超声波测距-设计说明书
电子校园网 编号：
CP-51-2021-007-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STC89C52单片机的超声波油位测量系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STC89C52单片机作为核心控制器，实现输入数据获取和输出控制。输入部分包括DS18B20测温模块、HC-SR04超声波测距模块、独立按键和供电电路，用于获取当前温度和剩余油量，并设置油位最小值。输出部分由LCD1602显示模块、蜂鸣器和LED指示灯组成，用于显示温度、剩余油量和油位最小值，并进行声光报警。通过该系统，实现了超声波油位测量的准确性和安全性。实验结果表明，该系统具有良好的性能和可靠性，可广泛应用于油位监测领域。
关键词：单片机；HC-SR04超声波测距模块；测温模块
字数：9000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
3.5 超声波测距模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 油箱内温度与高度实物测试
5.3 油箱报警实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
在现实生活巾，在一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷，例如，液面测量就是一个距离测量，传统的电极法采用差位分布电板，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸池在水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解，从而失去灵敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题。利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波，借助空(媒介质传播，由待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与反射的超声波的强弱判断猎物的性质或障碍位置的方法。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，所以测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式，比如:激光测距、微波测距、红外线测距和超声波测距等。但是，超声波测距不失为一种简单可行的方法。超声波测距仪有造价底，省力，操作方便的优点。虽然超声波测距电路多种多样，甚至已有专用超声波测距集成电路。但是，有的电路复杂，技术难度大，有的调试困难，有的元件不易购买。本文介绍的超声波测距系统成本低廉，性能可靠，所用元件易购，并且利用测距原理，结合单片机的数据处理，使测量精度提高，工作稳定可靠。
1.2 国内外研究现状
针对原有超声波测距仪存在的精度不高,成本较高等问题,2020年张春岭，梅彦平，王静设计了以STC89C52单片机为核心控制单元,利用HC-SR04超声波传感器模块进行超声波检测,同时引入温度传感器对环境温度进行补偿,并加入平均值滤波算法对测量过程中的随机误差进行修正的测距仪.对比实验表明,融合了温度补偿和平均值滤波算法的超声波测距仪在测量精度方面有很大改善,绝对误差控制小于1 mm,平均相对百分误差小于0.2%,仪器兼具结构简单,性能稳定,成本低等优势[1]。
超声波测距是一种利用超声共性,电子技术,光电开关组合,完成非接触式距离测量的办法.2021年王瑞荣设计以STC89C52单片机为主要控制器设计了一个超声波测距仪,通过计算超声发射到接收所用的时间差,再有经过温度补偿的超声波的速度,通过计算就可以得出超声波和障碍物之间的距离.若超出设定的安全距离蜂鸣器将报警.最后将测得的数据交由液晶屏显示.它的测量范围为0.2cm-500cm,测量精度为毫米级别[2]。
2019年梁春，王磊，朱旭军设计了以STC12C5A60S2单片机为核心控制器的超声波测距系统，采用多传感器技术和GPRS无线通信技术。系统可通过有线和无线两种传输方式测量距离，上位机监控界面采用LabVIEW开发，可同时监控距离和温度，并具有报警功能。测量数据自动以Excel的形式存储，便于后续分析。同时，进行相关现场测试，并进行数据分析和误差分析[3]。结果表明，该系统能够有效地实现测距功能，并具有一定的测量精度。
2020年S Moskovchenko，JA Enke描述了无人机的超声波测距状态管理。换能器发射超声波信号，并使用增益值接收超声波响应。本底噪声估计机制确定噪声基底估计值。状态机构将换能器使用的超声波测距状态设置为第一超声测距状态。传感器发送超声波信号，并根据本底噪声估计值使用增益值响应响应超声波信号。状态机制处理超声波响应，以确定是否确定新的本底噪声估计值，调整换能器使用的增益值，或将无人机的超声波测距状态更改为第二个超声波测距状态[4]。例如，传感器用于接收超声响应的功率和增益水平，第一和第二超声测距状态的配置有所不同。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于STC89C52单片机开发了一种超声波油位测量系统，通过使用超声波测距模块和温度传感器，能够准确测量油箱中的油位，并通过LCD显示模块、蜂鸣器和LED指示灯进行数据展示和报警提示。该系统具有简单实用、性能稳定和易于扩展的特点，可以广泛应用于各种需要进行油位测量的场景。通过该设计，油箱的油位测量可以更加准确和可靠，同时报警功能也能及时提醒用户，确保油箱的安全使用。
