薄膜谐振式液位高度测量用频率计的设计

3.0 闻远设计 2023-08-16 117 4 3.02MB 36 页 30光币

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摘要

本文介绍了一种以单片机(AT89C51)为核心与薄膜谐振式水位传感器配套使用

的液位高度测量用频率计的设计与制作。还介绍了谐振式水位传感器的新型传感原

理,传感器的结构,数字振荡电路的特点，阐述了水位与频率的对应关系。薄膜谐振

式水位传感器内置三点式水位传感器振荡电路，该振荡电路的固有频率随水位的变

化而变化，通过检测该振荡电路的固有频率来判定水位的高低。

该频率计直接利用单片机内部的计数器对薄膜谐振式水位传感器的频率脉冲信

号进行计数，然后利用单片机的定时功能实现对频率的检测，最后通过LED动态显

示电路显示数值。在设计中应用了单片机的运算和控制功能，满足测量的精度要求

该频率测量仪器测量误差小于±10Hz测频性能稳定可靠，可单独使用，也可方便

嵌入系统中。

该频率计具有结构简单、价格低、精度高、操作简单、并且降低产品的成本,

有利于新产品的设计与研制、等特点。随着单片机应用技术的发展，越来越多的测

量仪器都采用单片机作为系统进行设计，应用单片机进行系统设计时系统结构简单

控制方便、硬件设计需要外围器件较少，软件设计可采用汇编语言编程，汇编语言

具有编程方便、运算效率高、占用内存少等优点。

关键词：液位检测；频率测量；传感器；单片机

Abstract

T h i s p a p e r p r e s e n t s t h e d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n o f a M i c r o p r o c e s s o r

( AT 8 9 C 5 1 )b a s e d f i l m r e s o n a n t w i t h t h e w a t e r l e v e l s e n s o r s u p p o r t i n g t h e u s e o f t h e

l i q u i d l e v e l m e a s u r e m e n t f r e q u e n c y m e t e r. T h e p r i n c i p l e o f n e w r e s o n a t o r w a t e r l e v e l

sensor is mainly introduced.The internal structure of this Sensor and the characteristic

of numeral oscillation circuit are analyze dindetails.There ationship between frequently

a n d w a t e r l e v e l i s e x p o u n d e d .F i l m s r e s o n a n t w a t e r l e v e l s e n s o r b u i l t - i n t h r e e - p o i n t

level sensor oscillation circuit.The oscillator circuit changed with the natural frequency

of the wat er l eve l. B y d ete c tin g the o scillat ion cir cuit na tur a l frequen c y t o d e ter min e

the level of water.

The frequencymeter use the Microprocessor internal counter to counting the film

resonant frequency of the water level sensor pulse,then Microprocessor regular function

to achieve frequency testing, final adoption of LED display circuit dynamic numerical

show.Application of the design of the 89C51 operation and control functions，Meet the

required precision measurement，The error of the frequency measurement instrument

i s l e s s t h a n ±1 0 Hz，P e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t f r e q u e n c y s t a b i l i t y a n d

reliability,Also it can be used alone, and easily embedded in the system.

T h e f r e q u e n c y - m e t e r a l s o h a s a s i m p l e s t r u c t u r e , l o w c o s t , h i g h a c c u r a c y a n d

simple operation,reduce the cost of the product and facilitate the design and

development of new product and so on. With the development of the Microprocessor

t e c h n o l o g y , a g r o w i n g n u m b e r o f m e a s u r i n g i n s t r u m e n t s a r e u s e d a s a s i n g l e c h i p

c o m p u t e r s y s t e m d e s i g n . M i c r o p r o c e s s o r s y s t e m d e s i g n i s s i m p l e , e a s y t o c o n t r o l ,

h a r d w a r e d e s i g n r e q u i r e s f e w e r e x t e r n a l c o m p o n e n t s , S o f t w a r e D e s i g n u s e a s s e m b l y

language programming, because assembly language with high computational efficiency

and low memory consume.

Keywords: Water Level Measurement； Frequency Measurement； Sensors；

Microprocessor

目 录
绪论...............................................................1
1选题的目的及意义..............................................1
2 频率测量仪器的现状及发展.....................................1
3 频率计的设计内容及要求.......................................2
薄膜谐振式水位传感器应用...........................................3
1 薄膜谐振式水位传感器概述.....................................3
1.1 薄膜谐振式水位传感器的结构.............................3
1.2水位传感器的工作原理....................................3
2薄膜谐振式水位传感器的功能简介................................4
2.1水位检测................................................4
2.2水位与频率关系的对应....................................4
频率计总体方案设计.................................................6
1方案论证与比较................................................6
1.1 方案一.................................................6
1.2 方案二.................................................7
2 方案选择.....................................................7
频率计硬件分析与设计...............................................8
1频率计系统的组成与基本工作原理................................8
1.1  系统组成..............................................8
1.2  系统设计原理..........................................8
1.3  测频原理..............................................9
2 AT89C51单片机在本系统中的应用................................9
2.1  AT89C51简介...........................................9
2.2  AT89C51器件的基本结构................................11
2.3  AT89C51的定时器/计数器...............................13
2.4  AT89C51外围电路设计..................................14
3 地址锁存器74LS373介绍.......................................14
4 八路反相缓冲器74LS240应用...................................15
5 显示电路....................................................16
5.1显示电路设计...........................................16
5.2单片机驱动数码管原理...................................17
6 硬件总电路图................................................17
软件设计.........................................................18
1主程序设计...................................................18
I

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摘要本文介绍了一种以单片机(AT89C51)为核心与薄膜谐振式水位传感器配套使用的液位高度测量用频率计的设计与制作。还介绍了谐振式水位传感器的新型传感原理,传感器的结构,数字振荡电路的特点，阐述了水位与频率的对应关系。薄膜谐振式水位传感器内置三点式水位传感器振荡电路，该振荡电路的固有频率随水位的变化而变化，通过检测该振荡电路的固有频率来判定水位的高低。该频率计直接利用单片机内部的计数器对薄膜谐振式水位传感器的频率脉冲信号进行计数，然后利用单片机的定时功能实现对频率的检测，最后通过LED动态显示电路显示数值。在设计中应用了单片机的运算和控制功能，满足测量的精度要求该频率测量仪器测量误差小于±10...

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