基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能液位傳感器畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))word格式

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西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

智能液位傳感器

摘要

摘要：介紹了壓力傳感器的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了智能液位傳感器。此設(shè)計(jì)通過壓力傳感器測(cè)出液體的壓力，輸出 0-+5V的模擬電壓通過ADC0804采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)

處理，由RS232串口通信送到上位機(jī)，并顯示出高度。此設(shè)計(jì)能完成 0-1.5m高度的液

位測(cè)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。

關(guān)鍵詞：智能液位傳感器，單片機(jī)，AD轉(zhuǎn)換器

Abstract：Thisarticlei ntroducestheapplicationofpressuresensor,anddesignsaintelligentlevelsensor.Thisdesigndetectstheliquidpressure

through thepressure sensors, andit willsend thevoltage from0to5Vwhich

isconverted into digital quantity bythesimulation ADC0804acquisition totheSCMprocessing.ThenthedigitalwillbesenttothePCwhichshowsthehigh

byRS232serial interface communication. Thisdesigncanfinish 0to1.5mhighlevelmeasurement,andaccuratetocm.Thisdesignmainhavepressuresensor,

asingle-chipmicrocomputer,andADC0804convertertoform.

Keywords：Intelligence level sensor ，Single-chip microcomputer，ADconverter

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目錄

緒論 4

1.1 設(shè)計(jì)目的 5

1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 5

1.3 智能液位傳感器的基本原理 5

總體方案設(shè)計(jì) 6

2.1 智能液位傳感器設(shè)計(jì)方案框圖 6

2.2 方案論證 7

2.3 方案可能的擴(kuò)展功能 8

單元模塊電路的設(shè)計(jì) 9

3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 9

3.1.1 傳感器輸出部分 9

3.1.2ADC0804數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化部分 9

3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 10

3.1.4RS232模塊 11

3.2 電路參數(shù)計(jì)算及元器件的選擇 12

3.2.1 元器件的選擇 12

3.3 特殊元器件介紹 13

3.2.1ADC0804 14

3.1.2 壓力傳感器D3B 16

3.4 個(gè)單元模塊的聯(lián)接 17

軟件設(shè)計(jì) 19

4．1軟件設(shè)計(jì)原理及所用的工具 19

4.1.1 單片機(jī)部分 19

4.1.2 上位機(jī)VB部分 20

4.2 軟件的設(shè)計(jì)流程框圖 22

4.3 軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 23

系統(tǒng)調(diào)試 24

5.1 硬件結(jié)構(gòu)部分 24

5.2VB部分 24

5.3 壓力傳感器部分 25

系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù) 26

6.1系統(tǒng)功能 26

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6.2 系統(tǒng)各部分的測(cè)試參數(shù) 26

6.2.1AD 部分調(diào)試參數(shù) 26

6.2.2 系統(tǒng)測(cè)量液面高度的數(shù)據(jù)參數(shù) 27

6.2.3 調(diào)試總結(jié) 27

7結(jié)論 29

總結(jié)與體會(huì)及感謝語 30

參考文獻(xiàn) 31

附錄 32

附錄1： 32

附錄2：程序 35

附錄3元器件清單 38

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緒論

液位檢測(cè)在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種類型的液位檢測(cè)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(chǎng)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(cè)液位的系統(tǒng)，此法是一種簡(jiǎn)單易行的方

案。本文利用壓力傳感器測(cè)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(cè)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(shí)。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(cè)量方法，單片機(jī)的基本應(yīng)用，顯示電路的連接等知識(shí)。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)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(duì)壓力傳感器輸出的電壓和對(duì)應(yīng)的液體高度進(jìn)行整理和多次測(cè)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(cè)出液體壓力，利

用ADC0804對(duì)傳感器的輸出電壓進(jìn)行采集并將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平信號(hào) 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。

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設(shè)計(jì)目的

理解并掌握智能液位傳感器的原理及實(shí)現(xiàn)的方法。

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。

培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，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

