基于单片机的无线液位监测系统

何德伍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.025

摘 要：该液位监测控制系统主要是通过传感器将液位的高度测量出来，然后发送到上位机，通过静态和动态图形显示的方法来对液位进行监测；上位机上面设定相应的按钮可以对下位机进行控制，让下位机去完成指定的动作。上位机和下位机采用蓝牙进行通信。上位机是在PC端运行的应用程序，下位机是由单片机组成的执行和反馈系统。

关键词：单片机 蓝牙 上位机

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（c）-0025-02

液位监控技术是近几年才发展起来的一项新技术。它的诞生标志着科学技术又向前迈进了一大步。此技术主要用来监测一些如高压，易爆的特殊液体。

该系统使用STC89C51单片机作为下位机的主控芯片。通过它来读取液位值，接收和处理上位机的命令，以及对外部电路的控制。

1 硬件以及电路

该系统硬件主要由单片机最小系统、继电器电路、DS18B20电路构成。使用到的模块有：蓝牙模块HC-06、超声波模块HC-SR04以及USB转TTL模块。

1.1 下位机控制电路

下位机控制电路是以单片机作为控制核心，通过使用继电器来控制液体进出开关的打开与关闭。其电路原理图如图1所示。

单片机通过拉低自身与继电器相连的引脚，使继电器内部的线圈产生磁力来带动衔铁的吸合，继而让液体进出开关打开或者关闭。继电器是一种常用的弱电控制强电元件。该次使用的是5 V的直流电控制220 V的交流电，使用它最大的好处就是能让人安全的控制设备，不会造成事故。

1.2 指示灯电路

指示灯电路主要用来体现整个硬件的工作状态。他由LED和电阻串联在一起构成，其中电阻起到一个限流的作用，用来保护指示灯不被损坏。当它们所指示的电器电路没有工作时，就不会发光，反之就会发光。

1.3 液位测量电路

液位的测量主要使用超声波模块HC-SR04来测量。此模块共有4个引脚，除了两个正负极引脚外，另外两个分别是TRIG、ECHO。这种模块在配合单片机进行测距时，首先给与TRIG引脚1个10us的高电平，然后等待ECHO引脚拉高，一旦拉高就开启单片机的定时器进行计时。最后测量出来的距离就等于声速乘以时间最后除以2。

上面所做的只是粗略的测量，大家知道声速受到温度的影响很大，所以要进行温度补偿，并要使用温度传感器。最后声速的大小修改为：声速=334.1+0.61×温度。

1.4 上位机下位机的通信

上位机与下位机的通信实际是串口通信。上位机和下位机实时的数据交换就是通过串口实现。下位机向上发数据时，先把液位值发送到缓冲区然后上位机会识别此数据，最后进行处理。上位机向下发数据也是发送到缓冲区，下位机检测到上位机发下来的数据就进行判断，然后进行相关的控制动作。

2 软件设计

2.1 下位机程序流程

下位机中只要一打开电源开关，整个下位机就开始测距然后一直向上位机发送液位的距离。当上位机有数据发下来时，下位机就产生中断，在中断里匹配此数据对应的程序命令，进而执行上位机的命令，直到中断结束，最后又重复进行测距和发送液位数据的步骤（如图2）。

2.2 上位机制作

上位机采用软件visual studio进行开发，开发所用到的语言是C Sharp。其界面如图3所示。

由于电脑的串口有很多，所以要使用一个comboBox（下拉框）选择通信的串口，当串口选择后要对串口进行控制，因此使用button（按钮）来打开或者关闭串口。上位机的第一个功能是对液位进行监测。理所当然要能够动态的显示液位的高度值。实现此功能是则需要一个标签来显示液位的高度值，但光是一个标签显示还不够，最好还要加上一个图形来动态显示，所以内嵌一个了progressBar。progressBar来显示液位的变化趋势。而上位机实现控制下位机硬件是通过button来实现的，上位机中总共设计了4组开关，其中两个是液体进入和液体排出开关。另外两个是留着扩展的，方便以后进一步的升級。

上位机只要没有打开串口或者是串口打开错误时就一直等待，直到打开串口就开始工作。串口只要一打开马上显示串口数据，然后就等待是否有相关的按钮被点击，如果有就发送与此按钮相关的命令到串口上。

3 系统测试

测试采用上位机和下位机先分开测试，再合起来测试的思路看该系统是否符合要求。其测试方法与结果如表1所示。

4 结语

进过测试该系统完全符合要求。上位机可以显示液位高度值以及液位的变化趋势，同时还可以通过点击上位机的相关按钮来控制下位机中的硬件。下位机能实时发送液位值到上位机中，当接收到上位机命令时，下位机也能执行此命令。

参考文献

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