基于51单片机的超声波测距仪测液位及报警方案原理图设计

系统的功能分析

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提取码：h773

具体框图

原理图

5V电源电路设计
本系统选择5V直流电源作为系统总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。DC为电源的DC插座，可以直接接USB电源线，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V电源上，如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。LED为红色LED灯，作为系统是否有点的指示灯，电阻为1K电阻，起到限流作用，保护LED灯，以防电流过大烧坏LED灯。SW为自锁开关，开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V电源输出。

HC-SR04超声波避障传感器电路设计
本设计选择的超声波模块为HC-SR04 超声波模块，此本模块性能稳定，测度距离精确。可以提供20-400cm的非接触式距离感测功能，测量精度科大3mm，模块包括超声波发射器、超声波接收器和控制电路。能和国外的SRF05,SRF02等超声波测距模块相媲美。模块高精度，盲区（2cm）超近,稳定的测距是此产品成功走向市场的有力根据！此模块完全谦容GH-311防盗模块。
一、模块主要技术参数：
（1）使用电压：DC5V
（2）静态电流：小于2mA
（3）工作电流：15mA
（4）工作频率：40KHZ
（5）测量角度：15度
（6）电平输出：高5V
（7）电平输出：底0V
（8）探测距离：2cm-450cm
（9）高精度：可达0.3cm
（10）规格尺寸：452015cm
（11）输入触发信号：10uS的TTL脉冲
（12）输出回响信号：输出TTL电平信号，与射程成正比
二、模块接线方式：
（1） VCC接5V电源
（2）trig（控制端）接单片机I/O口
（3）echo（接收端）接单片机I/O口
（4）GND接地线
三、注意事项
（1） TRIP引脚是内部上拉10K的电阻，用单片机的IO口拉低TRIP引脚，然后给一个10us以上的脉冲信号。
OUT脚为此模块作为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！
（2）模块应先插好在电路板上再通电，避免产生高电平的误动作，如果产生了，重新通电方可解决。
四、超声波模块工作原理：
（1）采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号
（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回
（3）有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
（4）测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;
（5）本模块使用方法简单,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到移动测量的值。
试验证明HC-SR04 超声波模块性能优越，灵敏度高，满足本设计要求。其模块接口图如下图所示。

LCD1602液晶显示模块电路设计
LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。
一、LCD1602主要技术参数如下：
（1）显示容量为16×2个字符；
（2）芯片工作电压为4.5～5.5V；
（3）工作电流为2.0mA（5.0V）；
（4）模块最佳工作电压为5.0V；
（5）字符尺寸为2.95×4.35（W×H）mm。
二、LCD1602采用标准的14脚，其接口的引脚说明如下：
（1）第1脚：VSS为地电源。
（2）第2脚：VDD接5V正电源。
（3）第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端。
（4）第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
（5）第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
（6）第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
（7）第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
（8）第15～16脚：空脚

蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计
有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块，电路中采用三极管9012来驱动，只要单片机控制引脚为低电平，蜂鸣器就会鸣叫报警，反之则不鸣叫，可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。电阻为限流电阻，保护作用。

LED信号指示灯电路设计
LED灯即发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。在电路中，电阻的作用是限流，保护LED灯。只要单片机的控制引脚拉低，则LED灯亮，否则，LED灯不亮。其具体电路原理图如下图所示。

系统软件设计