利用一個(gè)液位傳感器及周邊電路，完成液位到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；液位測(cè)量采用測(cè)量液體的壓強(qiáng)的方式；測(cè)量范圍0-1.5米；

設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)控制一個(gè)ADC對(duì)壓力變送器輸出的電信號(hào)進(jìn)行采集；

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；

設(shè)計(jì)單片機(jī)通信程序以及RS232電平轉(zhuǎn)換電路；

設(shè)計(jì)單片機(jī)相關(guān)運(yùn)行程序；

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；

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(cè)出在水管的水

的壓力，壓力變送器的輸出為是0-5V的模擬電壓信號(hào)（或是4-20毫安的模擬電流信號(hào)），利用ADC0804對(duì)傳感器的輸出電壓進(jìn)行采集并將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平信號(hào)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MS.COM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。

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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(shí)，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(duì)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：

利用應(yīng)變片自制的壓力傳感

AD轉(zhuǎn)換器

（ADC083）2

單片機(jī)最小系統(tǒng)

RS232串口通信

上位機(jī)顯示液面高

方案2：

壓力傳感器 AD轉(zhuǎn)換器

（ADC080）4

單片機(jī)最小系統(tǒng)

RS232串口通信

上位機(jī)顯示液面高度

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方案論證

對(duì)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2.1:

圖2.1

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(hào)但是非常小，所以在外部又加了一個(gè)差動(dòng)放大

將信號(hào)放大才能滿足AD0-+5V的輸入電壓的要求。但是此類的工作都是提供1.5mA

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(duì)其進(jìn)行測(cè)試線性度，但是測(cè)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(duì)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

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ADC080。4

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(jiǎn)單， 只是完成測(cè)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(cè)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）。

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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(huì)對(duì)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。

各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)

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(jí)電路一共實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：第一個(gè)是對(duì)模擬電壓信號(hào)的采集。第二個(gè)功能是將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

這一級(jí)的原理圖如圖 3.2：

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圖3.2 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(hào)采集轉(zhuǎn)換以及對(duì) RS232串口通信的控制。該級(jí)電路原理圖如圖 3.3：

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圖3.3 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(cè)得液面高度。

模塊的原理圖如圖3.4：

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圖3.4 RS232 電路圖

電路參數(shù)計(jì)算及元器件的選擇

3.2.1元器件的選擇

設(shè)計(jì)所用儀器及器件如下表1：

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單片機(jī)STC89C52

MAX232

1片

1片

ADC0804

1片

串口母頭

晶振

1個(gè)

1個(gè)

0.1uf 電容

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(tái)

面包板

1塊

焊錫

若干

+5V直流可調(diào)電壓源

1臺(tái)

壓力傳感器

1個(gè)

示波器

1臺(tái)

水管

1根

萬用表

1臺(tái)

鉗子

1個(gè)

電腦

1臺(tái)

表1

3.3 特殊元器件介紹

這一節(jié)將對(duì)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)。

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3.2.1ADC0804

ADC0804的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖如下圖3.5：

ADC0804主要技術(shù)指標(biāo)如下：

圖3.5ADC0804的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖

(1)

高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出

(2)

分辨率：8位(0~255)

(3)

存取時(shí)間：135us

(4)

轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us

(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：2.5V

(9)

工作電壓：5V

(10)

輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)

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ADC0804的引腳圖如下圖3.6：

引腳及功能特性如下：

圖3.6ADC0804 引腳圖

CS、RD、WR（引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平。其中CS和WR用來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。CS、RD用來讀A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)

果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器 DB0~DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進(jìn)制數(shù)碼。

LKI（引腳4）和CLKR（引腳19）：ADC0801~0805片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接一對(duì)電阻電容即可產(chǎn)生 A/D轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100μｓ。若采用外部時(shí)鐘，則外部fCLK可從CLKI端送入，此時(shí)不接R、C。

允許的時(shí)鐘頻率范圍為100KHZ～1460KHZ。

INTR（引腳5）：INTR是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號(hào)。如果將CS和WR端與INTR端相連，則ADC0804就處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS＝0時(shí)，允許進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

