基于单片机的超声波水位控制系统毕业论文.docx

基于单片机的超声波水位控制系统毕业论文

学士学位毕业设计（论文）

　　基于单片机的超声波水位控制系统

Controlsystemofultrasoniclevelbasedonsinglechipmicrocomputer

by

Supervisor:

HuangFuhai

March2015

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

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指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

摘要

伴随着畜牧养殖业的发展，各种大型养殖场到处林立，机械化养殖已经成为当今养殖业的主流。

以前的人工养殖费时费力，而且养殖的效率很低，养殖的效益也使得许多老板望而止步。

随着单片机嵌入式等技术的发展和应用已经满足了养殖业的需求。

现在的养殖厂都是系统采食系统和系统饮水系统，很少的人操作就可以满足所有厂房的饮水问题。

因此养殖厂的水塔饮水系统也成为这些养殖厂的关键。

所以，如果一个基于单片机的超声波水位控制系统应用到养殖行业的水塔饮水系统，那将是对养殖业带来新的生机与活力。

超声波水位控制系统能够非接触的测量水塔的水位高度，相比较以前的接触性测量有很多的优点。

超声波在相同的介质中传播速度是相对稳定的而且当超声波遇到障碍物时会发生反射，根据相应的物理常识很容易测量水位高度，而且超声波在水塔中不受光线，被测对象颜色的影响，而且对处于黑暗、烟雾、灰尘、高空、有毒的恶劣的条件下有较强的适应力。

此超声波水位控制系统改变了以往人工加水抽水，爬水塔观察等体力工作，系统可以自行检测水位高度，而且每个养殖厂可以根据自身养殖业对水位高度的要求，自行设置水位上限和下限。

当水位低于下限时就会自动抽水，当水位高于上限时就会自动排水，使水位控制在一定的范围内。

所以基于单片机的超声波水位控制系统操作简单人性化，方便便利，能够满足养殖厂饲养员的需要。

很适合现代化养殖厂的时代需求，可以大方面推广。

关键词：

水位控制；超声波测距；按键水泵控制；液晶显示

Abstract

Alongwiththedevelopmentofanimalhusbandryindustry,allkindsoflarge-scalefarmseverywhere,themechanizationoffarminghasbecomethemainstreamoftoday'sfarming.Artificialbreedingofprevioustime-consumingandlaborious,andthebreedingefficiencyisverylow,thebenefitsofcultivationhasalsomadethebossif.

Withthedevelopmentandapplicationofsinglechipembeddedtechnologyhasmetthedemandofaquaculture.Nowtheplantbreedingisthesystemfeedingsystemandthesystemofdrinkingwatersystem,fewpeoplecanmeettheoperationproblemofdrinkingwaterforallplant.Therefore,thewatertowerwaterdrinkingsystemplantbreedingiskeytotheseaquacultureplant.So,ifawatertowerwatersystemofultrasonicwaterlevelcontrolsystemofsingle-chipmicrocomputerisappliedtotheaquacultureindustrybased,itwillbringnewvigorandvitalitytotheaquacultureindustry.Ultrasonicwaterlevelcontrolsystemofwaterlevelmeasuringtowertonon-contactheight,comparedtothepreviouscontactmeasurementhasmanyadvantages.Ultrasonicinthesamemediumpropagationspeedisrelativelystableandwhentheultrasonicobstaclewhenreflectionoccurs,accordingtothephysicalsenseofcorrespondingiseasytomeasuretheheightofthewaterlevelinawatertower,andtheultrasonicwaveisnotaffectedbytheinfluenceofmeasuredobjectlight,color,andinthedark,tosmoke,dust,toxic,highaltitudeharshconditionsandhavestrongadaptability.

Theultrasonicwaterlevelcontrolsystemchangedtheartificialwaterpumping,climbthetowerobservationwork,thesystemcanautomaticallydetectthewaterlevelheight,andeachplantbreedingcanaccordingtotheirownrequirementsfortheheightofthewateraquaculture,settheupperlimitandlowerlimitwaterlevel.Whenthewaterlevelisbelowthelimit,itwillautomaticallypumpingwater,whenthewaterlevelishigherthantheupperlimitwillbeautomaticdrainage,thewaterlevelcontrolinacertainrange.Sotheultrasonicwaterlevelcontrolsystemofsingle-chipmicrocomputerhastheadvantagesofsimpleoperationofhumannature,basedonconvenienceconvenience,canmeettheneedofbreedingplantbreeder.Thedemandisverysuitableformodernplantbreedingtime,canthepromotion.

