【17页】毕业论文：基于89C51单片机振弦式传感器水位测量系统.doc在线文档

总体概况及展望本系统的优点在于采用单片机对振弦传感器进行数据采集分析处理显示。

这种液位计无机械缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起较大的误差。

超声波反射法液位计的传感器由对发射接收换能器组成。

发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。

根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。

其精确度为。

接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。

其精确度为。

发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。

超声波反射法液位计的传感器由对发射接收换能器组成。

部分内容简介度为。

电容式液位计具有以下优点传感器无机械可动部分，结构简单可靠精确度高检测端消耗电能小，动态响应快维护方便，寿命长。

缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起较大的误差。

超声波反射法液位计的传感器由对发射接收换能器组成。

发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。

根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。

其精确度为。

这种液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度密度等影响，因此多用于药池药罐排泥水池等的液位测量。

超声波反射法液位计目前所存在的缺点有定的盲区，且价格较贵。

另外也采用频率计法，但由于需要采用模拟电路和数字电路技术，需要硬件多，电路复杂，稳定性差，测试精度可靠性稳定性均不能满足野外工程的需要。

为了克服上述的种种不足，本设计采用单片机和传感器进行水位测量，通过充分利用单片机的控制功能和内部硬件功能，大大减少了外围电路的设计，而且测试精度可靠性稳定性大大提高，能方便的实现对整个采集过程及控制过程的自动化处理，其基本原理为通过振弦式压力传感器测量水位，用单片机组成智能测量装置，实现水位的智能监测，并将采集的数据汇总处理，提供查询报表输出，完成包括数据采集，数据处理，数据转换及显示打印等软件功能，实现与其它计算机的通讯。

这是过去普通数字电路较难实现的功能。

采用单片机技术，较好的完成了这功能，提高了信号的采集精度，利用单片机控制端口实现各种硬件控制的功能。

采用液晶显示，功耗小。

本系统的设计原理本设计系统基于单片机和振弦式传感器测量水位，用单片机组成智能监测电路，实现水位的智能监测。

主要工作原理如下通过单片机和转换芯片产生锯齿波电压信号，放大后送入标准函数信号发生器，使它产生相应的标准频率的扫频正弦波，用这个信号来激振振弦传感器，当送入的波频率和传感器的频率共振时，传感器便被激励出相应的感应信号，这个信号是个衰减的正弦波，该信号在经过过零比较器之后，将被整流成个标准的方波，以这个方波的半个周期的两个上升或者下降沿为单片机输入，启动和停止计数器，计数器记下在这半个周期内的内部时钟的脉冲数，内部时钟个脉冲的固定周期为，经过计算就可得到传感器的输出信号的周期，从而得到相应的频率。

总体概况及展望本系统的优点在于采用单片机对振弦传感器进行数据采集分析处理显示。

具有电路结构简单，使用方便，显示可靠直观，抗干扰能力强等特点。

系统软件采用系列的汇编语言，采用模块化程序设计技术，软件使用维护方便，可靠性强。

可以相信，随着单片机和传感技术的日趋发展和成熟，在不久的将来，利用单片机技术开发出来的功能化仪器仪表将会在各个领域得到更广泛的应用。

设计要求本系统要求能够对低水位和高水位的测量，用可调电阻调节电压值作为模拟水位的输入量，低水位是，高水位是。

本系统的测量范围是。

二振弦式传感器振弦式传感器由前苏联的达维金可夫发明，其核心元件是根钢弦，钢弦的端固定，另端则固定在测量元件受压膜片或测量端块上当受力后，钢弦长度将产生微小变化，引起固定频率的变化，从而测出物理量的数值。

振弦式频率传感器具有结构简单坚固耐用抗干扰能力强测值可靠精度与分辨力高和稳定性好等优点其输出为频率信号，便于远距离传输，可以直接与微机接口，因而获得广泛运用。

振弦式传感器的般工作原理是振弦放置在磁场中，将振弦以定方式激振，它在振动时会在拾振线圈中感应出电势的频率就是振弦的固有频率，测得振弦的固有频率求出待测物理量般是压力。