WR由低跳高時(shí)A/D轉(zhuǎn)換開始，8位逐次比較需8×8=64個(gè)時(shí)鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需要66～73個(gè)時(shí)鐘周期。在典型應(yīng)用 fCLK＝640KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為103μｓ～114μｓ。當(dāng)fCLK超過640KHZ，轉(zhuǎn)換精度下降，超過極限值1460KHZ時(shí)便不能正常工作。

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VIN（＋）（引腳）和VIN（－）（引腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從VIN（＋）和VIN（－）輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。如果輸入電壓 VＩＮ的變化范圍從0V到Vmax，則芯片的VIN（－）端接地，輸入電壓加到VIN（＋）引腳。由于該芯片允許差動(dòng)輸入，在共模輸入電壓允的情況下，輸入電壓范圍可以從非零伏開始，即 Vmin至Vmas。此時(shí)芯片的VIN（－）端應(yīng)該接入等于Vmin的恒值電碼墳上，而輸入電壓 VIN仍然加到VIN（＋）引腳上。

AGN（D引腳8）和DGN（D引腳10）：A/D轉(zhuǎn)換器一般都有這兩個(gè)引腳。模擬地 AGND

和數(shù)字地DGND分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合造成的干擾。

VREF／2（引腳9）：參考電壓VREF/2可以由外部電路供給，從“VREF/2”端直接送入，VREF/2端電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍的二分之一。所以輸入電壓的范圍可以通過

調(diào)整VREF/2引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)無需調(diào)整。ADC0804轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)序如圖 3.7:

圖3.7 工作時(shí)序圖

3.1.2壓力傳感器D3B

我們這次智能液位傳感器設(shè)計(jì)使用的傳感器部分采用的是壓力傳感器 D3B，液位測(cè)量采用的測(cè)量液體壓強(qiáng)的方式。壓力傳感器如下圖 3.8：

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傳感器主要參數(shù)如下：

圖3.8

工作電壓：4.2v—6.2v；壓力范圍：01000mm水柱，00.1Kg/c ㎡；電壓輸出：0.23v4.9v ；線性度0.2%；外型：30×30×20mm。

接線方式：每個(gè)接線柱下皆有標(biāo)示，G-接地，I-接+5V另與O-之間加載2.2K上拉電阻即可通過0-輸出

傳感器本身不能放到水里，所以設(shè)計(jì)時(shí)我們是利用水管引水到傳感器中央的壓力感應(yīng)膜上。

3.4 個(gè)單元模塊的聯(lián)接

個(gè)單元的聯(lián)接如下圖3.9：

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圖3.9 個(gè)單元模塊的聯(lián)接圖

說明：AD的輸入連接的是壓力傳感器的輸出端。

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軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)主要用到的軟件主要涉及到單片機(jī)的 c語言編程，上位機(jī)的 VB部分的界面編程。

軟件設(shè)計(jì)原理及所用的工具

單片機(jī)部分

單片機(jī)程序部分主要功能是：控制 ADC0804接收模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由 89C52

接收數(shù)字量，將處理后的數(shù)字量通過串口通訊傳給上位機(jī)。

該程序部分設(shè)計(jì)過程中使用的是 keil 軟件來編寫的，利用 STC-ISP軟件進(jìn)行下載和調(diào)試的。主要就是通過STC89C52來控制AD采集轉(zhuǎn)換部分和串口通信，該部分的核心程序如下：

voidadopen() //adc0804 初始化

{

wr=1;wr=0;wr=1;delay(1);rd=0;i=i;

i=i;// 延時(shí)

j=P1;

rd=1;

}

voidinitial()// 串口初始化

{

TMOD=0x20;//設(shè)置定時(shí)器1為工作方式2TH1=0xfd;

TL1=0xfd;TR1=1;

REN=1;// 串口始能REN=1時(shí)允許串行口接收數(shù)據(jù)SM0=0;// 模式1，8位數(shù)據(jù)，波特率由軟件設(shè)置