KeyWords:

Waterlevelcontrol;Ultrasonicranging；Waterpumpcontrolbutton；LCD；

目录

前言1

第1章系统分析2

1.1需求分析2

1.1.1系统目标2

1.1.2数据流图2

1.1.3系统流程图和功能分析2

1.2系统可行性分析3

1.2.1社会环境可行性3

1.2.2技术可行性4

1.2.3操作可行性4

1.3开发平台的选择4

1.3.1编程环境的选择4

1.3.2数据库的选择5

第2章系统总体设计6

2.1系统模块设计6

2.2系统模块之间的关系7

2.3数据库设计7

2.4本章小结10

第3章系统详细设计11

3.1登录模块及主界面设计11

3.2基本信息管理模块及界面设计12

3.2.1业主管理窗体设计12

3.2.2走表管理窗体设计13

3.3交费管理模块及界面设计14

3.3.1交费窗体设计14

3.3.2费用调整窗体设计16

3.3.3电费查询窗体的设计18

3.4欠费管理模块及界面设置20

3.4.1追缴电费窗体设计20

3.4.2欠费统计窗体的设计22

3.5系统数据维护23

3.5.1数据维护窗体的设计23

3.5.2初始化数据窗体的设计23

3.6系统管理模块及界面设计25

3.6.1添加用户窗体的设计25

3.6.2用户密码修改窗体的设计26

3.6.3删除用户窗体的设计26

3.7本章小结27

第4章问题与前景28

4.1所遇问题28

4.2系统中存在的问题28

4.3前景展望29

结论30

参考文献31

附录32

谢辞33

前言

随着人们生活水平的提高和市场的需求，人们对各种无公害肉食品的需求量增加，对此各种机械化，智能化养殖业应运而生。

但是劳动资源有限和养殖厂的环境限制使得养殖厂的生产能力受限，加上大规模养殖厂的建设，为此需要大量的饲养员来管理喂料和饮水。

饮水是养殖厂管理中不可或缺的重要组成部分。

对于一些小型的养殖厂饮水还是人工管理，每一间厂房的检查水的量是否足够，如果不够还需要人工上水。

由于小型养殖厂规模较小可以勉强被人们接受。

但是对于大型的养殖厂面积大，厂房数量多，整个场子的水塔数量较多，如果每个人需要爬水塔观测水位，不仅危险而且容易受外界条件的影响，导致观测不准确，也有可能因为误判，给养殖厂带来不可必要的损失。

所以对于管理复杂的大型养殖厂，要摒弃以前的人工记录的麻烦工作，让先进的水塔供水系统来满足其需要。

基于单片机的超声波水位控制系统是随着单片机嵌入式的发展而产生的。

以前的养殖厂管理人员要挨个的观察水塔的液位高度，水塔的高度可想而知，再加上天气的影响使得观察更是难上加难。

而且每一个厂房的养殖数量不一样，每个水塔的水位高度要求也是不一样的，因此养殖厂的管理人员还要根据养殖的种类和数量自己调整液位高度，很是繁琐。

但是随着单片机技术和超声波的广泛应用，传统的人工检测已经被远远的摔在历史的背后。

因此基于单片机的超声波水位控制系统是水塔供水系统应运而生。

在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统的两大分支。

单片机作为最典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。

单片机也被称作“单片微型计算机”“微控制器”和“嵌入式微控制器”，单片机一词最初源于“SingleChipMicrocoputer”。

随着单片机控制功能强，抗干扰能力强，性价比较高，低功耗低电压等优点，使得单片机技术应用到各个领域。

理论来源于实践。

为了更好的证明我的基于单片机的超声波水位控制系统的可用之处。

我在寒假期间在烟台福祖畜牧养殖集团公司实习一个月。

通过我的调查研究，确实现在的养殖厂存在饮水的难题，操作繁琐等问题一直阻碍了养殖业的效率。

正所谓没有调查就没有发言权，我针对养殖厂的实际饮水情况，用最简单实用的单片机STC89C51为核心加上实用型强的超声波模块和LCD1602液晶显示器组成了基于单片机的超声波水位控制系统。

