基于單片機的無線液位監測系統

何德伍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.025

摘 要：該液位監測控制系統主要是通過傳感器將液位的高度測量出來，然后發送到上位機，通過靜態和動態圖形顯示的方法來對液位進行監測；上位機上面設定相應的按鈕可以對下位機進行控制，讓下位機去完成指定的動作。上位機和下位機采用藍牙進行通信。上位機是在PC端運行的應用程序，下位機是由單片機組成的執行和反饋系統。

關鍵詞：單片機 藍牙 上位機

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0025-02

液位監控技術是近幾年才發展起來的一項新技術。它的誕生標志著科學技術又向前邁進了一大步。此技術主要用來監測一些如高壓，易爆的特殊液體。

該系統使用STC89C51單片機作為下位機的主控芯片。通過它來讀取液位值，接收和處理上位機的命令，以及對外部電路的控制。

1 硬件以及電路

該系統硬件主要由單片機最小系統、繼電器電路、DS18B20電路構成。使用到的模塊有：藍牙模塊HC-06、超聲波模塊HC-SR04以及USB轉TTL模塊。

1.1 下位機控制電路

下位機控制電路是以單片機作為控制核心，通過使用繼電器來控制液體進出開關的打開與關閉。其電路原理圖如圖1所示。

單片機通過拉低自身與繼電器相連的引腳，使繼電器內部的線圈產生磁力來帶動銜鐵的吸合，繼而讓液體進出開關打開或者關閉。繼電器是一種常用的弱電控制強電元件。該次使用的是5 V的直流電控制220 V的交流電，使用它最大的好處就是能讓人安全的控制設備，不會造成事故。

1.2 指示燈電路

指示燈電路主要用來體現整個硬件的工作狀態。他由LED和電阻串聯在一起構成，其中電阻起到一個限流的作用，用來保護指示燈不被損壞。當它們所指示的電器電路沒有工作時，就不會發光，反之就會發光。

1.3 液位測量電路

液位的測量主要使用超聲波模塊HC-SR04來測量。此模塊共有4個引腳，除了兩個正負極引腳外，另外兩個分別是TRIG、ECHO。這種模塊在配合單片機進行測距時，首先給與TRIG引腳1個10us的高電平，然后等待ECHO引腳拉高，一旦拉高就開啟單片機的定時器進行計時。最后測量出來的距離就等于聲速乘以時間最后除以2。

上面所做的只是粗略的測量，大家知道聲速受到溫度的影響很大，所以要進行溫度補償，并要使用溫度傳感器。最后聲速的大小修改為：聲速=334.1+0.61×溫度。

1.4 上位機下位機的通信

上位機與下位機的通信實際是串口通信。上位機和下位機實時的數據交換就是通過串口實現。下位機向上發數據時，先把液位值發送到緩沖區然后上位機會識別此數據，最后進行處理。上位機向下發數據也是發送到緩沖區，下位機檢測到上位機發下來的數據就進行判斷，然后進行相關的控制動作。

2 軟件設計

2.1 下位機程序流程

下位機中只要一打開電源開關，整個下位機就開始測距然后一直向上位機發送液位的距離。當上位機有數據發下來時，下位機就產生中斷，在中斷里匹配此數據對應的程序命令，進而執行上位機的命令，直到中斷結束，最后又重復進行測距和發送液位數據的步驟（如圖2）。

2.2 上位機制作

上位機采用軟件visual studio進行開發，開發所用到的語言是C Sharp。其界面如圖3所示。

由于電腦的串口有很多，所以要使用一個comboBox（下拉框）選擇通信的串口，當串口選擇后要對串口進行控制，因此使用button（按鈕）來打開或者關閉串口。上位機的第一個功能是對液位進行監測。理所當然要能夠動態的顯示液位的高度值。實現此功能是則需要一個標簽來顯示液位的高度值，但光是一個標簽顯示還不夠，最好還要加上一個圖形來動態顯示，所以內嵌一個了progressBar。progressBar來顯示液位的變化趨勢。而上位機實現控制下位機硬件是通過button來實現的，上位機中總共設計了4組開關，其中兩個是液體進入和液體排出開關。另外兩個是留著擴展的，方便以后進一步的升級。

上位機只要沒有打開串口或者是串口打開錯誤時就一直等待，直到打開串口就開始工作。串口只要一打開馬上顯示串口數據，然后就等待是否有相關的按鈕被點擊，如果有就發送與此按鈕相關的命令到串口上。

3 系統測試

測試采用上位機和下位機先分開測試，再合起來測試的思路看該系統是否符合要求。其測試方法與結果如表1所示。

4 結語

進過測試該系統完全符合要求。上位機可以顯示液位高度值以及液位的變化趨勢，同時還可以通過點擊上位機的相關按鈕來控制下位機中的硬件。下位機能實時發送液位值到上位機中，當接收到上位機命令時，下位機也能執行此命令。

參考文獻

[1] 甘勇，尚展壘.C#程序設計[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[2] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3] Robin Heydon.低功耗藍牙開發權威指南[M].北京：機械工業出版社，2014.

[4] 明日科技.C#入門到精通[M].3版.北京：清華大學出版社，2012.

[5] 黃杰勇.Alrium Designer實戰攻略與高速PCB設計[M].北京：電子工業出版社，2015.