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SM1=1;

EA=1;// 總通斷

ES=1;// 串口通斷

}

上位機(jī)VB部分

這個(gè)部分主要是通過MicrosoftVisualBasic6.0 這個(gè)軟件來編寫一個(gè)上位機(jī)界面來顯示所測(cè)得到的液面高度，利用的 VB里面的串口通信控件MS.COM來實(shí)現(xiàn)的。

顯示的輸入的兩個(gè)部分都是顯示在 vb里的text 文本框里的。核心程序如下：

串口的設(shè)置如下程序：

PrivateSubForm_Load() ' 設(shè)置串口

MSComm1.Settings="9600,N,8,1" ' 串口通訊初始化：波特率為9600，沒有校驗(yàn)位，八位數(shù)據(jù)傳送，一位停止位

MSComm1.RThreshold=1

MSComm1.InputMode=comInputModeText ' 以文本形式接收數(shù)據(jù)

Combo1.AddItem"COM1"Combo1.AddItem"COM2"Combo1.AddItem"COM3"Combo1.AddItem"COM4"Combo1.AddItem"COM5"Combo1.AddItem"COM6"j=0

EndSub

程序的核心部分：VB的串口通訊控件MSCommPrivateSubMSComm1_OnComm()

DimaAsString

SelectCaseMSComm1.CommEvent

CasecomEvReceive ' 每接收一個(gè)數(shù)據(jù)就觸發(fā)一次事件

a=MSComm1.Inputb=Asc(a)

e(j)=b ' 收20個(gè)數(shù)據(jù)取平均值再顯示出來 減小抖動(dòng)

j=j+1

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Ifj=19Then

MSComm1.PortOpen=FalseFork=0To19

summ=summ+e(k)

Nextk

c=summ/20summ=0

i=(c/255)*10Ifi<0.08ThenText2.Text=0

Text1.Text=0

Else

Text2.Text=i*1.04

Text1.Text=18.33766*i*1.04EndIf

MSComm1.PortOpen=Truej=0

EndIf

EndSelectEndSub

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軟件的設(shè)計(jì)流程框圖

開始

ADC0804的初始化

串口的初始化

打開AD，對(duì)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換

串口通信將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)

VB通過MSCom控m件接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波，顯

結(jié)束

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軟件設(shè)計(jì)總結(jié)

軟件設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了所學(xué)的單片機(jī)課程和 VB語言中的知識(shí)，單片機(jī)中的程序用的是C語言。程序主要包含了 ADC0804的初始化；調(diào)用串口功能；串口的初始化；延時(shí)程序，主代碼段實(shí)現(xiàn)了打開AD并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換。

上位機(jī)利用的是VB的知識(shí)，利用串口通信控件MS.COM來實(shí)現(xiàn)的。編寫出來的顯示界面如下圖4.1：

圖4.1 顯示界面

該界面內(nèi)可以選擇串口端口號(hào)，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的基本要求，顯示了AD的輸入電壓和測(cè)得的液面高度值。

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系統(tǒng)調(diào)試

硬件結(jié)構(gòu)部分

硬件部分我們先是通過PROTEL軟件畫的AD部分；單片機(jī)部分和RS232部分的原理圖，然后這部分沒有畫PCB圖就直接用萬用板和排線進(jìn)行搭建的。這樣在焊接的過程中就會(huì)顯得比較麻煩，必須很細(xì)心才能很好的完成，如果哪個(gè)地方焊接錯(cuò)誤或者是將要用

到的引腳沒有焊接上都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能工作。 比如像我們這次的設(shè)計(jì)就出現(xiàn)過這樣的問

題，在焊接完單片機(jī)最小系統(tǒng)和RS232串口通信后覺得因該能下載程序到單片機(jī)內(nèi)部了，結(jié)果利用直流可調(diào)的穩(wěn)壓電源給單片機(jī)加了 +5V的工作電壓結(jié)果單片機(jī)不能工作。在經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是單片機(jī)沒有起振，然后發(fā)現(xiàn)是晶振的兩個(gè)引腳焊接反了，這樣小小的失誤會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

