基于超声波传感器的水位自动控制系统研究

超声波传感器所具有的条件满足设计所需要0～25cm 的液位控制，以及液位误差不超过±0.3cm 的要求，并且解决了安装不方便的难题。所以本设计选择了精度高，体型小的超声波传感器。

2.2 A/D转换器

所采用的A/D转换器的精度和性能直接影响后端单片机接收数据的精度，在此我们对以下两种AD转换器进行比较分析。

方案一：采用8 位ADC0809 A/D 转换器

ADC0809 是常用的8 位A/D 转换器，属逐次逼近型，ADC0809 由单一+5V 供电，片内含带有锁存功能的8 路模拟电子开关，可对0～+5V 8 路的模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100us，所以速度较快，但是ADC0809 芯片分辨率低，精度不够，不能满足本系统要求，不予采用。

方案二：采用4 位半双积分A/D 转换器ICL7135

ICL7135 是应用广泛的4 位半双积分A/D 转换器，动态BCD 码输出的积分型A/D 转换器。其特点是：精度高、极性自动转换输出、自动校零、单一电源工作、动态BCD 码输出。 由于双积分方法的二次积分时间比较长，所以A/D 转换速度慢，通常为（3～10）次/s，此外，对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。在同等精度的情况下，价格低于逐次逼近式A/D 转换器，因而在对速度要求不高的场合，更宜于采用这类A/D 转换器。

考虑系统的要求，本设计采用控制精度较高的ICL7135 A/D 转换器。
3 硬件电路及软件设计

本设计的硬件电路包括最小系统电路、液位控制及报警电路、ICL7135 信号采集传输电路、键盘和显示模块等。

3.1 最小系统（电源供电电路与I/O 扩展及选通电路）

本设计使用的最小系统板是以80C52 单片机为内核，并且具有良好的扩展性。CPU 外接11.0592MHz 的晶振，主要由74LS373 锁存电路、74LS138 译码电路以及按键、显示器件、ICL7135 及其外围典型电路组成，并用8255 外扩了I/O 接口。最小系统电路如图2 所示。

图2 最小系统电路图

本电路需外接一个AC220/9V 的变压器，变压器的二次侧通过整流滤波后输入CW7805便可得到+5V 电压，此电压做最小系统的电源。

系统中通过8255外扩了PA、PB、PC共24个I/O口，以便作为系统的输入输出通道。用74LS138的输出作为各个芯片的译码选择端，除最小系统中使用的Y0～Y3外，还有Y4～Y7可供其它扩展使用。

3.2 液位控制及报警电路

本设计的液位控制电路是一闭环电路，传感器把液位传给单片机与设定值比较，单片机通过对电磁阀的控制来控制液位。用9V 电源对继电器供电，使用了24V 电源对传感器供电，用220V 交流电对电磁阀供电；在报警电路中，利用9V 电源对蜂鸣器供电，当液位超过25cm或低于2cm 时发出报警。在供水回路中，用电动机进行循环供水，保证程序的连续运行。

3.3 ICL7135 信号采集传输电路

本电路由一个小型集成电路来实现，采样后的信号经过电位器送到ICL7135 进行处理，将处理后信号直接送到单片机最小系统。ICL7135 量程为0～2V，基准电压由MC1403 输出（2.5V）分压获得1V 电压。

HC240 是八位缓冲线/线驱动器，内含八个具有三态输出反相缓冲器。三态输出的反相缓冲器，输出允许控制端（ENA、ENB），每一个EN 控制四个缓冲器，1A、2A 数据输入，1Y、2Y 输出。输出分别送出个、十、百、千、万位。

HC157 是四路二选一开关，1 为选择输入端，S 为低电平时，选择A 输出；S 为高电平时，选择B 输出ICL7135 的BCD 码的位选通输出端D1-D5 分别接8 位可编程逻辑接口电路8255的PA0～PA3 和PB0～PB4。CPU 可读取各个位的状态并判断，从而在ICL7135 的B1～B8 输出端读取BCD 数据。ICL7135 信号采集传输电路如图3 所示。

图3 ICL7135 信号采集传输电路