超声波液位自动测报系统的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2006正第3期九江学院学报l自然科学版)20o6JournalofjiujiangUniversity(naturalscienees)NO．3超声波液位自动测报系统的设计李晓妮刘树林(1九江学院电子工程学院江西九江332005；2陕西省城固县93920部队71分队陕西城固723216)关键词：超声波；液位；传感器中图分类号：TN710文献标识码：B文章编号：1006—3838(2006)03—0029一(03)超声波是一种振动频率高于声波的机械波，装在液面以上的气体介质中垂直向下发射和接收，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生

2、，具有则称为“气介式”。其最大好处是换能器不必和液频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、体接触，便于防腐蚀和渗漏，而且对于有粘性的能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、液体及含有颗粒杂质或气泡的液体，也不妨碍工固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固作。体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质气介式液位计测量原理如图1：由CPU控制或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活超声发射电路，通过超声传感器发射超声脉冲波，动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛该脉冲波遇到被测液面后，反射到超声传感器，应用在工业、国防、生物医学等方面。CPU通过测量发射、接收之间超

3、声波往返的传播以超声波作为检测手段，必须产生超声波和时间t(秒)来计算测量距离h：h=1／2·vt接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传(米)，v为空气中的声速，近似公式为：v=感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。331．45+0．61T(m／s)，T为测量时的气温(℃)，超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超在测距时测量气温以修正声速。声波，也可以接收超声波。l超声波液位传感器测量原理各种介质对声波的传播都呈现一定的阻抗，声阻抗与介质的密度及弹性有关，一般液体的声阻抗比气体的大两千多倍，金属的声阻抗比水的又大十几倍到几十倍。声波作用到两种介质的分H界面上时，如果

4、这两种介质的声阻抗相差很大，就会从分界面上反射回来，只剩一小部分能透过分界面继续传播；只有在声阻抗相等的介质问相互传播时，才能完全透过。利用这一规律可构成两类液位传感器，即透射式和反射式¨。图1超声波液位测量原理无论透射式或反射式，产生和接收超声波的图1中设传感器安装高度为H。(安装时可换能器都由压电元件构成，且其构造一样，只是测)，则液位l_l：H：H。一h=H。一1／2·vt(米)。工作任务不同。发射超声波时利用逆压电效应，因此，要测量液位H，只要准确测量出发射接收超声波时利用正压电效应。和接收超声波往返的时间t和测量时的气温T即而反射式又分为气介式和液介式。如换能器可，它

5、们的测量精度将影响液位的测量精度。[收稿日期]2006—01—15维普资讯http://www.cqvip.com·3O·九江学院学报(自然科学版)2006年第3期气介式超声波液位计适用于液体发挥性不强，片智能转换器单元，超声波发射、接收单元，温气体和温度较均匀，压力变化不大的场合。度测量单元，时钟值班单元，键盘输入液晶显示2系统电路设计等。系统硬件电路框图如图2。智能超声波液位计主要由以下模块组成：单图2硬件电路框图2．1单片智能转换器A／D转换器的种类很多，5V两种规格电压工作器件可供选择，有节电模不同的应用场合对其要求不同。用于数据采集的式；片上还集成有：UART输入／输

6、出口，双线A／D转换器，一般和计算机或微处理器结合在一(I2C兼容)和SPI串行I／O口，看门狗定时器和起使用。随着单片机在各种智能仪器仪表中的广电源监控电路；它有52引脚方形扁平塑料封装及泛应用，出现了一些将A／D转换器和单片机内核56引脚芯片级封装两种型号。集成在一块芯片上的数据采集芯片，ADuC812就用ADuC812作为核心，控制液位计测量、运是这样一种芯片，它具有与8051兼容的内核。算处理、显示、打印、向外传送数据等，再加上ADuC812有如下特点：超声波发、收电路以及存储、显示等电路所组成是8通道高精度l2位逐次逼近式A／D转换的超声波非接触液位计，不仅可减小仪器

7、的体积，器；高达200KHz的采样转换速率；可通过DMA更能增加仪器的可靠性、稳定性和实用性。控制器实现由ADC到外部数据存储器之间的高速设计6位LCD液晶显示器用来显示液位和参数据存储；片内包含2个l2位D／A转换器；片内数值，用TPup一16微型打印机记录测量时的时包含有温度传感器；片内集成有和8051兼容的间、液位；设计有256KB×8字节的自带电池保护MCU内核，工作频率为12MHz，最高可达的非易失数据存储器SRAM，用来存储时间及液16MHz，MCU上带有3个l6位定时／计数器，