在焊接好ADC0804部分后我們對(duì)其進(jìn)行了調(diào)試，在調(diào)試AD時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)通過P0口始終不能將數(shù)據(jù)寫到AD，后來經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)，要想使P0口輸出數(shù)據(jù)必須在P0口接上拉電阻，后來我們換P2口為數(shù)據(jù)輸出口，才成功將AD驅(qū)動(dòng)成功。

VB部分

上位機(jī)部分的調(diào)試是結(jié)合前面的 AD采集系統(tǒng)一起來進(jìn)行調(diào)試的這樣下過會(huì)更直

觀。這里的調(diào)試用到了直流可調(diào)的穩(wěn)壓電源，給單片機(jī)加上+5V的工作電壓后在AD輸入端加上0-5V的輸入電壓然后利用RS232串口通信將采集并轉(zhuǎn)換的電壓值顯示在 PC上利用VB做的顯示界面上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)AD沒有給輸入電壓時(shí)，上位機(jī)顯示有輸入電壓，經(jīng)過查資料發(fā)現(xiàn)這是由于由于AD器件本身的原因，當(dāng)沒有給輸入時(shí)，其輸入端呈高阻狀

態(tài)，所以當(dāng)沒有輸入時(shí)，所測(cè)到得電壓是錯(cuò)誤的，為了解決這個(gè)問題我們嘗試了幾種方法，其中是用運(yùn)放做電壓跟隨器來進(jìn)行阻抗變換，使 AD輸入端不再懸空，但是由于很多運(yùn)放都不是軌道軌的運(yùn)放（即不是滿伏輸出運(yùn)放），而且會(huì)大大增加硬件的結(jié)構(gòu)，所以不選擇這種方法，后來我們想到給輸入端加下拉電阻的方法，可以將輸入端電壓拉至地端，并且當(dāng)有輸入時(shí)，其顯示的電壓也是輸入電壓。

在剛開始設(shè)計(jì)上位機(jī)顯示這部分時(shí)我們沒有想到由于系統(tǒng)整體的原因，所采集到得數(shù)據(jù)有很大的抖動(dòng)，討論過后發(fā)現(xiàn)是有多方面的原因的。其一就是我們這次設(shè)計(jì)采用

的AD0804的采集轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，這個(gè)時(shí)間是非常短的所以數(shù)據(jù)在不斷地更新。后來經(jīng)過老師對(duì)數(shù)字濾波的詳細(xì)講解，我們下來也查閱了于數(shù)字濾波相關(guān)的資料，然后運(yùn)用

到上位機(jī)部分。在程序部分利用取多組數(shù)據(jù)再取均值的方法，雖然系統(tǒng)的測(cè)試速度有所

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變慢，但數(shù)據(jù)抖動(dòng)很小，只在百分位抖動(dòng)，影響不大。

VB加的部分程序如下：

Fork=0To19summ=summ+e(k)

Nextk

c=summ/20summ=0

i=(c/255)*10

壓力傳感器部分

傳感器部分主要我們是購(gòu)買的成品回來，在調(diào)試時(shí)主要是檢驗(yàn)其是否到達(dá)要求，輸

出的線性度如何。在測(cè)試時(shí)我們把 G-接地，I-接+5V另與O-之間加上2K上拉電阻即可通過0-輸出，然后給傳感器裝上水管后先不加水看起輸出的電壓時(shí)多少， 再不斷的加水看輸出的電壓是否在給的范圍之內(nèi)，再加水到傳感器的極限輸出即傳感器的最大輸出電壓是多少。

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系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)

系統(tǒng)功能

本次設(shè)計(jì)的智能液位傳感器主要能實(shí)現(xiàn)以下功能：

壓力傳感器采用的測(cè)量液體的壓強(qiáng)的方式來實(shí)現(xiàn)測(cè)量液面高度；

設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)能控制ADC對(duì)壓力傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換；

