基于超聲波傳感器的水位自動控制系統(tǒng)研究

超聲波傳感器所具有的條件滿足設(shè)計(jì)所需要0～25cm 的液位控制，以及液位誤差不超過±0.3cm 的要求，并且解決了安裝不方便的難題。所以本設(shè)計(jì)選擇了精度高，體型小的超聲波傳感器。

2.2 A/D 轉(zhuǎn)換器

所采用的A/D 轉(zhuǎn)換器的精度和性能直接影響后端單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的精度，在此我們對以下兩種AD 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比較分析。

方案一：采用8 位ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器

ADC0809 是常用的8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，屬逐次逼近型，ADC0809 由單一+5V 供電，片內(nèi)含帶有鎖存功能的8 路模擬電子開關(guān)，可對0～+5V 8 路的模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100us，所以速度較快，但是ADC0809 芯片分辨率低，精度不夠，不能滿足本系統(tǒng)要求，不予采用。

方案二：采用4 位半雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器ICL7135

ICL7135 是應(yīng)用廣泛的4 位半雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器，動態(tài)BCD 碼輸出的積分型A/D 轉(zhuǎn)換器。其特點(diǎn)是：精度高、極性自動轉(zhuǎn)換輸出、自動校零、單一電源工作、動態(tài)BCD 碼輸出。 由于雙積分方法的二次積分時間比較長，所以A/D 轉(zhuǎn)換速度慢，通常為（3～10）次/s，此外，對周期變化的干擾信號積分為零，抗干擾性能也比較好。在同等精度的情況下，價格低于逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，因而在對速度要求不高的場合，更宜于采用這類A/D 轉(zhuǎn)換器。

考慮系統(tǒng)的要求，本設(shè)計(jì)采用控制精度較高的ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器。
3 硬件電路及軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件電路包括最小系統(tǒng)電路、液位控制及報警電路、ICL7135 信號采集傳輸電路、鍵盤和顯示模塊等。

3.1 最小系統(tǒng)（電源供電電路與I/O 擴(kuò)展及選通電路）

本設(shè)計(jì)使用的最小系統(tǒng)板是以80C52 單片機(jī)為內(nèi)核，并且具有良好的擴(kuò)展性。CPU 外接11.0592MHz 的晶振，主要由74LS373 鎖存電路、74LS138 譯碼電路以及按鍵、顯示器件、ICL7135 及其外圍典型電路組成，并用8255 外擴(kuò)了I/O 接口。最小系統(tǒng)電路如圖2 所示。

圖2 最小系統(tǒng)電路圖

本電路需外接一個AC220/9V 的變壓器，變壓器的二次側(cè)通過整流濾波后輸入CW7805便可得到+5V 電壓，此電壓做最小系統(tǒng)的電源。

系統(tǒng)中通過8255外擴(kuò)了PA、PB、PC共24個I/O口，以便作為系統(tǒng)的輸入輸出通道。用74LS138的輸出作為各個芯片的譯碼選擇端，除最小系統(tǒng)中使用的Y0～Y3外，還有Y4～Y7可供其它擴(kuò)展使用。

3.2 液位控制及報警電路

本設(shè)計(jì)的液位控制電路是一閉環(huán)電路，傳感器把液位傳給單片機(jī)與設(shè)定值比較，單片機(jī)通過對電磁閥的控制來控制液位。用9V 電源對繼電器供電，使用了24V 電源對傳感器供電，用220V 交流電對電磁閥供電；在報警電路中，利用9V 電源對蜂鳴器供電，當(dāng)液位超過25cm或低于2cm 時發(fā)出報警。在供水回路中，用電動機(jī)進(jìn)行循環(huán)供水，保證程序的連續(xù)運(yùn)行。

3.3 ICL7135 信號采集傳輸電路

本電路由一個小型集成電路來實(shí)現(xiàn)，采樣后的信號經(jīng)過電位器送到ICL7135 進(jìn)行處理，將處理后信號直接送到單片機(jī)最小系統(tǒng)。ICL7135 量程為0～2V，基準(zhǔn)電壓由MC1403 輸出（2.5V）分壓獲得1V 電壓。

HC240 是八位緩沖線/線驅(qū)動器，內(nèi)含八個具有三態(tài)輸出反相緩沖器。三態(tài)輸出的反相緩沖器，輸出允許控制端（ENA、ENB），每一個EN 控制四個緩沖器，1A、2A 數(shù)據(jù)輸入，1Y、2Y 輸出。輸出分別送出個、十、百、千、萬位。

HC157 是四路二選一開關(guān)，1 為選擇輸入端，S 為低電平時，選擇A 輸出；S 為高電平時，選擇B 輸出ICL7135 的BCD 碼的位選通輸出端D1-D5 分別接8 位可編程邏輯接口電路8255的PA0～PA3 和PB0～PB4。CPU 可讀取各個位的狀態(tài)并判斷，從而在ICL7135 的B1～B8 輸出端讀取BCD 數(shù)據(jù)。ICL7135 信號采集傳輸電路如圖3 所示。

圖3 ICL7135 信號采集傳輸電路