薄膜谐振式液位高度测量用频率计的设计[毕业论文+电气原理图]

机电毕业论文：薄膜谐振式液位高度测量用频率计的设计含毕业论文、英文论文翻译，原理图

薄膜谐振式液位高度测量用频率计的设计[毕业论文+电气原理图]

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

This paper presents the design and fabrication of a Microprocessor (AT89C51)based film resonant with the water level sensor supporting the use of the liquid level measurement frequencymeter.The principle of new resonator water level sensor is mainly introduced.The internal structure of this Sensor and the characteristic of numeral oscillation circuit are analyze dindetails.There ationship between frequently and water level is expounded.Films resonant water level sensor built-in three-point level sensor oscillation circuit.The oscillator circuit changed with the natural frequency of the water level. By detecting the oscillation circuit natural frequency to determine 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 is less than ±10Hz，Performance measurement frequency stability and reliability,Also it can be used alone, and easily embedded in the system.

The frequency- meter also has a simple structure, low cost, high accuracy and 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 technology, a growing number of measuring instruments are used as a single chip computer system design. Microprocessor system design is simple, easy to control, hardware design requires fewer external components, Software Design use assembly language programming, because assembly language with high computational efficiency and low memory consume.

Keywords: Water Level Measurement； Frequency Measurement； Sensors；

Microprocessor

目 录

1 绪论...............................................................1
1.1选题的目的及意义 1
1.2 频率测量仪器的现状及发展 1
1.3 频率计的设计内容及要求 2
2 薄膜谐振式水位传感器应用...........................................3
2.1 薄膜谐振式水位传感器概述 3
2.1.1 薄膜谐振式水位传感器的结构 3
2.1.2水位传感器的工作原理 3
2.2薄膜谐振式水位传感器的功能简介 4
2.2.1水位检测 4
2.2.2水位与频率关系的对应 4
3 频率计总体方案设计.................................................6
3.1方案论证与比较 6
3.1.1 方案一 6
3.1.2 方案二 7
3.2 方案选择 7
4 频率计硬件分析与设计...............................................8
4.1频率计系统的组成与基本工作原理 8
4.1.1 系统组成 8
4.1.2 系统设计原理 8
4.1.3 测频原理 9
4.2 AT89C51单片机在本系统中的应用 9
4.2.1 AT89C51简介 9
4.2.2 AT89C51器件的基本结构 11
4.2.3 AT89C51的定时器/计数器 13
4.2.4 AT89C51外围电路设计 14
4.3 地址锁存器74LS373介绍 14
4.4 八路反相缓冲器74LS240应用 15
4.5 显示电路 16
4.5.1显示电路设计 16
4.5.2单片机驱动数码管原理 17
4.6 硬件总电路图 17
5 软件设计.........................................................18
5.1主程序设计 18
5.2 中断服务子程序设计 19
5.3 显示子程序设计 20
6 运行与调试........................................................21
6.1硬件调试 21
6.2 软件程序调试 22
6.2.1 MedWin仿真软件简介 22
6.2.2 汇编语言程序的仿真调试 22
6.3系统联调 23
7 结论与展望........................................................25
7.1 结论 25
7.2 展望 25
谢辞................................................................26
参考文献............................................................27
附录 1..............................................................28
程序清单 28
附录 2..............................................................33
硬件总电路图 33

1绪论

1.1选题的目的及意义

频率测量仪器在生产和科研的各个部门都有使用，也是某些大型系统的重要组成部分；利用单片机的定时计数功能设计的信号频率测量仪，可单独使用，也可方便嵌入系统中。实现频率测量有专用的频率测量仪器，但不易用于特殊场合。本文介绍了一种以单片机为核心构成的与薄膜谐振式水位传感器配套使用的专用频率计。该频率计直接用单片机的计数器对薄膜谐振式水位传感器的频率脉冲计数，然后利用单片机的定时功能，从而实现频率的检测。

在一些特殊场合只需要用到一般测量用频率计就可以，但市场上出售的大多都是多功能频率计，且价格较高，使用起来成本较高。为此，需要设计用于固定场合的专用频率计。本设计介绍一种与薄膜谐振式水位传感器配套使用的频率计。利用薄膜谐振式水位传感器来检测容器内液位高度是一般液位高度检测方法之一。目前，在全自动洗衣机中多使用薄膜谐振式水位传感器来检测桶内的水位，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频率来判定水位的高低 。该频率计根据频率计的基本原理，本文设计方案的基本思想是一种基于单片机AT89C51制作的频率计的设计方法，用汇编语言对单片机编程，实现了闸门控制信号、计数电路、锁存电路、位选电路、段选电路、显示电路等。

测频一直以来都是电子和通讯系统工作的重要手段之一，高精度的频率测量仪和频率发生器有着广泛的市场前景。传统的频率测量仪器都是采用的是在低频段采用测周法，再高频段采用测频法，其精度往往会随着被测频率的下降而下降。频率信号抗干扰性强，易于传输，可以达到较高确度的测量,所以在测控系统中，测频方法的研究越来越受到重视。多种非频率量的传感信号要转化为频率量进行测量。由于单片机内部含有稳定度较高的频率源、定时/计数器等硬件，能很方便的对外部信号或标准信号进行计数，并且可以进行计数的逻辑控制以及数据存储运算等，使得基于单片机的频率测量系统可以具有更小的体积、更实用的功能及更便宜的价格。

1.2 频率测量仪器的现状及发展

随着电子技术的不断发展，单片机应用技术正在逐渐向工业控制和测量仪器仪表系统设计领域渗透，在现代化的工业生产、科学研究等领域中，频率的测量是很普遍的。由于单片机内部含有稳定度较高的标准频率源、定时/计数器等硬件,能很方便地对外部信号或标准频率信号进行计数， 并且可以进行计数的逻辑控制以及数据存储运算等, 使得基于单片机的频率测量系统可以具有更小的体积、更实用的功能及更便宜的价格。频率的测量通常有两种方法:测频法和测周法。由于量化误差的影响,测频法在高频测量时准确度较高，测周法在低频测时准确度较高,但无论是精确测频法还是测周法，量化误差都将在中界频率附近产生较大的误差。

频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计者们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量频率测量仪的技术水平，决定频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将频率计的测频上限扩展到微波频段。

目前，频率测量仪器正向一个宽频域、高精度的频率计方向发展，在高频段采用直接测频法，而在低频段采用测周期法，结合高精度恒误差的原理，设计出测量精度与被测频率无关的频率计
随着科学技术的发展，用户对频率计也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品， 则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用频率计所具有的功能外，还应具有数据处理功能等。由于微电子技术和计算机技术的发展，微波频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的屏幕显示；对这些具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确地选择，以达到最经济和最佳的应用效果。

1.3 频率计的设计内容及要求

本频率计的设计是基于单片机AT89C51的和薄膜谐振式水位传感器配套使用的用于液位测量的频率