測(cè)量范圍能基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求在 0-1米的范圍內(nèi)誤差較??；

能在上位機(jī)上直觀的顯示出測(cè)量的液面高度；

系統(tǒng)各部分的測(cè)試參數(shù)

AD部分調(diào)試參數(shù)

在調(diào)通AD后我們對(duì)AD的數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下圖 6.1：

圖6.1AD 的采集數(shù)據(jù)與給定的輸入數(shù)據(jù)

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這幾組數(shù)據(jù)都是在室內(nèi)測(cè)得的，都是在室溫接近 30度的情況測(cè)得。我們對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，一共測(cè)了5組數(shù)據(jù)（給定的輸入電壓是在直流穩(wěn)壓電源上直接讀的，而測(cè)得的數(shù)據(jù)則是通過我們所做的上位機(jī)顯示程序讀出來的） ，求出了每組數(shù)據(jù)的樣本均值和樣本方差，通過直觀的觀察發(fā)現(xiàn)和給定的 AD輸入誤差不是很大，我們也通過excel做表發(fā)現(xiàn)這幾組測(cè)得的數(shù)據(jù)與給定的輸入電壓誤差很小。 這說明AD的線性度還是比較高的。

系統(tǒng)測(cè)量液面高度的數(shù)據(jù)參數(shù)

這里測(cè)的數(shù)據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)組在一起進(jìn)行的測(cè)量，測(cè)量我們所給的液面高度。測(cè)得的數(shù)據(jù)如下圖6.2:

圖6.2 液面高度的測(cè)量數(shù)據(jù)

這些數(shù)據(jù)都是在室內(nèi)測(cè)得的，在室溫 30度左右測(cè)得。一共測(cè)了三組數(shù)據(jù)，電壓利用上位機(jī)顯示程序直接讀得，而高度的數(shù)據(jù)則是用米尺測(cè)得，一個(gè)電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)液面高度。數(shù)據(jù)處理則是求斜率的問題，每一個(gè)高度對(duì)應(yīng)一個(gè)斜率主要為后面的上位機(jī)顯示液面高度的VB程序找一個(gè)理論的依據(jù)。這樣也可以看壓力傳感器的工作的線性度如何。

調(diào)試總結(jié)

通過調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)調(diào)試時(shí)最費(fèi)時(shí)間的藥考慮很多因素， 調(diào)試過程要將整個(gè)系統(tǒng)組合起來看工作是否正常，能否達(dá)到基本的要求。

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我們?cè)O(shè)計(jì)的只能液位傳感器能基本滿足設(shè)計(jì)的基本要求， 通過壓力傳感器測(cè)量液位的壓強(qiáng)方式,ADC0804對(duì)壓力傳感器的輸出的模擬電壓進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)然后通過RS232串口通信傳送到上位機(jī)上顯示液面的高度。實(shí)現(xiàn)了將二進(jìn)制的量化轉(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)。測(cè)量范圍在0-1米內(nèi)時(shí)誤差能基本滿足要求。誤差主要就是來至壓力傳感器的輸出與 ADC0804的輸入有一定的差距，這主

要是由于整個(gè)系統(tǒng)連接起來過后傳感器的內(nèi)部電阻將其輸出電壓拉下來了， 我們?cè)谝院?/p>

對(duì)系統(tǒng)加入電壓跟隨器來改善。

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結(jié)論

本次設(shè)計(jì)的智能液位傳感器達(dá)到了預(yù)期的基本要求，主要特色之一就是直接利用壓力傳感器測(cè)液體的壓力的方式實(shí)現(xiàn)了測(cè)液面的高度，這種方式實(shí)現(xiàn)起來比較容易；其二就是將測(cè)量系統(tǒng)與 PC機(jī)相結(jié)合起來這樣對(duì)數(shù)據(jù)的讀數(shù)比較直觀，并且能精確到厘米。不過此設(shè)計(jì)也有很多不足之處，測(cè)量時(shí)要在容器的底部開口才能讀出壓力，還可以加入報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)量超出范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。還有就是還可以加上一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，這樣要對(duì)以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的地方非常有幫助。