该系统采用USB接口供电，方便快捷，在水塔周围没有触电危险，而且耗电量低，一次充电可以用很长时间。

该系统能够提前根据自身养殖厂的需要自行设置水位控制限度，将水位控制在自己想要的范围内。

如果超出范围，声鸣器会发声而且二极管会亮，提醒管理着与此同时发挥水泵的功能，能够自动为水塔加水和抽水，非常的方便。

并且该系统最大的功能是改掉了以前用液位尺测量水塔水位的诟病，采用比较实用的超声波测距模块，能够避免水塔内黑暗，潮湿的检测环境。

而且当动物患病需要加药时，管理人员不必爬水塔闻到药的刺激性气味，很安全。

第1章系统分析

1.1需求分析

这款基于单片机的超声波水位控制系统满足了当今大型养殖厂的需要，根据当下养殖行业所面临的问题针对下药。

该系统是基于STC89C51的单片机开发系统，利用比较先进的超声波测距，避免了人工测量的难题。

该系统使者大型养殖朝着规模化和大型化，智能化发展，在当前的养殖行业很有前景。

针对我去实习期间收集到的相关信息，我对过去的养殖厂的缺点做出了一下总结：

1，大型养殖厂，厂房众多，但是员工有限，需要员工提高工作效率。

员工需要依次检测检查各个水塔和料塔的液位高度很是麻烦，而且水塔和料塔的高度很高，员工爬上去很是危险。

2，由于受天气等非人为因素的影响，管理人员每次的观测都是不准确的。

比如下雨，下雪等天气的影响，管理人员更没有办法爬料塔和水塔观察。

3，由于老式的接触式测量水位，精确度低，而且在测量时容易受到外界因素的影响。

1.1.1系统目标

针对以上我对老式养殖厂的缺点分析，为了更好的解放生产力，减少养殖的生产成本。

可以应用现在的单片机嵌入式技术，让人工智能也能够应用到养殖行业，使用少量的管理人员但可管理更多的养殖厂房，为此设计基于单片机的超声波水位控制系统，可以达到以下效益：

1，STC89C51单片机可以提前预先按键调整上下限，当高于上限时，声鸣器会发出警报，二极管发光，水泵会自动抽水；相对，当低于下限时，声鸣器发出警报，二极管发光，水泵会自动上水。

避免了人工测量，而且减少了人力资源的消耗，提高了利用率。

管理人员只需要根据具体情况设置高度限制就可。

2，只需要把该系统放入水塔和料塔内，平常注意防水，防腐蚀，加强日常的检修和保养工作即可。

即使在坏天气的影响，也可以轻松应对。

值得一提的是，该系统的供电是USB供电，耗电量少，安全可靠。

3，该系统的液位测量是用的超声波测量，精确度高，可以精确到1毫米。

而且该系统使用的是LCD1602液晶显示器，方便观察。

1.1.2系统前景

当前随着单片机技术的日新月异的变化，各种水位测量手段也是层出不穷。

根据有关资料显示，现在世面上的测量手段无非是两大类。

一类是接触式的液位测量，另一类就是非接触式液位测量。

接触式液位测量也叫机械浮子类液位计，它是用尺子或者正负电极来测量然后转化成数字信号或者连续信号，转换器一般都是各种光电设备。

这种测量设备操作简单，就是单纯的物理操作，而且能够进行多次的连续测量，没有集合现在的先进技术，但是随着时间的推移遗留在传动机械臂上的水垢沉积会使其失灵或者产生故障，导致测量产生误差。

而另一种非接触类液位测量，则是融合了现在比较流行的单片机嵌入式技术，比较智能化，代替了人类的繁琐物理工作。

目前市面上比较常见的非接触类液位测量器有：

电子类液位传感器；热学式液位测量计；超声波液位传感器；同位素液位传感器以及雷达液位传感器等。

这些非接触类液位传感器各有优点和长处，其中的超声波液位传感器被我所看好。

超声波液位传感器不仅精度高，量程广，系统简单便于安装和维修。

相比较电解质类液位传感器，不仅没有电缆连接和电容的干扰而且是低电压USB供电，安全可靠。

据我所知，超声波模块在市场上比较便宜实惠，很容易就能买得到。

相比较雷达液位传感器，虽然雷达传感器测量范围广，但是一个雷达的造价已经让人叹为观止了，而且雷达的技术操作更不是一个普通的养殖厂管理人员所能做到的。

但是超声波传感器能够操作简单，一般的管理人员很容易上手，减少了引进技术人员的开支。

超声波相比较同位素更加的安全，对人体的辐射少，即使管理人员在对其长时间检修时，也能减少对人体的伤害。

所以超声波传感器是安全，快捷，简单，准确的液位测量模块。

1.1.3系统流程图和功能分析

用系统流程图如图1-2所示：

这款经济适用的单片机超声波水位控制报警系统，硬件方面主要采用了以STC89C51的单片机，电解电容，瓷片电容，蜂鸣器，液晶显示器，超声波模块等组成，价格实惠，操作简单。

