謝宇情　儲倩倩

【摘 要】基于單片機的超聲波液位儀是以單片機及電容等元件構(gòu)成的最小系統(tǒng)為核心，以時差法超聲波測距原理為理論依據(jù)，利用超聲波作為測量信號對封閉式或敞開式罐體中的液面高度進行自動檢測和數(shù)據(jù)處理，減少了測量過程中的人工干預(yù)，方便了操作人員對液位的實時監(jiān)控，并通過與手機之間進行通信、保存有關(guān)數(shù)據(jù)，從而更好地對罐體的液位情況進行管理和監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】單片機；超聲波；藍牙；液晶顯示

中圖分類號： TN925；TP368.33 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0100-002

Design of Intelligent Liquid Level Meter Based on Bluetooth Transmission

XIE Yu-qing CHU Qian-qian

（School of Electronic and Communication Engineering，Anhui Xinhua University，Hefei 230088，China）

【Abstract】Ultrasonic liquid level instrument based on single-chip microcomputer is based on the minimum system composed of single-chip microcomputer and capacitor and so on. It is based on the principle of time-difference ultrasonic distance measurement and uses ultrasonic as the measurement signal for closed or open tanks. The automatic detection and data processing of the liquid surface height reduces the manual intervention in the measurement process， which facilitates the operator's real-time monitoring of the liquid level， and communicates with the mobile phone and saves the relevant data， thereby improving the tank body. The level of the situation is managed and monitored.

【Key words】Microcontroller；Ultrasound；Bluetooth；LCD display

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要對封閉式或敞開式容器中的液體等被測介質(zhì)的高度進行連續(xù)的測量，或是對被測介質(zhì)是否達到某一位置的高度進行檢測，能夠進行該項檢測工作的儀器儀表被稱作液位儀。特別是在高溫、強腐蝕、強粘附和粉塵大的惡劣環(huán)境下的液位檢測，非接觸式的液位儀是非常適合的選擇，從而摒棄過去的直尺式或浮球式的測量。而隨著單片機和微機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個行業(yè)。

因此，為了減少人工測量所帶來的危險性和數(shù)據(jù)測量的不準(zhǔn)確性，設(shè)計了一款以STC89C52單片機為控制核心的液位測量系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)手動測量水位和控制抽放水操作，還可以通過藍牙通信裝置與手機保持通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測量和控制，從而達到智能、安全、準(zhǔn)確和操作簡單的目的。

1 硬件電路的設(shè)計

本設(shè)計中所涉及的功能芯片主要有STC89C52、LCD1602、藍牙模塊HC05和超聲波發(fā)射/接收模塊HC-SR04等，可以自動測量水位的液位儀，也可手動或通過手機藍牙實現(xiàn)遠(yuǎn)程抽放水能。本設(shè)計主要擁有三個功能，分別是實時監(jiān)測、按鍵控制水位和遠(yuǎn)程控制水位。主要是利用STC89C52單片機進行系統(tǒng)控制，通過對超聲波模塊控制讀取超聲波模塊的安裝位置和水面的距離，將這段距離實時顯示到1602液晶屏上?？梢酝ㄟ^按鍵產(chǎn)生的信號控制繼電器，由繼電器控制水泵，進而通過觀察液晶屏顯示的水位控制水位的高度。使用手機作為上位機，連接液位儀上的藍牙模塊進行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測量液面數(shù)據(jù)和抽放水。