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總結(jié)與體會(huì)

綜合上述各部分的測(cè)試結(jié)果，本設(shè)計(jì)完成了課程設(shè)計(jì)的大多數(shù)的要求?；具_(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

這次智能綜合設(shè)計(jì)歷時(shí)接近一個(gè)月，在這期間可以說是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多書本上沒有接觸過的知識(shí)。以前接觸的那些程序都是很短很基礎(chǔ)的，但是在課程設(shè)計(jì)中碰到了一些復(fù)雜的程序編寫，這時(shí)畫程序方框圖就顯得很有必要了。通過畫程序方框圖可以使我們對(duì)所要完成的每一步任務(wù)都有一個(gè)很清楚的思路，讓我們明白每一步的任務(wù)，同時(shí)在程序測(cè)試的過程中也有利于查錯(cuò)。

另外，以前對(duì)于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，經(jīng)過一段上機(jī)的實(shí)踐，對(duì)于怎么去排錯(cuò)、查錯(cuò)，怎么去看每一步的運(yùn)行結(jié)果，怎么去了解每個(gè)寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。

這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最后在同學(xué)們的幫

助下并且查閱了很多相關(guān)的資料才得以解決。通過本次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步溫習(xí)和鞏固了課本的理論知識(shí)，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，同時(shí)也增強(qiáng)了我通過檢索資料來獲取相關(guān)專業(yè)信息以及利用檢索到的信息來解決面臨問題的能力。 本次設(shè)計(jì)使我深刻認(rèn)識(shí)到自己軟件編程方面的知識(shí)薄弱，同時(shí)也使我體會(huì)到軟件編程在實(shí)際硬件電路連接中的重要作用，軟件編程的使用使硬件開銷大大減少，同時(shí)也使設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)潔易于控制，在今后的學(xué)習(xí)中我們會(huì)加強(qiáng)軟件編程方面知識(shí)的積累和運(yùn)用， 會(huì)更加注重理論與實(shí)際的結(jié)合。

在這次作品制作過程中，我們知道了要真正的做出作品需要考慮非常多的因素，有

些看似不起眼的細(xì)節(jié)都可能對(duì)電路產(chǎn)生巨大的影響，如連線是否可等。通過這次課程設(shè)計(jì)自己看到了許多工程和一些產(chǎn)品中的要求， 讓自己明白了自己現(xiàn)在缺乏很多工程意識(shí)和思考問題的全面性。

在此我要特別感謝我們的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師鄭海春老師。 在設(shè)計(jì)過程中他為我們提

供了很多的幫助和指導(dǎo)。在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)， 在此我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我們組幫助的所有同學(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！

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參考文獻(xiàn)

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謝自美.電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測(cè)試[M]. 武漢：華中科技出版社，2000.5

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附錄

附錄1：

總電路圖如下圖1：

實(shí)物圖如下圖：

圖1 總電路圖

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實(shí)物圖1

實(shí)物圖2

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實(shí)物圖3

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附錄2：程序

單片機(jī)程序如下：

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;TR1=1;

ucharflag,i,j;sbitwr=P3^6;

sbitrd=P3^7;

REN=1;//串口始能口接收數(shù)據(jù)

SM0=0;//模式1，8

REN=1時(shí)允許串行

位數(shù)據(jù)，波特率由

voiddelay(uintz)

{

軟件設(shè)置

SM1=1;

uintx,y;

EA=1;//總通斷

for(x=z;x>0;x--)

ES=1;//串口通斷

for(y=110;y>0;y--);

}

}

voidmain()

voidadopen()//adc0804 初始化

{

{

initial();

wr=1;

while(1)

wr=0;

{

wr=1;

adopen();

delay(1);

if(flag==1)

rd=0;

{

i=i;

ES=0;

i=i;// 延時(shí)

flag=0;

j=P1;

SBUF=j/2;

rd=1;

while(!TI);

}

TI=0;

ES=1;

voidinitial()// 串口初