谢宇情　储倩倩

【摘 要】基于单片机的超声波液位仪是以单片机及电容等元件构成的最小系统为核心，以时差法超声波测距原理为理论依据，利用超声波作为测量信号对封闭式或敞开式罐体中的液面高度进行自动检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了操作人员对液位的实时监控，并通过与手机之间进行通信、保存有关数据，从而更好地对罐体的液位情况进行管理和监控。

【关键词】单片机；超声波；蓝牙；液晶显示

中图分类号： TN925；TP368.33 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0100-002

Design of Intelligent Liquid Level Meter Based on Bluetooth Transmission

XIE Yu-qing CHU Qian-qian

（School of Electronic and Communication Engineering，Anhui Xinhua University，Hefei 230088，China）

【Abstract】Ultrasonic liquid level instrument based on single-chip microcomputer is based on the minimum system composed of single-chip microcomputer and capacitor and so on. It is based on the principle of time-difference ultrasonic distance measurement and uses ultrasonic as the measurement signal for closed or open tanks. The automatic detection and data processing of the liquid surface height reduces the manual intervention in the measurement process， which facilitates the operator's real-time monitoring of the liquid level， and communicates with the mobile phone and saves the relevant data， thereby improving the tank body. The level of the situation is managed and monitored.

【Key words】Microcontroller；Ultrasound；Bluetooth；LCD display

0 引言

在工业生产过程中，常常需要对封闭式或敞开式容器中的液体等被测介质的高度进行连续的测量，或是对被测介质是否达到某一位置的高度进行检测，能够进行该项检测工作的仪器仪表被称作液位仪。特别是在高温、强腐蚀、强粘附和粉尘大的恶劣环境下的液位检测，非接触式的液位仪是非常适合的选择，从而摒弃过去的直尺式或浮球式的测量。而随着单片机和微机技术的不断发展，单片机技术已广泛应用于现代工业的各个行业。

因此，为了减少人工测量所带来的危险性和数据测量的不准确性，设计了一款以STC89C52单片机为控制核心的液位测量系统，不仅可以实现手动测量水位和控制抽放水操作，还可以通过蓝牙通信装置与手机保持通信，实现远程测量和控制，从而达到智能、安全、准确和操作简单的目的。

1 硬件电路的设计

本设计中所涉及的功能芯片主要有STC89C52、LCD1602、蓝牙模块HC05和超声波发射/接收模块HC-SR04等，可以自动测量水位的液位仪，也可手动或通过手机蓝牙实现远程抽放水能。本设计主要拥有三个功能，分别是实时监测、按键控制水位和远程控制水位。主要是利用STC89C52单片机进行系统控制，通过对超声波模块控制读取超声波模块的安装位置和水面的距离，将这段距离实时显示到1602液晶屏上。可以通过按键产生的信号控制继电器，由继电器控制水泵，进而通过观察液晶屏显示的水位控制水位的高度。使用手机作为上位机，连接液位仪上的蓝牙模块进行远程控制，实现远程测量液面数据和抽放水。

STC89C52单片机是一款功耗低、性能高的8位微控制器，其片内含有8KB可反复檫写的Flash ROM[1]。虽使用经典的51内核，但又通过很多改进使其具备传统51单片机所不具备的功能，因此为众多嵌入式控制应用系统提高有效、灵活的解决方案。单片机最小系统是指能让单片机正常工作的最基本电路组成，主要包括电源电路、时钟电路和复位电路三个部分[2]。 LCD1602是一种专门用来显示字母、数字和符号的点阵型工业字符型液晶显示屏，可以同时显示32个字符（16*2行）。该液晶模块内部的CGROM存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每个字符都有固定的代码，可以通过相应的指令进行的字库显示操作。即先通过指令初始化，再通过相应的指令对显示屏进行读、写数据操作，最后通过写数据指令向显示屏写入要显示的数据，并通过显示指令在具体坐标处进行显示[3]。在本系统中主要用来显示液面距离超声波探测头的距离，从而方便计算出液面高度。

蓝牙模块HC05是一种集成蓝牙功能的PCBA板，主要用于短距离无线通讯。此模块采用遵循蓝牙V4.0标准的无线信号收发芯片，内含数字无线处理器、数控振荡器，射频收发开关切换和内置嵌入式处理器等[4]。接收信号时，收发开关置为收状态，射频信号从天线接收后，经过蓝牙收发器直接传输到基带信号处理器。信号发过程是信号收的逆过程，此外，还包括时钟和电源管理模块以及多个通用I/O口，供不同的外设使用。主机接口提供双工的通用串口，可以方便地和PC机的RS232通信，也可以和DSP的缓冲串口通信。本系统中可通过发送相关控制命令，實现在手机屏幕上显示液面高度，并实现抽水和放水的功能。

HC-SR04超声波发射/接收模块性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小[5][6]。模块使用方法简单，一个控制口发一个10US以上的高电平即可在接收口等待高电平输出，一有输出就可开定时器计时，当其变为低电平时就可以读定时器的值，获得此次测距的时间，从而计算出距离。

2 软件的设计与实现

Keil uVision4是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，集编辑，编译，仿真等于一体。它可以进行汇编语言或C语言编程，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。根据本系统设计的要求，程序设计主要包括主程序、LCD液晶显示子程序、超声波测量子程序、蓝牙信号传输控制子程序，以及进水和放水继电器控制子程序等。

3 电路仿真与实现

通过实物电路的焊接和程序烧录之后，本系统基本设计效果如图3所示。其中图a是液晶屏显示模块的显示效果，第一行显示的是欢迎词，第二行显示的是实际测量距离；图b是通过蓝牙传输的信息利用手机显示的效果，发送“1”号命令显示测量的距离，发送“2”号命令实现进水操作，发送“3”号命令实现放水操作。

4 结束语

本设计完成了智能液位仪，实现一定距离内利用手机APP控制，近距离由仪器本身控制的目的，并且有实时读取液位高度，中近距离实时查看液位高度的功能。本系统可以用于路面洒水车、消防车水罐及楼房二次供水等需要实时监测液面高度，且时常需要增加或降低水位的场合。当然本设计也有不足之处，比如无法实现超远距离控制，以及读取数据没有存储不能事后进行数据分析等缺点，将在未来对此更多研究，设计出更加智能的液位仪。

【参考文献】

[1]陈忠平.基于Proteus的AVR单片机C语言程序设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2011.1，103-115.

[2]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例-基于8051+Proteus仿真（第2版）[M].北京：电子工业出版社， 2012.10，136-148.

[3]沈庆阳.汉字显示应用技术，上海：电子工业出版社，2002.3，128-139.

[4]何莉君，王超尘，邹卫军.基于超声波外测液位仪系统的研究与设计[J].工业控制计算机，2016（3），72-73.

[5]楼然苗，李光飞.MCS-51系列单片机设计实例，北京：北京航天航空大学出版社，2001.3，75-83.

[6]田文成.超声波测距系统的研究与实现[D].南京：南京邮電大学，2017.