STC89C52單片機是一款功耗低、性能高的8位微控制器，其片內(nèi)含有8KB可反復(fù)檫寫的Flash ROM[1]。雖使用經(jīng)典的51內(nèi)核，但又通過很多改進使其具備傳統(tǒng)51單片機所不具備的功能，因此為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提高有效、靈活的解決方案。單片機最小系統(tǒng)是指能讓單片機正常工作的最基本電路組成，主要包括電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路三個部分[2]。 LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字和符號的點陣型工業(yè)字符型液晶顯示屏，可以同時顯示32個字符（16*2行）。該液晶模塊內(nèi)部的CGROM存儲了160個不同的點陣字符圖形，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每個字符都有固定的代碼，可以通過相應(yīng)的指令進行的字庫顯示操作。即先通過指令初始化，再通過相應(yīng)的指令對顯示屏進行讀、寫數(shù)據(jù)操作，最后通過寫數(shù)據(jù)指令向顯示屏寫入要顯示的數(shù)據(jù)，并通過顯示指令在具體坐標(biāo)處進行顯示[3]。在本系統(tǒng)中主要用來顯示液面距離超聲波探測頭的距離，從而方便計算出液面高度。

藍牙模塊HC05是一種集成藍牙功能的PCBA板，主要用于短距離無線通訊。此模塊采用遵循藍牙V4.0標(biāo)準(zhǔn)的無線信號收發(fā)芯片，內(nèi)含數(shù)字無線處理器、數(shù)控振蕩器，射頻收發(fā)開關(guān)切換和內(nèi)置嵌入式處理器等[4]。接收信號時，收發(fā)開關(guān)置為收狀態(tài)，射頻信號從天線接收后，經(jīng)過藍牙收發(fā)器直接傳輸?shù)交鶐盘柼幚砥鳌Ｐ盘柊l(fā)過程是信號收的逆過程，此外，還包括時鐘和電源管理模塊以及多個通用I/O口，供不同的外設(shè)使用。主機接口提供雙工的通用串口，可以方便地和PC機的RS232通信，也可以和DSP的緩沖串口通信。本系統(tǒng)中可通過發(fā)送相關(guān)控制命令，實現(xiàn)在手機屏幕上顯示液面高度，并實現(xiàn)抽水和放水的功能。

HC-SR04超聲波發(fā)射/接收模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確，模塊高精度，盲區(qū)小[5][6]。模塊使用方法簡單，一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平即可在接收口等待高電平輸出，一有輸出就可開定時器計時，當(dāng)其變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，獲得此次測距的時間，從而計算出距離。

2 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

Keil uVision4是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)的芯片，集編輯，編譯，仿真等于一體。它可以進行匯編語言或C語言編程，以便把寫好的程序編譯為機器碼，才能把HEX可執(zhí)行文件寫入單片機內(nèi)。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計的要求，程序設(shè)計主要包括主程序、LCD液晶顯示子程序、超聲波測量子程序、藍牙信號傳輸控制子程序，以及進水和放水繼電器控制子程序等。

3 電路仿真與實現(xiàn)

通過實物電路的焊接和程序燒錄之后，本系統(tǒng)基本設(shè)計效果如圖3所示。其中圖a是液晶屏顯示模塊的顯示效果，第一行顯示的是歡迎詞，第二行顯示的是實際測量距離；圖b是通過藍牙傳輸?shù)男畔⒗檬謾C顯示的效果，發(fā)送“1”號命令顯示測量的距離，發(fā)送“2”號命令實現(xiàn)進水操作，發(fā)送“3”號命令實現(xiàn)放水操作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計完成了智能液位儀，實現(xiàn)一定距離內(nèi)利用手機APP控制，近距離由儀器本身控制的目的，并且有實時讀取液位高度，中近距離實時查看液位高度的功能。本系統(tǒng)可以用于路面灑水車、消防車水罐及樓房二次供水等需要實時監(jiān)測液面高度，且時常需要增加或降低水位的場合。當(dāng)然本設(shè)計也有不足之處，比如無法實現(xiàn)超遠(yuǎn)距離控制，以及讀取數(shù)據(jù)沒有存儲不能事后進行數(shù)據(jù)分析等缺點，將在未來對此更多研究，設(shè)計出更加智能的液位儀。

【參考文獻】

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[2]彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例-基于8051+Proteus仿真（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2012.10，136-148.

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[5]樓然苗，李光飛.MCS-51系列單片機設(shè)計實例，北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001.3，75-83.

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