51单片机便携式超声波液位仪设计+电路图+源程序(2)
作为嵌入式模块的单片机应用于很多日常电器之中，中央空调、液晶电视、吸尘器等都能见到它的身影。作为高科技领域的强有力工具，单片机已开始在工业测控系统、机器人感知系统、路面识别系统、自动检测系统、快速多机实时处理系统和图像系统中成为不可缺少的重要组成部分[2]。
1.2 超声波测距系统概述
超声波是一种下限频率为20kHz，上限为100kHz的机械波，在传播过程中具有很好的指向性，并且在液体中的衰减很小，穿透能力强。超声波液位测量仪测量液位正是利用了以上这些特点。纵观近5年内液位检测方面技术的发展，国外在此方面已经日趋成熟，不但品种多且性能优越：如美国Karonic 公司的Sonometer系列超声液位仪，德国EH公司的ProsonicMFMU系列超声液位仪，加拿大Siemens公司的ML系列等。而国内在超声液位检测领域具有独立知识产权的产品也有不少：如中科院声学研究所开发的KS系列超声液位仪，西安华舜公司的HS系列超声液位仪，大连西格玛公司的Seagma系列超声液位仪。随着相关技术的日趋成熟，超声波液位仪正朝着高精度、底能耗、连续测量、便携式、一体式方向发展。
众多测量方法随着科学技术的发展相继诞生，如人工检尺、浮子液位仪、磁致伸缩液位仪、雷达液位仪、激光液位仪、光纤液位仪以及超声液位仪等。作为一种非接触式物理测量仪表，超声波有着诸多其他测量方法不具有的特点：不仅有着较低的成本，且方便安装管理性能稳定，最重要的是测量精度很高，所以最近几年发展的很快。
传统的由数字或模拟电路构建的超声波测距系统往往具有以下诸多问题：电路搭建往往具有较差的可靠性，且调试工作量大，无法根据实际快速的进行扩展。所以以单片机为核心的超声波测距系统得到了广泛的应用。传统的由数字或模拟电路构建的超声波测距系统往往具有以下诸多问题：电路搭建往往具有较差的可靠性，且调试工作量大，无法根据实际快速的进行扩展。所以以单片机为核心的超声波测距系统得到了广泛的应用。
1.3 本次毕业设计的主要任务
超声波液位仪的实质也就是超声波测距系统，结合现实生活中最常见的无疑就是蝙蝠的回声定位功能，超声波液位仪也是基于这一思路，以51单片机为核心，HR-04超声波收发模块，LCD12864液晶显示模块，蜂鸣器模块为主要外围电路，以单片机开发板为实验载体，最终搭建完成一个可以应用于实际测量的超声波液位仪。为了实现这一目标，首先需要在Proteus中完成硬件电路的仿真，而在仿真过程中我们注意到，Proteus的元器件库中是没有HR-04这一模块的，所以本次试验分两个步骤完成，一套是原理仿真，即在Proteus中利用可变换的6个档位模拟出水位值直接送到单片机，再与所设置的警戒水位比较，超出警戒水位触发报警装置蜂鸣器响应。另一套是实物仿真，将改写后的C程序直接下载到单片机开发板上，连接好外围电路从而实现实际测量。
2 超声波测距原理
2.1 超声波的基本理论
声音由物体的振动所产生，将声音的频率定义为声波每秒钟振动的次数，以赫兹作为单位。人的耳朵可以分辨的声波的频率为20Hz至20000Hz，高于20000Hz以及低于20Hz的声波人类无法听见。所以将频率高于20kHz的声波称为超声波。在人们所熟悉的医疗诊断中，超声波的频率大致在1MHz至5MHz。超声波具有非常好的穿透性能以及良好的方向性，相比于低频率声波而言，更容易集中声能，在液体介质中除按摩的距离也更远。超声波被广泛的应用于测距、碎石、焊接等方面，在医疗、军事、工农业上有着非常广泛的应用[3]。