论文总字数：25401字

摘 要

传统直接测距方法在很多特殊场合如带腐蚀的液体、强电磁干扰、有毒等恶劣条件下，测量过程会受到不同程度的限制，而超声波测距则能很好的解决此类问题。基于单片机的液位检测系统主要以STC89C52单片机为核心，通过超声波测距模块HC-SR04发射和接受信号，结合超声波测距原理计算出前后时间差，通过温度传感器DS18B20测出实时温度，结合温度补偿，算出距离。最终将结果显示在液晶屏LCD1602上，如若液位超过警戒值还可通过蜂鸣器进行报警。此系统从根本上解决的传统测距方式的弊端，测距过程更加方便、快捷，适用于各种场合。

关键词：超声波测距模块，STC89C52，LCD1602，温度补偿

The Design of

Liquid Level Detection System Based on Single Chip

Abstract

In many special occasions, traditional measuring distance methods based on the existence of insurmountable distance measuring defects, such as the measurement of corrosion in the liquid with strong electromagnetic interference, toxic and other adverse conditions. The ultrasonic range can be a very good solution to the problem. This system mainly uses STC89C52 microcontroller as the core, hardware platform combined with the HC-SR04 ultrasonic ranging module, LCD1602, DS18B20, buzzer etc.Analyzed and validated the principle of ultrasonic ran, LCD display, Temperature compensation, the application of single-chip microcomputer etc.

Keywords: ultrasonic ranging module,STC89C52,LCD1602, Temperature compensation.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1选题背景 1

1.2国内外发展现状 1

第二章 超声波测距的原理 3

2.1 超声波的基本理论 3

2.1.1 超声波的传播速度 3

2.1.2 超声波的物理性质 4

2.1.3 超声波对声场产生的作用 6

2.1.4 超声波传感器 6

2.2 超声波测距系统原理 7

第三章 系统硬件的具体设计与实现 8

3.1 系统原理和框图 8

3.2 单片机介绍 8

3.1.1 STC89C52管脚说明 9

3.1.2 STC89C52主要特性 10

3.1.3 芯片擦除 11

3.2 超声波测距模块HC-SR04 11

3.2.1 产品特点 11

3.2.2 基本原理 11

3.2.3 电气参数 12

3.2.4 超声波时序图 12

3.3 LCD1602液晶显示 13

3.3.1 引脚说明 13

3.3.2 字符显示地址说明 13

3.3.3 读写时序操作 13

3.4 DS18B20温度传感器 14

3.4.1 芯片简介 14

3.4.2 DS18B20外形和内部结构 15

3.4.3 DS18B20与单片机的典型接口设计 17

第四章 系统软件设计 18

4.1 程序设计思路 18

4.2 程序流程图 19

4.2.1主程序流程图 19

4.2.2 温度采集程序流程图 20

4.3主程序 20

第五章 结 束 语 24

致 谢 25

参考文献 26

附 录 27

1.源程序 27

2原理图 44

绪 论

1.1选题背景

目前，液位测量技术已经广泛的运用在工业部门和日常检测部门中。例如：液位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。在测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在十分复杂的条件与环境中。例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。这些都大大的提高了对测量技术的要求。所以能实现测量的无接触与智能化是液位测量计现在的主要发展方向。

近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。在现代工业生产中，常常需要测量容器中液体的液位。在一般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。液位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要。

随着各行业的快速发展，液位测量已应用到越来越多的领域，不仅用于各种容器、管道内液体液位的测量，还用于水渠、水库、江河、湖海水位的测量。这些领域使用传统的液位测量手段已经无法满足对其精确性的要求，所以超声波液位测量这种新的测量方向已经成为一种新的手段被广泛的应用。

1.2国内外发展现状

目前国内外各种液位测量技术，根据是否与液体接触，大致可分为接触式测量与非接触式测量两种方法。

接触式液位测量系统的共同特点是测量感应元件和被测物接触，因此容易出现仪表测量物的磨损、堵塞或者腐蚀。根据工作原理的不同有磁致伸缩测量技术、音叉液位测量技术、伺服式测量技术、差压式测量技术、电容式测量技术等几类常见的测量技术。 

非接触式液位测量系统的共同特点是测量敏感元件和被测体不接触，测量仪表不受被测介质的影响，但容易受到被测介质和环境因素影响。比较新兴的非接触式液位测量技术包括超声波测量技术、微波雷达测量技术、辐射液位测量技术、光纤测量技术等。

对于液位测量传感器的研究，国外的液位测量技术起步较早，且投入资金雄厚，发展非常迅速，到目前为止，国外许多公司都研制出很多功能齐全的、自动化智能程度高、精度高的测量体系与产品系列，如美国DREXELBROOK公司研制的Universall ⅡTM连续液位变送器（其精度可达0.1%，量程最大15米，4-20mA电流输出，上、下限位报警，叠加智能通讯协议—HART、Honeywell等），美国在液位传感器的研制方面也一直处于领先地位。美国Milltronics公司研制的多量程超声波液位监测系统具有测量液位及液位差的能力，其采用的非接触式超声波传感器，可监视30cm到14m范围的液位变化，该系统专门编制了一种增强回声的软件程序，多量程系统被监视槽的超声波分布图储存在计算机存储器中，采用连续测量确定液位方法来修改分布图；Magmetrol国际公司的Echtel-FⅡ型超声波液位控制仪有两种控制模式：连续波信号的高增益系列和脉冲信号的超增益系列，还增加了一个检验机构，使之具有自检功能，避免了一般超声波仪器中零电压输出即可能表明无液体，也可表明低液位或控制出现故障等问题。Hybepark电子公司的双液位传感系统采用二只分别调节上限和下限液位的电位计，超声波探头安装在液体之上且与控制装置连接，控制装置比较被感受到的极限液位后去启动指示器和继电器，然后启动液位输出。美国的DREXELBROOK公司与ROSEMOUNT公司以及日本、加拿大等国公司研制开发的产品在国际市场上占有很大的比重。据统计，DREXELBROOK公司至今在全世界已经有3万多例成功的现场应用。

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