的措施和改進的辦法，為研制更加完善的超聲波液位儀打下了基礎。尤其是近二十年來，隨著微處理器的引入，測量儀表更是發(fā)生了革命性的變化。根據液位測量所涉及的液體存儲容器、被測介質以及工藝過程的不同，選擇不同類型的液位儀。 目前，進口的智能化超聲波液位儀能夠對接收信號做精確的處理和分析。分析信號強度和環(huán)境溫度等有關信息。超聲波液位儀不僅能定點和連續(xù)測量液位，而且能方便地提供遙測所需的信號。超聲測位技術可適用于氣體、液體或固體等多種測量介質，因而具有較大的適應性。 論文研究內容 研究內容 進口的液位儀功能齊全，精度較高，但是價格比較昂貴且維修不是很方便。而國內自行研制生產的液位儀價格相對便宜，但精度不高，功能相對單一。除此之外，也可以使用數字平均濾波的方式來提高數據的精確度。因此，這也體現(xiàn)了超聲波測距的獨到之處，加之其成本較低，所以超聲波是比較理想的信號源[2]。同時超聲波探頭具有結構簡單、價格便宜、體積小、信號處理可靠等特點。本篇論文研究的主要內容是基于超聲波液位儀的設計和提高精度方面的研究。 速度的影響： 超聲波在工業(yè)應用中的頻率為 5kHz5MHz，超聲波探頭到介質表面距離的計算公式如下：D= tC/2D：探頭到介質表面的距離t：聲波的傳播時間C：波的傳播速率 由此可知，除了聲波的傳播時間的測量準確性，聲波的傳播速度起著決定性的作用，聲速的變化取決于傳播媒介的不同。為了獲得更加準確的測量結果，超聲波液位儀可以由所處環(huán)境的不同來設定不同媒介的聲速[6]。在實際應用中，由于探頭周圍環(huán)境，超聲波傳播媒介的溫度以及被測介質的溫度不盡相同。接著基于測距原理，介紹了硬件設計。論文研究內容和章節(jié)安排如下： 第一章：介紹本課題的背景與意義，研究的歷史和現(xiàn)狀。 第三章：超聲波液位儀的主控制電路，重點介紹 51單片機和外圍電路的設計，以及各種器件的選擇。 第四章：超聲波液位儀的軟件設計，包括軟件流程圖，以及程序代碼的關鍵部分。 第五章：實驗結果分析及改進第六章：結論與展望第二章 超聲波的液位測量原理 超聲液位儀理論基礎 超聲波介紹 超聲波是一種人耳無法聽到的、頻率一