1. 研究目的与意义
一、课题背景与意义
随着科技的进步发展，电子技术已被广泛应用到测量技术中，使得自动精确测量得以实现。 在此基础上，由于使用超声波完成测距精度高、受被测介质影响较小，因此得到了更加广泛的利用。针对工农业生产中由于性质特殊不能使用直接接触式传感器的特殊性质液体，设计了一种基于单片机的超声波液位智能控制系统，不同于单纯的超声波测距仪器，该系统可以通过系统中的能量转换装置实现超声波和电脉冲信号的相互转换，这样就能够在完成对特殊性质液体液面高度测量的同时，由单片机接受并进行传输信号的处理，以完成自动化液位控制。
基于此，为了能够实现摆脱人工对工农业生产中特殊液体的液位高度调节进行自动控制，本课题要求设计一款基于单片机的超声波液位智能控制系统。该系统通过超声波传感器对被测液体液位的高度进行实时测量，再由单片机进行数据的分析处理，将电机是否需要启动的分析结果传输到电机控制系统中，通过启动和关闭相应水泵自动调整液位，将液位控制在规定的上下限范围内，实现摆脱人工对特殊液体自动化液位控制。2. 课题关键问题和重难点
二、课题拟解决的关键问题及难点
液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该设计以单容液位控制为研究对象来模拟工业过程特征，由stc89c52单片机最小系统、ds18b20、超声波传感器模块、4个键盘、lcd1602显示、报警系统和步进电机等组成。它具有设置上下限、超限报警、自动控制步进电机（模拟阀门的开度）液位和测距切换等功能，根据现场控制要求设定液位上下限，当液位低于下限时，装置打开外接水泵进行注水，直到液位达到要求随时停止。
课题难题：
3. 国内外研究现状（文献综述）
三、文献综述
液位这个名词现在已经频繁的出现在现代工业里面，究其根本还是因为其重要性，在各种领域包括，饮料的生产，石油的贮存，自来水的过滤等等等。在这些方面液位都必须精确并且实时的被控制和调动着。这一方面的研究在国外由于超声波测距与其他方法相比性价比更高，所以更加适于民用推行和使用。这项技术也可用于工业测量领域。
超声波常经常用于测量距离是因为超声波不仅有很强的指向性，而且能量消耗迟缓，还有个优势就是能 够在介质中传播很远的距离，因而，测距等都可以利用 超声波来完成。使用超声波检测往往相比来说更加迅速、 便利、计算简略、实时控制也易于实现，并且对于工业在测量精度方面的要求也能够实现，因此在移动机器人 的研发和制作上也得到了广泛的运用。 ref _ref124803385 \r\h \* mergeformat [1]
4. 研究方案
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四、方案 设计方案： 硬件流程如图1所示，此次设计包括超声波液位控制系统，包括超声波收发模块、单片机、显示液位值的显示模块以及进水阀门。将本次设计的超声波收发模块置于所述容器之上，将超声波收发模块与所述单片机电性连接，以及单片机输出端分别与显示模块以及进水阀门连接，并且将单片机输出端与该出水阀门连接。还可以额外增加显示模块，包括当前液位显示模块与设定液位显示模块。以及超声波收发模块包括超声波发射器和超声波接收器。
图1硬件流程图 超声波外测液位系统的硬件设计
（1）超声波发射电路。本设计采用可控硅放电脉冲电路实现超声波发射电路。超声波发射电路由超声波探头和放大器组成，其中通过超声波探头经放大电路将电信号转化为机械波，即发送超声波。 （2）超声波接收电路。超声波接收电路首先对超声波信号进行放大、限幅、滤功能波、整形和比较，其中超声波回波信号的前级放大电路是本设计的难点。当接收到的信号经过以上一系列处理之后，到微处理器请求中断，微处理器便会停止计时，进行数据的处理。 （3）微处理器控制系统。微处理器控制系统的主要功能是输出单脉冲信号控制发射电路发射超声波，扫描并控制接收回波信号，然后进行数据处理并显示已经与上位机的通信。 （4）温度测量电路。温度测量电路采用热敏电阻对温度进行测量，并将数据传给微处理器，微处理器进行数据处理从而实现对超声波传播速度的校正。 （5）显示电路和通信电路。显示电路采用7 段LED 数码管显示。而通信电路则采用RS－485 接口实现超声波外测液位系统与上位机之间的异步串行通信。 （6）电源电路。电源电路的主要功能是为系统进行供电，在此次设计中主要采用降压变压器、三端稳压电源模等实现系统所需要的直流电源。
软件流程图如图2所示。此次设计中的系统软件部分设计思路与硬件部分设计思路相似，程序使用C51编写。程序采用模块化设计，将系统各个功能单独编写，使用时只许调用相关函数，大大增强了程序的易读性和可维护性，方便后期维护和功能拓展。 软件部分包括主程序、超声波与数据处理函数、功能函数、定时中断函数、外部中断函数、显示函数和报警函数。超声波与数据处理函数用于给超声波发射器提供工作信号。功能函数用于完成一些参数的设置并对测出的数据进行计算，然后将计算出的数据送到LCD屏显示，它还需要完成计时，复位等功能。定时中断函数用于计算超声波从发射到接收所用时间并控制电压信号每12μs翻转一次。外部中断函数在控制外部中断的开关同时可以记录当前定时器的0值。显示函数用来显示测距模块反馈回的信息。报警函数可以在水位超出最高(低)限制后将蜂鸣器电压提升至高电平使蜂鸣器发出警报声。 主程序对系统进行初始化并开始首次水位检测，功能函数通过对超声波发出返回用时和其它参数的计算出当前的水位，如果水位没有超出最高(低限制则不触发警报并继续对水位进行检测。若水位超出最高(低)限制则向显示屏和蜂鸣器发出信号，在屏幕上显示超限信息并发出警报。
图2软件流程图
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5. 工作计划
五、工作计划
第 1 周：接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料；
第 2 周：阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；
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