而软件方面，我采用了最实用的C语言编程。

程序简单，易于修改，可行性高。

总之，对于该系统的功能分析我觉得主要需要完成一下几点：

1，单片机对整个系统起协调和控制作用，虽然51单片机型号比较旧，但是在实用方面依然很可靠。

2，超声波模块进行光电信号的转换，让单片机对收集的数据进行处理。

3，在软件编程方面，采用C语言来完成信号的计算和处理工作。

4，该系统用Proteus软件仿真，让该系统更加直观。

本系统操作界面简单，层次关系明了、清晰，使养殖厂的管理者一目了然，尽可能的为养殖厂的水塔供水和料塔的进料喂食提供方便。

1.2系统可行性分析

1.2.1国内的液位测量技术

21世纪初的时候国内的液位测量技术面临着巨大的挑战，我国是一个拥有1700家的从事液位传感器的生产和研发的企业，但是这些企业但多数中都是需要外国企业的支持，很难做到一枝独秀。

国外从事液位测量的企业因为起步早，研究领域很全面造成了对我民族企业的半垄断局面，其中的美国，日本，德国等科技强国掌握着液位测量技术的命脉，限制了我国液位测量技术的发展。

所以说当下我们国内外企业相差实力悬殊，规模小，人才短缺，研发能力弱，很难与外国相抗衡，对此我们更应该做到一下几点：

1，人才和技术是提高竞争力的核心和关键。

当下我们企业的许多核心芯片大部分是依靠进口，自身的研制开发的很少。

而且现在国内的许多企业在成分分析和特殊应用方面与国外的企业有很大的差距，所以我们更应该提高自身的核心创造力。

2，还有就是我国的许多产品在品种、规格、系列等方面还不够全面，在测量精度、温度特性、响应时间、稳定性、可靠性等技术指标方面仍有不小差别。

3，我国的液位测量技术在设计和封装等方面缺乏统一标准和自主知识产权，而且在借口，高温欧姆接触，快速测试，高可靠MEMS封装以及仿真等技术方面仍然有很大的进步空间，以后会取得更大的突破性进展。

为此我们国家要想发展自己的液位测量技术，就要冲破垄断的现请，努力发展自身的科技竞争力，尤其是自我创新，培养人才，做出属于我们自己的液位技术。

1.2.2国外的液位测量技术

虽然现在我国所面临的液位测量传感器的挑战不容小絮，但是我们更应该了解一下我们与竞争对手的差距。

现在国外的几大传感器生产商分别是西门子，E+H以及HAW等。

这些老的生产商由于起步早，市面广，已经远远的超过我们国家的生产水平。

比如说OMEGA公司生产的连续超声波液位传送器以及超声波点液位开关等产品不仅性能可靠而且方便易懂，牢牢的占据着超声波液位测量的市场；再比如说，GlobleWater公司的WL750超声波传感器更是首屈一指；更或者是美国AST的差压传感器或者也是瑞典SAAB公司的雷达液位传感器也是有很好的口碑。

所以我国的液位传感器公司任重而道远，还有很长的路要走。

1.2.3系统的操作可行性

该系统的操作界面简单易懂，一共有三个可操控键，这三个键从左向右依次是设置键，上调键和下调键，这三个键用来设置液位的控制范围。

还有一块LCD液晶显示器，能够实时的观察所测量的液位高度。

养殖厂的管理者不需要每次调整液位高度，只需要每隔一段时间检查一下啊系统的硬件，注意防护。

更或者是该系统使用的Proteus软件仿真技术，如果出现故障，检修人员能够及时的检查到故障所在之处。

方便维修而且也适合教学使用。

1.3开发平台的选择

1.3.1编程语言的选择

目前，硬件的编程语言有很多的种类，各有优点和长处。

我们还是选择比较使用的C语言编程。

C语言简单使用非常适合单片机的开发与应用，而且C语言作为计算机基础语言，能够被我们所应用，对以后完善系统修改程序也是非常有利的。

而且对于养殖厂的管理人员来说，也是可以方便给他们讲解。

1.3.2硬件仿真软件的选择

Proteus作为硬件仿真的必用软件，是我们平常所熟悉。

我们平常只管应用但是对于proteus的出身确实所知甚少。

Proteus是英国的LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件，它不仅能仿真单片机以及外围器件而且它还有EDA工具软件的仿真功能，深受我们这些