薄膜諧振式液位高度測量用頻率計的設計與制作

摘 要

本文介紹了一種以單片機(AT89C51)為核心與薄膜諧振式水位傳感器配套使用的液位高度測量用頻率計的設計與制作。還介紹了諧振式水位傳感器的新型傳感原理,傳感器的結構,數字振蕩電路的特點，闡述了水位與頻率的對應關系。薄膜諧振式水位傳感器內置三點式水位傳感器振蕩電路，該振蕩電路的固有頻率隨水位的變化而變化，通過檢測該振蕩電路的固有頻率來判定水位的高低。

該頻率計直接利用單片機內部的計數器對薄膜諧振式水位傳感器的頻率脈沖信號進行計數，然后利用單片機的定時功能實現對頻率的檢測，最后通過LED動態顯示電路顯示數值。在設計中應用了單片機的運算和控制功能，滿足測量的精度要求，該頻率測量儀器測量誤差小于±10Hz測頻性能穩定可靠，可單獨使用，也可方便嵌入系統中。

該頻率計具有結構簡單、價格低、精度高、操作簡單、并且降低產品的成本,有利于新產品的設計與研制、等特點。隨著單片機應用技術的發展，越來越多的測量儀器都采用單片機作為系統進行設計，應用單片機進行系統設計時系統結構簡單、控制方便、硬件設計需要外圍器件較少，軟件設計可采用匯編語言編程，匯編語言具有編程方便、運算效率高、占用內存少等優點。

關鍵詞： 液位檢測；頻率測量；傳感器；單片機

Abstract

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目 錄

1 緒論...............................................................1

1.1選題的目的及意義1

1.2 頻率測量儀器的現狀及發展1

1.3 頻率計的設計內容及要求2

2 薄膜諧振式水位傳感器應用...........................................3

2.1 薄膜諧振式水位傳感器概述3

2.1.1 薄膜諧振式水位傳感器的結構3

2.1.2水位傳感器的工作原理3

2.2薄膜諧振式水位傳感器的功能簡介4

2.2.1水位檢測4

2.2.2水位與頻率關系的對應4

3 頻率計總體方案設計.................................................6

3.1方案論證與比較6

3.1.1 方案一6

3.1.2 方案二7

3.2 方案選擇7

4 頻率計硬件分析與設計...............................................8

4.1頻率計系統的組成與基本工作原理8

4.1.1  系統組成8

4.1.2  系統設計原理8

4.1.3  測頻原理9

4.2 AT89C51單片機在本系統中的應用9

4.2.1  AT89C51簡介9

4.2.2  AT89C51器件的基本結構11

4.2.3  AT89C51的定時器/計數器13

4.2.4  AT89C51外圍電路設計14

4.3 地址鎖存器74LS373介紹14

4.4 八路反相緩沖器74LS240應用15

4.5 顯示電路16

4.5.1顯示電路設計16

4.5.2單片機驅動數碼管原理17

4.6 硬件總電路圖17

5  軟件設計.........................................................18

5.1主程序設計18

5.2 中斷服務子程序設計19

5.3 顯示子程序設計20

6 運行與調試........................................................21

6.1硬件調試21

6.2 軟件程序調試22

6.2.1 MedWin仿真軟件簡介22

6.2.2 匯編語言程序的仿真調試22

6.3系統聯調23

7 結論與展望........................................................25

7.1 結論25

7.2 展望25

謝辭................................................................26

參考文獻............................................................27

附錄 1..............................................................28

程序清單28

附錄 2..............................................................33

硬件總電路圖33