基于单片机超声波液位控制器设计

发表时间：2020-11-17T11:43:58.627Z 来源：《科学与技术》2020年20期 作者： 王婷尧 王小双 李泉江[导读] 为了能够有效的减少人工在农业生产工作当中，对液体的液位高度控制工作上的消耗， 王婷尧 王小双 李泉江

辽宁科技大学电子与信息工程学院 114000

摘要 为了能够有效的减少人工在农业生产工作当中，对液体的液位高度控制工作上的消耗，从而设计出基于单片机的超声波液位高度自动控制器，该机器是利用超声波的方式，结合单片机的功能，对液体水位进行监测。该机器可以将监测得出的结果通过传感器进行实时的传送，再利用单片机的分析功能进行数据分析，之后将单片机得出的数据分析结果进行处理，最后得到一个是否需要启动电机的指令，再将指令传输到电机控制系统当中，这一环节就可以做到对液体水面位置进行智能控制与监测的工作，可以有效地减少人工对液位进行控制的工作量。

关键字：单片机；超声波；液位控制器；前言

伴随着国家的发展社会的进步，电子科技也在不断地开发，电子设备不断地被利用到各行各业的生产活动当中，同时对于液位检测工作也可以使用相关的控制器，让检测工作能够自动与智能，并且更加精确。因此，本文提出结合单片机利用超声波做出可以自动对液面进行检测与控制的机器，本机器由于超声波的优势可以对测距精度要求较高、被测介质较为复杂的液体进行检测。并且在农业生产活动当中，对于液体的液位检测工作是必不可少的，人工可以对一些没有危险的液体进行检测，但是若是需要对一些特殊的而液体液位进行检测就需要该机器进行辅助的工作。本机器可以代替直接接触式的传感器对液位进行检测，而本篇文章将以水资源为例，进行对基于单片机超声波液位控制器的设计进行简要阐述。一、该设计的项目背景

随着我国综合实力的提升，社会经济高速发展，人口数量也在不断的增加，因此我国对于环境的需求也在日益提升，因此人们应该加大对水资源的环保意识，在日常生活当中节约用水。但是对于日常生活以及工业方面，对于水位的控制也是一项重要的工作。在人们生活当中，水占着关键的影响地位，若是突然停水，一定会影响到人们的日常生活以及生产活动，对其带来许多困扰，若是某个地区长时间的缺水，带来的负面影响会更大，严重到会影响到生态环境的稳定性，造成一些无法挽回的损失。因此需要对水资源的水位进行控制，这样才可以保证供水的可持续性。在供水的工作当中主要会出现空塔以及溢塔的情况，因此对于供水，就需要保持塔内的水位在规定的范围内，对塔内的水位进行控制。本设计就[ 基金项目:辽宁科技大学电子与信息工程学院大学生创新创业计划专项经费资助项目(项目编号:202010146315)。

作者简介:王婷尧(1998－)，女，辽宁省丹东人，本科。研究方向:互联网+控制]在这种背景下开发，所设计出来的工作内容就是对液体的液位进行检测的作用，当检测出的液位高于水位的上限，就会关闭电机注水工作，打开排水工作，让液位保持标准值；反之液位低于下限值时，就会通过电机打开注水的工作。并且本设计还带有自动警报系统，可以帮助工作人员进行检测的工作，并且可以让工作人员及时的发现异常情况，及时地进行维修排除出现的故障，保障及时可以正常的对外供水。二、设计的项目内容

我国国内对于液位检测的方法有许多，所使用的机器也不少，较为常见的机器就是利用单片机进行控制的机器，以及直接接触液面的检测机器，但是随着经济的发展，直接接触类的检测机逐渐被淘汰，而利用单片机进行检测的机器脱颖而出，发展到现在，对于单片机的开发技术也相较稳定成熟，单片机逐渐发展成了集成度高，体积小，可靠性强，控制功能强的机器，因此，对于中小型或是民用产品而言，单片机用于控制水位的系统较为常见。

本次设计的中央处理系统使用的是AT89S52单片机，本机器的系统也是基于单片机进行检测控制的工作。所设计出的机器具有较高是使用价值。与PLC控制系统相比较，在使用时所消耗的成本也大大的减少，于此同时，优化了一些细节，加强了对控制的运行速度。并且根据对此的仿真实验数据表明，所设计出的系统可以独立地稳定运行。并且本系统的稳定性高，操作与控制简易，有效保证生产的正常运行。三、超声波液位控制器的设计方案及关键技术（一）超声波液位控制器的系统架构

本机器的系统中央处理器是选取了AT89S52单片机，在整个控制系统当中主要的模块有以下几个：中央的数据处理模块、超声波用于检测液位的测距模块、A\\D的转换模块、接收到需要报警的警报模块、液晶显示器模块、指令输入的键盘输入模块与电机的控制模块。本机器主要以单片机芯片为核心，利用超声波的传感技术进行高精度的检测工作，再利用单片机对水泵的控制功能完成整个对液面进行检测以及控制的工作，以达到对液位进行控制的功能。（二）超声波液位控制器的系统工作原理

本机器的检测系统采用的是超声波自动检测系统，在检测时，使用超声波测距系统对液位高度进行检测，将得到的数据利用A\\D的转换器进行处理，处理之后以点信号的方式发送到单片机处。而单片机主要是对水泵以及抽水电机、排水电机、显示器与报警装置进行控制的工作。当单片机接收到相关的指令就会进行控制，例如：当超声波检测到液体的液位过高，并且高出的高度超出规定的范围，达到限值时，单片机会启动电机抽水水泵，使得液体排出以保证液位处于标准值；当超声波检测出的液位低于标准值，单片机接收到信号，就会启动排水水泵注入液体，让液位上升，以达到标准水位。整个过程可以从电路的角度进行理解，将液位会出现的状态分为三类，分别是：低水位状态、高水位状态以及正常水位状态，传感器在检测到低水位状态时，就会将高电频型号传输给单片机，启动报警系统，开启注水水泵。

（三）超声波测距模块

在本次设计的机器系统当中，超声波测距模块是核心技术。超声波指的是以人类能够听见的声音频率类型从0赫兹为开始，高于20赫兹的声波，并且超声波人类的耳朵无法听见，超声波的赫兹最高可以达到1011赫兹。在本机器当中使用超声波的原因是因为超声波可以以任何物质为介质进行传播活动，因此在液位的测量工作当中可以利用超声波的脉冲反射以及脉冲反射回波完成对液位高度的测量工作。四、结束语

在农业生产的工作当中利用单片机超声波液位控制机器对液位进行检测可以有效的提高检测的精度已经检测结果的准确性，还可以对不同种类的液体进行检测的工作，与此同时，本机器还兼顾自动排水与注水的功能，以及报警等附加功能，让对液位的检测工作更加的自动化与智能化，希望后续可以对本机器进行完善，可以实现对液位监控的工作能够摆脱人工控制，通过只能控制的功能减轻人工的劳动量。参考文献

[1]谢立鑫.?缓冲罐液面平衡工作控制器设计[D].东北石油大学,2011.

[2]巩庆民.?基于CAN总线的超声液位检测系统研究与设计[D].河南理工大学,2009.

[3]白占元,徐皑冬,赵伟,王乐辉.?基于无线传感器网络的明渠流量测量系统设计[C].?中国仪器仪表学会.第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（1）.中国仪器仪表学会:《仪器仪表学报》杂志社,2008:383-385. [4]赵永斌,王爱军.液位的限位控制与选型[J].中国仪器仪表,2006(04):78-80.