振弦的激振方式般按振弦的材料来选择，对于非磁性材料采用磁电法激振，对于磁性材料采用电磁法激振。

振弦式频率传感器具有良好的测量特性。

据资料介绍，它可以做到小于的非线性特的灵敏度和小于的温度误差。

此外，传感器的结构和测量电路都比较简单。

因此，它已被广泛用于精密的压力测量领域中。

工作原理振弦式传感器的工作原理可以用图来说明。

传感器是由根放置在永久磁铁两极之间的金属弦振弦和电路部分所组成。

金属弦承受着拉力，并且根据不同的拉力大小和弦的不同长度有着不同的固有振动频率。

因此改变拉力的大小可以得到相应的振弦固有振动频久磁铁两极之间的金属弦振弦和电路部分所组成。

金属弦承受着拉力，并且根据不同的拉力大小和弦的不同长度有着不同的固有振动频率。

因此改变拉力的大小可以得到相应的振弦固有振动频率。

在图中，它可以等效为个并联的回路。

由于振弦的高值，电路只有在振弦的固有振动频率上才能满足振荡条件。

因此，电路的输出信号频率就严格的控制在振弦的固有振动频率，而与作用力的大小有关。

这样，就可以通过测量输出信号的频率来测量力或者压力等。

图中的和场效应管组成负反馈网络，起着控制起振条件和振荡幅度的作用，而。

和支路控制场效应管的栅极电压，作为稳定输出信号幅值之用。

图振弦式压力传感器结构示意图电原理图振弦在电路中可以等效为个并联的回路。

如图，根有效长度为的振弦在磁感应强度为的磁场中振动时，振弦上有感应电动势产生，和电流流通。

此时，振弦所感受的力为振弦在磁场中运动相当于电路中电容的作用，为弦的质量，其等效电容为振弦的弹簧作用相当于电路中的电感，为弦的横向刚度系数。

其等效电感为放大振荡电路振弦式传感器的设计振弦振弦是传感器变换系统中的重要部件，它将被测的作用力变换成横向振动频率。

设计中主要考虑以下几个问题弦的材料的选择弦的紧固方法和弦的几何尺寸。

弦的材料对于弦的材料的选择，般有以下几点要求。

材料的弹性后效密度和电阻率要小。

为了获得好的动态性能，高的灵敏度和品质因素高的强度极限值，以保证可靠的工作材料的膨胀系数和弹性模量的温度系数要小，或者与传感器弹性元件的温度系相接近，以提高传感器的温度稳定性弦的紧固方式振弦是在拉紧状态下工作的，因此振弦的两端必须固定。

端与固定的基座连接，另端与弹性元件或可运动部件相连接。

对弦的紧固要求是工作点有可靠的机械牢固的和电气绝缘的连接。

紧固件的材料特性应与弦的物理特性近似，以避免温度变化时引起不应有的伸长和缩短。

紧固材料要有坚韧性，因为太软则可能在弦振动时发生滑脱现象，太硬则可能损伤弦。

紧固的方式应使操作方便，振弦上受力均匀，并便于调节初始应力。

激振装置振弦振动有强迫振动自由振动和自激振动三种方式。

作为频率式传感器，我们将只讨论自激振动方式。

图画出了振弦传感器在自激振动状态下的两种激励方式的原理图。

图振弦式传感器自激振动方式的原理图采用磁电式变换器采用电磁式变换器已如前述，振弦在电路中可以等效为个并联的回路，其参数可由式和式求得。

式中的为振弦在磁场中的有效长度，它不等于弦长。

据此，就很容易计算出磁电式变换器的基本参数，激励电流和电动势。

结论利用扫频激振技术实现激振单线圈振弦式传感器的新方法用于水位测量监测，具有硬件电路简单起振迅速测值可靠自动化程度高的突出优点。

三硬件系统设计硬件系统设计原理四程序设计程序五小结这个振弦式压力传感器测量水位装置主要是对传感器的激振和数据采集，再通过上位机显示，利用单片机技术实现设备的智能化。

在整个设计过程中，主要研究了如何把非电物理量转换为电压量，如何选择合适的转换器，如何实现对键盘和显示的控制，如何利用转换芯片实现与上位机的通讯，如何通过程序实现数据的转换等。

本设计采用单片机和传感器进行水位测量，充分利用单片机的控制功能和内部硬件功能，大大减少了外围电路的设计，而且测试精度可靠性稳定性大大提高，能方便的实现对整个采集过程及控制过程的自动化处理。

该设计通过振弦式压力传感器测量水位，用单片机组成智能测量装置，实现水位的智能监测，并将采集的数据汇总处理，提供查询报表输出，完成包括数据采集，数据处理，数据转换及显示打印等软件功能，实现与其它计算机的通讯。

这是过去普通数字电路较难实现的功能。

采用单片机技术，较好的完成了这功能，提高了信号的采集精度，利用单片机控制端口实现各种硬件控制的功能。

采用液晶显示，功耗小。

感谢指导老师张平老师在课程设计过程中的悉心指导，老师敏锐的洞察力，渊博的学识，严谨的治学态度，务实的工作作风令我敬佩至深，受益非浅。

老师的循循善诱和细致耐心，平易近人的做人态度和严谨求实的做学问态度，使得我在设计中渐渐的学会了新的知识新的人生观，他的品格将影响我今后的工作学习和生活。

非常感谢老师的耐心帮助，在每个进程和每个细节上，都离不开他的引导和指点。

六参考文献余孟尝数字电子技术基础简明教程第二版北京高等教育出版社，杨素行模拟电子技术基础简明教程第二版北京