基于AT89S52的简易多功能液体容器设计与应用

2022-08-24赵虎林张元元苟藏红

现代制造技术与装备 2022年7期

关键词：液位测距液体

赵虎林张元元苟藏红

（陇南师范高等专科学校机电工程学院，陇南 742500）

基于AT89S52系列单片机的简易多功能液体容器，利用超声波测距模块和自制传感器，可以识别液体的液位高度、液体质量和液体浓度，并将测量结果通过LCD12864液晶显示器呈现，操作简便，结果直观明了，能够达到使用要求[1]。

1 设计思路和检测方法

1.1 设计思路

设计的简易多功能液体容器容量为0.5 L，高度为200 mm。它是具有高度标记的透明塑料容器，可测量液体的液位和质量等，判定液体的种类（如纯净水、白糖水、盐水、牛奶以及白醋等），实时显示测量数据。测试前需要使用启动键启动测试，但不得重复按启动键[2]。

1.2 检测方法

设计人员直接检测液体的液位高度和质量等参数并显示结果。分别测量一定量（200～500 mL）的不同液体，要求液位测量误差为±2 mm，质量测量值误差为±1 g。在以上测量基础上，对比不同浓度的溶液[3]。

2 系统方案设计及其硬件组成

2.1 系统设计方案

系统设计方案逻辑图，如图1所示。

考虑到检测结果的准确性，宜采用多个传感器测量相关参数，且各传感器数据之间互不干扰。该设计方案选用溶液种类测量模块和超声波测距模块测量，电路简单，易于实现，可满足设计需求。

采用AT89S52单片机作为控制核心，采用超声波测距传感器、称重传感器、自制简单电极构成的传感器及信号放大电路，分别检测液体液位、质量和溶液种类。其中，自制简易电极利用不同液体电导率不同的原理，通过测量液体单位距离的电阻值，将信号通过仪表放大器AD623放大，经模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）转换后由单片机处理，通过LCD12864显示结果[4]。

2.2 系统硬件组成

系统硬件部分主要由超声测距模块、称重模块、溶液类型判断模块、单片机控制核心微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）及LCD12864显示模块5部分组成。

2.2.1 超声波测距模块

传感器选用HC-SR04超声波测距模块，可实现2～400 cm距离的非接触式感测功能，测距精度可达1 mm，模块输出信号为晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic，TTL）电平。单片机可以直接读取该信号，利用AT89S52单片机定时计数器的工作方式、定时器/计数器模式控制寄存器（Timer/Counter Mode Control Register，TMOD）中相应定时计数器工作方式与GATE位的使用特点，将测距问题转换为测量传感器Echo端口脉冲宽度的问题，从而得到液位数据[5]。

2.2.2 称重模块

称重模块主要利用液体体积与质量之间的关系，通过运算获得液体质量，并显示在LCD12864上。

2.2.3 自制溶液类型传感器模块

自制溶液类型传感器模块利用不同种类液体电导率不同的规律，通过测量溶液的导电性能判断溶液类型，具体电路如图2所示。

2.2.4 单片机控制部分

单片机控制是该系统的核心部分，其中控制系统选用单片机AT89S52。因为单片机AT89S52包含8 kB的可编程Flash内部存储器和256 Byte的数据存储器，所以系统无须外拓存储器，可以有效减少系统的硬件电路。单片机控制部分的电路原理。

2.2.5 显示部分

系统采用LCD1602液晶显示模块，通过软件编程实现信息显示。液晶模块使用过程比较简单，只需要连接数据总线，选择通用端口和命令/数据端口即可。